DE3318394C2 - Pneumatisch betätigter Kontaktstift - Google Patents

Abstract

Pneumatisch betätigbarer Kontaktstift für Adapterplatten. Der Kontaktstift weist einen Zylinder kleinen Durchmessers mit einem in ihm geführten Kolben auf, an welchem Kolben eine Kontaktnadel fest angeordnet ist. Der Kolben ist aus seiner zurückgefahrenen Stellung durch Einleitung von Druckluft in die an die rückseitige Stirnwand des Zylinders angrenzende Arbeitskammer dieses Zylinders ausfahrbar und durch Rückstellmittel, die aus einem Permanentmagnetsystem bestehen, wieder in seine voll zurückgefahrene Stellung bewegbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatisch betätigten Kontaktstift nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Kontaktstifte aufweisende Adapterplatten dienen insbesondere der Prüfung von Leiterplatten und es wird deshalb im weiteren auf Leiterplatten Bezug genommen. Doch können sie auch der elektrischen Prüfung anderer elektrischer Schaltungen, z. B. von integrierten Schaltkreisen und festen Verdrahtungen, dienen.

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 An-5 Ordnung aufweist, die dem Muster der zu kontaktierenden Punkte auf der Leiterplatte entspricht Diese Adapterpiatte wird mit mechanischen Mitteln oder pneumatisch mit den Spitzen ihrer Kontaktstifte an die Leiterplatte gedruckt, so daß die federnden Kontaktstifte die

ίο 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 der Leiterplatte in Kontakt kommen, noch mindestens ein weiterer, ebenfalls elektrisch leitender Kontaktstift an der Adapterplatte angeordnet ist, der ι zum Kontaktieren eines ihm zugeordneten Punktes der elektrischen Leiterplatte für sich allein oder zusammen mit weiteren solchen zusätzlichen Kontaktstiften pneu- j

matisch gegen die Wirkung einer Rückstellfeder beta- j tigt werden kann. Zu diesem Zweck weist jeder solcher j zusätzliche Kontaktstift einen in einem Zylinder geführ-1 ten 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 Ablassen der Druckluft wieder in die | Ausgangsstellung zurück.

Dieser beispielsweise aus der DE-OS 28 16 721 be-1 kannte, pneumatisch betätigbare Kontaktstift hat je-1 doch den Nachteil, daß die Rückstellkraft der Rückstellfeder beim Verschieben des Kolbens durch die Druck- J

luft ansteigt. Die von der Kontaktnadel demzufolge auf S den betreffenden Punkt der jeweiligen Leiterplatte aus- [ geübte Kontaktkraft entspricht der Differenz zwischen! der den Kolben beaufschlagenden Kraft der Druckluft! und der dieser Kraft entgegenwirkenden Rückstellkraft 1

der Feder, welche Federrückstellkraft in der ausgefah-| renen Stellung des Kolbens größer als in der zurückgefahrenen Stellung des Kolbens ist. Es muß deshalb,!

. wenn eine vorbestimmte Mindestkontaktkraft erforder-j lieh ist, mit der die Kontaktnadel die Leiterplatten kon-J

taktieren kann, mit entsprechendem großem Druck-S Überschuß der Druckluft gearbeitet werden, was uner-s wünscht ist, da Druckluft um so teurer ist, je höher ihrl Druck ist, und überdies die Abdichtprobleme mit anstei-| gendem Druck der Druckluft größer werden, und zwar!

insbesondere in dem Zylinder des Kontaktstiftes selbst,! weil der Zylinder nur geringe Außendurchmesser 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 die Aufgabe der Erfindung, einen pneu-i matisch betätigbaren Kontaktstift gemäß dem Oberbe-|

griff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß! er eine vorbestimmte Kontaktkraft seiner Kontaktnadelg bei gegebenem Kolbendurchmesser mit geringerem! Druck der den Kolben beaufschlagenden Druckluft er-| reicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,! daß die Rückstellmittel aus einem Permanentmagnetsy-I

' stern bestehen, das so angeordnet ist, daß die auf den! Kolben ausgeübte Rückstellkraft in der voll zurückge-l

fahrenen 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.

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 weldicr 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 Leiterplatte kontaktiert, zu bewirken. Da in der voll zurückgefahrenen Stellung des Kolbens die Komaktna-' del die jeweilige Leiterplatte noch nichtkontaktiert, steht hier der Druck der den Kolben belastenden Druckluft 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 Druckluft für die Kontaktkraft der Kontaktspitze der Kontaktnadel zur Verfügung. Da man so mit geringerem Druck der Druckluft auskommt, wird die Abdichtung χ, 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 zwisehen 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 teilweise 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.

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 NordDol und seine andere Stirnseite den Südpol bildet Es ist jedoch auch denkbar, andere Magnetisierungsverläufe des Permanentmagneten vorzusehen, bspw. daß mindestens eine seiner beiden Stirnseiten beide Polarten (Nord- und Südpol) aufweist.

Das Material, aus dem der Permanentmagnet besteht, kann vorzugsweise ein Magnetwerkstoff sehr hoher Remanenz und Koerzitivkraft sein, bspw. Fermas ium-Kobalt

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Es zeigt

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 F i g. 1 in ausschnittsweiser Darstellung,

F i g. 3 einen Ausschnitt durch eine zweite Abwandiung des Kontaktstiftes nach F i g. 1, wobei sich der Kolben hier in seiner voll zurückgefahrenen Stellung befindet.

Der in F i g. 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 15, 16 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.

Die am Kolben 11 befestigte Kontaktnadel 12 aus vorzugsweise nicht magnetisierbarem Metall, die gegebenenfalls auch durch einen nicht magnetisierbaren Bereich des Kolbens 11 von einem mit dem Magneten 20 zusammenwirkenden weichmagnetischem Bereich des Kolbens 11 getrennt sein kann, gegebenenfalls jedoch auch aus magnetisierbarem 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, also die Spitze, die mit zu prüfenden Punkten von 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 Il nicht durch andere Teile des Kontaktstiftes 9 gestört ist und selbst auch keine anderen Teile des Kontaktstiftes 9 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 elektrischem

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 Stirnwand der Buchse 15 ist ein ringscheibenförmiger, axial magnetisierter Permanentmagnet 20 koaxial zu ihr fest angeordnet, dessen Bohrung etwas größer als die Bohrung 17 der Buchse 15 ist. Dieser ringscheibenförmige Permanentmagnet 20 trägt auf seiner dem Kolben 11 zugewendeten Stirnseite, die bspw. den Nordpol bildet, eine dünne nicht magnetisierbare Distanzscheibe 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 Distanzstück 41 angeordnet, das das Ausfahren des Kolbens 11 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 ohmscher Widerstand vorliegt.

Normalerweise befindet sich der Kolben 11 des Kontaktstiftes nach F i g. 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 Kontaktnadel 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 Mehrwegeventiles, 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

In Fig.2 ist eine Abwandlung des Kolbens 11 des Kontaktstiftes 10 der F i g. 1 dargestellt bei welcher an dem Kolben 11' ebenfalls ein scheibenförmiger, axial magnetisierter Permanentmagnet 20' angeordnet ist dessen Magnetisierungsrichtung jedoch entgegengesetzt 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.

In F i g. 3 ist eine Abwandlung eines Ausschnittes des Zylinders 110 der F i g. 1 dargestellt, bei welcher der Kolben It 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" befindei sich wieder eine dünne Distanzscheibe 32 aus nicht magnetisierbarem Material, bspw. Kunststoff, um die maximale Anziehungskraft des aus dem Magneten 20" und dem Kolben 11 bestehenden Permanentmagnetsystems etwas zu reduzieren. Gegebenenfalls kann die Scheibe 32 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch betätigter Kontaktstift für Adapterplatten, die der elektrischen Prüfung von elektrischen Leiterplatten od. dergl. dienen, welcher Kontaktstift einen Zylinder kleinen Durchmessers mit einem in ihm axial geradegeführfen 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, das so angeordnet ist, daß die auf den Kolben (11) ausgeübte Rückstellkraft in der voll zurückgefahrenen Stellung des KoI-

Jsens 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) einen 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 (il) einen Permanentmagneten des Permanentmagnetsystems aufweist, der mit einem weichmagnetischen Rückwandbereich des Zylinders zusammenwirkt.

5. Kontaktstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (15) des Zylinders (10) und der Kolben (H') je einen Permanentmagneten (20, 20') 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.

7. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand des Zylinders durch eine als Permanentmagnet (20") ausgebildete Buchse gebildet ist.