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Federkontaktstift und Verfahren zu
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seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen Federkontaktstift
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei den bekannten Federkontaktstiften dieser
Art bestanden die Schraubendruckfedern aus Runddraht.
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Prüfadapter, die eine Vielzahl von Federkontaktstiften aufweisen,
sind bekannt (Jahrbuch der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie, Band 30, 1979,
S. 269-276). Da die durch die Federkontaktstifte eines Prüfadapters gleichzeitig
zu kontaktierenden Prüfstellen (PrUfpunkte) eines Prüflings, wie einer Leiterplatte,
integrierter Schaltung oder dergl., oft in sehr geringen Mittenabständen voneinander
angeordnet sind, müssen benachbarte Federkontaktstifte in entsprechend geringen
Abständen ihrer Längs-
achsen voneinander angeordnet werden können,
was geringe Außendurchmesser ihrer Mantelrohre erforderlich macht, da diese etwas
kleiner sein müssen als der Mittenabstand benachbarter Prüfpunkte des Prüflings.
Andererseits begrenzen die Außendurchmesser der Mantelrohre der betreffenden Federkontaktstifte
die anwendbaren Mittenabstände benachbarter Prüfstellen des Prüflings und damit
auch dessen Miniaturisierung. Sehr kleine Durchmesser der Mantelrohre machen aber
auch Schraubendruckfedern sehr geringer Außendurchmesser erforderlich und man stößt
hier bei den bisher verwendeten Schraubendruckfedern aus Runddraht auf Grenzen der
Herstellungsgenauigkeit und auch der Federkraft, die eine weitere Verringerung der
Durchmesser der Schraubendruckfedem und damit der sie aufnehmenden Mantelrohre bisher
verhinderten, so daß man bisher mit den Mantelrohraußendurchmessern praktisch nicht
unter 0,7 mm kam. Und zwar muß die Schraubendruckfeder auch eine relativ hohe Federkraft
auf den Kontaktkolben des Federkontaktstiftes ausüben, da der Kopf dieses Kontaktkolbens
beim Kontaktieren einer Prüfstelle eines Prüflings sicheren, widerstandsarmen Kontakt
herstellen muß und zu diesem Zweck ggfs. auch Schmutz- und Oxidschichten an der
betreffenden Prüfstelle des Prüflings durchstoßen muß. Im allgemeinen muß die Schraubdruckfeder
Kräfte von ca. 50 - 300 cN (Gramm) ausüben können. Auch die erzielbare Lebensdauer
der
Schraubendruckfeder setzt der Verringerung ihres Durchmessers
Grenzen. Die Schraubendruckfedern müssen in den Federkontaktstiften sehr hohe Anzahlen
von Lastwechseln von bspw. 1 Million und mehr aushalten und ihre Lebensdauer nimmt
mit der Verringerung ihrer Außendurchmesser bei gegebener Federkennlinie ab.
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Man hat deshalb bisher, um besonders geringe Mittenabstände von gleichzeitig
durch einen Prüfadapter prüfbaren Prüfpunkten von Prüflingen zu ermöglichen, mit
dem Kolben des Federkontaktstiftes einen dünnen, drahtförmigen Fortsatz verbunden
und diesen in einer Kanüle bis nahe an den Prüfling geführt (Jahrbuch der Deutschen
Gesellschaft für Chronometrie, wie oben, S. 273/276). Die freien Enden der Fortsätze
konnten so enger zusammengerückt werden als die Federkontaktstifte selbst. Dies
ergab aber eine sehr schwierig herzustellende, empfindliche und kostenaufwendige
Konstruktion. Auch sind die Fortsätze in den Kanülen nicht reibungsfrei zu führen
und es treten leicht Störungen und auch Verringerung der von der Feder auf den Kolben
ausgeübten Kraft auf dem Weg des Fortsatzes in der Kanüle auf.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Federkontaktstift
der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders geringe maximale Außendurchmesser
seines
Mantelrohres bei voll ausreichender max.
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Federkraft und hoher Lebensdauer ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Federkontaktstift gemäß
Anspruch 1 gelöst. Unter Formdraht ist Draht unrunden Querschnittes verstanden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Federkontaktstift läßt sich der Außendurchmesser
der Schraubendruckfeder und damit der des Mantelrohres verringern und/oder höhere
Federkraft und/oder höhere Lebensdauer erreichen, da der für die Feder zur Verfügung
stehende Raum innerhalb des Mantelrohres besser für das Material der Schraubendruckfeder
ausgenutzt werden kann, indem das Volumen des Drahtes der Schraubendruckfeder größer
als bei Einsatz von Runddraht vorgesehen werden kann. Auch läßt sich die Schraubendruckfeder
infolge des Formdrahtes leichter und billiger mit der nötigen Präzision als bei
Verwendung von Runddraht wickeln. Und zwar sinkt bei gegebener Größe der Schraubendruckfeder
ihre Lebensdauer mit zunehmender Federkraft und die Erfindung erhöht die Lebensdauer
der Schraubendruckfeder bei gegebener Federkraft bzw. bei gegebener Lebensdauer
läßt sich die Federkraft erhöhen und/oder ihr Außendurchmesser verringern.
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Der erfindungsgemäße Federkontaktstift eignet sich besonders gut dazu,
mit besonders geringen Außendurchmessern seines Mantelrohres hergestellt
zu
werden, insbesondere mit kleineren Außendurchmessern des Mantelrohres, als es bisher
bei Einsatz von Schraubendruckfedern aus Runddraht bei vergleichbarer Lebensdauer
und bei vergleichbarer Federkraft möglich war. Bevorzugt kann der Außendurchmesser
des Mantelrohres des Federkontaktstiftes max. 0,6 mm, insbesondere max. 0,5 mm,
besonders vorteilhaft max. 0,4 mm betragen. Bevorzugt kann ferner der Mantelrohraußendurchmesser
gleich oder größer 0,3 mm sein. Die Erfindung bietet auch Vorteile, wenn der Außendurchmesser
des Mantelrahres etwas größer als 0,6 mm, insbesondere 0,6-1,0 mm ist. Die Vorteile
des neuartigen Federkontaktstiftes kommen jedoch besonders ausgeprägt bei sehr kleinen
Mantelrohraußendurchmessern von max. 0,6 mm zum Tragen.
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Bevorzugt kann der Querschnitt des Formdrahtes der Feder mehrkantig,
vorzugsweise vierkantig sein. Zweckmäßig ist auch ein schwach balliger Querschnitt,
vorzugsweise mit vier konvexen Längsseiten, die über abgerundete Ecken ineinander
übergehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Windungen
der Schraubendruckfeder im entspannten Zustand der Feder an den beiden Längsendbereichen
der Feder kleineren Abstand voneinander haben als die übrigen Windungen. Hierdurch
läßt sich bessere Anlage der Druckfeder an den Kontaktkolben und an ihr anderes
Federwiderlager erreichen und im Falle des An-
schweißens der Schraubendruckfeder
an das Mantelrohr und/oder den Kontaktkolben auch leichteres Anschweißen. Auch kann
man , wenn gewUnscht g am Kontaktkolben und/oder an der betreffenden Stirnwand des
Mantelrohres einen Zentrieransatz vorsehen, der in den betreffenden Endbereich der
Schraubendruckfeder eingreift. Auch verhaken sich die Schraubendruckfedern nach
ihrer Herstellung vor ihrem Vereinzeln nicht so leicht. Die Zentrierung der Feder
ergIbt geringere Reibung und optimale Federkraftausnutzung.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Schraubendruckfeder
mindestens zwei Windungen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, vorzugsweise
die Durchmesser der Windungen an den Längsendbereichen der Schraubendruckfeder kleiner
als die der übrigen Windungen sind. Dies ermoglicht auch bei fehlender Zentrierung
der Schraubendruckfeder, daß ihre Enden nicht an den kreis zylindrischen Bereich
des Mantelrohres anstoßen, was günstig ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Federkontaktstift gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, Fig. 2 den Querschnitt der Feder des Federkontakt-
stiftes
nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Schraubendruckfeder
in vergrößerter Darstellung, wie sie anstelle der in Fig. 1 dargestellten Schraubendruckfeder
in den dortigen Federkontaktstift eingesetzt werden kann, Fig. 4 einen Längsschnitt
durch eine für einen nicht dargestellten Federkontaktstift bestimmte Schraubendruckfeder
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Fig. 5 je einen geschnittenen Ausschnitt aus einer und 6 Schraubendruckfeder
für einen nicht dargestellten Federkontaktstift.
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In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Federkontaktstift 10 dargestellt.
Dieser weist ein Mantelrohr 11 auf, das einen kreiszylindrischen Hauptbereich 12
aufweist, an den nach oben ein kegelstumpfförmiges, abgeschlossenes Stirnende 13,
nach unten ein kegelstumpfförmiges Stirnende 14 mit mittiger Offnung 17 für einen
Schaft 15 eines in diesem Mantelrohr 11 axial geradegeführten Kontaktkolbens 16
anschließt. Alle Teiledieses Federkontaktstiftes 10 bestehen aus elektrisch gut
leitendem Metall, so daß
er nur geringen elektrischen Widerstand
aufweist und so, wenn er eine Prüfstelle 19 eines zu prüfenden Prüflings 20 kontaktiert,
eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen der betreffenden Prüfstelle 19
und einem an sein oberes,als Kontaktende dienendes Stirnende 13 angeschlossenen,
bspw. angeschweißten oder angelöteten Leitungsdraht 21 herstellt, welcher Leitungsdraht
21 zu einer nicht dargestellten elektrischen Auswertevorrichtung weitergeführt ist,
die bei der Prüfung eines Prüflinges die mittels der Federkontaktstifte geleiteten
Prüfsignale auf Fehlerfreiheit des Prüflinges auswertet.
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16 Der KontaletkolbeF weist einen innerhalb des Mantelrohres 11 in
dessen Hauptbereich 12 mit Gleitlagerspiel geradegeführten kreiszylindrischen Abschnitt
23 auf, an den obenseitig eine kegelförmige Spitze 24 anschließt, auf der eine zylindrische
Schraubendruckfeder 25, sich hierdurch auf dem Kontaktkolben zentrierend1 lastet
und deren oberes Ende an der Innenseite der oberen Stirnwand 13, sich auf derem
kegelstumpfförmigen Bereich zentrierend, anliegt.
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In der dargestellten Ruhestellung des Kolbens 16 liegt dieser mit
einem kegelstumpfförmigen Bereich 26 an der unteren Stirnwand 14 des Mantelrohres
11 an und durchdringt dessen dffnung 17 mit seinem Schaft 15. An den Schaft 15 schließt
ein Kontaktkopf 27 des einstückigen Kontaktkolbens 16 an,
der dem
Kontaktieren von Prüflingen, wie 20, dient und in diesem Ausführungsbeispiel eine
kegelförmige Spitze aufweist. Der Kontaktkopf 27 kann jedoch auch andere Gestalt
haben, bspw. hohlkegelförmig, mit glatter, kantiger oder gekerbter Oberfläche,oder
auf sonstige Weise ausgebildet sein. Die Schraubendruckfeder 25 lastet mit Vorspannung
auf dem Kontaktkolben 16, die zweckmäßig ungefähr 1030 cN betragen kann. Die Federkraft
im Arbeitspunkt kann zweckääßigetwa 50-300cN betragen.
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Der Querschnitt des vierkantigen Formdrahtes 29 der Schraubenfeder
25 der Fig. 1 ist rechteckförmig und in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Aus den Fig.
3 bis 6 sind andere Querschnitte der Formdrähte der Schraubendruckfeder 25 ersichtlich.
In Fig. 2 ist die längste Seite des rechteckförmigen Querschnittes des Drahtes 29
senkrecht zur Längsachse der Schraubendruckfeder 25 und im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 6 ist die längste Seite des Querschnittes des Drahtes 29 parallel zur Längsachse
der Schraubendruckfeder 25 gerichtet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besteht
die dargestellte zylindrische Schraubendruckfeder 25 aus einem Formdraht 29 quadratischen
Querschnittes, wobei ferner noch die an seinen Enden vorgesehenen jeweils letzten
beiden Windungen 30 geringeren Abstand voneinander haben, als die zwischen ihnen
liegenden Windungen 31.
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Astatt zylinctrischeSchraubendruckfedern k in manchen Fällen auch
nicht zylindrische Schraubendruckfedern zweckmäßigsein, wie bspw. Kegel- oder Doppelkeqelfedern
oder der., die mindestens zwei Windungen unterschiedlicher Durchmesser haben.
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Die Schraubendruckfeder nach Fig. 4 weist ca. 5 Windungen konstanten,
größten Durchmessers auf, und an diese 5 Windungen schließen zu beiden Seiten je
zwei im Durchmesser kleinere Windungen an, wodurch die beiden Federenden nicht zur
Anlage an das Mantelrohr kommen können, was günstig für die Lebensdauer und für
geringe Reibung ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die vier Seiten des Querschnittes
des Formdrahtes 29 der Schraubendruckfeder 25 jeweils schwach konvex, d.h. ballig,und
über abgerundete Ecken miteinander verbunden. Der Formdraht 29 dieser Feder 25 nach
Fig. 5 läßt sich bspw. durch Flachwalzen von Runddraht auf einfache Weise herstellen.
Die Formdrähte 29 der Federn nach den Fig. 1 - 4 und 6 können ggfs.
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auch durch Flachwalzen von Runddraht und auch auf andere Weise, bspw.
durch Ziehen hergestellt werden.
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Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für Formdrähte derartig kleiner
Durchmesser kann bevorzugt darin bestehen, daß der Formdraht aus einem Metallband
hergestellt wird, welches durch Schneiden eines breiten Metallbandes rechteckförmigen
Querschnittes in schmale Streifen hergestellt wird.
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Allen dargestellten Querschnitten des die betreffende Schraubendruckfeder
25 bildenden Formdrahtes 29 ist gemeinsam, daß die Querschnittsfläche des Form-
drahtes
größer als die Querschnittsfläche des in sie voll fallenden, größtmöglichen geometrischen
Kreises 32 ist. Hierdurch kann die Schraubendruckfeder mehr Volumen und/oder größere
Federkraft und/oder kleineren Außendurchmesser und/oder höhere Lebensdauer als eine
Schraubendruckfeder, die aus Draht kreisrunden Querschnittes besteht, erhalten.
Auch läßt sich die Schraubendruckfeder aus Formdraht, wie 29, präziser und leichter
wickeln als aus Runddraht.
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Für den Formdraht der Schraubendruckfeder 25 können hochwertige elastische
Metalle eingesetzt werden, vorzugsweise Stahl, Kupfer-Beryllium, Phosphorbronze,
aushärtbare Edelmetallegierungen, wie z.B. die Handelslegierung Hera 648, oder dergl.
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Die Wandstärke des metallischen Mantelrohres 11 kann zweckmäßig etwa
0,05 bis 0,2 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm betragen, so daß dann der max. Außendurchmesser
der Schraubendruckfeder (25) zweckmäßig ungefähr 0,1 bis 0,4 mm, vorzugsweise ungefähr
0,2 mm kleiner als der des Mantelrohres des betreffenden Federkontaktstiftes vorgesehen
werden kann.
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Das Mantelrohr 11 des Federkontaktstiftes YO der Fig. 1 ist direkt
in eine Bohrung einer Prüfadapterplatte 33 eingesetzt. Im Betrieb wird die Adapterplatte
33 mit den in sie fest eingesetzten Federkontaktstiften, wie 10, dem Prüfling so
weit genähert, daß die von den Kontaktköpfen, wie 27,
der Kontaktkolben,
wie 16, der Federkontaktstifte, wie 10, kontaktierten Prüfstellen, wie 19, die Kontaktkolben,
wie 16, unter entsprechendem Zusammendrücken der Schraubendruckfedern, wie 25, etwas
weiter in die Mantelrohre, wie 11, hineindrücken, so daß die von den Schraubendruckfedern
auf die Kontaktkolben ausgeübten Federkräfte die Kontaktköpfe 27 an die Prüfstellen
19 andrücken.