DE3318394A1 - Pneumatisch betaetigter kontaktstift - Google Patents
Pneumatisch betaetigter kontaktstiftInfo
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Description
5484 - 4 -
Firma Feinmetall GmbH
7033 Herrenberg
Pneumatisch betätigter Kontaktstift
Zur elektrischen Prüfung von elektrischen Leiterplatten
auf richtige elektrische Funktion ist es üblich, eine Vielzahl von Punkten der Leiterplatten
gleichzeitig elektrisch mittels einer sogenannten Adapterplatte abzutasten, die eine Mehrzahl oder
meist sogar sehr viele federnde, elektrisch leitende Kontaktstifte in einer Anordnung aufweisen, die dem
Muster der zu kontaktierenden Punkte auf der Leiterplatte entspricht. Diese Adapterplatte wird mit
mechanischen Mitteln oder pneumatisch mit den Spitzen ihrer Kontaktstifte an die Leiterplatte gedrückt, so
daß die federnden Kontaktstifte die Leiterplatte gleichzeitig kontaktieren. In manchen Fällen besteht
die Notwendigkeit, daß zusätzlich zu den federnden Kontaktstiften, die beim ersten Andrücken der Adapterplatte
an die zu prüfende Leiterplatte mit Punkten
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der Leiterplatte in Kontakt kommen, noch mindestens
ein weiterer, ebenfalls elektrisch leitender Kontaktstift an der Adapterplatte angeordnet ist,
der zum Kontaktieren eines ihm zugeordneten Punktes der elektrischen Leiterplatte für sich allein oder
zusammen mit weiteren solchen zusätzlichen Kontäktstiften pneumatisch gegen die Wirkung einer Rückstellfeder
betätigt werden kann. Zu diesem Zweck weist jeder solcher zusätzliche Kontaktstift einen in einem
Zylinder geführten Kolben auf, der durch Einleiten von Druckluft in die rückseitig des Kolbens befindliche
Arbeitskammer des Zylinders gegen die Wirkung der Rückstellfeder soweit verschoben wird,
bis es zum Kontaktieren des betreffenden Leiterplattenpunktes durch die Kontaktspitze seiner Kontaktnadel
kommt. Die Rückstellfeder führt den Kolben nach Ab~
lassen der Druckluft wieder in die Ausgangsstellung zurück.
Dieser bekannte, pneumatisch betätigbare Kontaktstift hat jedoch den Nachteil, daß die Rückstellkraft
der Rückstellfeder beim Verschieben des Kolbens durch die Druckluft ansteigt. Die von der Kontaktnadel demzufolge
auf den betreffenden Punkt der jeweiligen Leiterplatte ausgeübte Kontaktkraft entspricht der Differenz
zwischen der den Kolben beaufschlagenden Kraft der
Druckluft und der dieser Kraft entgegenwirkenden Rückstellkraft der Feder / welche Federrückstellkraft
in der ausgefahrenen Stellung des Kolbens größer als in der zurückgefahrenen Stellung
des Kolbens ist. Es muß deshalb, wenn eine vorbe-
stimmte Mindestkontaktkraft erforderlich ist, mit
der die Kontaktnadeil die Leiterplatten kontaktieren kann, mit entsprechendem grossem Drucküberschuß der Druckluft
gearbeitet werden, was unerwünscht ist,· da Druckluft um so teurer ist, je höher ihr Druck ist, und überdies
die Abdichtprobleme mit ansteigendem Druck der Druckluft größer werden, und zwar insbesondere in
dem Zylinder des Kontaktstiftes selbst, weil der Zylinder nur geringe Außendurchraesser von vielfach
weniger als 1 mm bis meist höchstens nur ca. 3 mm haben darf und entsprechend der Kolben noch kleinere
Durchmesser hat. Auch müssen solche pneumatisch betätigbaren Kontaktstifte große Anzahlen von Prüfvorgängen
aushalten trotz ihrer sehr kleinen Durchmesserdimensionen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen pneumatisch betätigbaren Kontaktstift gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß er eine vorbestimmte Kontaktkraft seiner Kontaktnadel
bei gegebenem Kolbendurchmesser mit geringerem Druck der den Kolben beaufschlagenden Druckluft erreicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rückstellmittel aus einem Permanentmagnetsystem bestehen,
dessen auf den Kolben ausgeübte Rückstellkraft in der voll zurückgefahrenen Stellung des Kolbens am größten ist
und beim pneumatischen Ausfahren des Kolbens aus seiner zurückgefahrenen Stellung um so kleiner wird,
je größer der Abstand des Kolbens von seiner voll zurückgefahrenen Stellung wird.
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Indem die Rückstellung des Kolbens nicht mehr mittels Federkraft, sondern durch Magnetkraft erfolgt, wird
erreicht, daß die Rückstellkraft beim Ausfahren des Kolbens aus seiner zurückgefahrenen Stellung in die
Stellung, in welcher seine Kontaktnadel die jeweilige
Leiterplatte kontaktiert, abnimmt, so daß zum Zeitpunkt des Kontaktes der Kontaktnadel mit der
Leiterplatte die Rückstellkraft erheblich geringer als in der zurückgefahrenen Stellung des Kolbens ist.
Demzufolge kann man mit geringerem Druck der- Druckluft arbeiten, um eine vorbestimmte Kontaktkraft
der Kontaktnadel in der Kontaktierstellung der Kontaktnadel, in der sie eine Leiter
platte kontaktiert, zu bewirken. Da in der voll zurückgefahrenen
Stellung des Kolbens die Kontaktnadel
2Q die jeweilige Leiterplatte noch nicht kontaktiert,
steht hier der Druck der den Kolben belastenden Druck luft voll zum Verschieben des Kolbens gegen die anfänglich
ihr Maximum aufweisende Rückstellkraft zur Verfügung, so daß der Kolben sicher verschoben wird.
In der Kontaktierstellung der Kontaktnadel steht
dagegen dann wegen der hier nur noch geringen magnetischen Rückstellkraft fast der ganze Druck der Druck
luft für die Kontaktkraft der Kontaktspitze der Kontaktnadel zur Verfügung. Da man so mit geringerem
Druck der Druckluft auskommt, wird die Abdich^ tung insbesondere zwischen Kolben und Zylinder
erleichtert und auch Druckluftenergie und damit Betriebskosten eingespart. Wegen der Kleinheit der
Durchmesser des Zylinders und des Kolbens kann man nicht mit am Kolben angeordneten Dichtringen die
Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder bewirken, sondern der Kolben und die Kolbenlaufbahn des
Zylinders müssen mit hoher Genauigkeit gearbeitet werden, so daß gute Abdichtung nur durch sehr
geringe Toleranzen des erforderlichen Gleitlagersitzes erreicht wird. Wegen des geringeren erforderlichen
Druckes der Druckluft gegenüber den bisherigen, Rückstellfedern aufweisenden pneumatisch
betätigbaren Kontaktstiften, kann man bei dem erfindungsgemäßen Kontaktstift gegebenenfalls hier
auch etwas größere Toleranzen als bisher vorsehen, was die Herstellung verbilligt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
daß die Rückwand der Arbeitskammer des Zylinders einen Permanentmagneten des Permanentmagnetsystems
aufweist und daß der Kolben mit diesem Permanentmagneten zusammenwirkenden, weichmagnetischen Werkstoff
aufweist. Diese Ausführungsform ist in der Herstellung besonders kostengünstig, da es genügt,
den Kolben ganz oder teilsweise aus weichmagnetischem
Werkstoff, bspw. aus Stahl, herzustellen, der also allenfalls nur relativ geringe Remanenz und Koerzitivkraft hat.
In manchen Fällen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, den Permanentmagneten am Kolben anstatt am Zylinder
anzuordnen, oder sowohl an der Rückwand des Zylinders als auch am Kolben je einen Permanentmagneten,
die sich anziehen, vorzusehen. Hierdurch kann die Streuung des Magnetfeldes des Permanentmagnetsystems
verringert werden.
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Der Permanentmagnet kann bspw. ein Ringscheibenmagnet
sein. Auch kann er vorzugsweise in Richtung der Längsachse des Zylinders magnetisiert sein, so daß seine
eine Stirnseite den Nordpol und seine andere Stirnseite den Südpol bildet. Es ist jedoch auch denkbar,
andere Magnetisierungsverläufe des Permanentmagnetenvorzusehen, bspw. daß mindestens eine seiner beiden
Stirnseiten beide Polarten (Nord- und Südpol1 aufweist.
Das Material, aus dem der Permanentmagnet besteht, kann vorzugsweise ein Magnetwerkstoff sehr hoher
Remanenz und Koerzitivkraft sein, bspw. Fermarium-Kobalt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen pneumatisch.
betätigten Kontaktstift gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei sich der Kolben in einer durch Beaufschlagung mit Druckluft ausgefahrenen Stellung befindet,
Fig. 2 eine Abwandlung des Kontaktstiftes nach Fig. 1 in ausschnittsweiser Darstellung,
Fig. 3 einen Ausschnitt durch eine zweite Abwandlung
des Kontaktstiftes nach Fig. 1, wobei sich der Kolben hier in seiner voll zurückgefahrenen
Stellung befindet.
Der in Fig. 1 dargestellte, mit Druckluft in Richtung des Pfeiles D beaufschlagte Kontaktstift 9 besteht
aus einem Zylinder 10 und aus einem Kolben 11 mit an
ihm koaxial befestigter, gerader Kontaktnadel 12. Der Außendurchmesser des Zylinders 10 kann bspw. 0,8 bis 3 mm
betragen, ist also in jedem Falle sehr klein.
Der Zylinder 10 besteht aus einem kreiszylindrischen
Zylinderrohr 14, auf dessen Rückende und auf dessen Vorderende je eine rotationssymmetrische Buchse 15,16
mit je einer koaxialen geraden kreiszylindrischen Durchgangsbohrung 17,18 angeordnet sind. Jede Buchse -]sr ig
weist einen kreisringförmigen Flansch 21,22 auf, an den ein kreiszylindrischer Teil 23,24 anschließt, der
formschlüssig und dicht in das Zylinderrohr 14 eingesetzt ist. Die Flansche 21,22 können mit dem Rohr 14
bspw. durch Elektronenstrahl-Schweißen, Laser-Schweißen, Mikroplasma-Schweißen od. dergl. unlösbar verbunden
sein.
25Die am Kolben 11 befestigte Kontaktnadel 12 aus vorzugsweise
nicht magnetisierbarer Metall, die gegebenenfalls auch durch einen nicht magnetisierbaren Bereich des
Kolbens 11 von einem mit dem Magneten 20 zusammenwirkenden weichmagnetischem Bereich des Kolbens 11
30getrennt sein kann, gegebenenfalls jedoch auch aus
magnetisierbarer! Metall bestehen kann, weist einen am Kolben 11 fest angeordneten geraden Stab 26 mit einem
verbreiterten freien, spitz zulaufenden Kopf auf, der die Kontaktspitze 25 dieses Kontaktstiftes 9 bildet,
35also die Spitze, die mit zu prüfenden Punkten von
" ""■
33 18 39 A
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Leiterplatten in elektrischen Kontakt kommt. Die Teile 11, 12, 14 und 16 bestehen aus elektrisch, gut
leitendem Metall, so daß gute elektrische Leitfähigkeit
zwischen der Kontaktspitze 25 und dem Zylinderrohr 14 besteht, an dessen eines Ende eine
elektrische Leitung 27 wie angedeutet angelötet oder angeschweißt sein kann. Das Zylinderrohr 14, wie
vorzugsweise auch die Buchse 16, bestehen zweckmäßig aus nicht magnetisierbarem Metall, bspw. aus Messing,
so daß das Permanentmagnetsystem 11, 20 in der von ihm ausgeübten Rückstellkraft auf den Kolben 11 nicht
durch andere Teile des KontaktStiftes 9 gestört ist
und selbst auch keine anderen Teile des Kontaktstiftes störend magnetisieren kann.
Die die Rückwand des Zylinders 10 bildende Buchse 15 kann aus Metall, zweckmäßig aus nicht magnetisierbarem
Metall oder auch aus elektrisch nicht leitendem Kunststoff bestehen, da sie am Leiten von elektrischen Strom
nicht teilnehmen muß. An sie ist eine nicht dargestellte Druckluftleitung angeschlossen, die dem Einleiten
und Ableiten der Druckluft in die bzw. aus der Arbeitskammer 30 des Zylinders 10 dient.
An der innenseitig des Zylinders 10 befindlichen Stirn-30wand
der Buchse 15 ist ein ringscheibenförmxger, axial magnetisierter Permanentmagnet 20 koaxial zu ihr fest
angeordnet, dessen Bohrung etwas größer als die Bohrung 17 der Buchse 15 ist. Dieser Ringscheibenmagnet
20 trägt auf seiner dem Kolben 11 zugewendeten 35Stirnseite, die bspw. den Nordpol bildet, eine dünne
nicht magnetisierbar Diatanzscheibe 32, bspw. aus
Messing, damit der massive Kolben 11, der aus weichmagnetischem Werkstoff, d. h. Werkstoff geringer
Remanenz und Koerzitivkraft, vorzugsweise aus Stahl besteht, nicht zu stark am Permanentmagneten 20
haftet. Gegebenenfalls kann jedoch diese Distanzscheibe 32 auch weggelassen werden.
Der Stab 26 der Kontaktnadel 12 ist mit geringem
Gleitlagerspiel in der axialen Durchgangsbohrung der metallischen Buchse 16 geführt.
Am Kolben 11 ist ferner ein zu ihm koaxiales Distanz-Stück
41 angeordnet, das das Ausfahren des Kolbens aus seiner voll zurückgezogenen, an der Distanzscheibe
32 des Permanentmagneten 20 anliegenden Stellung in die voll ausgefahrene Stellung begrenzt.
Eine Entlüftungsöffnung 36 in der Wandung des Zylinderrohres 14 ist in . der max. ausgefahrenen
Stellung des Kolbens 11 noch unverändert offen, so daß die vordere Kammer 37 des Zylinders 10 ständig
mit der Außenatmosphäre kommuniziert. Die Kontaktnadel 12, der Kolben 11, die Buchse 16 und das
Zylinderrohr 14 bestehen aus elektrisch gut leitendem Metall, so daß zwischen der Kontaktspitze 25 und dem
Draht 27 gute elektrische Leitfähigkeit und damit nur geringer ohm'scher Widerstand vorliegt.
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Normalerweise befindet sich der Kolben 11 des
Kontaktstiftes nach. Fig. 1 in der strichpunktiert angedeuteten, voll zurückgefahrenen Stellung, in der
er an der Distanzscheibe 32 anliegt. Wenn in den Arbeitsraum 30 Druckluft eingeleitet wird, wird
hierdurch der Kolben 11 nach links bewegt, bis die Kontaktspitze der Kontäktnadel auf die betreffende, zu
kontaktierende Stelle einer Leiterplatte 40 auftrifft. Die Kraft, mit der der Kolben 11 hierbei nach links
gedrückt wird, bestimmt sich aus der von der Druckluft auf den Boden des Kolbens 11 ausgeübten Kraft abzüglich
der vom durch den Permanentmagneten 20 und den weichmagnetischen Kolben 11 gebildeten Permanentmagnetsystem
ausgeübten Rückstellkraft, welche Rückstellkraft also der Kraft entspricht, mit der in dieser
ausgefahrenen Stellung des Kolbens 11 der Magnet 20 den Kolben 11 anzieht. Diese Kraft ist um so kleiner,
je größer der Abstand des Kolbens 11 vom Permanentmagneten 20 ist, nimmt also mit zunehmendem Ausfahren
der Kontaktnadel 12 in Richtung des Pfeiles A ab. Wenn die Druckluft wieder abgelassen wird, bspw. durch entsprechendes
Umschalten eines Mehrwegventiles, zieht die magnetische Rückstellkraft des Permanentmagnetsystems
11,20 den Kolben 11 wieder in die gestrichelt
dargestellte,voll zurückgefahrene Stellung zurück, in der er wieder an der Distanzscheibe 32 anliegt.
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In Fig. 2 ist eine Abwandlung des Kolbens 11 des Kontaktstiftes 10 der Fig. 1 dargestellt, bei welcher
an dem Kolben 11' ebenfalls ein scheibenförmiger, axial magnetisierter Permanentmagnet 20' angeordnet ist,
dessen Magnetisierungsrichtung jedoch entgegengesetzt IQ zu der des Permanentmagneten 20 ist,so daß sich diese
beiden Magnete 20, 20" ständig anziehen. Man kann dann den Kolben 11' aus nicht magnetisierbarem Metall
herstellen.
je In Fig. 3 ist eine Abwandlung eines Ausschnittes des
Zylinders 10 der Fig. 1 dargestellt, bei welcher der Kolben 11 aus weichmagnetischem Material sich in der
am weitesten zurückgefahrenen Stellung befindet und die die Rückwand des Zylinders 10 bildende Buchse
als der mit dem weichmagnetischen Kolben 11 zusammenwirkende
Permanentmagnet 20" ausgebildet ist. Auch dieser Magnet 20" kann axial magnetisiert sein, so
daß sein Nordpol bspw. an der linken Stirnfläche und der Südpol sich an der entgegengesetzten Stirnfläche
des Magneten 20" befindet. Auf der im Zylinderinnern befindlichen Stirnseite dieses Permanentmagneten 20"
befindet sich wieder eine dünne Distanzscheibe 32 aus nicht magnetisierbarem Material, bspw. Kunststoff,
um die maximale Anziehungskraft des aus dem Magneten 20"
OQ und dem Kolben 11 bestehenden Permanentmagnetsystems
etwas zu reduzieren. Gegebenenfalls kann die Scheibe auch weggelassen werden. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen
sein, daß der Kolben 11 ebenfalls als ein Permanentmagnet ausgebildet ist, den der Magnet 20" anzieht
oder anstelle des Magneten 20'' kann dann eine weichmagnetische Buchse als ortsfeste Rückwand des Zylinders
vorgesehen werden.
Claims (7)
- Patentansprüche1J Pneumatisch betätigbarer Kontaktstift für Adapterplatten, die der elektrischen Prüfung von elektrischen Leiterplatten od. dergl. dienen, welcher Kontaktstift einen Zylinder kleinen Durchmessers mit einem in ihm axial geradegeführte'n Kolben aufweist, an welchem Kolben koaxial zu ihm eine Kontaktnadel fest angeordnet ist, wobei der Kolben durch Rückstellmittel in seine zurückgefahrene Stellung bewegbar ist, aus der er durch Einleiten von Druckluft in die an die Rückwand des Zylinders angrenzende Arbeitskammer dieses Zylinders ausfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellmittel aus einem Permanentmagnetsystem (11, 20; 20, 20'; 11, 20") bestehen, dessen auf den Kolben (.11) ausgeübte Rückstellkraft in der voll zurückgefahrenen Stellung des Kolbens am größten ist und beim pneumatischen Ausfahren des Kolbens aus seiner zurückgefahrenen Stellung um so kleiner wird, je größer der Abstand des Kolbens von seiner voll zurückgefahrenen Stellung wird.
- 2. Kontaktstift nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (15) der Arbeitskammer des Zylinders (10) einen Permanentmagneten (20; 20") des Permanentmagnetsystems (20/11;20'',11)aufweist und daß der Kolben (11) mit diesem Permanentmagneten zusammenwirkenden weichmagnetischen Werkstoff aufweist.
- 3. Kontaktstift nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) im wesentlichen aus weichmagnetischem Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl, besteht.
- 4. Kontaktstift nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) einen Permanentmagneten des Permanentmagnetsystems aufweist, der mit einem weichmagnetischen Rückwandbereich des Zylinders zusammenwirkt.
- 5. Kontaktstift nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet/ daß die Rückwand (.15) des Zylinders (10) und der Kolben (11') je einen Permanentmagneten (20/ 201O aufweisen, die so magnetisiert sind, daß sie sich gegenseitig anziehen.
- 6. Kontaktstift nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (20) ein an der Rückwand des Zylinders angeordneter Ringscheibenmagnet ist.OO5484 -3- JO I5
- 7. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand des Zylinders durch eine als Perinanentmagnet (20") ausgebildete Buchse gebildet ist.
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