DE102022119935A1

DE102022119935A1 - Prüfstiftvorrichtung

Info

Publication number: DE102022119935A1
Application number: DE102022119935.5A
Authority: DE
Inventors: David Stuhldreier-Kaufmann
Original assignee: Ingun Pruefmittelbau GmbH
Current assignee: Ingun Pruefmittelbau GmbH
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2024-02-08
Also published as: WO2024032967A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prüfstift (10) zur elektrischen Berührungskontaktierung eines Kontaktpartners (20), insbesondere einer planen Oberfläche (21) eines Kontaktpartners, aufweisend einen im Wesentlichen hülsenförmigen Grundkörper (1), einen an einer dem Kontaktpartner (20) zugewandten Kontaktseite (2a) des Grundkörpers (1) angeordneten Kontaktkopf (3) mit wenigstens zwei sich ausgehend von einer Basis (4) des Kontaktkopfs (3) axial erstreckenden Teilsegmenten (5a,5b,5c,5d), wobei die Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) wenigstens jeweils ein sich stirnseitig davon erstreckendes und vorzugsweise starres Schneidelement (6a,6b,6c,6d) zum Einschneiden und/oder Aufkratzen einer Oberfläche des Kontaktpartners (21) aufweisen, und dass der Kontaktkopf (3) zur radialen Aufweitung oder Verengung der Schneidelemente (6a,6b,6c,6d) unter Beaufschlagung einer auf den Prüfstift (10) in Axialrichtung wirkenden Kraft (F), insbesondere einer Kompressionskraft, ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfstift zum lösbaren Kontaktieren eines Kontaktpartners, insbesondere zur Oberflächenkontierung eines Energiespeichers.
Prüfstifte bzw. Prüfstiftvorrichtungen mit einem Kontaktkopf sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und werden in Prüffeldern oder anderen Prüfkontexten benutzt, um einen Prüfpartner, beispielsweise eine einen geeigneten Buchsenabschnitt aufweisende Elektronikbaugruppe, auf Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Hierbei wird die Prüfstiftvorrichtung als Stecker auf den zu prüfenden Kontaktpartner aufgesetzt bzw. kontaktiert diesen. Anschließend werden über eine geeignete Kontaktierung Prüfsignale auf den Kontaktpartner gebracht. Hierbei kann auch eine Mehrzahl derartiger Prüfstifte zum Zusammenbringen mit entsprechenden Kontaktpartnern eines Prüflings in einer gemeinsamen Befestigungsvorrichtung vorgesehen sein.
So offenbart die gattungsgemäße WO 2012/136562 einen Prüfstift aufweisend ein hülsenförmiges Gehäuse, ein darin beweglich geführtes hülsenförmiges Kontaktelement, sowie ein damit zusammenwirkendes stiftförmiges Element, wobei letzteres als auch das Kontaktelement mittels separater Federelemente im Gehäuse in einer ersten, unkomprimierten Nichtkontaktposition axial vorgespannt sind. Bei Einführung des Kontaktelements in einen zu kontaktierenden bzw. zu prüfenden Buchsenabschnitt, wirkt durch einen das Kontaktelement kragenförmig umgebenden Anschlag eine Axialkraft auf den Prüfstift, wodurch das Kontaktelement in eine zweite, eingefederte Kontaktposition überführt wird, wobei das stiftförmige Element gegen eine Innenkontaktfläche des Kontaktelements gedrückt wird, wodurch eine radiale Aufweitung des Kontaktkopfes zur Anlage bzw. Kontaktierung des Buchsenabschnitts mittels einer Umfangsfläche des Prüfstifts erfolgt.
Ebenfalls bekannt sind Prüfvorrichtungen, welche zur Kontaktierung eines Energiespeichers, insbesondere einer Batterie, ausgebildet sind. Hierbei kann insbesondere eine Kontaktierung einer planen Oberfläche des Energiespeichers insbesondere an einem Pol erfolgen. Die DE 20 2018 104 812 U1 offenbart beispielsweise ein Kontaktmodul zur elektrischen Berührungskontaktierung eines Bauteils, aufweisend einen Träger, der eine dem Bauteil zuordenbare Kontaktseite und eine von der Kontaktseite abgewandte Anschlussseite aufweist, mit mindestens zwei darin angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktelementen, insbesondere in Form eines Federkontaktstiftes mit einfederndem Kontaktkopf. Ein zweiter Kontaktstift kann schräg zu einer Kontaktierungsrichtung angeordnet sein, so dass der jeweilige Kontaktkopf entlang der jeweiligen Kontaktstelle des Bauteils seitlich verschoben wird, sodass die Oberfläche der Kontaktstelle angeritzt und dadurch ein sicherer elektrischer Kontakt hergestellt wird. Hierbei kann jedoch ein unerwünschter Querkrafteintrag oder ein seitliches Verschieben des gesamten Prüfmoduls erfolgen, wodurch unerwünschte Querkräfte auf die Vorrichtungsaufhängung bzw. - befestigung wirken.
Basierend auf dem bekannten Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen verbesserten Prüfstift zur Kontaktierung eines Energiespeichers bereitzustellen, welcher einerseits eine hohe Kontaktgüte beim Prüfvorgang und gleichzeitig eine einfache konstruktive Realisierung und Wartungsfreundlichkeit ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und einen Prüfstift gemäß dem unabhängigen Anspruch. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Die Erfindung betrifft einen Prüfstift zur elektrischen Berührungskontaktierung eines Kontaktpartners, insbesondere einer planen Oberfläche eines Kontaktpartners, aufweisend einen im Wesentlichen hülsenförmigen Grundkörper, einen an einer dem Kontaktpartner zugewandten Kontaktseite des Grundkörpers angeordneten Kontaktkopf mit wenigstens zwei sich ausgehend von einer Basis des Kontaktkopfs axial erstreckenden Teilsegmenten, wobei die Teilsegmente wenigstens jeweils ein sich stirnseitig davon erstreckendes und vorzugsweise starres Schneidelement zum Einschneiden und/oder Aufkratzen einer Oberfläche des Kontaktpartners aufweisen, und dass der Kontaktkopf zur radialen Aufweitung und/oder Verengung der Schneidelemente unter Beaufschlagung einer auf den Prüfstift in Axialrichtung wirkenden Kraft, insbesondere einer Kompressionskraft, ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die einfache Kontaktierung einer Oberfläche, insbesondere am Pol eines Energiespeicher zu Lade- und/oder Prüfzwecken. Die stirnseitig vorgesehenen Schneidelemente ermöglichen hierbei ein Schneiden der passiven Oberfläche des Kontaktpartners, beispielsweise einer Oxidfläche von Aluminium. Hierdurch wird ein sehr geringer Übergangswiderstand erzielt, wodurch insbesondere bei der Übertragung von hohen Strömen die Erwärmungstemperatur minimiert wird. Die vorzugsweise starr an den Teilsegmenten vorgesehenen Schneidelemente ermöglichen dabei einen sehr präzisen Krafteintrag zum Schneiden der Oberfläche. Durch die radiale Aufweitung und/oder Verengung der wenigstens zwei Schneidelemente am Kontaktpartner wird ein radiales Aufspreizen und/oder radiales Zusammenziehen der einzelnen Schneidelemente bereitgestellt, was eine stabile und einfache Kontaktierung ermöglicht. Insbesondere wird dabei auch eine Reduzierung einer axialen Berührungskraft des jeweiligen Kontaktelements und damit der mechanischen Belastung des Energiespeichers ermöglicht.
Eine Beaufschlagung einer auf den Prüfstift in Axialrichtung wirkenden Kraft, insbesondere einer Kompressionskraft, liegt insbesondere dann vor, wenn der Prüfstift und der zu kontaktierende Kontaktpartner relativ aufeinander zu bewegt werden, beispielsweise durch eine rückseitig des Prüfstifts angeordnete Prüfvorrichtung zum Halten des Stifts. Hierbei wirkt bei Kontaktierung des Prüfstifts bzw. des Kontaktkopfs mit dem Kontaktpartner eine Axial- bzw. Kompressionskraft auf den Prüfstift und insbesondere auch auf den Kontaktkopf. Eine Kontaktierung kann beispielsweise durch axiale Bewegung des Prüfstifts auf den positionssicher bzw. unbeweglich gehaltenen Kontaktpartner oder umgekehrt, d.h. eine Axialbewegung des Kontaktpartners auf den positionssicher gehaltenen Kontaktstift, erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die axial erstreckenden Teilsegmente des Kontaktkopfes und/oder die darauf angeordneten Schneidelemente um eine zentrale Mittelachse des Kontaktkopfes vorzugsweise gleichmäßig umfangsverteilt angeordnet. Hierdurch kann die anliegende Axialkraft besonders gleichmäßig auf die Teilsegmente verteilt werden, wobei insbesondre ein unerwünschter Querkrafteintrag auf den Prüfstift bei der Aufweitung und/oder Verengung der Schneidelemente minimiert wird.
Weiter bevorzugt sind die axial erstreckenden Teilsegmente des Kontaktkopfes und/oder die darauf angeordneten Schneidelemente gegenüber einer zentralen Mittelachse des Kontaktkopfs radial nach Außen und vorzugsweise um die jeweils gleiche radiale Distanz zur Mittelachse versetzt angeordnet sind.
Die Teilsegmente sind weiter bevorzugt durch wenigstens eine oder mehrere vorzugsweise schlitzartige Materialaussparung an einer dem Kontaktpartner zugewandten Seite des Kontaktkopfs gebildet, welche jeweils parallel zu einer Mittelachse des Kontaktkopfs verlaufen. Die Materialaussparungen erstrecken sich dabei ausgehend von der dem Kontaktpartner zugewandten Seite des Kontaktkopfs vorzugsweise zu gleicher Länge bis zur Basis des Kontaktkopfs. Vorzugsweise ist wenigstens eine, insbesondere schlitzartige, Materialaussparung vorgesehen, so dass der Kontaktkopf wenigstens zwei sich axial und vorzugsweise parallel zueinander erstreckende Teilsegmente umfasst. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kontaktkopf zwei zueinander senkrecht angeordnete Materialaussparungen, welche sich in der Mittelachse des Kontaktkopfes schneiden. Hierdurch weist der Kontaktkopf vier sich vorzugsweise parallel zueinander erstreckende Teilsegmente auf.
Weiter bevorzugt weist der Kontaktkopf eine zentrale Bohrung auf, welche koaxial zu einer Mittelachse des Prüfstifts bzw. des Kontaktkopfs verläuft. Die zentrale Bohrung kann dabei zur Durchführung und/oder Lagerung eines Sensorelements wie beispielsweise einem Temperaturfühler ausgebildet sein. Das Sensorelement bzw. ein Sensorkopf des Sensorelements kann sich hierbei vorzugsweise bis nahe an die Schneidelemente erstrecken oder innerhalb des Kontaktkopfs von diesen zurückversetzt angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Bohrung zur Durchführung eines Innenleiters zur zusätzlichen oder erweiterten Kontaktierung des Kontaktpartners ausgebildet sein. Die Bohrung kann alternativ oder zusätzlich auch als Kühlkanal zur Führung von Kühlfluid, insbesondere gekühlter Luft, auf den Kontaktpartner bzw. eine Kontaktierungsstelle von Kontaktkopf und Kontaktpartner ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktkopf wenigstens teilweise innerhalb des hülsenförmigen Grundkörpers axial beweglich gelagert und durch ein Federelement vorspannkraftbeaufschlagt. Der Grundkörper weist hierbei vorzugsweise einen zentralen, vorzugswiese im Wesentlichen hohlzylindrischen, Führungsabschnitt auf, in welchem das Federelement angeordnet ist und wenigstens ein Teil des Kontaktkopfs, insbesondere eine proximale Basis des Kontaktkopfs, axial beweglich gelagert ist.
Der Kontaktkopf ist vorzugsweise derart im Grundkörper axial beweglich angeordnet, dass dieser in einer ersten ausgefahrenen Nichtkontaktposition durch das Federelement gegen ein Anschlagselement, insbesondere einen Ringabsatz, vorgespannt ist, und in einer zweiten Kontaktposition entgegen der Vorspannkraft des Federelements in den Grundkörper wenigstens teilweise eingefedert angeordnet bzw. anordenbar ist. Die erste Nichtkontaktposition entspricht dabei dem Ausgangszustand des Prüfstifts, in welchem kein Kontakt mit einem Kontaktpartner erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Prüfstift ein im Grundkörper vorzugsweise unbeweglich gelagertes Stiftelement, welches zum positionsabhängigen Zusammenwirken mit dem Kontaktkopf ausgebildet ist, derart, dass bei einem Einfedern des Kontaktkopfs in der Kontaktposition des Prüfstifts das Stiftelement in einen zentralen Öffnungsabschnitt eingreift und hierbei die Teilsegmente des Kontaktkopfs bzw. die daran angeordneten Schneidelemente vorzugsweise gleichmäßig radial aufweitet. Das Stiftelement und der damit zusammenwirkende Öffnungsabschnitt sind vorzugsweise konzentrisch zur Mittelachse des Prüfstifts bzw. des Kontaktkopfs angeordnet. Der Öffnungsabschnitt ist dabei auf einer dem Kontaktpartner zugewandten Seite der Basis des Kontaktkopfs bzw. in einem den Teilsegmenten zugeordneten Abschnitt des Kontaktkopfs angeordnet. Der Öffnungsabschnitt kann eine sich verjüngende Öffnung bzw. Durchgangsbohrung sein, in welche ein distaler Abschnitt des Stiftelements eingreift und hierbei die Teilsegmente des Kontaktkopfs radial aufweitet. Das Stiftelement umfasst vorzugsweise einen Schaft mit konstantem Außendurchmesser und einem sich wenigstens teilweise verjüngenden distalen Abschnitt.
Das Stiftelement ist vorzugsweise unbeweglich in einem zentralen Führungsabschnitt des hülsenartigen Grundkörpers angeordnet. Das Federelement ist vorzugsweise das Stiftelement umgebend angeordnet. Das Federelement kann hierbei zwischen einem ersten umfangsseitig angeordneten Absatz eines proximalen Abschnitts des Stiftelements und einem endseitig der Basis des Kontaktkopfs angeordneten Absatz angeordnet bzw. vorgespannt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Prüfstift lediglich ein Federelement, welches weiter bevorzugt in einem Führungsabschnitt des hülsenartigen Grundkörpers angeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Stiftelement an seiner Außenumfangsfläche, und einem distalen Abschnitt in axialer Bewegungsrichtung nachgelagert, einen konturierten Abschnitt mit vorzugsweise verringertem Außendurchmesser. Dieser ist zum positionsabhängigem Zusammenwirken mit dem Kontaktkopf ausgebildet ist, derart, dass bei einem weiterführenden Einfedern des Kontaktkopfs nach dem distalen Abschnitt der konturierte Abschnitt in den zentralen Öffnungsabschnitt eingreift und hierbei die Teilsegmente des Kontaktkopfs vorzugsweise gleichmäßig und in Richtung deren Grundstellung in der Nichtkontaktposition des Kontaktkopfs radial verengt.
Der Öffnungsabschnitt des Kontaktkopfs umfasst dabei einen verjüngten Abschnitt und diesem vorzugsweise beidseits in Bewegungsrichtung zugeordnete radial erweiterte Abschnitte. Der Kontaktkopf ist dabei für ein sequentielles Zusammenwirken mit dem Stiftelement ausgebildet, derart, dass bei einer Kontaktierung eines Kontaktpartners und einer dadurch bedingten Einfederung des Kontaktkopfs zunächst eine vorzugsweise gleichmäßige radiale Erweiterung und anschließend, bei weiterer Einfederung, eine vorzugsweise gleichmäßige radiale Verengung der Teilsegmente bzw. der daran angeordneten Schneidelemente erfolgt. Durch die sequentielle radiale Erweiterung und anschließende radiale Verengung der Teilsegmente bzw. der daran angeordneten Schneidelemente kann eine besonders effektive Kontaktierung des Kontaktpartners erfolgen.
In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform ist der Kontaktkopf zum positionsabhängigen Zusammenwirken mit einer distalen Öffnung und/oder mit einer Innenumfangsfläche eines am Grundkörper angeordneten vorzugsweise hohlzylindrischen Führungselements ausgebildet, derart, dass bei einem Einfedern des Kontaktkopfs in einer Kontaktposition des Prüfstifts, die Öffnung und/oder die Innenumfangsfläche die Teilsegmente des Kontaktkopfes bzw. die daran angeordneten Schneidelemente vorzugsweise gleichmäßig radial verengt. Das vorzugsweise hohlzylindrische Führungselement kann mittels eines zweiten Federelements, welches vorzugsweise als exponentielle Feder ausgelegt ist, am Grundkörper und/oder am Kontaktkopf axial beweglich gelagert sein. Das zweite Federelement kann hierbei zwischen einem rückseitigen Ringabsatz des Grundkörpers und einer proximalen Stirnfläche des Führungselements vorgespannt sein. Das Führungselement kann zudem in der Nichtkontaktposition gegen einen vorgesehenen Ringabsatz des Grundkörpers vorgespannt sein.
Durch die Ausbildung des zweiten Federelements als exponentielle Feder bzw. als Feder aufweisend eine exponentielle Federkraft beim Einfedern, kann zunächst eine die am Kontaktpartner anliegende Anpresskraft erhöht werden, so dass die Schneidelemente in die zu kontaktierende Oberfläche, vorzugsweise senkrecht, eindringen können, bevor eine Radialkraft auf die Schneidelemente wirkt, wodurch die Oberfläche durch die Schneidelemente eingeschnitten und/oder aufgekratzt wird.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Kontaktkopf integral an der Kontaktseite des Grundkörpers ausgebildet sein. Hierbei sind Teilsegmente und die zugeordneten Schneidelemente derart angeordnet, dass eine axiale Anpresskraft auf den Prüfstift zu einer vorzugsweise gleichförmigen Aufweitung oder Verengung der Schneidelemente führt. Hierbei weisen die Schneideelemente vorzugsweise eine gegenüber der zu kontaktierenden Oberfläche jeweils angewinkelt verlaufende Schneide bzw. Kantenführung auf. Die Schneide bzw. der Schnittkantenverlauf ist dabei in axialer Draufsicht radial angeordnet, so dass ein axialer Anpressdruck des jeweiligen Schneidelements zu einer radialen Verbiegung bzw. Erweiterung des jeweiligen Schneidelements gegenüber einer zentralen Mittelachse des Kontaktkopfs führt.
Die jeweiligen Schneidelemente des Kontaktkopfs sind zum wenigstens teilweise Einschneiden und/oder Aufkratzen einer vorzugsweise planen und/oder passiven Oberfläche des Kontaktpartners ausgebildet. Das jeweilige Schneidelement umfasst dabei in axialer Draufsicht eine radial nach Außen verlaufende Schneide bzw. Schnittkantenführung. Alternativ oder zusätzlich können die Schneidelemente andere Schnittkantenverläufe aufweisen, insbesondere auch eine in axialer Draufsicht umfangsförmig tangentiale Schneide bzw. Schnittkantenführung. Hierunter wird verstanden, dass die Schneide bzw. der Schnittkantenverlauf im Wesentlichen linear und in axialer Draufsicht auf den Kontaktkopf tangential zu einem mit der Mittelachse konzentrischen Kreis angeordnet ist bzw. senkrecht zu einem vordefinierten Radius angeordnet ist. Die einzelnen Schnittkanten der jeweiligen Schneidelemente des Kontaktkopfs sind hierbei vorzugsweise tangential zum gleichen Kreis bzw. mit gleichem radialen Abstand zur Mittelachse angeordnet.
Jedes Teilsegment des Kontaktkopfs kann hierbei auch eine Mehrzahl an Schneideelementen aufweisen. Diese können eine jeweils gleichartige Ausbildung oder unterschiedliche Ausbildungen aufweisen.
Einzelheiten, vorteilhafte Wirkungen und Details der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der rein schematischen, lediglich beispielhaften Zeichnungen erläutert.
Darin zeigen:

1a: einen erfindungsgemäßen Prüfstift gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in Seitenansicht;
1 b-1 d: den Prüfstift der 1a in Schnittansicht und in unterschiedlichen Positionen;
2a: einen erfindungsgemäßen Prüfstift gemäß einer Weiterentwicklung der vorgehenden Ausführungsform in seitlicher Schnittansicht;
2b: den Prüfstift gemäß 2a in einer Kontaktposition;
3a-3e: unterschiedliche Ansichten des Prüfstifts gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in seitlicher Schnittansicht;
4a,4b: einen erfindungsgemäßen Prüfstift gemäß einer Weiterentwicklung der vorgehenden Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten;
5a-5e: unterschiedliche Ansichten des Prüfstifts gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
6a-6b: unterschiedliche Ansichten einer weiteren bevorzugten Kontaktkopfausbildung;
7a-7b: unterschiedliche Ansichten weiterer bevorzugter Kontaktkopfausbildungen;
8a-8b: unterschiedliche Ansichten weiterer bevorzugter Kontaktkopfausbildungen; und
8a-8b: eine weitere bevorzugte Kontaktkopfausbildung;

1a-1d zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfstifts 10 zur elektrischen Berührungskontaktierung insbesondere einer planen Oberfläche 21 eines Kontaktpartners 20, beispielsweise eines Pols eines Energiespeichers.
Der Prüfstift weist einen im Wesentlichen hülsenförmigen Grundkörper 1 auf, mit einer dem Kontaktpartner 20 zugewandten Kontaktseite 2a und vom Kontaktpartner abgewandten, gegenüberliegenden, Anschlussseite 2b. Weiterhin umfasst der Prüfstift einen an der Kontaktseite angeordneten Kontaktkopf 3, aufweisend eine rückseitige bzw. vom Kontaktpartner 20 abgewandte Basis 4 und sich davon zum Kontaktpartner 20 hin erstreckende Teilsegmente 5a,5b.
Der Kontaktkopf 3 ist mittels der Basis 4 wenigstens teilweise innerhalb eines zentralen Führungsabschnitts 17 des Prüfstifts axial beweglich geführt und gelagert. Der Führungsabschnitt 17 weist hierbei ein Federelement 11 auf, welches den Kontaktkopf 3 in der in 1a und 1b gezeigten Nichtkontaktposition des Prüfstifts 10 vorspannt. Das Federelement 11 kann hierbei das einzige Federelement des Prüfstifts 10 darstellen und ist zwischen einem rückseitigen Anschlag im Führungsabschnitt 17 und einer gegenüberliegenden, vom Kontaktpartner 20 abgewandten Stirnfläche des Kontaktkopfs 3 angeordnet. Das Federelement 11 drückt hierbei die Basis 4 des Kontaktkopfs 3 gegen einen an der Kontaktseite 2a vorgesehenen Anschlag 12.
Der Kontaktkopf 3 umfasst wenigstens zwei sich ausgehend von der Basis 4 des Kontaktkopfs axial erstreckende Teilsegmente 5a,5b, aufweisend jeweils ein sich stirnseitig davon erstreckendes und vorzugsweise starres, d.h. gegenüber den Teilsegmenten 5a,5b unbeweglich angeordnetes Schneidelement 6a,6b. Das Schneidelement 6a,6b ist vorzugsweise jeweils integral, d.h. einstückig, mit dem zugeordneten Teilsegment 5a,5b ausgebildet. Die Schneidelemente 6a,6b sind zum Einschneiden und/oder Aufkratzen einer Oberfläche 21 des Kontaktpartners 20, insbesondere einer sogenannten passiven Oberfläche, welche durch Oxidation entsteht, ausgebildet.
Der Kontaktkopf ist zur radialen Aufweitung und/oder Verengung der Schneidelemente unter Beaufschlagung einer auf den Prüfstift 10 in Axialrichtung wirkenden Kraft F ausgebildet. Hierbei werden die wenigstens zwei Teilsegmente 5a,5b und die daran angeordneten Schneidelemente 6a,6b in axialer Draufsicht auf den Prüfstift radial nach Außen aufgeweitet bzw. gespreizt oder radial nach Innen verengt. Unter radial wird hierbei verstanden, dass jeweilige Aufweitung oder Verengung der einzelnen Elemente in axialer Draufsicht in radialer Richtung ausgehend von einer zentralen Mittelachse des Kontaktkopfs erfolgt. Durch die radiale Aufweitung oder Verengung der Schneidelemente können diese ausgehend von einer ersten Kontaktierungsposition am Kontaktpartner entlang dessen Oberfläche bzw. im Wesentlichen parallel zu dessen Oberfläche bewegen und diese hierbei Einschneiden bzw. Aufkratzen.
1b zeigt dabei eine Schnittansicht in der ersten ausgefahrenen Nichtkontaktposition. Der Prüfstift weist eine im Kontaktkopf 3 angeordnete zentrale axiale Bohrung 8 auf, welche sich durch den gesamten Kontaktkopf 3 erstreckt. In diese greift ein im Grundkörper 1 vorzugsweise unbeweglich gelagertes Stiftelement 13 in der Nichtkontaktposition wenigstens teilweise ein. Das Stiftelement 3 ist vorzugsweise aus Vollmaterial. Alternativ kann das Stiftelement 3 selbst ebenfalls eine Durchgangsbohrung aufweisen, in welcher Sensorik oder andere Bauteile wie beispielsweise ein Innenleiter 9 (vgl. 1d) angeordnet bzw. geführt sein können. Weiter alternativ kann eine derartige Durchgangsbohrung auch einen Kühlkanal zur Führung von Kühlfluid, insbesondere kühler Luft, bereitstellen.
Das Stiftelement 13 ist zum positionsabhängigen Zusammenwirken mit dem Kontaktkopf 3 ausgebildet. Insbesondere greift bei einem Einfedern der Kontaktkopf 3 in den Grundkörper 1 ein distaler Abschnitt 13a des Stiftelements 13 in einen zentralen Öffnungsabschnitt 14 der Bohrung 8 ein. Dieser kann insbesondere eine Verjüngung der Bohrung 8, weiter bevorzugt eine in Bewegungsrichtung des Stiftelements 13 beim Einfedern kontinuierliche Verjüngung darstellen. Bei einem Eingriff des Stiftelements 13 in den Öffnungsabschnitt 14 werden somit die Teilsegmente 5a,5b des Kontaktkopfs 3 auseinandergespreizt, wie in 1c dargestellt.
Bei einer Kontaktierung eines Kontaktpartners 20 durch den Prüfstift 10 erfolgt daher zunächst ein Aufsetzen der Teilsegmente 5a,5b mit den stirnseitig angeordneten Schneidelementen 6a,6b, bevor dann mit steigender Anpresskraft F durch das Zusammenwirken zwischen Stiftelement 13 und Öffnungsabschnitt 14 eine gleichzeitige Querbewegung bzw. Radialbewegung der einzelnen Schneidelemente 6a,6b parallel zur Oberfläche 21 am Kontaktpartner 20 unter kontinuierlich anliegendem axialen Anpressdruck erfolgt (vgl. 1c). Bei Loslassen des Anpressdrucks bzw. bei einer dem Anpressen gegengerichtete Bewegung des Prüfstifts 10, erfolgt durch die Federkraft des Federelements 11 eine Rückführung in die in 1a, 1b gezeigte Nichtkontaktposition.
2a,2b zeigt den vorgehend beschriebenen Prüfstift mit einer abgewandelten Ausführung des Stiftelements 13 und des Öffnungsabschnitts 14. Diese sind nun derartig ausgelegt, dass bei einer Überführung des Prüfstifts 10 von einer Nichtkontaktposition in eine Kontaktposition eine sequentielle Aufspreizung und Verrengung der Teilsegmente 5a,5b auf der Oberfläche 21 des Kontaktpartners 20 erfolgt. Hierbei ist das Stiftelement 13 konturiert ausgebildet und weist insbesondere einen dem distalen Abschnitt 13a in axialer Bewegungsrichtung nachgelagerten konturierten Abschnitt 13b mit verringertem Außendurchmesser auf. Bei einem Einfedern des Kontaktkopfs 3 wird zunächst der distale Abschnitt 13 in den Öffnungsabschnitt 14 mit reduziertem Durchmesser der Durchgangsbohrung 8 eingeführt, wodurch die vorgehend beschrieben Aufweitung der Teilsegmente erfolgt. Bei weiterem Einfedern wirkt der konturierte Abschnitt 13b mit dem Öffnungsabschnitt 14 zusammen, wobei durch den verringerten Außendurchmesser eine erneute Schließung bzw. Verengung der Teilsegmente 5a,5b erfolgt.
3a bis 3e zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Prüfstifts 10, welcher anstelle des Stiftelements 13 ein hohlzylindrisches Führungselement 14 aufweist, das am Grundkörper 1 und/oder am Kontaktkopf 3 axial beweglich gelagert ist. Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl an Teilsegmenten 5a,... ,5n auf, welche jeweils über ein Schneidelement 6a,...,6n verfügen. Umfangsseitig werden die Teilsegmente 5a,...,5n mit dem Führungselement 14 umschlossen bzw. gehalten. Das Führungselement 14 ist dabei durch ein zweites Federelement 1 vom Grundkörper ausgehend in Richtung Nichtkontaktposition vorgespannt, wobei das Führungselement 14 gegen einen am Grundkörper 1 vorgesehenen Anschlag 15a gespannt ist. Die einzelnen Teilsegmente 5a,...,5n sind analog zur vorhergehenden Ausführungsform sich jeweils axial erstreckende Elemente, welche sich von einer gemeinsamen Basis 4 des Kontaktkopfs 3 erstrecken.
Der Kontaktkopf 3 ist dabei zum positionsabhängigen Zusammenwirken mit einer distalen Öffnung 14a und/oder mit einer Innenumfangsfläche 14b des hohlzylindrischen Führungselements 14 ausgebildet, derart, dass bei einem Einfedern des Kontaktkopfs die Öffnung 14a und/oder die Innenumfangsfläche 14b die Teilsegmente 5a,...,5n des Kontaktkopfes 3 vorzugsweise gleichmäßig radial verengt. Hierbei können die einzelnen Teilsegmente 5a,... ,5n jeweils eine sich hin zum Kontaktpartner erweiternde Außen- bzw. Umfangsfläche 18 aufweisen, welche in einer entsprechenden und vorzugsweise sich wenigstens teilweise konisch nach Außen erweiternden Innenumfangsfläche 14b gelagert sind.
In 3d und 3e sind zwei leicht abgewandelte Ausführungsformen für einen möglichen Kontaktkopf 3 dargestellt, welche sich in Anzahl der Teilsegmente 5a,...,5n mit Schneidelementen 6a,...,6n unterscheiden. Insbesondere weist die Ausführungsform gemäß 3e zwischen den jeweiligen Teilelementen mit Schneidelement jeweils zwei Teilelemente auf, welche kein Schneidelement aufweisen.
Die axial erstreckenden Teilsegmente 5a,...,5n des Kontaktkopfes 3 und/oder die darauf angeordneten Schneidelemente 6a,... ,6n sind gegenüber einer zentralen Mittelachse M des Kontaktkopfs 3 radial nach Außen und vorzugsweise um die jeweils gleiche radiale Distanz r₁ zur Mittelachse M versetzt angeordnet (vgl. auch 3c).
Die Teilsegmente 5a,...,5n sind gleichmäßig umfangsverteilt angeordnet. Ebenfalls sind die den jeweiligen Teilsegmenten zugeordneten Schneidelemente 6a,...6n vorzugsweise gleichmäßig umfangsverteilt angeordnet. Die jeweiligen Schneidelemente 6a,... 6n bilden dabei eine vorzugsweise im wesentlichen ringförmige Auflagefläche der jeweiligen Schneidelemente auf der zu kontaktierenden Oberfläche 21. Die ringförmige Auflagefläche wird durch das erfindungsgemäße radiale Verengen der Schneidelemente 6a,...6n kontinuierliche in deren Durchmesser verkleinert.
4a, 4b zeigt einen abgewandelten Prüfstift gemäß der vorhergehenden Ausführungsform, in welcher das hohlzylindrische Führungselement 14 eine geringere Längserstreckung aufweist und insbesondere lediglich einen distalen Endabschnitt 19 des Kontaktkopfs 3 umgebend angeordnet ist. Analog zur vorhergehend beschriebenen Ausführungsform weise die darin geführten Teilsegmente 5a,5b,5c,5d ebenfalls eine sich hin zum Kontaktpartner erweiternde Außen- bzw. Umfangsfläche 18 auf, welche in einer entsprechenden und vorzugsweise sich wenigstens teilweise konisch nach Außen erweiternden Innenumfangsfläche 14b gelagert sind.
Die Teilsegmente 5a,5b,5c,5d sind hierbei durch zwei schlitzartige Materialaussparung 7a,7b an einer dem Kontaktpartner 20 zugewandten Seite des Kontaktkopfs 3 gebildet, welche jeweils parallel zu einer Mittelachse M des Kontaktkopfs 3 und sich darin senkrecht kreuzend angeordnet sind. Die Teilsegmente 5a,5b,5c,5d sind hierbei jeweils in Draufsicht kreissektorförmig mit einer zentralen Bohrung 8 ausgebildet.
Das zweite Federelement 15 ist hierbei vorzugsweise als exponentielle Feder ausgelegt, welche am Grundkörper 1 und/oder am Kontaktkopf 3 axial beweglich gelagert ist. Insbesondere ist das Federelement zwischen einem rückseitigen Ringabsatz 22a des Grundkörpers und einem proximalen Ringabsatz 22b des Führungselements 14 vorgespannt. Durch die Ausbildung des zweiten Federelements als exponentielle Feder wird beim Kontaktieren des Kontaktpartners zunächst die am Kontaktpartner anliegende Anpresskraft erhöht, so dass die Schneidelemente in die zu kontaktierende Oberfläche eindringen können, bevor eine Radialkraft auf die Schneidelemente wirkt, wodurch die Oberfläche eingeschnitten und/oder aufgekratzt wird.
5a-5e zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform, in welcher der Kontaktkopf 3 integral an der Kontaktseite 2a des Grundkörpers 1 ausgebildet ist oder mit dieser starr bzw. unbeweglich verbunden ist. Die Teilsegmente 5a,... ,5n und die zugeordneten Schneidelemente 6a,... ,6b sind dabei derart angeordnet, dass eine axiale Anpresskraft auf den Prüfstift 10 zu einer vorzugsweise gleichförmigen Aufweitung der Schneidelemente führt. Die Teilsegmente sind hierbei durch vorzugsweise im Wesentlichen dreiecksförmige Materialaussparungen in einer hülsenförmigen Mantelfläche des Kontaktkopfs 3 gebildet.
Die Schneideelemente weisen vorzugsweise eine gegenüber der zu kontaktierenden Oberfläche jeweils angewinkelt verlaufende Schnittkante 23 auf. Der Schnittkantenverlauf 23 ist dabei in axialer Draufsicht vorzugsweise im Wesentlichen radial angeordnet, so dass ein axialer Anpressdruck des jeweiligen Schneidelements zu einer radialen Verbiegung bzw. Erweiterung des jeweiligen Schneidelements gegenüber einer zentralen Mittelachse M des Kontaktkopfs 3 führt.
In einer zentralen Bohrung 8 des Grundkörpers 1 kann ein Temperatursensor 24 vorgesehen sein, welcher in einer diesen umgebenden Anschlagshülse 25 angeordnet sein kann. 5e zeigt eine Ausführungsform ohne den darin angeordneten Temperatursensor 24. Alternativ oder zusätzlich kann in der Bohrung 8 als Sensorelement beispielsweise ein Innenleiter zur Spannungsmessung aufgenommen sein. Der Innenleiter kann beispielsweise ein an sich bekannter, gefederter Kontaktstift sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Bohrung 8 einen Kühlkanal bereitstellen, mittels welchen insbesondere gekühlte Luft als Kühlfluid an eine Kontaktierungsstelle von Kontaktkopf und Kontaktpartner transportiert werden kann.
6a zeigt verschiedene Ausbildungen eines Kontaktkopfs 3, aufweisend vier sich axial von einer Basis 4 erstreckende kreissegmentartige Teilsegmente 5a,5b,5c,5d, wobei die jeweilige Basis 4, 4', 4'' in der gezeigten Figur in Länge und/oder Ausbildung unterschiedlich ausgebildet sein kann. Eine längere axiale Ausbildung der Basis 4 kann dabei zu einer verbesserten Signal- bzw. Stromübertragung führen.
Wie in 6b gezeigt, können die Teilsegmente 5a,5b,5c,5d jeweils zwei oder mehrere Schneidelemente 6a, 6a', 6a'' aufweisen, welche beispielsweise umfangsseitig tangential zu einer ringförmigen Auflagefläche der Schneideelemente auf einer Oberfläche des Kontaktpartners 20 ausgebildet bzw. angeordnet sind. Die derartig angeordneten Schneidelemente führen bei einem ringförmigen Auseinanderspreizen zu einem Aufkratzen bzw. Aufschaben der zu kontaktierenden Oberfläche.
7a und 7b zweigen weitere mögliche Ausführungsformen für den jeweiligen Kontaktkopf 3 des Prüfstifts. Hierbei können die jeweiligen Schneideelemente 6a,... ,6n beispielsweise als rillenförmige Elemente 26 wie in 7b gezeigt ausgebildet sein. Alternativ können die Schneideelemente 6a,... ,6n auch spitzenförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein, wie in den beiden rechten Darstellungen in 7a und b gezeigt. Derartige spitzen- oder pyramidenförmigen Elemente können nur an einem Umfangsbereich der Stirnfläche 28 des Kontaktkopfs 3 angeordnet sein, oder gleichmäßig über die gesamte Stirnfläche angeordnet sein.
8a,8b und 9a,9b zeigen weitere mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kontaktkopfs 3, aufweisend jeweils radiale (8b rechts; 9b) oder tangentiale (8b links) bzw. senkrecht zur radialen Ausrichtung verlaufende Schnittkanten 23 der jeweiligen Schneideelemente 6a,6b,6c,6d.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
2a: Kontaktseite
2b: Anschlussseite
3: Kontaktkopf
4: Basis Kontaktkopf
5a,...,5n: Teilsegmente
6a,...,6n: Schneidelement
7a,7b: Materialaussparung
8: zentrale Bohrung
9: Sensorelement/Innenleiter
10: Prüfstift
11: Federelement
12: Anschlagselement
13: Stiftelement
13a: distaler Abschnitt
13b: konturierter Abschnitt
14: Führungselement
14a: distale Öffnung
14b: Innenumfangsfläche
15: zweites Federelement
15a: Anschlag Führungselement
16a, b: radiale, tangentiale Schneide
17: zentraler Führungsabschnitt Grundkörper
18: Außenfläche
19: Endabschnitt Kontaktkopf
20: Kontaktpartner
21: Oberfläche Kontaktpartner
22a: Ringabsatz Grundkörper
22b: Ringabsatz Führungselement
23: Schnittkante
24: Temperatursensor/Innenleiter
25: Anschlagshülse
26: rillenförmige Ausbildung
27: spitzenförmig Ausbildung
28: Stirnfläche Kontaktkopf
M: Mittelachse
r1: radiale Distanz
F: Axialkraft/Kompressionskraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012/136562 [0003]
DE 202018104812 U1 [0004]

Claims

Prüfstift (10) zur elektrischen Berührungskontaktierung eines Kontaktpartners (20), insbesondere einer planen Oberfläche (21) eines Kontaktpartners, aufweisend einen im Wesentlichen hülsenförmigen Grundkörper (1), einen an einer dem Kontaktpartner (20) zugewandten Kontaktseite (2a) des Grundkörpers (1) angeordneten Kontaktkopf (3) mit wenigstens zwei sich ausgehend von einer Basis (4) des Kontaktkopfs (3) axial erstreckenden Teilsegmenten (5a,5b,5c,5d), dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) wenigstens jeweils ein sich stirnseitig davon erstreckendes und vorzugsweise starres Schneidelement (6a,6b,6c,6d) zum Einschneiden und/oder Aufkratzen einer Oberfläche (21) des Kontaktpartners (20) aufweisen, und dass der Kontaktkopf (3) zur radialen Aufweitung und/oder Verengung der Schneidelemente (6a,6b,6c,6d) unter Beaufschlagung einer auf den Prüfstift (10) in Axialrichtung wirkenden Kraft (F) ausgebildet ist.
Prüfstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axial erstreckenden Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) des Kontaktkopfes und/oder die darauf angeordneten Schneidelemente (6a,6b,6c,6d) um eine zentrale Mittelachse (M) des Kontaktkopfes (3) vorzugsweise gleichmäßig umfangsverteilt angeordnet sind.
Prüfstift nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axial erstreckenden Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) des Kontaktkopfes (3) und/oder die darauf angeordneten Schneidelemente (6a,6b,6c,6d) gegenüber einer zentralen Mittelachse (M) des Kontaktkopfs (3) radial nach Außen und vorzugsweise um die jeweils gleiche radiale Distanz (r₁) zur Mittelachse (M) versetzt angeordnet sind.
Prüfstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) durch wenigstens eine oder mehrere vorzugsweise schlitzartige Materialaussparung (7a,7b) an einer dem Kontaktpartner (20) zugewandten Seite des Kontaktkopfs (3) gebildet sind, welche jeweils parallel zu einer Mittelachse (M) des Kontaktkopfs (3) verlaufen.
Prüfstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkopf (3) eine zentrale Bohrung (8) aufweist, welche koaxial zu einer Mittelachse (M) des Prüfstifts (10) verläuft und in welcher ein Sensorelement (9), insbesondere ein Temperaturfühler, oder ein Innenleiter zur Kontaktierung des Kontaktpartners (20) aufgenommen ist, und/oder in welche einen Kühlkanal zur Führung von Kühlfluid, insbesondere von gekühlter Luft, bereitstellt.
Prüfstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkopf (3) wenigstens teilweise innerhalb des hülsenförmigen Grundkörpers (1) axial beweglich gelagert und durch ein Federelement (11) vorspannkraftbeaufschlagt ist.
Prüfstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkopf (3) derart im Grundkörper (1) axial beweglich angeordnet ist, dass dieser in einer ersten ausgefahrenen Nichtkontaktposition durch das Federelement (11) gegen ein Anschlagselement (12), insbesondere einen Ringabsatz, vorgespannt ist, und in einer zweiten Kontaktposition entgegen der Vorspannkraft des Federelements (11) in den Grundkörper (1) wenigstens teilweise eingefedert angeordnet ist.
Prüfstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) ein darin vorzugsweise unbeweglich gelagertes Stiftelement (13) aufweist, welches zum positionsabhängigen Zusammenwirken mit dem Kontaktkopf (3) ausgebildet ist, derart, dass bei einem Einfedern des Kontaktkopfs (3) in einer Kontaktposition des Prüfstifts (10) das Stiftelement (13) in eine zentralen Öffnungsabschnitt (14) eingreift und hierbei die Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) des Kontaktkopfs (3) vorzugsweise gleichmäßig radial aufweitet.
Prüfstift nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (13) an seiner Außenumfangsfläche und einem distalen Abschnitt (13a) in axialer Bewegungsrichtung nachgelagert einen konturierten Abschnitt (13b) mit vorzugsweise verringertem Außendurchmesser aufweist, welcher zum positionsabhängigem Zusammenwirken mit dem Kontaktkopf (3) ausgebildet ist, derart, dass bei einem weiterführenden Einfedern des Kontaktkopfs (3) nach dem distalen Abschnitt (13a) der konturierte Abschnitt (13b) in den zentralen Öffnungsabschnitt (14) eingreift und hierbei die Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) des Kontaktkopfs (3) vorzugsweise gleichmäßig radial verengt.
Prüfstift nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenartige Grundkörper (1) einen zentralen Führungsabschnitt (17) aufweist, in welchem das Stiftelement (13) und dieses umgebend das vorzugsweise einzige Federelement (11) des Prüfstifts (10) sich axial erstreckend angeordnet sind.
Prüfstift nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkopf (3) zum positionsabhängigen Zusammenwirken mit einer distalen Öffnung (14a) und/oder mit einer Innenumfangsfläche (14b) eines am Grundkörper (1) angeordneten vorzugsweise hohlzylindrischen Führungselements (14) ausgebildet ist, derart, dass bei einem Einfedern des Kontaktkopfs (3) in einer Kontaktposition des Prüfstifts (10), die Öffnung (14a) und/oder die Innenumfangsfläche (14b) die Teilsegmente (5a,5b,5c,5d) des Kontaktkopfes (3) vorzugsweise gleichmäßig radial verengt.
Prüfstift nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise hohlzylindrische Führungselement (14) mittels eines zweiten Federelements (15), welches vorzugsweise als exponentielle Feder ausgelegt ist, am Grundkörper (1) und/oder am Kontaktkopf (3) axial beweglich gelagert ist.
Prüfstift nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkopf (3) integral an der Kontaktseite (2a) des Grundkörpers (1) ausgebildet ist.
Prüfstift nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidelemente (6a,6b,6c,6d) des Kontaktkopfs (3) zum wenigstens teilweise Einschneiden und/oder Aufkratzen einer vorzugsweise planen und/oder passiven Oberfläche (21) des Kontaktpartners (20) ausgebildet sind.
Prüfstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidelemente (6a,6b,6c,6d) eine sich in axialer Draufsicht jeweils radial nach Außen verlaufende Schneide (16a) und/oder eine jeweils umfangsseitig tangential angeordnete Schneide (16b) aufweisen.
Prüfstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teilsegment (5a,5b,5c,5d) des Kontaktkopfs (3) eine Vielzahl an Schneidelementen aufweist.