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Allgemeiner Stand der Technik
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Technisches Gebiet
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Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf ein Messgerät zum Aufnehmen und elektrischen Kontaktieren eines zu prüfenden Geräts („Prüfling“), auf eine Prüfanordnung zum Testen eines Prüflings, auf eine Schnittstellenbaugruppe für ein Messgerät und auf Anwendungsverfahren.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Nach Beendigung der Herstellung von Halbleiterchips oder Packungen von solchen Halbleiterchips werden diese Produkte normalerweise auf deren Funktion getestet. Hierzu sind eine Prüfanordnung, bestehend aus einem Messgerät und einem Testgerät vorgesehen, in dem diese Produkte als Prüflinge (DUT - devices under test) getestet werden.
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Allerdings erfordern diese Tests erheblichen technischen Aufwand. Weiterhin ist das Testen von verschiedenen DUT-Typen nach wie vor aufwändig.
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Zusammenfassung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System zum Testen eines Prüflings bereitzustellen, das hohe Flexibilität mit zumutbarem Aufwand verbindet.
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Nach einer exemplarischen Ausführungsform wird ein Messgerät (insbesondere ein Messkopf) zum Aufnehmen und elektrischen Kontaktieren eines unter Mitwirkung eines Testgeräts (insbesondere eines Messsockels) zu testenden Prüflings bereitgestellt, wobei das Messgerät ein Gehäuse umfasst, das ein erstes Schnittstellenelement umfasst, das mit dem Testgerät elektrisch koppelbar ist, wenn es mit einem Prüfstecker des Gehäuses verbunden ist, und einen austauschbaren Konnektor, der dazu konfiguriert ist, austauschbar an das Gehäuse angesteckt zu werden, und ein zweites Schnittstellenelement umfasst, das mit einem Prüfling elektrisch gekoppelt werden kann, wenn sich das Testgerät an einer Prüflingsaufnahme des Konnektors befindet, wobei das erste Schnittstellenelement und das zweite Schnittstellenelement dazu konfiguriert sind, nach dem Anstecken des Konnektors an das Gehäuse eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Prüflingsaufnahme und dem Prüfstecker herzustellen.
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Nach einer anderen exemplarischen Ausführungsform wird ein Messgerät zum Aufnehmen und elektrischen Kontaktieren eines unter Mitwirkung eines Testgeräts zu testenden Prüflings bereitgestellt, wobei das Messgerät ein Gehäuse umfasst, sowie eine Mehrzahl von austauschbaren Konnektoren, die jeweils dazu konfiguriert sind, austauschbar an das Gehäuse angesteckt zu werden, und jeweils dazu konfiguriert sind, elektrisch mit einem anderen Typ von Prüfling gekoppelt zu werden. Optional sind das Gehäuse und jeder aus der Mehrzahl von Konnektoren dazu konfiguriert, eine elektrisch leitfähige Verbindung von der jeweiligen Prüflingsaufnahme mit dem Gehäuse herzustellen, nachdem jeweils ein entsprechender aus der Mehrzahl von Konnektoren an das Gehäuse angesteckt wird.
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Nach einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird eine Prüfanordnung zum Testen eines Prüflings bereitgestellt, wobei die Prüfanordnung ein Messgerät umfasst, das über die vorstehend genannten Funktionen zum Aufnehmen und elektrischen Kontaktieren eines zu testenden Prüflings verfügt, und ein Testgerät, an welches das Messgerät montiert werden kann oder wurde (insbesondere an welches das Messgerät angebaut werden kann oder angebaut ist), dazu konfiguriert, den Prüfling dem Konnektor zuzuführen (oder zu ihm zu befördern oder zu transportieren), zum Anlegen eines Prüfsignals (wie z. B. eines Prüfstromsignals) über das Gehäuse an den Prüfling, und zum Empfang eines Antwortsignals (z. B. eines elektrischen Antwortsignals) auf das Prüfsignal vom Prüfling über das Gehäuse.
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Nach einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird eine Schnittstellenbaugruppe für ein Messgerät zum Aufnehmen und elektrischen Kontaktieren eines unter Mitwirkung eines Testgeräts zu testenden Prüflings bereitgestellt, wobei die Schnittstellenbaugruppe ein erstes Schnittstellenelement für ein Gehäuse des Messgeräts umfasst und eine elektrisch isolierende erste Trägerstruktur sowie einen oder eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger erster Stifte umfasst, die mindestens teilweise durch die erste Trägerstruktur hindurch verlaufen, sowie ein zweites Schnittstellenelement für einen Konnektor, der an das Gehäuse des Messgeräts angesteckt werden kann, und eine elektrisch isolierte zweite Trägerstruktur und einen bzw. eine Mehrzahl elektrisch leitfähiger zweiter Stifte umfasst, die mindestens teilweise durch die zweite Trägerstruktur hindurch verlaufen, wobei das erste Schnittstellenelement und das zweite Schnittstellenelement dazu konfiguriert sind, eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem einen oder den mehreren ersten Stiften und dem einen oder den mehreren zweiten Stiften nach Anstecken des Konnektors an das Gehäuse herzustellen, wobei mindestens eines der beiden Schnittstellenelemente - das erste oder das zweite Schnittstellenelement - so konfiguriert ist, dass es dem Anlegen eines Prüfstromsignals mit hohem Strom unter hohen Temperaturen standhält.
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Nach einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird bereitgestellt: ein Verfahren zur Verwendung eines Messgeräts mit den vorstehend genannten Funktionen, eine Schnittstellenbaugruppe mit den vorstehend genannten Funktionen, oder eine Prüfanordnung mit den vorstehend genannten Funktionen, zum Testen eines Power-Package als Prüfling, insbesondere eines Power-Package mit mindestens einem Leistungshalbleiterchip (z. B. mit einem oder mehreren Bipolartransistoren mit isoliertem Gate - IGBT).
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Nach einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird bereitgestellt: ein Verfahren zur Verwendung eines Messgeräts mit den vorstehend genannten Funktionen, eine Schnittstellenbaugruppe mit den vorstehend genannten Funktionen, oder eine Prüfanordnung mit den vorstehend genannten Funktionen, wobei das Verfahren das Anlegen eines Prüfstromsignals mit hohem Strom, insbesondere mit einem Strom von mindestens 4 Ampere, an den Prüfling und/oder das Erwärmen des Prüflings auf eine Temperatur über der Umgebungstemperatur, insbesondere auf eine Temperatur über 100 °C beinhaltet.
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Eine exemplarische Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Konnektor selektiv an ein Gehäuse angesteckt oder von ihm abgezogen werden kann, so dass der Konnektor flexibel durch einen anderen Konnektor ersetzt werden kann, so dass dasselbe Gehäuse mit mehreren verschiedenen Konnektortypen verwendet werden kann. Dadurch kann Aufwand in Form von erforderlicher Lagerfläche zum Aufbewahren von Ausrüstungen zum Testen von verschiedenen Prüflingstypen und/oder für die Ausführung von verschiedenen Testtypen an Prüflingen reduziert werden, wenn das Messgerät in Verbindung mit einer Prüfanordnung eingesetzt wird. Diese Bereitstellung eines modularen Testsystems ermöglicht weiterhin eine effizientere Nutzung von Material für Testsysteme, da die Notwendigkeit eines vollständig separaten Messgeräts für jeden DUT-Typ und jeden Testtyp entfällt. Vorteilhafterweise kann eine benutzerfreundliche schnelle Austauschbarkeit des Konnektors mittels zusammenwirkender Schnittstellenelemente am Gehäuse und Konnektor erreicht werden, was einen zuverlässigen und elektrisch durchgängig leitfähigen Kopplungsweg von einer oder mehreren Klemmen eines Prüflings, die an einer Prüflingsaufnahme des Konnektors angeordnet sind, über eine oder mehrere Klemmen an der Prüflingsaufnahme über eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Prüflingsaufnahme und dem zweiten Schnittstellenelement, vom zweiten Schnittstellenelement zum ersten Schnittstellenelement und über eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Schnittstellenelement und dem Prüfstecker ermöglicht.
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Das Konzept einer Schnittstellenbaugruppe aus zwei steckbaren zusammenwirkenden Schnittstellenelementen an Gehäuse und Konnektor ermöglicht das schnelle und zuverlässige Herstellen einer elektrischen Verbindung. Ein entsprechender elektrisch leitfähiger Weg kann sich auch unter schwierigen Bedingungen als robust erweisen und kann insbesondere auch bei hohen Temperaturen und angesichts der bei einem Test auftretenden hohen Stromwerte zuverlässig erhalten werden. Vorteilhafterweise kann eine derartige elektrische Verbindung vom DUT zum Prüfstecker gleichzeitig mit dem Anstecken des Konnektors an das Gehäuse erfolgen und erfordert keine weitere Aktivität oder Vorgehensweise seitens des Benutzers. Somit kann Betriebssicherheit synergetisch mit hoher Bedienerfreundlichkeit kombiniert werden.
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Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungsformen des Messgeräts, der Prüfanordnung, der Schnittstellenbaugruppe und die Verfahren erläutert.
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Im Zusammenhang mit dieser Anmeldung kann der Begriff „Prüfling“ (DUT) insbesondere eine elektronische Komponente wie z. B. ein Halbleiterpaket bezeichnen, das nach der Herstellung auf seine erwünschte Funktionalität untersucht wird. So kann der Prüfling insbesondere ein elektronisches Element sein, das als Leistungshalbleiter, insbesondere für die Automobiltechnik, konfiguriert ist. Für derartige Prüflinge kann eine elektrische Prüfung über einen breiten Temperaturbereich in Verbindung mit hohen Temperaturen und/oder dem Anlegen von Prüfstromsignalen mit hoher Spannung und/oder hohem Strom erforderlich sein.
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Im Kontext dieser Anmeldung kann der Begriff „elektrisches Prüfstromsignal mit hohem Strom“ insbesondere ein elektrisches Prüfstromsignal bezeichnen, dessen Stromwert mehr als 1 Ampere, insbesondere mindestens 4 Ampere, spezifischer mindestens 10 Ampere beträgt.
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Im Kontext dieser Anmeldung kann der Begriff „hohe Temperaturbedingungen“ insbesondere das Vorliegen einer Temperatur über der Umgebungstemperatur während einer Prüfung bezeichnen, wie sie durch Heizen erreicht werden kann. Eine derart hohe Temperatur kann eine Temperatur über 80 °C, insbesondere über 140 °C, sein. Eine derartige Testtemperatur kann für bestimmte Tests erforderlich sein, z. B., um die Erfüllung von Anforderungen bestimmter Anwendungen, wie z. B. für den Automobilbereich, durch Prüflinge zu gewährleisten.
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In einer Ausführungsform sind das Gehäuse und der Konnektor dazu konfiguriert, durch Anstecken des Konnektors an das Gehäuse und Betätigen eines Gehäuse-Betätigungsmechanismus, der gleichzeitig die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Schnittstellenelement und dem zweiten Schnittstellenelement herstellt, miteinander verbunden zu werden. Dies ist ein ganz einfaches Verfahren, das auch von einem Benutzer ohne Fachkenntnisse ausgeführt werden kann. Die interne Konfiguration des Konnektors und des Gehäuses kann so beschaffen sein, dass das Montageverfahren zwischen Gehäuse und Konnektor bereits mittels Betätigung des Betätigungsmechanismus durch den Benutzer abgeschlossen ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Betätigungsmechanismus einen Hebelmechanismus. Das einfache und intuitive Verfahren zur Betätigung eines Hebels durch einen Benutzer kann ausreichend sein, um den Konnektor an das Gehäuse anzubauen.
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In einer Ausführungsform umfasst der Hebelmechanismus einen durch den Benutzer schwenkbaren Hebel, ein abgeschrägtes Element sowie einen Mechanismus zum Umwandeln einer Schwenkbewegung des Hebels in eine Längsbewegung des abgeschrägten Elements, wobei der Konnektor einen Vorsprung umfasst, der sich entlang dem abgeschrägten Element bewegt und damit den Konnektor nach dem Schwenken des Hebels (durch Anheben des Konnektors zum Gehäuse) mit dem Gehäuse verriegelt. In einer derartigen Konfiguration braucht der Benutzer nur den Hebel zu schwenken, um das Gehäuse und den Konnektor miteinander zu verbinden. Damit wird der Bewegungsumwandlungsmechanismus (z. B. eine Koppelstange mit einem Zahnrad, das mit einem Ritzel zusammenwirkt) ausgelöst, der eine Drehbewegung (der Stange und des starr mit der Zange gekoppelten Zahnrades) in eine Längsbewegung (des Ritzels) überträgt. Diese Längsbewegung bewegt ihrerseits das abgeschrägte Element (wie z. B. einen starr mit dem Ritzel gekoppelten Keil), wodurch der Vorsprung des Konnektors zwangsweise nach oben und entlang des abgeschrägten Elements bewegt wird. Dadurch wiederum bewegt sich der Konnektor nach oben und bringt die zusammenwirkenden Schnittstellenelemente in Eingriff, während gleichzeitig der Konnektor mit dem Gehäuse verbunden wird. Ein derartiger Mechanismus ist fehlerunanfällig und für den Benutzer einfach zu bedienen.
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In einer Ausführungsform ist der Betätigungsmechanismus dazu konfiguriert, die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Schnittstellenelement und dem zweiten Schnittstellenelement durch Anheben des Konnektors zum Gehäuse nach Betätigung herzustellen. Somit braucht zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den zusammenwirkenden Schnittstellenelementen und der mechanischen Verbindung zwischen Gehäuse und Konnektor nur ein Vorgang ausgeführt zu werden.
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In einer Ausführungsform ist der Betätigungsmechanismus so konfiguriert, dass in einer Position des Betätigungsmechanismus nach dem Verbinden des Gehäuses mit dem Konnektor ein Betätigungs-Deaktivierungselement die weitere Betätigung des Betätigungsmechanismus deaktiviert, sofern nicht das Betätigungs-Deaktivierungselement seinerseits vom Benutzer deaktiviert wird. Ein derartiges Betätigungs-Deaktivierungselement dient als Sicherheitsmechanismus gegen unerwünschtes Trennen von Konnektor und Gehäuse (insbesondere während der Durchführung eines Tests) durch unbeabsichtigte Rückwärtsbetätigung des Betätigungsmechanismus. Im zusammengebauten (vorzugsweise nicht im zerlegten) Zustand des Messgeräts kann die Betätigung des Betätigungs-Deaktivierungselements eine weitere Betätigung des Betätigungsmechanismus sperren, so dass ein Benutzer die Funktion des Betätigungs-Deaktivierungselements gezielt übersteuern oder deaktivieren muss, bevor der Stecker vom Gehäuse abgezogen werden kann. Dadurch wird die Betriebssicherheit des Messgeräts verbessert, da unerwünschtes Trennen während des Betriebs der Prüfanordnung verhindert wird.
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In einer Ausführungsform umfasst der Konnektor einen Vorsprung, der dazu konfiguriert ist, durch Betätigen des Betätigungsmechanismus eine Bewegung zum Verbinden des Konnektors mit dem Gehäuse auszuführen. Dieser Vorsprung am Konnektor, der z. B. ein Kugellager (oder eine Mehrzahl von Kugellagern) darstellen kann, kann durch den Betätigungsmechanismus des Gehäuses durch einen Mitnehmermechanismus betätigt werden. So können z. B. der eine oder die mehreren Vorsprünge Bestandteil eines Montagesockels des Konnektors sein, auf den das zweite Schnittstellenelement montiert werden soll. Ein derartiger Montagesockel kann senkrecht über eine Montageplatte des Konnektors hinaus verlaufen.
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In einer Ausführungsform umfasst das Messgerät eine Mehrzahl von ersten Schnittstellenelementen und eine Mehrzahl von zweiten Schnittstellenelementen, die paarweise zusammenwirken, um die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Aufnahme und dem Prüfstecker herzustellen. So kann sich z. B. die Prüflingsaufnahme in einem mittigen unteren Teil des Konnektors befinden und von zwei oder mehr (insbesondere vier) ersten Schnittstellenelementen umgeben sein, die sich in einem äußeren oberen Teil des Konnektors befinden. Dadurch ist der verfügbare Platz effizient nutzbar und das gleichzeitige Anlegen von mehreren Prüfstromsignalen (oder Impulsen) sowie die Handhabung von mehreren als Reaktion auf die Prüfstromsignale im DUT generierten Antwortsignale möglich. So können z. B. vier erste Schnittstellenelemente in vier Ecken einer rechteckigen Montageplatte des Konnektors positioniert werden. Diese Architektur ermöglicht eine kompakte Auslegung sowie das Anlegen einer großen Mehrzahl von Prüfsignalen an die verschiedenen Klemmen des Prüflings.
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In einer Ausführungsform umfasst das Messgerät mindestens einen weiteren austauschbaren Konnektor, wobei jeder aus der Mehrzahl der Konnektor dazu konfiguriert ist, austauschbar mit dem Gehäuse verbunden zu werden (allerdings nur jeweils einer), und jeder dazu konfiguriert ist, elektrisch mit einem anderen Prüflingstyp koppelbar zu sein. Daher kann für jeden zu prüfenden Prüflingstyp ein entsprechend konfigurierter Konnektor vorgesehen werden, der mit einem und demselben Gehäuse zur Durchführung eines bestimmten Tests gekoppelt werden kann. Das Gehäuse und jeder aus der Mehrzahl von Konnektoren können dazu konfiguriert sein, eine elektrisch leitfähige Verbindung von der Prüflingsaufnahme mit dem Gehäuse herzustellen, nachdem jeweils einer aus der Mehrzahl von Konnektoren an das Gehäuse angesteckt wurde. Daher kann ein Bausatz bestehend aus einem einzigen Gehäuse und einer Mehrzahl von verschiedenen Steckern bereitgestellt werden, wobei in Abhängigkeit jeweils von einem DUT jeweils einer der Konnektor ausgewählt und an das Gehäuse angeschlossen werden kann. Dadurch wird der erforderliche Aufwand in Bezug auf Lagerkapazität und Material für das Messgerät reduziert.
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In einer Ausführungsform umfasst das Messgerät ferner mindestens ein weiteres Gehäuse, wobei jedes aus der Mehrzahl der Gehäuse dazu konfiguriert ist, jeweils einen (oder mehrere) verschiedene Testtypen eines Prüflings zu unterstützen. Weiterhin kann das Messgerät ferner mindestens einen weiteren austauschbaren Konnektor umfassen. Jeder aus der Mehrzahl der Konnektor kann dazu konfiguriert werden, jeweils einen (oder mehrere) der verschiedenen Testtypen eines Prüflings zu unterstützen, kann dazu konfiguriert werden, austauschbar mit jeweils einem der Gehäuse steckbar verbunden zu werden, und kann dazu konfiguriert werden, mit einem Prüfling elektrisch koppelbar zu sein, der nach dem jeweiligen der verschiedenen Testtypen getestet wird, die vom jeweiligen Konnektor und dem jeweiligen Gehäuse unterstützt werden, wenn ein Prüfling in eine Prüflingsaufnahme des entsprechenden Konnektors eingesteckt ist. Daher kann für jeden Testtyp, mit dem ein spezifischer DUT getestet wird, ein entsprechend konfiguriertes Gehäuse mit einem entsprechend konfigurierten Konnektor des Modulsystems kombiniert werden. Dadurch kann eine Mehrzahl von verschiedenen Testtypen verschiedener Prüflingstypen effizient bewältigt werden, indem abgestimmte Paarungen von Konnektor(n) und Gehäuse(n) flexibel miteinander kombiniert werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Messgerät einen oder mehrere elektrische Koppelelemente, die das erste Schnittstellenelement elektrisch mit dem Prüfstecker koppeln und das zweite Schnittstellenelement elektrisch mit der Aufnahme koppeln. Ein derartiges elektrisches Koppelelement kann ein oder mehrere Kabel beinhalten, insbesondere eine Kabelverbindung, die das erste Schnittstellenelement elektrisch mit dem Prüfstecker koppelt, und eine weitere Kabelverbindung, die das zweite Schnittstellenelement elektrisch mit der Aufnahme koppelt. Dadurch kann eine ununterbrochene elektrische Kopplung zwischen dem Prüfling und der Prüfanordnung hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform beziehen sich die hohen Temperaturbedingungen auf eine Temperatur von mindestens 100 °C, insbesondere mindestens 140 °C. So kann z. B. die Schnittstellenbaugruppe für eine Prüftemperatur von bis zu 150 °C geeignet sein und somit spezifische Anforderungen von Automobilanwendungen mit hoher Leistung erfüllen.
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In einer Ausführungsform bezieht sich das Prüfstromsignal mit hohem Strom auf einen Prüfstrom von mindestens 4 Ampere, insbesondere mindestens 10 Ampere. So kann z. B. die Schnittstellenbaugruppe für einen Test mit Signalströmen von bis zu 20 Ampere geeignet sein und damit spezifische Anforderungen von Automobilanwendungen mit hoher Leistung erfüllen.
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In einer Ausführungsform umfasst mindestens eine der ersten Trägerstruktur und der zweiten Trägerstruktur einen gewebebasierten Kunststoff oder laminiertes Gewebe, insbesondere in eine Harzmatrix eingebettete Fasern. Eine derartige Zusammensetzung aus Fasern und Harz kann die vorstehend genannten Anforderungen an hohe Temperaturen und hohen Strom erfüllen.
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In einer Ausführungsform ist mindestens eines des ersten Schnittstellenelements und des zweiten Schnittstellenelements mit einer Kriechstrompfadverlängerungsfunktion ausgerüstet. Insbesondere bei Prüfsignalen mit hoher Spannung und/oder hohem Strom kann es unter unerwünschten Umständen geschehen, dass Kriechströme zwischen den Klemmen der Schnittstellenelemente fließen, die elektrisch getrennt voneinander bleiben müssen. Dies kann zu einem Ausfall der Schnittstellenbaugruppe oder des gesamten Messgeräts führen. Allerdings kann mit spezifischen Maßnahmen (z. B. im Sinne von geometrischer Anpassung und/oder Materialauswahl) zur Verlängerung eines Kriechstrompfades zwischen diesen verschiedenen Klemmen das Ausfallrisiko aufgrund von Kriechströmen erheblich reduziert werden.
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In einer Ausführungsform ist die Kriechstrompfadverlängerungsfunktion als mindestens eine napfförmige Ausnehmung in mindestens einem Hauptoberflächenteil von mindestens einem der ersten Trägerstruktur und der zweiten Trägerstruktur ausgebildet, so dass, wenn jeweils einer des einen oder der mehreren ersten Stifte und der eine oder die mehreren zweiten Stifte in eine entsprechende der ersten Trägerstruktur und der zweiten Trägerstruktur eingebettet sind, die entsprechende napfförmige Ausnehmung die entsprechende Trägerstruktur umlaufend in einem Abstand in Bezug auf den jeweiligen Stift im entsprechenden Oberflächenteil der jeweiligen Trägerstruktur umgibt. Insbesondere kann jede der Trägerstrukturen der zusammenwirkenden Schnittstellenelemente napfförmige Ausnehmungen aufweisen, in denen sich der entsprechende Stift befinden kann, wobei jedoch ein (z. B. hohler zylindrischer) Ausschnitt in den äußeren Hauptoberflächenteilen der Trägerstrukturen verbleibt. Dadurch wird ein Pfad erheblich verlängert, entlang dem ein Kriechstrom (zu verhindern) fließen muss, um verschiedene Stifte kurzzuschließen.
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In einer Ausführungsform umfassen der eine oder die mehreren zweiten Stift(e) ein elastisches Lager, insbesondere ein federbelastetes Lager, das dazu konfiguriert ist, eine axiale Ausgleichsbewegung zu ermöglichen. Dadurch ist eine axiale Ausgleichsbewegung der Stifte möglich, wenn die Schnittstellenelemente des Konnektors und des Gehäuses miteinander verbunden sind. Somit kann eine unerwünschte mechanische Belastung aufgrund eines geringfügigen Lageversatzes nach dem Verbinden der Schnittstellenelemente zuverlässig unterdrückt werden. Weiterhin kann der mindestens eine zweite Stift gegen den entsprechenden mindestens einen ersten Stift durch das elastische Lager vorbelastet sein, wodurch eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Stift weiter unterstützt wird. Insbesondere können die zweiten Stifte als Pogo-Stifte konfiguriert sein.
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In einer Ausführungsform umfassen die ersten Stifte in der ersten Trägerstruktur ein Gleitlager, das dazu konfiguriert ist, eine radiale Ausgleichsbewegung zu ermöglichen. Somit ist auch in der Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung, entlang der die Schnittstellenelemente angeschlossen sind, ein gewisser Abstand oder eine räumliche Ausgleichsbewegung der Stifte möglich. Durch diese Maßnahme können die mechanischen Belastungen, die auf die Schnittstellenbaugruppe einwirken, reduziert werden, wodurch eine Beschädigung selbst bei wiederholtem Gebrauch des Gehäuses mit einer Mehrzahl verschiedener Konnektor verhindert wird.
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In einer Ausführungsform weisen der eine oder die mehreren zweiten Stifte ein zulaufendes Ende, z. B. ein pfeilförmig zulaufendes Ende, auf. Spezifischer kann das zulaufende Ende mehrere separate Kontaktflächen aufweisen, die dazu konfiguriert sind, reversibel in ein hülsenförmiges Ende von einem entsprechenden des einen oder der mehreren ersten Stifte einzugreifen. Durch Konfigurieren des Kopfes des einen oder der mehreren zweiten Stifte mit einem (z. B. konisch) zulaufenden Ende kann die elektrische Kontaktfläche vergrößert werden, wobei die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen den zusammenwirkenden Stiften verbessert wird. Sogar noch mehr bevorzugt ist die Konfiguration des Kopfes der zweiten Stifte mit mehreren separaten Kontaktflächen (z. B. kronenförmig), vorzugsweise mit Kanten zwischen angrenzenden Kontaktflächen, da damit die Oberfläche weiter vergrößert und eine sehr zuverlässige elektrische Kopplung gewährleistet wird.
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In einer Ausführungsform sind das erste Schnittstellenelement und das zweite Schnittstellenelement dazu konfiguriert, nach Verbinden des Konnektors mit dem Gehäuse (und nach Herstellen der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem mindestens einen ersten Stift und dem mindestens einen zweiten Stift) in einem vordefinierten Abstand zwischen der ersten Trägerstruktur und der zweiten Trägerstruktur gehalten zu werden. Dieser Abstand, der auch dann gehalten wird, wenn das Gehäuse und der Konnektor zwischen den ersten und zweiten Stiften verriegelt sind, trägt zur Unterbindung von Kriechströmen bei.
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In einer Ausführungsform umfasst die Schnittstellenbaugruppe einen Fixierbolzen, der dazu konfiguriert ist, in entsprechende Fixieraufnahmen von jedem des ersten Schnittstellenelements und des zweiten Schnittstellenelements einzugreifen, so dass das Verbinden des ersten und des zweiten Schnittstellenelements nur in Positionen möglich ist, in denen der Fixierbolzen in die Fixieraufnahmen von beiden Schnittstellenelementen reicht. Vorteilhafterweise werden Fixieraufnahmen nur in Oberflächenbereichen der Schnittstellenelemente gebildet, die in dem Zustand, in dem Konnektor und Gehäuse miteinander verriegelt sind, nebeneinander angeordnet sind. Wenn beide Schnittstellenelemente korrekt montiert sind, greift der Fixierbolzen in beide Fixieraufnahmen ein und ermöglicht eine Koppelung zwischen den Schnittstellenelementen. Wenn jedoch eines der Schnittstellenelemente in einer falschen Position montiert ist, kommt der Fixierbolzen gegen die Außenfläche von einem der Schnittstellenelemente zur Anlage und verhindert die Kopplung zwischen den Schnittstellenelementen.
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Die vorstehenden und weitere Objekte, Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Figurenliste
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Die begleitenden Zeichnungen, die eingeschlossen sind, um ein weitergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen bereitzustellen, und einen Teil der Patentschrift darstellen, veranschaulichen Ausführungsbeispiele.
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In den Zeichnungen:
- stellt 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Messgeräts nach einer exemplarischen Ausführungsform dar.
- stellt 2 eine dreidimensionale Ansicht eines austauschbaren Konnektors dar, der für das Messgerät nach 1 verwendet werden kann.
- stellen Figur 3A und 3B dreidimensionale Ansichten eines Gehäuses des Messgeräts nach 1 dar.
- stellt 4 eine dreidimensionale Ansicht der Unterseite des Messgeräts aus 1 dar, wobei der Konnektor aus 2 mit dem Gehäuse verriegelt ist.
- stellt 5 eine dreidimensionale Ansicht der Unterseite des Messgeräts aus 1 dar, wobei der Konnektor aus 2 vom Gehäuse entriegelt ist.
- stellen 6 bis 8 eine dreidimensionale Ansicht und eine Querschnittsansicht einer entsprechenden Schnittstellenbaugruppe nach einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung dar.
- stellt 9 eine Schnittstellenbaugruppe von zwei Schnittstellenelementen in montiertem Zustand nach einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung dar.
- stellt 10 die Schnittstellenbaugruppe aus 9 in nicht montiertem Zustand dar.
- stellen Figur 11A und 11B die Abbildung einer Prüfanordnung nach einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung dar.
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Detaillierte Beschreibung
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Die Veranschaulichung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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Bevor exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren detaillierter beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen kurz dargestellt, auf deren Basis die exemplarischen Ausführungsformen entwickelt wurden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird bereitgestellt: eine Schnittstellenbaugruppe mit zusammenwirkenden Schnittstellenelementen (die auch als Schnittstellenblöcke bezeichnet werden können), die bei hohen Spannungen (insbesondere bis zu 6 kV oder höher) und/oder hohen Strömen (insbesondere bis zu 24 Ampere oder höher) und/oder hohen Temperaturen (insbesondere bis zu 150 °C oder höher) arbeiten können. Eine derartige Schnittstellenbaugruppe kann in der Lage sein, Signale hoher Spannung und hohen Stroms bei hohen Temperaturen in einem Messgerät (wie z. B. einem Messkopf) mit austauschbarem Konnektor zu übertragen.
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Ein entsprechendes Messgerät nach einer exemplarischen Ausführungsform kann aus einem Gehäuse und einem Konnektor mit Schnellwechselfunktionalität bestehen. Demnach ist der Austausch eines Konnektors gegen einen anderen Konnektor eines anderen Typs möglich (so dass es z. B. möglich ist, ein einziges Gehäuse mit unterschiedlichen Konnektoren bereitzustellen, die Tests an verschiedenen Prüflingstypen unterstützen, z. B. Prüflinge mit unterschiedlichen Abmessungen, einer unterschiedlicher Anzahl Klemmen, unterschiedlichen Funktionen usw.). Ein derartiger Bausatz aus einem Gehäuse und mehreren Konnektoren stellt eine kompakte Lösung dar, die die erforderliche Lagerkapazität und die Kosten für das Bereitstellen und Zusammenstellen der verschiedenen Messgeräte reduziert.
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Es ist auch möglich, ein Baukastensystem aus mehreren Gehäusen und mehreren Konnektoren bereitzustellen, die paarweise für einen bestimmten Testtyp eingesetzt werden können, der unter Berücksichtigung eines entsprechenden zu testenden Prüflings auszuführen ist. Dies ermöglicht zum Beispiel die selektive Kombination von Gehäusen und Konnektoren zur Unterstützung einer statischen Prüfung (dann in der Funktion als Messgerät für statische Test) oder einer Iso-Prüfung (dann in der Funktion als Iso-Messgerät).
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1 stellt eine dreidimensionale Ansicht eines Messgeräts 100 nach einer exemplarischen Ausführungsform dar. 2 stellt eine dreidimensionale Ansicht eines austauschbaren Konnektors 108 dar, der für das Messgerät 100 nach 1 verwendet werden kann. Figur 3A und 3B stellen dreidimensionale Ansichten eines Gehäuses 102 des Messgeräts 100 nach 1 dar. 4 stellt eine dreidimensionale Ansicht der Unterseite des Messgeräts 100 aus 1 dar, wobei der Konnektor 108 aus 2 sich in einem verbundenen Zustand von Konnektor 108 und Gehäuse 102 befindet. 5 stellen eine dreidimensionale Ansicht der Unterseite des Messgeräts 100 aus 1 dar, wobei der Konnektor 108 aus 2 sich in einem getrennten Zustand von Konnektor 108 und Gehäuse 102 befindet.
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Das Messgerät 100 besteht aus zwei Modulen, d. h. dem Gehäuse 102 und dem austauschbaren Konnektor 108 (der gegen einen anderen austauschbaren Konnektor 108, der nicht abgebildet ist, ausgetauscht werden kann). Das Messgerät 100 ist zum Aufnehmen und elektrischen Kontaktieren eines Prüflings 150 konfiguriert (wie z. B. als HybridPack-Modul, zum Beispiel für Automobilanwendungen), die unter Mitwirkung eines Testgeräts 1150 geprüft werden sollen, wie in 11A und 11B dargestellt, die nachstehend genauer beschrieben werden. Während einer derartigen Prüfung kann der Prüfling 150 von Testgerät 1150 einer offenen Unterseite des Messgeräts 100 zugeführt werden, an der eine oder mehrere elektrische Klemmen des Prüflings 150 mit entsprechenden Klemmen einer Prüflingsaufnahme 112 des Konnektors 108 in Kontakt stehen können.
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Das Messgerät 100 kann aus einem einzelnen Gehäuse 102 und einer Mehrzahl von austauschbaren Konnektoren 108 bestehen, die unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und zum Beispiel jeweils zum Testen eines anderen Prüflingstyps 150 konfiguriert sind, wobei jeweils einer der Konnektor 108 am Gehäuse 102 montiert ist. Es ist auch möglich, eines von mehreren Gehäusen 102 mit einem von mehreren Konnektoren 108 zu kombinieren, sodass das modulare System mit verschiedenen Prüfplänen oder -protokollen kompatibel ist, zum Beispiel je nach unterschiedlichen Prüfstromsignalen und/oder unterschiedlichen Prüfbedingungen wie z. B. Temperatur.
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Das Gehäuse 102 umfasst erste Schnittstellenelemente 104, die elektrisch mit dem Testgerät 1150 koppelbar sind, wenn das Testgerät 1150 an die (in der dargestellten Ausführungsform drei) Prüfstecker 106 des Gehäuses 102 angeschlossen ist. Die ersten Schnittstellenelemente 104 sind potenzialfrei an einem Rahmen 188 des Gehäuses 102 untergebracht. Für bestimmte Prüfungen (wie z. B. eine Iso-Prüfung) kann ein einzelner Prüfstecker 106 ausreichend sein. Für andere Prüfungen (wie z. B. statische Prüfungen mit hohem oder niedrigem Strom) können jedoch zwei, drei oder mehr Prüfstecker 106 vorgesehen sein.
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Der austauschbare Konnektor 108 ist dazu konfiguriert, austauschbar mit dem Gehäuse 102 verbunden zu sein, und umfasst eine Anzahl von zweiten Schnittstellenelementen 110 (entsprechend der Anzahl der ersten Schnittstellenelemente 104, in der dargestellten Ausführungsform vier), die elektrisch mit dem Prüfling 150 gekoppelt werden können, wenn dieser sich an der Prüflingsaufnahme 112 des Konnektors 108 befindet. Die Anzahl von ersten Schnittstellenelementen 104 und die Anzahl von zweiten Schnittstellenelementen 110 ist normalerweise gleich, wobei jeweils ein erstes Schnittstellenelement 104 und ein entsprechendes zweites Schnittstellenelement 110 eins zu eins einander zugeordnet sind.
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Die ersten Schnittstellenelemente 104 und die zweiten Schnittstellenelemente 110 sind dazu konfiguriert, nach Verbinden des Konnektors 108 mit dem Gehäuse 102 eine elektrisch leitfähige Verbindung von der Prüflingsaufnahme 112 zum Prüfstecker 106 herzustellen. Mit anderen Worten wird durch das mechanische Zusammenbauverfahren zwischen dem Gehäuse 102 und dem Konnektor 108 in einem einzigen Vorgang gleichzeitig eine mit hohen Strömen kompatible elektrische Verbindung zwischen den Schnittstellenelementen 104, 110 hergestellt.
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Das Gehäuse 102 und der Konnektor 108 sind dazu konfiguriert, durch Anstecken des Konnektors 108 von einer Unterseite an das Gehäuse 102 und anschließende Betätigung eines hebelbasierten Betätigungsmechanismus 114 des Gehäuses 102 zum Verriegeln des Konnektors 108 mit dem Gehäuse 102 verbunden zu werden (siehe 4 und 5). Durch dieses Verfahren wird gleichzeitig eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den ersten Schnittstellenelementen 104 und den zweiten Schnittstellenelementen 110 hergestellt, d. h. dieses Verfahren bringt auch die Schnittstellenelemente 104, 110 in einen elektrisch leitfähigen Eingriff.
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Der hebelbasierte Betätigungsmechanismus 114, der am besten in Figur 3A, Figur 3B, 4 und 5 sichtbar ist, umfasst einen Hebel 116, der durch einen Benutzer manuell geschwenkt werden kann zum Umschalten des Messgeräts 100 zwischen einem verriegelten oder verbundenen Zustand zwischen Gehäuse 102 und Konnektor 108 (siehe 4) und einem getrennten oder nicht verbundenen Zustand zwischen Gehäuse 102 und Konnektor 108 (siehe 5). Weitere Komponenten des Betätigungsmechanismus 114 sind ein abgeschrägtes Element 118, wie z. B. ein keilförmiger Körper, und ein Bewegungsumwandlungsmechanismus 120 zum Umwandeln einer Schwenkbewegung des Hebels 116 in eine Längsbewegung des abgeschrägten Elements 118. Der Bewegungsumwandlungsmechanismus 120 umfasst eine Koppelstange 160, die starr mit dem Hebel 116 verbunden ist und ein umlaufend gezahntes Ende 162 aufweist. Beim Schwenken des Hebels 116 rotiert die Koppelstange 160 zusammen mit ihrem gezahnten Ende 162. Die Zähne des rotierenden gezahnten Endes 162 greifen ihrerseits in die Zähne eines Ritzels 164 ein. Somit bewegt sich das Ritzel 164 zusammen mit dem abgeschrägten Element 118 in Längsrichtung. Folglich bewegen sich entsprechende Vorsprünge 122 (wie z. B. Kugellager) des Konnektors 108 - am besten sichtbar in 2 - entlang des zugeordneten abgeschrägten Elements 118 und führt dabei den Konnektor 108 nach dem Mitnehmerprinzip räumlich an das Gehäuse 102 heran. Dies ist auch in 3A ersichtlich, in der eine annähernde Position des Vorsprungs 122 schematisch mit der Bezugszahl 122' angegeben ist und in der die Längsbewegung eines Koppelkörpers 302, der das abgeschrägte Element 118 mit dem Ritzel 164 verbindet, mit einem Doppelpfeil 300 eingezeichnet ist. Demnach ist der entsprechende Vorsprung 122 so konfiguriert, dass er durch Betätigen des Betätigungsmechanismus 114 bewegt werden kann und damit den Konnektor 108 mit dem Gehäuse 102 verbindet. Zusammenfassend wird durch das Schwenken des Hebels 116 der Konnektor 108 zum Gehäuse 102 hin angehoben und bringt die Schnittstellenelemente 104, 110 zwangsläufig miteinander zum Eingriff, wobei eine elektrische Verbindung hergestellt wird.
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Darüber hinaus ist der Betätigungsmechanismus 114 so konfiguriert, dass in einer Position des Betätigungsmechanismus 114 nach dem Verbinden des Gehäuses 102 mit dem Konnektor 108 ein Betätigungs-Deaktivierungselement 176 die weitere Betätigung des Betätigungsmechanismus 114 deaktiviert, sofern nicht das Betätigungs-Deaktivierungselement 176 aktiv vom Benutzer deaktiviert wird. Wenn sich somit das Messgerät 100 in dem Zustand befindet, in dem Gehäuse 102 und Konnektor 108 nicht verbunden sind, wie in 5 dargestellt, kann der Benutzer den Hebel 116 frei betätigen, um das Messgerät 100 in den Zustand umzuschalten, in dem Gehäuse 102 und Konnektor 108 verbunden sind, wie in 4 dargestellt, ohne dazu das Betätigungs-Deaktivierungselement 176 übersteuern zu müssen. Das Verbindungsverfahren erfolgt somit für einen Benutzer sehr intuitiv. Wenn sich jedoch das Messgerät 100 im verbundenen oder verriegelten Zustand befindet, wie in 4 dargestellt, fungiert das Betätigungs-Deaktivierungselement 176 als Sicherheitsmechanismus, um unerwünschtes Trennen des Messgeräts 100 zu vermeiden, was zum Beispiel während einer Prüfung gefährlich sein könnte. Deshalb muss der Benutzer zum Umschalten des Messgeräts 100 aus dem in 4 dargestellten Zustand in dem in 5 dargestellten Zustand zuerst den Schutzmechanismus, der durch das Betätigungs-Deaktivierungselement 176 bereitgestellt wird, übersteuern, bevor er das Gehäuse 102 und den Konnektor 108 voneinander trennen kann (zum Beispiel zum Ersetzen des Konnektors 108 durch einen anderen Konnektor 108, um das Messgerät 100 für eine weitere andere Prüfung neu einzustellen).
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Demnach befindet sich der Konnektor 108 in 4 in einer mit dem Gehäuse 102 verriegelten Position, während er sich in 5 in einer mit dem Gehäuse 102 entriegelten Position befindet. Um einen Konnektor 108 am Gehäuse 102 zu montieren, wird das Gehäuse 102 auf den Kopf gestellt oder um 180° gedreht, wie in 4 und 5 dargestellt. Anschließend wird der gewünschte Konnektor 108 in eine Einsteckausnehmung des Gehäuses 102 eingesteckt. In diesem Zustand befinden sich die Pogo-Stifte in einem freien, nicht vorbelasteten Zustand. Anschließend wird der Hebel 116 um 180° geschwenkt, sodass der Vorsprung 122 entlang des abgeschrägten Elements 118 bewegt wird, wobei das Koppelverfahren durch Verriegeln des Konnektors 108 mit dem Gehäuse 102 abgeschlossen wird.
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Durch das vorstehend für das Gehäuse 102 und den Konnektor 108 beschriebene Verfahren wird ein durchgehender elektrisch leitfähiger Kopplungsweg von einer oder mehreren Klemmen des an der Prüflingsaufnahme 112 des Konnektors 108 angeordneten Prüflings 150 über eine oder mehrere Klemmen an der Prüflingsaufnahme 112, über ein oder mehrere elektrische Koppelelemente 126 (wie z. B. angelötete Kabel) zwischen der Prüflingsaufnahme 112 und den zweiten Schnittstellenelementen 110, von den zweiten Schnittstellenelementen 110 zu den ersten Schnittstellenelementen 104 und über ein oder mehrere weitere elektrische Koppelelemente 166 (wie angelötete Kabel) zwischen den ersten Schnittstellenelementen 104 in den einen oder in die mehreren Prüfstecker 106 hergestellt. Folglich können elektrische Koppelelemente 126, 166, die als elektrische Verbindungskabel ausgeführt sein können, zum elektrischen Koppeln der ersten Schnittstellenelemente 104 mit den Prüfsteckern 106 und zum elektrischen Koppeln der zweiten Schnittstellenelemente 110 mit den Aufnahmen 112 bereitgestellt sein.
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Wie am besten in 2 ersichtlich, kann der Konnektor 108 auf einer ebenen Auflageplatte 170 aufliegen, die zum Beispiel aus einem gewebebasierten Kunststoff (wie z. B. einem Gemisch aus Harz und Glasfasern) hergestellt sein und dazu geeignet sein kann, hohen Temperaturen von z. B. bis zu 150 °C und/oder hohen Stromwerten von z. B. bis zu 10 Ampere standzuhalten. Eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 172 kann in der Auflageplatte 170 ausgeführt sein. Darüber hinaus kann eine Mehrzahl von Unterkonstruktionen 174 auf der Auflageplatte 170 ausgebildet sein oder sich senkrecht über diese hinaus erstrecken, wobei jede der Unterkonstruktionen 174 dazu konfiguriert sein kann, ein entsprechendes der zweiten Schnittstellenelemente 110 an einer freiliegenden Position aufzunehmen und dabei die Verbindungsfähigkeit mit dem entsprechenden Schnittstellenelement 104 unterstützen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann ein Typenschild 190 an die Auflageplatte 170 angeschraubt sein. Des Weiteren weist die Bezugszahl 192 auf das Vorhandensein von 20 für eine hohe Stromverbindung geeigneten Klemmen hin, und die Bezugszahl 196 weist auf das Vorhandensein von 85 für eine hohe Stromverbindung geeigneten Klemmen hin. Die Bezugszahl 194 zeigt die individuelle Verdrahtung der jeweiligen zweiten Schnittstellenelemente 110 mit Pogostiften, die mit dem Prüfling 150 während einer Prüfung in Kontakt sind. Die Bezugszahl 122 zeigt die vier Vorsprünge (von denen nur zwei in 2 ersichtlich sind), ausgeführt als Kugellager und verwendet zum Anheben und Verriegeln des Konnektors 108 mit dem Gehäuse 102, wie es durch den Hebelmechanismus 114 erreicht wird.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3A ist der Hebel 116 in einer geschlossenen Position entsprechend 4 dargestellt. Er kann durch Schwenken um 180° in eine offene Position übergeführt werden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3B weist die Bezugszahl 302 auf das Vorhandensein von 2x20 für eine hohe Stromverbindung geeigneten Klemmen hin, und die Bezugszahl 304 weist auf das Vorhandensein von 2x85 für eine hohe Stromverbindung geeigneten Klemmen hin. Wie durch die Bezugszahl 306 angegeben, ist eine Konnektor-Identifikationseinheit vorgesehen, die einen entsprechenden Konnektor 108 automatisch erkennen kann, wenn er mit dem Gehäuse 102 gekoppelt wird.
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6 bis 8 zeigen jeweils eine dreidimensionale Ansicht und eine Querschnittsansicht einer entsprechenden Schnittstellenbaugruppe 600, jeweils bestehend aus zusammenwirkenden und reversibel montierbaren oder lösbaren Schnittstellenelementen 104, 110 nach exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung.
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Die Schnittstellenbaugruppe 600 nach 6 umfasst erstes Schnittstellenelement 104 (das Bestandteil des Gehäuses 102 sein kann), das seinerseits aus einer elektrisch isolierenden ersten Trägerstruktur 602 und einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen ersten Stiften 604 gebildet wird, die durch die erste Trägerstruktur 602 hindurch verlaufen und in einem Matrixraster, d. h. in Reihen und Spalten, angeordnet sind. Darüber hinaus umfasst die Schnittstellenbaugruppe 600 zweites Schnittstellenelement 110 (das Bestandteil des Konnektors 108 bilden kann, der mit dem Gehäuse 102 verbunden werden soll), das seinerseits eine elektrisch isolierende zweite Trägerstruktur 606 und eine oder mehrere elektrisch leitfähige zweite Stifte 608 umfasst, die durch die gesamte zweite Trägerstruktur 606 hindurch verlaufen. Das erste Schnittstellenelement 104 und das zweite Schnittstellenelement 110 sind dazu konfiguriert, nach Verbinden des Konnektors 108 mit dem Gehäuse 102 eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem der ersten Stifte 604 und dem zweiten Stift 608 herzustellen. 6 stellt eine Konfiguration dar, bei der diese elektrische Kopplung hergestellt ist, wie rechts im unteren Teil von 6 sichtbar.
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Das erste Schnittstellenelement 104 und das zweite Schnittstellenelement 110 sind dazu konfiguriert, dem Anlegen von Prüfsignalen mit hohem Strom (zum Beispiel einem Strom von mehreren Ampere bei einer Spannung von mehreren Kilovolt) unter hohen Temperaturbedingungen (zum Beispiel bis zu 150 °C) standzuhalten. Die erste Trägerstruktur 602 und die zweite Trägerstruktur 606 sind beide aus einem gewebebasierten Kunststoff hergestellt, der in einer Harzmatrix eingebettete Fasern umfasst und 150 °C sowie einem Strom von mehreren Ampere ohne Schädigung standhalten kann.
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Wie aus 6 zu entnehmen ist, sind das erste Schnittstellenelement 104 und das zweite Schnittstellenelement 110 mit einer Kriechstrompfadverlängerungsfunktion 610 in Form einer Mehrzahl von napfförmigen Ausnehmungen 612 in beiden einander gegenüberliegenden Hauptoberflächenteilen der ersten Trägerstruktur 602 und der zweiten Trägerstruktur 606 ausgerüstet. Wenn daher die ersten Stifte 604 und der zweite Stift 608 in der ersten Trägerstruktur 602 bzw. in der zweiten Trägerstruktur 606 eingebettet sind, halten die napfförmigen Ausnehmungen 612 die jeweilige Trägerstruktur 602, 606 umlaufend in einem Abstand zu den jeweiligen Stiften 604, 608. Dies ist am besten in der unteren Abbildung von 6 ersichtlich. Wenn ein unerwünschter Kriechstrom die Tendenz zeigt, zum Beispiel von einem der ersten Stifte 604 zu einem anderen der ersten Stifte 604 entlang einer Fläche des ersten dielektrischen Trägers 602 zu fließen, verlängert das Vorhandensein der napfförmigen Ausnehmungen 612 erheblich den Fließpfad, entlang dem ein Kriechstrom fließen muss, um unbeabsichtigt verschiedene der ersten Stifte 604 kurzzuschließen.
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Die obere Abbildung in 6 zeigt schematisch einen Fixierbolzen 614, der dazu konfiguriert ist, in entsprechende Fixieraufnahmen 616 von jedem ersten Schnittstellenelement 104 und jedem zweiten Schnittstellenelement 110 einzugreifen, so dass das Verbinden des ersten Schnittstellenelements 104 und des zweiten Schnittstellenelements 110 nur in Positionen möglich ist, in denen der Fixierbolzen 614 in beide Fixieraufnahmen 616 hinein reicht. Demnach ist es aufgrund des Vorhandenseins des Fixierbolzens 614 mechanisch unmöglich, die Schnittstellenelemente 104, 110 irrtümlich zu verbinden. In einem Szenario, in dem ein Benutzer irrtümlich das zweite Schnittstellenelement 610 an einen Montagesockel 174 montiert (zum Beispiel gegenüber der richtigen Montageposition um 180° verdreht), verhindert der Fixierbolzen 614 das Verbinden der Schnittstellenelemente 104, 110 in der falschen Position. Nur wenn die Position zueinander korrekt ist - siehe 6 - und die Fixieraufnahmen 616 miteinander ausgerichtet oder fluchtgerecht positioniert sind, kann der Fixierbolzen 614 durch beide dieser Fixieraufnahmen 616 hindurchgehen.
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Darüber sind Lagerbolzen 620 vorgesehen, die dazu dienen, die Schnittstellenelemente 104, 110 mit einem gewissen Spiel zu fixieren. Die Schnittstellenelemente 104, 110 können zwar eine bestimmte Ausgleichsbewegung in der Ebene senkrecht zu den Lagerbolzen 620 ausführen, die Lagerbolzen 620 begrenzen diese Ausgleichsbewegung jedoch, um dadurch die Schnittstellenelemente 104, 110 zu zentrieren.
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Des Weiteren ermöglicht es ein erstes Montageelement 630, (zum Beispiel durch Anschrauben) das erste Schnittstellenelement 104 am Gehäuse 102 zu montieren, und ein zweites Montageelement 640 ermöglicht es, (zum Beispiel durch Anschrauben) das zweite Schnittstellenelement 110 am Konnektor 108 zu montieren.
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6 zeigt Schnittstellenelemente 104, 110, die dazu konfiguriert sind, eine statische Hochstromprüfung durchzuführen. Die Anzahl der möglichen Verbindungen beträgt 18, die Maximalspannung 2,5 kV, der Maximalstrom 24 Ampere, die Maximaltemperatur 150 °C, die Hublänge (zum Herstellen der Verbindung) 4 mm und die Anpresskraft bei dieser Hublänge 2,25 Newton pro Stift. Die Gehäuseseite (d. h. die ersten Stifte 604 in der ersten Trägerstruktur 602 des ersten Schnittstellenelements 104) weist ein Gleitlager auf, während die Konnektorseite (d. h. die zweite Trägerstruktur 606 des zweiten Schnittstellenelements 110) ein Festlager aufweist.
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Die Ausführungsform in 7 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 6 insbesondere dadurch, dass nach 7 die Schnittstellenelemente 104, 110 dazu konfiguriert sind, eine statische Niederstromprüfung durchzuführen. Nach 7 beträgt die Anzahl der möglichen Verbindungen 85, die Maximalspannung 2,5 kV, der Maximalstrom 4 Ampere, die Maximaltemperatur 150 °C, die Hublänge (zur Herstellung der Verbindung) 4 mm und die Anpresskraft bei dieser Hublänge 2,25 Newton pro Stift. Die Gehäuse- oder Adapterseite weist ein Gleitlager auf, während die Konnektorseite ein Festlager aufweist.
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Die Ausführungsform in 8 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 6 insbesondere darin, dass nach 8 die Schnittstellenelemente 104, 110 dazu konfiguriert sind, eine statische Hochstrom-Isoprüfung (Isolationsprüfung) durchzuführen. Nach 8 beträgt die Anzahl der möglichen Verbindungen 5 oder 4, die Maximalspannung 6 kV oder 0,5 kV, der Maximalstrom 24 Ampere oder 4 Ampere, die Maximaltemperatur 150 °C, die Hublänge (zur Herstellung der Verbindung) 4 mm und die Anpresskraft bei dieser Hublänge 2,25 Newton pro Stift. Die Gehäuse- oder Adapterseite weist ein Gleitlager auf, während die Konnektorseite ein Festlager aufweist.
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9 zeigt eine Detailansicht der Schnittstellenbaugruppe 600 der beiden Schnittstellenelemente 104, 110 nach einer der 6 bis 8 in montiertem Zustand. 10 zeigt die Schnittstellenbaugruppe 600 von 9 in einem nicht montierten Zustand, d. h. mit einem größeren Abstand zwischen den Trägerstrukturen 602, 606. Die zweiten Stifte 608, bei denen es sich um Pogostifte handeln kann, umfassen ein elastisches Lager, das als federbelastetes Lager ausgeführt sein kann, und sind deshalb dazu konfiguriert, eine axiale Ausgleichsbewegung zu ermöglichen. Dadurch wird eine Ausgleichsbewegung der Schnittstellenbaugruppe 600 in Axialrichtung (entsprechend der Horizontalrichtung nach 9) der Stifte 604, 608 möglich. Darüber hinaus umfassen die in der ersten Trägerstruktur 602 eingebetteten ersten Stifte 604 ein Gleitlager, das dazu konfiguriert ist, eine radiale Ausgleichsbewegung zu ermöglichen. Dadurch wird eine Ausgleichsbewegung der Schnittstellenbaugruppe 600 in einer radialen Ebene (senkrecht zur Horizontalrichtung nach 9) der Stifte 604, 608 möglich. Das Ermöglichen eines begrenzten Ausgleichs in jeder Richtung verhindert hohe mechanische Belastung und damit die Gefahr von Bruch der Schnittstellenbaugruppe 600 im Fall eines geringfügigen Lageversatzes bei der Montage. Im Gegensatz zu den zweiten Stiften 608 in den zweiten Trägerstrukturen 606 werden die ersten Stifte 604 in den ersten Trägerstrukturen 602 fest in einer Axialrichtung gehalten, ohne eine Ausgleichsbewegung in Axialrichtung ausführen zu können. Im Gegensatz zu den ersten Stiften 604 in den ersten Trägerstrukturen 602 werden die zweiten Stifte 608 in den zweiten Trägerstrukturen 606 fest in einer Radialebene gehalten, ohne eine Ausgleichsbewegung in der Radialebene ausführen zu können.
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Wie 9 und insbesondere einem darin dargestellten Detail 910 zu entnehmen ist, umfassen die zweiten Stifte 608 ein zulaufendes Ende 900, das mehrere separate Kontaktflächen 902 aufweist, die dazu konfiguriert sind, reversibel in ein hülsenförmiges Ende 904 von einem entsprechenden der ersten Stifte 604 einzugreifen. Somit kann die Kontaktfläche zwischen den zweiten Steckstiften 608 und den ersten Hohlstiften 604 (die einen hülsenförmigen Verbindungsabschnitt aufweisen) groß gehalten und damit ein einwandfreier elektrischer Kontakt sichergestellt werden
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Wie 9 zu entnehmen ist, sind das erste Schnittstellenelement 104 und das zweite Schnittstellenelement 110 dazu konfiguriert, nach dem Verbinden des Konnektors 108 mit dem Gehäuse 102 in einem vorgegebenen Abstand d zwischen der ersten Trägerstruktur 602 und der zweiten Trägerstruktur 606 zu verbleiben. Dies unterstützt die einwandfreie elektrische Isolierung zwischen den jeweiligen Stiften 604, 608 und unterdrückt Kriechströme. Im nicht montierten Zustand nach 10 ist ein Abstand zwischen der ersten Trägerstruktur 602 und der zweiten Trägerstruktur 606 größer als d.
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Figur 11A und 11B stellen Abbildungen einer Prüfanordnung 1180 nach einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung dar.
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Die Prüfanordnung 1180 ist dazu konfiguriert, einen Prüfling 150 zu prüfen. Die Prüfanordnung 1180 umfasst Messgerät 100 zum Aufnehmen und elektrischen Kontaktieren des Prüflings 150 und ein Testgerät 1150, auf welches das Messgerät 100 aufgebaut wird. Das Testgerät 1150 dient als Montagesockel für das Messgerät 100, das oben auf dem Testgerät 1150 angebracht ist. Zuvor wurde bereits ein geeigneter austauschbarer Konnektor 108 (ausgewählt je nach auszuführendem Testtyp und/oder zu testendem Prüfling) am Unterteil des Gehäuses 102 montiert, wie vorstehend in Bezug auf 1 bis 5 beschrieben. Nach Beginn der Prüfung führt das Testgerät 1150 einen zu testenden Prüfling 150 der Prüflingsaufnahme 112 des Konnektors 108 zu und stellt elektrischen Kontakt zu dessen Klemmen her. Zum Beispiel kann ein Prüfling 150 von einem DUT-Behälter (nicht dargestellt) über einen beweglichen Trägertisch 1160 (mit Hilfe eines Ansaugprozesses) zur Prüflingsaufnahme 112 transportiert werden. Mit anderen Worten kann der bewegliche Träger 1160, der den Prüfling 150 trägt, sich zu einem Unterteil des Messgeräts 100 bewegen, um den Prüfling 150 mit der Prüflingsaufnahme 112 zum funktionalen Zusammenwirken zu veranlassen. Anschließend legt das Testgerät 1150 Prüfsignale nach einem vorgegebenen Prüfprotokoll an den/die entsprechenden Prüfstecker 106 an, von wo aus die Stromsignale zu den angeschlossenen Klemmen des Prüflings 150 geleitet werden. Als Reaktion auf das Anlegen dieser Prüfsignale generiert der Prüfling 150 entsprechende Antwortsignale, die ihrerseits vom Prüfling 150 über das Messgerät 100 zu dem/den Prüfstecker(n) 106 und von dort aus zur Signalverarbeitung zum Testgerät 1150 geleitet werden. Der bewegliche Träger 1160 kann sich dann zurückbewegen, um das funktionale Zusammenwirken des Prüflings 150 mit dem Messgerät 100 zu beenden. Je nach Antwortsignal kann das Testgerät 1150 anschließend entscheiden, ob der Prüfling 150 den Test bestanden hat oder nicht. Es ist auch möglich, dass sich das Prüfergebnis so darstellt, dass das Testgerät 1150 den Prüfling 150 zur Nachbearbeitung zurück zur Fertigungsstraße schickt oder entscheidet, dass mit dem Prüfling 150 weitere Prüfungen durchgeführt werden müssen.
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Auch wenn dies in Figur 11A und 11B nicht dargestellt ist, können das Testgerät 1150 und/oder das Messgerät 100 dazu konfiguriert sein, den Prüfling 150 während der Prüfung auf eine erhöhte Temperatur (zum Beispiel auf mindestens bis zu 80 °C, insbesondere auf bis zu 150 °C) verglichen mit der Umgebungstemperatur (zum Beispiel 20 °C) zu erwärmen. Hierzu kann eine entsprechend steuerbare Temperatureinstellvorrichtung vorgesehen werden (nicht dargestellt, zum Beispiel eine Heizvorrichtung umfassend).
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Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „umfassend“ nicht andere Elemente oder Merkmale ausschließt, und dass „ein“ oder „eine“ sowie deren Deklinationen eine Mehrzahl nicht ausschließen.
