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Die Erfindung betrifft einen Prüfstift zum Kontaktieren eines elektrisch leitenden Bereichs einer elektronischen Leiterplatte od.dgl. mit einer Längsachse und einem Prüfkopf, umfassend einen stirnseitig angeordneten Kontaktbereich.
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Prüfvorrichtungen mit derartigen Prüfstiften dienen dazu, die zu prüfenden Stellen beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte kurzzeitig simultan mit einem Prüfautomaten oder einem Prüfpult zu verbinden. Dies erfolgt durch jene Prüfstifte, deren Prüfköpfe auf die Prüfstellen aufgesetzt werden und die andererseits mittels Leitungen an das Prüfpult angeschlossen sind, welches ggf. Defekte anzeigt. Die Prüfstifte sind in einem gewählten Muster entsprechend den zu prüfenden Stellen auf einer Kontaktträgerplatte verteilt. Die Prüfköpfe ragen üblicherweise hierbei zu einer offenen Gehäuseseite. Zur Durchführung eines Prüfvorgangs wird zumeist die zu prüfende Leiterplatte als Kontaktpartner an die Prüfstifte herangebracht.
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Ein Prüfergebnis kann jedoch nicht oder nur mangelhaft erzielt werden, wenn ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Prüfkopf des Prüfstiftes und der Leiterplatte bzw. des Kontaktpartners nicht zustande kommt. Insbesondere auf den zu prüfenden Stellen können Verunreinigungen, wie beispielsweise Flussmittelrückstände oder Oxidationsschichten vorhanden sein, welche eine strom leitende Kontaktierung verhindern.
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Zudem können Prüfstellen einer Leiterplatte entweder flächig kontaktiert werden (Flächenkontaktierung) oder aber Durchkontaktierungsstellen aufweisen, welche grundsätzlich ringförmig ausgebildet sein können. Bisherige Prüfstifte eignen sich häufig/zumeist nur für eine der genannten Kontaktierungsarten. Für das Prüfen unterschiedlicher Leiterplatten mit anderen Kontakten muss bisher zwangsläufig auch die Prüfvorrichtung umgerüstet, bzw. die geeigneten Prüfstifte je nach Kontaktierungsart verwendet werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstift zu schaffen, welcher selbst bei vorhandener Verunreinigung von zu kontaktierenden Bereichen eine sichere und elektrischen Strom leitende Kontaktierung zuverlässig ermöglicht. Zudem soll ein Prüfstift geschaffen werden, welcher sich sowohl zur Flächen- als auch zur Durchkontaktierung eignet.
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Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Prüfstift zum Kontaktieren eines elektrisch leitenden Bereichs einer elektronischen Leiterplatte od.dgl. mit einer Längsachse und einem Prüfkopf vorgeschlagen, umfassend einen stirnseitig angeordneten Kontaktbereich, wobei der Kontaktbereich zumindest eine von Kanten begrenzende Schrägfläche umfasst, welche mit der Längsachse einen Winkel im Bereich von 5° bis 85° einschließt und deren beide Längskanten in Richtung einer Prüfstiftspitze zumindest abschnittsweise bogenförmig aufeinander zu laufend ausgebildet sind.
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Der Erfindung liegt nämlich der Gedanke zugrunde, eine mechanische Durchbrechung der Verunreinigung vorzusehen, um den Kontaktbereich des Prüfkopfes mit der entsprechenden zu prüfenden Stelle der elektronischen Leiterplatte in elektrisch leitenden Kontakt zu bringen. Diese hauptsächlich mechanisch verursachte Wirkung ergibt sich durch die bogenförmig verlaufenden Längskanten, welche sich bei einem Kontaktieren mit der Verunreinigung minimal in selbige durch eine leichte Rotation einschneiden. Der bogenförmige Verlauf führt zudem zu einer gewissen Rotation des Prüfkopfes, wodurch das Einschneiden verstärkt und zusätzlich eine schabende Wirkung auf die Verunreinigung erzielt werden kann. Der Prüfstift kann sich auch minimal in die Prüfstelle einschneiden.
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Die schneidende Wirkung des Prüfstiftes ist ganz besonders zum Durchstechen oder Durchbrechen einer Verunreinigung bei Flächenkontaktierungen geeignet. Die schabende Wirkung wird insbesondere durch die geometrische Ausgestaltung der Schrägfläche und der Längskanten erzielt, welche nach Art einer Spirale sich zumindest abschnittsweise um die Längsachse winden können.
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Zu beachten ist an dieser Stelle, dass der erfindungsgemäße Prüfstift keine spanabtragende Wirkung eines Bohrers haben muss und daher auf eine bohrertypische Geometrie verzichten kann. Hierzu zählen insbesondere eine Bohrerhauptschneide, die sich durch einen spanverursachenden Winkel zwischen einer Spanfläche und einer Hauptfreifläche auszeichnet, und eine Bohrernebenschneide, welche einen spantransportierenden und schneidenden Effekt aufgrund eines entsprechenden Winkels zwischen einer Nebenfreifläche und der Spanfläche hat.
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Es ist beispielsweise denkbar, dass die Schrägfläche in Richtung der Prüfstiftspitze verläuft und/oder so ausgebildet ist, dass in Richtung der Längsachse gesehen eine Flächennormale der Schrägfläche die Längsachse kreuzt. Die dadurch ausgebildeten Längskanten haben die oben beschriebenen Wirkungen auf Verschmutzung.
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Der erfindungsgemäße Prüfstift ist ganz besonders geeignet für Mischkontaktierungen, bei welcher sowohl Flächenkontaktierungen wie auch Durchkontaktierungen erforderlich sind. Die Flächenkontaktierung kann durch die Prüfstiftspitze und die Durchkontaktierung durch die Längskanten erfolgen. Eine Anpassung entsprechender Prüfstifte bzw. ein Umrüsten einer Prüfvorrichtung ist somit nicht mehr nötig.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Prüfstiftes nach der Erfindung treffen sich die Längskanten einer Schrägfläche in der Prüfstiftspitze. Bei dieser Ausführungsform ist folglich auch die Schrägfläche bis in die Prüfstiftspitze geführt. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere unabhängig von einem Durchgriffsdurchmesser bei einer Durchkontaktierungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prüfstiftes nach der Erfindung weisen die bogenförmigen Verläufe beider Längskanten einer Schrägfläche identische Verläufe auf. Identisch in diesem Kontext bedeutet, dass u.a. deren Steigung und Krümmung sowie Anordnung in Richtung der Längsachse identisch sind. Nicht identisch ist die Anordnung um die Längsachse herum bzw. in Richtung der Längsachse gesehen. Die beiden Längskanten einer Schrägfläche können entweder beide links drehend oder beide rechtsdrehend ausgeführt sein.
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Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prüfstiftes nach der Erfindung denkbar, dass in Richtung der Längsachse gesehen jede Längskante einen Kreisbogen eines gedachten Kreises ausbildet, wobei der Kreisbogen einem Anteil am Gesamtumfang des gedachten Kreises im Bereich von 1/20 bis 1/2, vorzugsweise im Bereich von 1/10 bis 1/2, noch weiter bevorzugt im Bereich von 1/4 bis 1/3 entspricht. Der Kreisbogen weist einen unveränderten Radius auf. Diese Ausführungsform führt dazu, dass, unabhängig von der Eindringtiefe bei einer Durchkontaktierung, bei jeder Durchkontaktierung die gleichen Wirkungen des Prüfstiftes zum Tragen kommen, insbesondere hinsichtlich der schabenden Wirkung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prüfstiftes nach der Erfindung umfasst dieser mehrere Schrägflächen, vorzugsweise drei Schrägflächen, vier Schrägflächen oder fünf Schrägflächen. Es ist zu beachten, dass mit steigender Anzahl an Schrägflächen die für jede Schrägfläche abfallende Oberfläche sinkt, jedoch die Anzahl an Längskanten steigt und somit auch die Anzahl an Kontaktpunkten erhöht wird, an welchen der Prüfstift die Verunreinigung zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung durchbrechen kann.
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Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prüfstiftes nach der Erfindung denkbar, dass benachbarte Schrägflächen unmittelbar aneinander angrenzen. Mit anderen Worten sind die Schrägflächen derart zueinander benachbart angeordnet, dass sie eine gemeinsame Längskante ausbilden. Bei Anordnung mehrerer derartig angeordneter Schrägflächen ist es möglich, den stirnseitigen Kontaktbereich des Prüfkopfes vollständig aus Schrägflächen und Längskanten auszubilden. Eine derartige Ausführungsform steigert die Möglichkeit einer Durchbrechung von Verunreinigung zur Herstellung einer elektrisch leitenden Kontaktierung.
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Besonders vorteilhaft hat sich gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Prüfstiftes nach der Erfindung herausgestellt, dass ein nicht konkaver Verlauf der Schrägfläche bezogen auf den Prüfkörper ein Zurückbleiben von Verunreinigung an dem Prüfstift verhindert. Es sind daher nämlich keine Hinterschnitte oder Ausbuchtungen od.dgl. ausgebildet, in welcher Teile einer einmal durchdrungenen Verunreinigung zurückbleiben und ein Kontaktieren einer nachfolgenden Leiterplatte erschweren könnten. Der Prüfstift weist also eine selbstreinigende oder verschmutzungsverhindernde Wirkung auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Schrägfläche derart ausgebildet sein, dass ein Querschnitt durch den Prüfkopf senkrecht zu der Längsachse eine gerade Außenlinie im Bereich der Schrägfläche aufweist. Auch diese Ausführungsform verhindert insbesondere das Zurückbleiben von Verunreinigung an dem Prüfkopf. Insofern mehrere unmittelbar aneinander angrenzende benachbarte Schrägflächen vorgesehen sind, bildet sich somit bei dem Vorsehen von drei Schrägflächen ein dreieckiger Querschnitt, bei dem Vorsehen von vier Schrägflächen ein viereckiger Querschnitt und bei dem Vorsehen von fünf Schrägflächen ein fünfeckiger Querschnitt heraus. Die Außenlinien der jeweiligen Querschnitte verlaufen gerade im Bereich der Schrägflächen und die jeweilige Querschnittgeometrie kann regelmäßig sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Prüfstiftes nach der Erfindung ist der Winkel zwischen der Schrägfläche und der Längsachse stetig und/oder liegt im Bereich von 10° bis 70°, vorzugsweise im Bereich von 15° bis 30°. Dieser Winkel ist gemessen zwischen einer gedachten Mittellinie in Längsrichtung der Schrägfläche mittig zwischen den beiden Längskanten und der Längsachse. Hierbei sind also Prüfstiftspitzen ausbildbar, welche einen flachen Winkel haben, sowie Prüfstiftspitzen mit einem spitzen Winkel.
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Die oben genannten Ausführungsformen des Prüfstiftes können beispielsweise mittels üblicher Herstellungsverfahren für Prüfstifte hergestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Prüfstift und insbesondere dessen Prüfstiftkopf sind nicht auf eine spezielle Bauform eines Prüfstiftes beschränkt sondern können bei jedem Prüfstift und prüfstiftartigen Prüfmittel eingesetzt werden, welches zur Flächenkontaktierung oder Durchkontaktierung dient. Ganz besonders eignet sich die Ausführung des Prüfstiftes als linear verschiebbarer und federgelagerter Prüfstift, wobei ein derartiger Prüfstift eine Hülse, ein in der Hülse angeordnetes Federmittel sowie einen Innenstift mit dem Prüfkopf umfasst. Der Innenstift ist linear entlang der Längsachse des Prüfstiftes verschiebbar geführt. Auch eine Ausführungsform, bei welcher der Innenstift über eine Führungskulisse radial verschiebbar in der Hülse geführt ist, eignet sich zur Ausbildung der Erfindung, bezeichnet als Drehkontaktstift. Die erfindungsgemäßen Wirkungen zeigen sich insbesondere dann, wenn die Führungskulisse derart ausgebildet ist, dass ein Verstellen des Innenstiftes gegenüber der Hülse in eine Richtung vorgesehen ist und der Verlauf der Längskanten als solche eine entgegengesetzte Rotation des Innenstiftes vorsehen würde. Dadurch entsteht eine gesteigerte Schabwirkung, welche in besonders wirkungsvoller Weise eine Verschmutzung durchbricht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und zudem aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1: eine schematische Seitenansicht auf einen Prüfstift in einer ersten Ausführungsform;
- 2: eine schematische Seitenansicht auf einen Prüfstift in einer weiteren Ausführungsform;
- 3: eine Detailansicht eines Prüfkopfes eines erfindungsgemäßen Prüfstiftes in einer weiteren Ausführungsform;
- 4a bis 4f: Schnittansichten durch den Prüfkopf nach 3 entlang den Linien IVa bis IVf;
- 5: eine Detailansicht eines Prüfkopfes eines erfindungsgemäßen Prüfstiftes in einer weiteren Ausführungsform; und
- 6: eine Draufsicht auf den Prüfkopf nach 5 in Richtung der Längsachse des Prüfstiftes.
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Die 1 und 2 sollen den grundsätzlich möglichen Aufbau eines Prüfstiftes zeigen, wobei 1 einen Prüfstift 2 zum Prüfen einer elektronischen Leiterplatte 10 mit einem als Durchkontaktierungsbereich ausgebildeten elektrischen Bereich 6 zeigt. Der elektrische Bereich 6 ist in isolierender Weise überdeckt von einer Verunreinigungsschicht 12, welche beispielsweise eine Oxidationsschicht oder eine Flussmittelschicht darstellt.
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Der Prüfstift 2 weist eine Hülse 14 mit einem Außendurchmesser d von beispielsweise 1,37mm auf, bei einer Hülsenlänge q von 25mm. Die Hülse 14 endet in der Zeichnungsebene nach oben hin mit einem radial um ein Maß k abstehenden Anschlagkragen 16. In der Hülse 14 lagert koaxial ein Innenstift 18 mit Prüfkopf 22 und ist in nicht dargestellter Weise in Längsrichtung entlang der Längsachse 26 des Prüfstiftes 2 axial gegen einen oder mit einem Kraftspeicher federnd bewegbar. Der Prüfkopf 22 weist einen stirnseitig angeordneten Kontaktbereich 40 zur Kontaktierung des elektrischen Bereichs 6 auf.
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Der in 2 gezeigte und als Drehkontaktstift ausgebildete Prüfstift 4 entspricht weitgehend dem in 1 gezeigten Prüfstift 2, wobei im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. In der Hülse 14 ist ein Innenstift 20 entlang der Längsachse 26 verschiebbar geführt, jedoch weist der Innenstift 20 hierfür eine an diesem spiralförmig angeordnete Führungskulisse 28 auf. In die Führungskulisse 28 greifen hülsenseitig Stellelemente 30 ein. Bei Verstellung des Innenstiftes 20 in Richtung der Längsachse 26 führt dieser Eingriff zu einem Verdrehen des Innenstiftes 20 um die Längsachse 26.
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Es ist zudem zu erkennen, dass der Prüfkopf 22 des Innenstiftes 18 nach 1 eine Prüfstiftspitze 32 mit einem deutlich spitzeren Winkel aufweist als eine Prüfstiftspitze 34 des Prüfkopfes 24 des Innenstiftes 20 nach 2.
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In 2 ist eine elektrische Leiterplatte 10 mit einem elektrischen Bereich 8 zur Flächenkontaktierung dargestellt, wobei auch dieser elektrische Bereich 8 von einer Verunreinigungsschicht 12 isolierend überdeckt ist.
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3 zeigt nun einen Prüfkopf 23, umfassend einen stirnseitig angeordneten Kontaktbereich 40 zum Kontaktieren des elektrisch leitenden Bereichs 6, 8 der elektronischen Leiterplatte 10. Der Kontaktbereich 40 umfasst vier von Kanten begrenzte Schrägflächen 42, wobei jede Schrägfläche 42 mit der Längsachse 26 einen Winkel α von 15° einschließt. Dieser Winkel ist gemessen zwischen einer gedachten Mittellinie 60 in Längsrichtung der Schrägfläche 42 mittig zwischen den beiden Längskanten 46 und der Längsachse 26. Jede der gleichförmigen Schrägflächen 42 ist begrenzt von zwei in Richtung der Prüfstiftspitze 36 bogenförmig aufeinander zu laufenden und identisch ausgebildeten Längskanten 46 und einer die beiden Längskanten 46 verbindenden Basiskante 50. Die beiden Längskanten 46 einer Schrägfläche 42 treffen sich in der Prüfstiftspitze 36. Es ist zu erkennen, dass die benachbarten Schrägflächen 42 unmittelbar aneinander angrenzen und dadurch die dazwischen ausgebildete Längskante 46 ausbilden. Der Winkel α ist über die gesamte Länge der Schrägfläche 42 stetig, d.h. an jeder Messstelle entlang der Längsachse 26 weist der Winkel α denselben Wert auf.
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Die 4a bis 4f zeigen nun Schnitte durch den Prüfkopf 23 auf unterschiedlichen Schnitthöhen bezüglich der Prüfstiftspitze 36 nach 3. Die Ansicht 4a zeigt eine Draufsicht auf den Prüfkopf 23 bei einer Schnitthöhe von 0mm bezüglich der Prüfstiftspitze 36 - es handelt sich hierbei genauer genommen um eine Draufsicht. 4b zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Prüfkopf 23 auf einer Schnitthöhe von 0,25mm bezüglich der Prüfstiftspitze 36. 4c zeigt einen Schnitt mit einem Abstand von 0,5mm zu der Prüfstiftspitze 36, während 4d einen Schnitt mit einem Schnittabstand von 0,75mm zu der Prüfstiftspitze 36 zeigt. 4e zeigt einen Schnitt mit einem Schnittabstand zu der Prüfstiftspitze 36 von 1,0mm und 4f einen Schnitt mit einem Schnittabstand von 1,18mm Abstand zu der Prüfstiftspitze 36.
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Es ist zu erkennen, dass eine Ausführung mit vier Schrägflächen 42 zu einem rechteckigen Querschnitt führt. Die Schrägflächen 42 sind derart ausgebildet, dass der Querschnitt durch den Prüfkopf 23 senkrecht zu der Längsachse 26 eine gerade Außenlinie 54 im Bereich der Schrägfläche 42 aufweist, wie insbesondere in den 4b bis 4f bezeichnet. Es ist zudem zu erkennen, dass aufgrund des torsionsförmigen bzw. spiralförmigen Verlaufs der Längskanten 46 um die Längsachse 26 eine Rotation des den Querschnitt bildenden Rechtecks von Schnitt zu Schnitt erfolgt.
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In 4a ist des Weiteren erkennbar, dass in Richtung der Längsachse 26 gesehen, jede Längskante 46 einen Kreisbogen eines gedachten Kreises 56 ausbildet. Der Anteil der in 4a gezeigten Längskante 46 an dem Gesamtumfang des gedachten Kreises 56 liegt bei 1/3.
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In 4e ist gezeigt, dass die Schrägfläche 42 so ausgebildet ist, dass in Richtung der Längsachse 26 gesehen eine Flächennormale 58 der Schrägfläche 42 die Längsachse 26 kreuzt.
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Die 5 und 6 zeigen einen Prüfkopf 25, welcher sich von dem in den 3 und 4a bis 4f gezeigten Prüfkopf 23 insbesondere durch die Anzahl der Schrägflächen 42 und durch den Winkel β zwischen den Schrägflächen 44 und der Längsachse 26 unterscheidet. Im Folgenden soll lediglich auf die entsprechenden Unterschiede zwischen dem Prüfkopf 23 nach 3 und dem Prüfkopf 25 nach 5 eingegangen werden.
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Ein Winkel β zwischen der Schrägfläche 42 und der Längsachse 26 beträgt 60°. Jede Schrägfläche 44 ist begrenzt von zwei seitlichen Längskanten 48 und einer Basiskante 52, welche die beiden Längskanten 48 miteinander verbindet. Auch ohne eine entsprechende Schnittansicht ist bei Betrachtung von 6 erkennbar, dass ein Querschnitt durch den Prüfkopf 25 im Bereich der Schrägflächen 44 zu einem Querschnitt mit einer dreieckigen Form führt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Prüfstift
- 4
- Prüfstift
- 6
- elektrisch leitender Bereich
- 8
- elektrisch leitender Bereich
- 10
- elektronische Leiterplatte
- 12
- Verunreinigungsschicht
- 14
- Hülse
- 16
- Anschlagkragen
- 18
- Innenstift
- 20
- Innenstift
- 22
- Prüfkopf
- 23
- Prüfkopf
- 24
- Prüfkopf
- 25
- Prüfkopf
- 26
- Längsachse
- 28
- Führungskulisse
- 30
- Stellelement
- 32
- Prüfstiftspitze
- 34
- Prüfstiftspitze
- 36
- Prüfstiftspitze
- 38
- Prüfstiftspitze
- 40
- Kontaktbereich
- 42
- Schrägfläche
- 44
- Schrägfläche
- 46
- Längskante
- 48
- Längskante
- 50
- Basiskante
- 52
- Basiskante
- 54
- Außenlinie
- 56
- gedachter Kreis
- 58
- Flächennormale
- 60
- Mittellinie
- d
- Außendurchmesser
- k
- Maß
- q
- Hülsenlänge
- α
- Winkel
- β
- Winkel
