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Die Erfindung betrifft eine Federkontaktstiftanordnung zur elektrischen Berührungskontaktierung eines Prüflings, mit mindestens einem Federkontaktstift, der ein entlang seiner Längsachse einfederndes Kontaktelement aufweist, und mit einer Vorschubeinrichtung für eine entlang einer Zustellachse erfolgenden Relativbewegung von Federkontaktstift und Prüfling zu deren Berührungskontaktierung.
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Eine Federkontaktstiftanordnung der eingangs genannten Art ist bekannt. Sie dient dazu, eine elektrische Kontaktierung mit einem Prüfling herzustellen, um beispielsweise einen Prüfstromkreis zu einer Prüfeinrichtung zu bilden, der eine Aussage über die elektrische Funktionsfähigkeit des Prüflings zulässt. Hierzu weist die Federkontaktstiftanordnung mindestens einen Federkontaktstift auf, der eine entlang seiner Längsachse einfederndes Kontaktelement besitzt. Ferner ist eine Vorschubeinrichtung vorhanden, die eine entlang einer Zustellachse erfolgende Relativbewegung von Federkontaktstift und Prüfling ermöglicht, um eine Berührungskontaktierung zwischen Federkontaktstift und Prüfling herzustellen. Bei der elektrischen Berührungskontaktierung federt das Kontaktelement des Federkontaktstift entlang der Zustellachse ein, sodass es mit einer der Einfederung entsprechenden Federkraft an beispielsweise einem Prüfkontakt des Prüflings anliegt. Der Federkontaktstift ist elektrisch mit der Prüfeinrichtung verbunden. Nun kann die elektrische Prüfung durchgeführt werden. Ist diese beendet, so werden Federkontaktstift und Prüfling wieder auseinander gefahren, sodass die Berührungskontaktierung aufgehoben wird. Die Qualität der Berührungskontaktierung der bekannten Federkontaktstiftanordnung kann nicht in jedem Falle überzeugen. Sind beispielsweise Passivierungen, wie Oxidschichten, Verschmutzungen und so weiter, am Kontaktelement und/oder dem Prüfkontakt des Prüflings vorhanden, so ergibt sich bei der Berührungskontaktierung ein hoher elektrischer Kontaktwiderstand, der das Prüfergebnis in Frage stellen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Federkontaktstiftanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die stets eine elektrische Berührungskontaktierung von hoher Qualität, insbesondere mit sehr niedrigem elektrischem Kontaktwiderstand, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird unter Berücksichtigung der eingangs genannten Merkmale dadurch gelöst, dass die Längsachse und die Zustellachse einen Winkel α derart einschließen, dass sie weder parallel noch rechtwinklig zueinander verlaufen. Ein paralleler Verlauf schließt auch einen fluchtenden Verlauf von Längsachse und Zustellachse ein. Ferner ist in Abhängigkeit der jeweiligen Ausführungsform der Erfindung unter dem Begriff „Zustellachse” auch jede wählbar positionierte Achse zu verstehen, die parallel zur Zustellachse verläuft.
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Durch den erfindungsgemäßen Winkel zwischen der Längsachse und der Zustellachse wird ein Teil des Hubs des Kontaktelements beim Einfedern in einen Lateralversatz des Kontaktelements relativ zum Prüfling umgesetzt. Dieser Lateralversatz (seitlicher Versatz) führt demzufolge zu einer Querbewegung des Kontaktelements über den Prüfkontakt des Prüflings, sodass dort die Oberfläche „angekratzt” wird. Es handelt sich dabei um eine lineare Kratzbewegung, die die Kontakteigenschaften bei der Berührungskontaktierung erheblich verbessert. Insbesondere werden hochohmige Passivierungen, wie zum Beispiel Oxidschichten, Verschmutzungen und so weiter, wirkungsvoll aufgebrochen und durchdrungen. Gleichzeitig passen sich die Kontaktpartner geometrisch aneinander an, d. h., es erfolgt – im mikroskopischem gesehen – ein Einschleifen, wodurch sich die effektive Kontaktfläche vergrößert und der Kontaktwiderstand sinkt. Durch die erfindungsgemäße innige Berührung und gegebenenfalls sogar erfolgende Materialverdichtung sinkt der Hauptanteil des Kontaktwiderstands, nämlich der sogenannte Engewiderstand erheblich. Zu erwähnen ist auch, dass durch die erwähnte Kratzbewegung ein Selbstreinigungseffekt im Kontaktierungsbereich des Kontaktelements erzielt wird. Die Größe des erwähnten Lateralversatzes (Querbewegung) und die damit einhergehende Lateralkraft (Querkraft) des Kontaktelements auf dem Prüfkontakt des Prüflings ist von dem erwähnten Winkel α, der zwischen der Längsachse und der Zustellachse besteht, abhängig. Der Fachmann kann sich die gewünschten Werte von Lateralversatz und Lateralkraft durch die Größe des Winkels α herbeiführen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich der Winkel α durch entsprechende mechanische Verstellmittel einstellen. Er wird vor der elektrischen Berührungskontaktierung eingestellt und mit diesem Winkel wird dann die Prüfung durchgeführt. Alternativ weist eine Ausführungsform der Federkontaktstiftanordnung einen fest vorgegebenen Winkel α auf. Der Winkel α ist vorzugsweise relativ klein, d. h., er beträgt nur wenige Winkelgrad, insbesondere ist er kleiner als 10°. In jedem Falle bleibt der Winkel α während der Berührungskontaktierung konstant. Neben der entsprechenden Wahl des Winkels α ist auch die Größe der Nennfederkraft einer Feder (die das Einfedern des Kontaktelements ermöglicht) und die Größe des Axialhubs des Kontaktelements von Einflussnahme auf den Lateralversatz und/oder die Lateralkraft. Die Nennfederkraft ist die für ein Einfedern des Kontaktelements entlang der Längsachse des Federkontaktstifts aufzubringende Kraft. Der Axialhub ist die Wegstrecke, die das Kontaktelement entlang der Längsachse des Federkontaktstifts bei der Berührungskontaktierung einfedert. Durch die Erfindung baut sich die auf den Prüfling wirkende Querkraft auf, die nach dem Prinzip „Aktion ist gleich Reaktion” eine Gegenkraft auf den Federkontaktstift bewirkt, wodurch sich der Innenwiderstand des Federkontaktstifts in Folge höherer Flächenpressung des Kontaktelements an seinen Führungsbereich reduziert. Das Kontaktelement ist beispielsweise in einem Gehäuse des Federkontaktstifts längsverschieblich geführt, d. h., zwischen Kontaktelement und Gehäuse (auch Mantel genannt) liegt der erwähnte Führungsbereich vor. Durch diese erhöhte Flächenpressung wird sich die Axialkraft erhöhen, die zum Einfedern des Kontaktelements aufgebracht werden muss. Der Betrag der Axialkrafterhöhung hängt vom Winkel α, von den Reibverhältnissen und dem Eindringverhalten des Kontaktelements in die Prüflingsoberfläche ab. Die erwähnte Vergrößerung der Axialkraft wirkt sich positiv auf den elektrischen Kontaktwiderstand des Kontaktelements zum Prüfling aus, d. h., dieser Kontaktwiderstand verkleinert sich, und wirkt sich ebenfalls – wie erwähnt – in einer Verkleinerung des Innenwiderstandes des Federkontaktstifts aus. Die Folge aus allem ist, dass die Vergrößerung der Axialkraft wiederum zur Lateralkrafterhöhung zwischen Kontaktelement und Prüfling führt, sodass von einer Art Selbstverstärkung gesprochen werden kann. Die Größe der Querkraft, die auch Lateralkraft genannt wird, hängt von den Reibverhältnissen und dem Eindringverhalten des Kontaktelements in die Prüflingsoberfläche ab. Aufgrund des erfindungsgemäßen Funktionsprinzip kommt es zu dem erwähnten Lateralversatz, ohne dass hierzu besondere Antriebs- und/oder Stellelemente erforderlich wären. Auch ist es nicht erforderlich, eine Modifizierung eines bekannten Federkontaktstifts vorzunehmen, denn es können die üblichen Federkontaktstifte bei der Erfindung eingesetzt werden und dennoch werden nur durch das Einschließen des Winkels α zwischen der Längsachse des Federkontaktstifts und der Zustellachse die erwähnten Vorteile herbeigeführt. Aufgrund des erfindungsgemäßen Prinzips kann auch von einer Reibkontaktierung zwischen dem Federkontaktstift beziehungsweise dessen Kontaktelement und dem Prüfling beziehungsweise dessen Prüfkontakt gesprochen werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement einen Kolben aufweist, der in einem Gehäuse des Federkontaktstifts entlang der Längsachse verschieblich gelagert und von einer Feder, insbesondere Druckfeder, beaufschlagt ist. Das erwähnte Gehäuse wird oftmals auch als Mantel bezeichnet. Der Kolben des Kontaktelements befindet sich längsverschieblich gelagert im Gehäuse und wird von der Druckfeder, vorzugsweise einer Schraubendruckfeder, beaufschlagt. Das Kontaktelement ragt bereichsweise aus dem Gehäuse heraus, um die Kontaktierung mit dem Prüfling zu gewährleisten. Wird der Prüfling kontaktiert, so wird durch den dafür aufzubringenden Kontaktdruck das Kontaktelement und somit der Kolben im Innern des Gehäuses unter Komprimieren der Druckfeder linear verlagert. Diese Verlagerungsbewegung erfolgt entlang der Längsachse des Federkontaktstifts. Man spricht auch von einer Axialverlagerung. Die erwähnte erfindungsgemäße Querkraft beziehungsweise Lateralkraft wirkt quer in Bezug auf die Längsachse des Federkontaktstifts und führt zu der Reibkontaktierung.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Kontaktelement einen außerhalb des Gehäuses des Federkontaktstifts liegenden Kontaktkopf für die elektrische Berührungskontaktierung des Prüflings aufweist. Das Wort „Kontaktkopf” bedeutet nicht zwingend, dass dieser als eine Verdickung des Kontaktelements anzusehen ist, sondern soll lediglich ausdrücken, dass mit ihm die Berührungskontaktierung mit dem Prüfling stattfindet. Der Kontaktkopf kann mindestens eine Kontaktspitze, konvex oder konkav gewölbte Kontaktfläche und/oder Kontaktebene und so weiter für die Berührungskontaktierung des Prüflings aufweisen. Die Möglichkeiten der Ausgestaltung des Kontaktkopfs sind vielfältig aus dem Stand der Technik bekannt und können bei der Erfindung genutzt werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht bevorzugt eine Halteeinrichtung zum ortsfesten Halten des Prüflings oder des Federkontaktstifts vor. Die Anordnung ist vorzugsweise derart getroffen, dass die Vorschubeinrichtung ein ortsfestes Grundelement und ein daran entlang der Zustellachse verschieblich geführtes Aufnahmeelement aufweist, wobei an dem Aufnahmeelement nach einer ersten Ausgestaltung der Federkontaktstift angeordnet ist, wobei der Prüfling von der Halteeinrichtung gehalten ist, oder – nach einer zweiten Ausgestaltung – an dem Aufnahmeelement der Prüfling angeordnet ist, wobei der Federkontaktstift von der Halteeinrichtung gehalten ist. Entweder wird also der Federkontaktstift oder der Prüfling an dem Aufnahmeelement der Vorschubeinrichtung gehalten. Das Aufnahmeelement ist verschieblich an dem ortsfesten Grundelement entlang der Zustellachse, also auf einem linearen Weg, geführt, sodass dementsprechend entweder der Federkontaktstift oder der Prüfling für die Berührungskontaktierung bewegt wird. Ist der Federkontaktstift beweglich geführt, so wird der Prüfling von der Halteeinrichtung gehalten. Da die Halteeinrichtung ortsfest angeordnet ist, bewegt sich der Prüfling nicht. Ist der Prüfling an dem Aufnahmeelement angeordnet und wird somit entlang der Zustellachse für die Berührungskontaktierung verlagert, so ist der Federkontaktstift von der ortsfesten Halteeinrichtung gehalten, d. h., dieser verändert seine Position nicht.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federkontaktstiftanordnung mehrere Federkontaktstifte aufweist. Jeder Federkontaktstift wird für die Prüfung des elektrischen Prüflings auf einen Prüfkontakt des Prüflings zur Berührungskontaktierung aufgesetzt. Durch die Winkelstellung zwischen der jeweiligen Längsachse des Federkontaktstifts und der Zustellachse üben die Kontaktelemente der Federkontaktstifte jeweils eine Kratzbewegung auf den Prüfkontakten aus, wodurch eine optimale, niederohmige Kontaktgabe erzielt ist. Sind mehrere Federkontaktstifte vorgesehen, wie beispielsweise in den 3 und 4, so ist es möglich, dass die Federkontaktstifte alle auf dem gleichen elektrischen Potential liegen, wobei sie beispielsweise über einen sie haltenden metallischen Aufnahmeblock elektrisch parallel geschaltet sind. In diesem Falle kontaktieren alle Federkontaktstifte vorzugsweise auf dieselbe Kontaktfläche. Es ist aber ebenfalls Gegenstand der Erfindung, dass die einzelnen Federkontaktstifte oder zumindest einige davon in einer elektrisch isolierten Aufnahme befestigt sind und insbesondere verschiedene Kontaktflächen desselben Prüflings kontaktieren, wodurch voneinander unabhängige elektrische Signale übertragen werden können.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Federkontaktstift durch das Berührungskontaktieren des Prüflings auf diesen eine Querkraft ausübt, wobei die Anordnung der Federkontaktstifte und der Winkel α für jeden Federkontaktstift bei von den mehreren Federkontaktstiften gleichzeitig erfolgender Berührungskontaktierung des Prüflings derart gewählt sind, dass sich die Querkräfte aufheben oder etwa aufheben. Übt zum Beispiel einer der Federkontaktstifte eine erste Lateralkraft aus und ein anderer der Federkontaktstifte eine zweite Lateralkraft, wobei die beiden Lateralkräfte gleich groß und einander entgegengesetzt gerichtet sind, so heben sich die Lateralkräfte auf, d. h., es besteht nicht die Gefahr, dass der Prüfling aufgrund der Lateralkräfte der Federkontaktstifte seitlich verlagert wird. Sind mehr als zwei Federkontaktstifte vorhanden, so ist entsprechend zu verfahren, d. h., es kommt jeweils auf den Winkel α jedes Federkontaktstifts an und auch auf seine Position, also auf seine Anordnung in Relation zu mindestens einem anderen Federkontaktstift oder auch zu mehreren anderen Federkontaktstiften. So ist es denkbar, bei einem Federkontaktstift, der einen anderen Winkel α als ein anderer Federkontaktstift aufweist, mindestens einen weiteren Federkontaktstift derart vorzusehen, dass eine durch die Winkeldifferenz beim Winkel α und/oder durch die Positionierungen der Federkontaktstifte auftretende Querkraftdifferenz ausgeglichen wird. Diese Ausgestaltung ist selbstverständlich nur ein Beispiel, da eine Vielzahl von Möglichkeiten besteht, dass letztlich die Querkräfte aller beteiligten Federkontaktstifte derart liegen, dass sie sich aufheben oder etwa aufheben. Ziel ist daher, dass auf den Prüfling keine oder wenn dann nur eine sehr geringe resultierende Querkraft wirkt. Die erwähnte Position oder Positionierung eines Federkontaktstifts beinhaltet nicht nur den Ort an dem er sich befindet, sondern auch seine Winkelstellung, unter der nicht der Winkel α zu verstehen ist. Zur Verdeutlichung des Vorstehenden können räumliche Polarkoordinaten verwendet werden, wobei der Radiusvektor der Längsachse des betrachteten Federkontaktstifts entspricht. Der Radiusvektor schließt mit der positiven Z-Achse den Polarwinkel ϑ ein der dem Winkel α entspricht. Ferner schließt der Radiusvektor mit der positiven X-Achse den in der X-Y-Ebene gelegenen Azimuthwinkel φ ein, der der erwähnten Winkelstellung entspricht.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei einer geradzahligen Anzahl von den gleichen Winkel aufweisenden Federkontaktstiften diese paarweise diametral zur Zustellachse angeordnet sind. Bei jedem Federkontaktstiftpaar heben sich die Querkräfte auf, sodass der Prüfling durch diese Querkräfte nicht belastet wird.
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Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass den Federkontaktstiften gleiche und/oder unterschiedliche Winkel α zugeordnet sind. Es kann also entweder so sein, dass alle Federkontaktstifte der Federkontaktstiftanordnung den gleichen Winkel α aufweisen. Ferner kann alternativ vorgesehen sein, dass die Federkontaktstifte der Federkontaktstiftanordnung alle einen unterschiedlichen Winkel α aufweisen. Schließlich ist es alternativ auch möglich, dass ein Teil der Federkontaktstifte der Federkontaktstiftanordnung den gleichen Winkel α und ein anderer Anteil einen anderen Winkel α und gegebenenfalls ein weiterer Anteil wiederum einen anderen Winkel α und so weiter aufweisen. Insgesamt ist stets anzustreben, dass die Querkräfte aller Federkontaktstifte der Federkontaktstiftanordnung derart vektoriell angeordnet sind, dass sich ihre Summe aufhebt, sodass der Prüfling kraftfrei oder im Wesentlichen kraftfrei hinsichtlich einer eine Verschiebung bewirkenden Querbelastung ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einer ungeraden Anzahl von den gleichen Winkel α aufweisenden Federkontaktstiften diese um die Zustellachse herum in gleichem Umfangswinkelabstand zueinander angeordnet sind. Die Folge ist, dass die beteiligten Federkontaktstifte Querkräfte erzeugen, die sich in der Summe aufheben und der Prüfling somit im genannten Sinne kraftfrei oder im Wesentlichen kraftfrei bleibt.
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Mit einer Federkontaktstiftanordnung lässt sich ein Verfahren zum mittels mindestens eines Federkontaktstifts erfolgenden elektrischen Berührungskontaktieren eines Prüflings durchführen, insbesondere mittels des mindestens einen Federkontaktstifts der vorstehend erläuterten Federkontaktstiftanordnung, wobei der Federkontaktstift einen entlang seiner Längsachse einfederndes Kontaktelement aufweist und wobei für das Berührungskontaktieren Federkontaktstift und Prüfling entlang einer Zustellachse relativ zueinander bewegt werden, wobei das Bewegen entlang der Zustellachse in einen Winkel α zur Längsachse derart erfolgt, dass die Zustellachse und die Längsachse weder parallel noch rechtwinklig zueinander verlaufen.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zwar zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer Federkontaktstiftanordnung,
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2 eine Federkontaktstiftanordnung mit zwei Federkontaktstiften,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Federkontaktstiftanordnung,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Federkontaktstiftanordnung und
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5 bis 8 mehrere Ausführungsbeispiele von Federkontaktstiftanordnungen mit unterschiedlich angeordneten Federkontaktstiften.
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Die 1 zeigt eine Federkontaktstiftanordnung 1. Diese dient zur elektrischen Berührungskontaktierung eines Prüflings 2. Beim Prüfling 2 kann es sich beispielsweise um eine bestückte oder unbestückte Leiterplatte handeln, die auf elektrische Funktionsfähigkeit zu prüfen ist. Die Federkontaktstiftanordnung 1 weist mindestens einen Federkontaktstift 3 auf, der ein Kontaktelement 4 besitzt. Für die Durchführung der elektrischen Prüfung des Prüflings 2 erfolgt ein Berührungskontakt des Kontaktelements 4 mit dem Prüfling 2, insbesondere mit einem Prüfkontakt 5 des Prüflings 2. Der Federkontaktstift 3 ist mit einer nicht dargestellten Prüfeinrichtung elektrisch verbunden. Auf diese Art und Weise lassen sich Prüfstromkreise realisieren, insbesondere unter Berücksichtigung von mehreren Federkontaktstiften 3, die der Federkontaktstiftanordnung 1 angehören. Der Einfachheit halber wird im Folgenden zunächst jedoch nur von einem einzigen Federkontaktstift 3 ausgegangen, wobei die Erfindung hierauf jedoch nicht beschränkt ist.
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Das Kontaktelement 4 des Federkontaktstifts 3 weist einen Kolben 6 auf, der sich im Innern eines Gehäuses 7 des Federkontaktstifts 3 befindet. Das Gehäuse 7 wird oftmals auch als Mantel bezeichnet. Ferner besitzt das Kontaktelement 4 ein Stiftteil 8, das vom Kolben ausgeht und eine axiale Öffnung 9 des Gehäuses 7 durchsetzt und daher aus dem Gehäuse 7 herausragt. Endseitig trägt das Stiftteil 8 einen Kontaktkopf 10, der der Berührungskontaktierung des Prüfkontakts 5 des Prüflings 2 dient. Der Kolben 6 ist längsverschieblich im Gehäuse 7 geführt und wird von der Federkraft einer Feder 11 beaufschlagt, die vorzugsweise als Schraubendruckfeder 12 ausgebildet ist. Ein Ende 13 der Schraubendruckfeder 12 stützt sich am Kolben 6 und ein anderes Ende 14 der Schraubendruckfeder 12 an dem Gehäuse 7 ab. Im Innern des Gehäuses 7 ist ein mit diesem verbundener Anschlag 15 vorgesehen, gegen den der Kolben 6 durch die Kraft der Feder 11 gedrängt ist. Der Federkontaktstift 3 weist eine Längsachse 16 auf. Die Längsachse 16 bildet sowohl die Längsachse für das Gehäuse 7 als auch für das Kontaktelement 4, insbesondere den Kolben 6, das Stiftteil 8 und auch den Kontaktkopf 10. Mithin wird deutlich, dass das Kontaktelement 4 entlang der geradlinigen Längsachse 16 in Richtung des Doppelpfeils 17 linear verschieblich gelagert ist. Wird der Kontaktkopf 10 beaufschlagt, so verlagert sich das Kontaktelement 4 unter Komprimieren der Feder 11. Wird das Kontaktelement 4 wieder freigegeben, so drückt die Feder 11 das Kontaktelement 4 zurück, bis der Kolben 6 gegen den Anschlag 15 tritt.
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Der Federkontaktstift 3 ist an einer Halteeinrichtung 18 ortsfest gehalten. Diese Halteeinrichtung 18 kann beispielsweise eine Halteplatte 19 sein, die von einem Gewindeloch 20 durchsetzt ist, wobei in das Gewinde des Gewindelochs 20 ein Außengewinde 21 des Federkontaktstifts 3 eingeschraubt ist. Da die Halteeinrichtung 18 ortsfest angeordnet ist, wird somit der Federkontaktstift 3 in der aus der 1 gezeigten Position ebenfalls ortsfest gehalten.
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Die 1 zeigt ferner eine Vorschubeinrichtung 22, an der der Prüfling 2 gehalten ist. Dieses Halten kann beispielsweise mittels einer Unterdruckeinrichtung erfolgen, die jedoch nicht dargestellt ist. Die Vorschubeinrichtung 22 weist ein ortsfestes Grundelement 23 auf, an dem linear verschieblich ein Aufnahmeelement 24 geführt ist. Das Aufnahmeelement 24 weist einen Aufnahmetisch 25 auf, auf dem der Prüfling 2 gehalten wird, beispielsweise mittels Unterdruck. Aufgrund der linearen Verschiebbarkeit zwischen dem Grundelement 23 und dem Aufnahmeelement 24 lässt sich der Aufnahmetisch 25 und damit der Prüfling 2 entlang einer geradlinigen Zustellachse 26 in Richtung des Doppelpfeils 27 verlagern. Für den Vorschub der Vorschubeinrichtung 22 entlang der Zustellachse 26 ist ein nicht dargestellter Antrieb vorgesehen, derart, dass der Prüfling 2 in Richtung auf den Federkontaktstift 3 derart verlagert werden kann, dass der Kontaktkopf 10 in Berührungskontaktierung mit dem Prüfkontakt 5 des Prüflings 2 gelangt. Es kann dann die elektrische Prüfung erfolgen. Ist diese beendet, so wird der Prüfling 2 mittels der Vorschubeinrichtung 22 entlang der Zustellachse 26 nach unten verlagert, sodass wieder die aus der 1 ersichtliche Situation entsteht.
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Von Bedeutung ist, dass die Längsachse 16 des Federkontaktstifts 3 – und damit die Axialverlagerungsrichtung des Kontaktelements 4 – mit der Zustellachse 26 der Vorschubeinrichtung 22 einen Winkel α einschließt, d. h., diese beiden Achsen laufen weder parallel zueinander noch rechtwinklig zueinander noch fluchten sie miteinander. Wird nun der Prüfling 2 für die Berührungskontaktierung in Richtung auf den Kontaktkopf 10 bewegt, so wird beim Einfedern des Kontaktelements 3 der Prüfkopf 10 eine Querbewegung 28 auf den Prüfkontakt 5 ausführen. Diese Querbewegung 28 kann auch als Lateralbewegung bezeichnet werden und führt dazu, dass beim Berührungskontaktieren eine Kratzbewegung des Kontaktkopfs 10 auf den Prüfkontakt 5 erfolgt, die linear ist und zu einer optimalen elektrischen Kontaktierung führt, da diese Kratzbewegung insbesondere hochohmige Passivierungen, wie Oxidschichten, Verschmutzung und so weiter aufbricht und durchdringt und ferner auch ein Selbstreinigungseffekt entsteht, sodass stets eine niederohmige Berührungskontaktierung vorliegt.
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Das Zustandekommen der Querbewegung 28, die eine Querkraft 29 (Lateralkraft) des Kontaktelements 4 auf den Prüfkontakt 5 des Prüflings 2 erzeugt, wird anhand der 2 näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung mit einem Pfeil 30 den Verlauf der Zustellachse 26. Mit einem Pfeil 31 ist auf der rechten Seite der 2 der Verlauf der Längsachse 16 des Federkontaktstifts 3 angedeutet. Wird nun der mit einer gestrichelten Linie 32 angedeutete Prüfling 2 von der Position 33, in der der Kontaktkopf 10 gerade den Prüfling 2 berührt, bis in die Position 34 verlagert, was der Einfederbewegung des Kontaktelements 4 beim Berührungskontaktieren entspricht, so durchläuft der Kontaktkopf 10 aufgrund des Winkels α, der zwischen der Zustellachse 26 und der Längsachse 16 besteht, die Wegstrecke 35 mit der erwähnten Querbewegung 28 und unter Ausbildung einer Querkraft 29, d. h., der Kontaktkopf 10 reibt bei dieser Querbewegung 26 entlang der Oberfläche des Prüfkontakts 5 des Prüflings 2. Die Folge ist, dass der Prüfling 2 mit dieser Querkraft 29 beaufschlagt wird. Er ist demzufolge fest auf dem Aufnahmetisch 25 zu halten, damit er sich nicht verschiebt. Die Folge ist jedoch auch, dass eine optimale, niederohmige Berührungskontaktierung zwischen dem Federkontaktstift 3 und dem Prüfling 2 erfolgt.
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Aus der 2 ist ersichtlich, dass ein weiterer Federkontaktstift 3', nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, vorgesehen sein kann, der den gleichen Winkel α zur Zustellachse 26 besitzt und dem Federkontaktstift 3 diametral gegenüberliegt. Insbesondere, aber nicht zwingend, befindet sich zwischen den beiden Federkontaktstiften 3 und 3' die Zustellachse 26. Kontaktiert dieser weitere Federkontaktstift 3' nun einen weiteren Prüfkontakt 5 des Prüflings 2, so werden dort beim Einfedern des Kontaktelements 4 entsprechende Verhältnisse vorliegen, nämlich ebenfalls eine Querbewegung 28 mit Querkraft 29 sowie ein Durchlaufen einer Wegstrecke 35, jedoch jeweils mit umgekehrten Vorzeichen, sodass sich die beiden Querkräfte 29 des Federkontaktstifts 3 und des Federkontaktstifts 3' aufheben und der Prüfling 2 nicht Querkraft beaufschlagt im Sinne einer Verschiebebewegung von diesem gegenüber der Vorschubeinrichtung 22 beaufschlagt wird.
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Nach einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass die Anordnung der 1 derart gestaltet ist, dass der Prüfling 2 von einer Halteeinrichtung ortsfest gehalten ist, derart, dass keine lineare Verfahrbarkeit des Aufnahmetisches vorliegt, sondern dass dieser starr mit dem Grundelement verbunden ist. Der Federkontaktstift 3 hingegen ist an einem Aufnahmeelement einer Vorschubeinrichtung gehalten, wobei das Aufnahmeelement eine Linearbewegung entlang der aus der 1 hervorgehenden Zustellachse 26 vornehmen kann und das Halten des Federkontaktstifts 3 im Aufnahmeelement unter einem Winkel α zur Zustellachse 26 erfolgt, sodass die Längsachse 16 des Federkontaktstifts 3 mit der Zustellachse 16 den Winkel α einschließt. Wird nun der Federkontaktstift 3 in Richtung auf den ortsfest angeordneten Prüfling 2 bewegt, so ergeben sich entsprechend gleiche Verhältnisse, so wie sie vorstehend beim Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben wurden.
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Die 3 zeigt eine Federkontaktstiftanordnung 1, wobei der Prüfling 2 und eine den Prüfling 2 positionsunveränderbar haltende Halteeinrichtung nicht dargestellt ist. Die 3 zeigt ein topfartig ausgestaltetes Aufnahmeelement 24, an dessen Stirnseite 36 drei Federkontaktstifte 3 mit ihren Kontaktelementen 4 austreten. Das Aufnahmeelement 24 ist entlang einer Zustellachse 26 in Richtung des Doppelpfeils 27 relativ zu einem nicht dargestellten Grundelement verlagerbar geführt, um eine Zustellbewegung in Richtung auf den nicht dargestellten Prüfling 2 vornehmen zu können. Wie aus der 3 ersichtlich, weisen die Längsachsen 16 aller drei Federkontaktstifte 3 zur Zustellachse 26 den gleichen Winkel α auf. Die drei Federkontaktstifte 3 sind um die Zustellachse 26 herum in gleichem Umfangswinkelabstand zueinander angeordnet, nämlich im vorliegenden Fall bei drei Federkontaktstiften 3 mit einem Umfangswinkelabstand von 120°. Die hier vorliegende rotationssymmetrische Anordnung der drei Federkontaktstifte 3 kommt nach anderen Ausführungsbeispielen nicht nur bei ungeradzahliger Anzahl von Federkontaktstiften zum Einsatz, sondern kann selbstverständlich auch bei einer geradzahligen Anzahl von Federkontaktstiften eingesetzt werden. Die rotationssymmetrische Anordnung führt vorzugsweise zu einem besonders kleinen Bauraum. Erfolgt beim Ausführungsbeispiel der 3 nun eine Zustellbewegung des Aufnahmeelement 24 in Richtung auf den nicht dargestellten Prüfling 2, so werden die Federkontaktstifte 3 mit entsprechenden Prüfkontakten 5 des Prüflings 2 in Berührungskontakt gebracht, wobei die Kontaktelemente 4 der Federkontaktstifte 3 entlang der jeweiligen Längsachse 16 der Federkontaktstifte 3 einfedern. Es ergibt sich daher wiederum bei jedem Federkontaktstift 3 eine Kratzbewegung mit einer entsprechenden Querkraft 29 auf dem Prüfling 2. Aufgrund der Rotationssymmetrie der Anordnung der 3 heben sich jedoch die drei Querkräfte 29 in der Summe auf, sodass die optimalen Berührungskontaktierungsverhältnisse aufgrund der Querreibkräfte erzeugt sind, jedoch auf den Prüfling 2 keine resultierende Querverlagerungskraft wirkt.
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Beim Ausführungsbeispiel der 3 sind die Federkontaktstifte 3 mit ihren Kontaktköpfen 10 zum Zentrum der Anordnung hingerichtet. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der durch die Gehäuse 7 der Federkontaktstifte 3 vorgegebene Mindestabstand im Kontaktbereich verkleinert ist. Hierdurch sind Prüflinge mit kleinen Kontaktflächen und/oder engem Kontaktraster kontaktierbar. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die drei Federkontaktstifte 3 der 3 mit ihren Kontaktköpfen 10 symmetrisch auseinanderstreben, also nicht konvergieren, sondern divergierend ausgerichtet sind. Diese beiden, vorstehend erwähnten Möglichkeiten bestehen selbstverständlich bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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Die 4 zeigt ein der 3 ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle eines topfförmigen Aufnahmeelements 24 ein blockförmiges Aufnahmeelement 24 vorgesehen ist, das entlang einer Zustellachse 26 zur Berührungskontaktierung verlagert werden kann. Es sind mehrere Federkontaktstifte 3, insbesondere vier Federkontaktstifte 3, vorgesehen, die nicht rotationssymmetrisch angeordnet sind, sondern linearsymmetrisch zur Mitte des Aufnahmeelements 24. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die Kontaktierung von länglichen oder in engem Abstand nebeneinander liegenden Kontaktflächen des Prüflings ermöglicht ist. Ein Federkontaktstift 3 der einen Seite der linearsymmetrischen Anordnung bildet mit einem entsprechenden Federkontaktstift 3 der anderen Seite dieser Anordnung ein Federkontaktstiftpaar, bei dem sich die bei der Berührungskontaktierung auftretenden Querkräfte aufheben. Beim Ausführungsbeispiel der 4 kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Zustellachse 26 zu jeder der Längsachsen 16 den gleichen Winkel α einschließt. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 konvergieren die Federkontaktstifte 3. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, dass sie divergierend angeordnet sind, wobei sich dann auch die Querkraftaufhebung ergibt.
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Grundsätzlich ist zu allen denkbaren Ausführungsformen der Erfindung eine spiegelsymmetrische, linearsymmetrische, rotationssymmetrische oder ähnliche Anordnung der Federkontaktstifte 3 keine Bedingung. Die Federkontaktstifte 3 können über die Federkontaktstiftanordnung 1 beliebig verteilt sein und/oder beliebige Winkel α aufweisen und/oder konvergieren und/oder divergieren, solange bei der Berührungskontaktierung die Summe der vektoriellen Querkräfte, insbesondere eingeschlossen der resultierenden Drehmomente, auf den Prüfling zu Null oder etwa zu Null kompensiert wird.
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Die 5 bis 8 zeigen unterschiedliche Anordnungen von Federkontaktstiften 3 beziehungsweise 3' in Bezug auf die Zustellachse 26. Es wird dabei davon ausgegangen, dass bei den 5 bis 7 die Längsachsen 16 der Federkontaktstifte 3, 3' unter demselben Winkel α zur Zustellachse 26 verlaufen.
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Die schematische Darstellung der 5 entspricht dem Ausführungsbeispiel der 3, d. h., die drei Federkontaktstifte 3 sind in gleichem Umfangswinkelabstand von 120° um die Zustellachse 26 herum angeordnet. Bei dieser ungeraden Anzahl von Federkontaktstiften 3 erfolgt daher eine Aufhebung der Querkräfte der Federkontaktstifte 3. Beim Ausführungsbeispiel der 6 sind vier Federkontaktstifte 3, 3' vorgesehen, die im gleichen Umfangswinkelabstand um die Zustellachse 26 herum angeordnet sind. Der Umfangswinkelabstand beträgt hier 90°. Da vier Federkontaktstifte 3, 3' vorgesehen sind, liegt eine geradzahlige Anzahl vor, wobei jeweils zwei Federkontaktstifte 3, 3' ein Federkontaktstiftpaar bilden, nämlich ein Federkontaktstiftpaar bestehend aus den Federkontaktstiften 3 und ein weiteres Federkontaktstiftpaar bestehend aus den Federkontaktstiften 3, wobei die Federkontaktstifte 3 diametral zur Zustellachse 26 und die Federkontaktstifte 3 ebenfalls diametral zur Zustellachse 26 liegen. Die Querkräfte der Federkontaktstifte 3 und die Querkräfte der Federkontaktstifte 3' heben sich auf, sodass insgesamt auf einen Prüfling keine resultierende Querkraft wirkt. Die 7 zeigt, dass aufgrund der paarweise erfolgenden Aufhebung der Querkräfte es nicht erforderlich ist, dass die Federkontaktstifte 3, 3' der beiden Federkontaktstiftpaare in gleichem Umfangswinkelabstand zueinander um die Zustellachse 26 herum angeordnet sein müssen. Gleichwohl heben sich die beiden Querkräfte der Federkontaktstifte 3 und auch die beiden Querkräfte der Federkontaktstifte 3' auf.
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In der 8 ist angedeutet, dass linksseitig der Zustellachse 26 zwei Federkontaktstifte 3 und rechtsseitig ein Federkontaktstift 3' liegen. Es wird davon ausgegangen, dass die Längsachsen 16 der beiden Federkontaktstifte 3 den gleichen Winkel α zur Zustellachse 26 aufweisen und dass die Längsachse 16 des Federkontaktstifts 3' einen anderen Winkel α, insbesondere einen größeren Winkel α, zur Zustellachse 26 einschließt. Durch den größeren Winkel α wird eine größere Querkraft auf den Prüfling 2 beim Berührungskontaktieren einwirken, wobei die Verhältnisse jedoch aufgrund des Winkels α und der Lage und Anzahl der Federkontaktstifte 3 derart gewählt werden können, dass sich die Querkräfte der drei Federkontaktstifte 3, 3' aufheben, sodass wiederum insgesamt auf den Prüfling keine Querverlagerungskraft wirkt.
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Aufgrund der Erfindung sind in Bezug auf die Berührungskontaktierung die vorstehend erwähnten positiven Wirkungen erzielt. Bei entsprechender symmetrischer Anordnung und/oder durch entsprechende Wahl des Winkels α, der Anzahl und/oder der jeweiligen Positionierung der Federkontaktstifte lässt sich eine Kompensation der Querkräfte erzeugen, sodass es nicht zu einer Prüflingsverschiebung bei der Berührungskontaktierung kommt.
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Das Prinzip der Erfindung erfordert keinen besonderen Federkontaktstift, d. h., jeder beliebige Federkontaktstift ist einsetzbar. Die elektrische Performance des Federkontaktstifts wird allein durch seine Einbaulage in Bezug auf die Lage der Zustellachse realisiert. Mit der Erfindung lässt sich mit einfachen Mitteln ein großer Effekt auf den Berührungskontaktwiderstand und auch auf den Innenwiderstand des Federkontaktstifts erzielen. Aufgrund der Erfindung, die zu einer Verbesserung des Innenwiderstands des Federkontaktstifts führt, werden Federkontaktstifte hochstromtauglich, auch ohne aufwendigen Innenausbau. Durch die Querkrafterzeugung weisen die Federkontaktstifte keinen schwankenden Durchgangswiderstand bei Vibrationen auf, sondern dieser ist stabil.
