DE3438947C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktbolzen für ein Kon­ taktglied einer Kontaktiervorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Kontaktiervorrichtungen dieser Art sind bekannt (z. B. KRÜGER "Prüfmittel zur elektrischen Prüfung von Lei­ terplatten für Uhren", Jahrbuch der Deutschen Gesell­ schaft für Chronometrie, Band 30, 1979, S. 269-276). Solche Kontaktiervorrichtungen dienen der elektrischen Prüfung von Leiterplatten oder sonstigen elektronischen Bau­ teilen der Elektronikindustrie, um neu herge­ stellte Leiterplatten oder dergleichen vor oder nach ihrer Bestückung auf ihre Fehlerfreiheit rasch und einfach überprüfen bzw. durchmessen zu können, in­ dem der Prüfling an mehreren oder im allgemeinen meist sehr vielen Stellen gleichzeitig durch Kontaktbolzen der Kontaktiervorrichtung elektrisch abgetastet wird. Die Prüfstellen sind dabei oft sehr nahe beieinander, und zwar um so näher, je schmaler die Leiter und je kleiner die Leiterabstände des Prüflings sind. Und zwar dienen derartige Kontaktiervorrichtungen über­ wiegend dazu, die Leiterbahnen noch unbestückter Leiterplatten auf Kurzschluß zwischen benachbarten Leiterbahnen oder andere Fehler der Leiterbahnen, bspw. Unterbrechungen oder dergl., zu prüfen, bevor sie mit weiteren elektronischen Komponenten bestückt werden. Man kann in vielen Fällen auch solche Kon­ taktiervorrichtungen nicht nur für die vorbeschrie­ benen Prüfzwecke einsetzen, sondern auch für Meß­ zwecke, ggfs. für Meßzwecke bereits bestückter Lei­ terplatten oder sonstiger elektronischer Bauteile, bspw. für Widerstandsmessungen und dergl.

Die Kontaktbolzen der Kontaktglieder der Kontaktier­ vorrichtung sind normalerweise im ganzen axial beweg­ lich gelagert und axial federbelastet, bspw. können sie in Hülsen, wie Kolben, geradegeführt gelagert und durch Druckfedern belastet sein. Solche Kontaktglieder wer­ den auch als Federkontaktstifte bezeichnet. Es ist auch möglich, die Kontaktbolzen nicht in Hülsen ein­ zeln geradezuführen, sondern bspw. in Bohrungen einer gemeinsamen Trägerplatte oder dergl. zu führen und sie durch ihr Eigengewicht oder durch an einer an­ deren Platte abgestützte Druckfedern axial zu be­ lasten. Es ist auch denkbar, den Kontaktbolzen so auszubilden, daß er in sich selbst axial federn kann, indem man einen Bereich von ihm als gebogene Biegefeder, bspw. als U-förmigen Federbügel od. dergl. ausbildet. Auch ist es möglich, den Kontaktbolzen an einer gesonderten Biegefeder fest anzuordnen.

Man ging bei den bekannten Kontaktbolzen dieser Art dabei bisher so vor, daß man im Kontaktkopf ein Sackloch vorsah, in das der Schaft formschlüssig eingesteckt wurde und es wurde an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen des Kontaktkopfes aufeinanderfolgend je eine sogenannte Überlappschweißung mittels fokussierten Laser­ strahlen vorgenommen. Und zwar wurde der Laserstrahl eines sogenannten Schweißlasers mittels einer Optik auf die Schweißstelle fokussiert, um für den Schweißstrahl möglichst große Energiedichte und möglichst große Tiefe der Aufschmelzung des Materials, d. h. der sich beim Schweißen bildenden Schweiße zu erreichen. Jede solche Überlappschweißung ergab so einen Schweißpunkt, dessen größter Durchmesser höchstens dem 1,2fachen seiner Tiefe entsprach. Solche Schweißungen wurden bisher nur an Kontaktbolzen vorgenommen, deren Schäfte an den Schweiß­ punkten vor dem Schweißen max. 1,2 mm Durchmesser hatten. Die fokussierten Laserstrahlen verursachten dabei Schweiß­ punkte, die ungefähr bis zur Längsmittelachse des Schaftes oder über sie noch hinaus reichten, so daß sich die beiden zueinander diametralen Schweißpunkte normalerweise trafen oder allenfalls nur sehr geringe toleranzbe­ dingte Abstände voneinander hatten, die also nicht ge­ zielt, sondern toleranzbedingt eintraten.

Dieses Verschweißen des Kontaktkopfes mit dem Schaft dien­ te dazu, um feste mechanische Verbindung dieser beiden Teile zu erreichen. Diese beschriebenen bekannten Schwei­ ßungen mit auf die Schweißstellen fokussierten Laserstrah­ len befriedigten jedoch nicht immer. So befriedigte die mechanische Festigkeit der Schweißverbindung oft nicht und der elektrische Widerstand des Kontaktbolzens war in der Serienherstellung schwer beherrschbar. Da der Kon­ taktbolzen beim Prüfen oder Messen einer von ihm kon­ taktierten Stelle des jeweiligen Prüflings den Prüf- oder Meßstrom mit leitet, ist es jedoch erwünscht, daß sein elektrischer Widerstand in der Serienherstellung besser beherrschbar ist.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Kontakt­ bolzen der eingangs genannten Art herzustellen, dessen elektrischer Widerstand bei der Serienherstellung bes­ ser beherrschbar ist, wobei auch bessere mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen Kontaktkopf und Schaft erreichbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kontakt­ bolzen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der Kontaktbolzen kann einen oder mehrere Schweißpunkte aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die für Kontaktbol­ zen vorgesehen ist, deren Schäfte an den vorgesehenen Schweißpunkten vor dem Schweißen einen Durchmesser von max. 3 mm, vorzugsweise von ca. 0,4 bis 2 mm, haben, dringen die Schweißpunkte weniger tief als bisher in die Schäfte ein, was die elektrischen Eigen­ schaften des Kontaktbolzens besser beherrschen und auch höhere mechanische Festigkeit erreichen läßt. Und zwar ist im Querschnittsbereich des Schaftes, an welchem ein Schweißpunkt vorhanden ist, mehr durch das Schweißen nicht beeinflußter Werkstoff als bei tieferem Eindringen des Schweißpunktes in den Schaft vorhanden, was sich günstig auf die elektrischen Eigenschaften und die Festig­ keit des Kontaktbolzens auswirkt. Diese geringe Eindring­ tiefe vermindert die Streuung dieses elektrischen Wider­ standes des Kontaktbolzens bei dessen Serienherstellung von Kontaktbolzen zu Kontaktbolzen, was bei Kontaktiervorrichtungen der vor­ liegenden Art von Vorteil ist. Auch lassen sich besonders niedrige elek­ trische Widerstände des Kontaktbolzens bei gegebenen Werkstoffen erreichen. Wenn der Schweißpunkt durch Überlapp-Schweißen hergestellt ist, also ein Überlapp-Schweißpunkt ist, kann vorzugs­ weise vorgesehen sein, daß der größte Durchmesser des Schweißpunktes mindestens das 1,5fache seiner Tiefe, vorzugsweise ungefähr das 2- bis 4fache seiner Tiefe im Kontaktbolzen beträgt. Hierdurch wird besonders hohe Festigkeit der Schweißverbindung erreicht und die Streuung des elektrischen Widerstandes des Kontaktbolzens, welcher wesentlich von dem oder den Schweißpunkten bestimmt wird, in der Serienherstellung noch kleiner.

Wenn mehrere Schweißpunkte vorgesehen sind, ist es für die Festigkeit des Kontaktbolzens wie auch für seinen elek­ trischen Widerstand besonders günstig, wenn die Schweiß­ punkte oder mindestens zwei Schweißpunkte in axialer Richtung des Kontaktbolzens zueinander versetzt angeordnet sind, wobei die Versetzung vorzugsweise mindestens 0,2 mm, besonders vorteilhaft mindestens 0,4 mm betragen kann. Im allgemeinen sind im äußersten Fall zwei Schweißpunkte notwendig und indem man diese in Längsrichtung des Kontaktbolzens axial zueinander versetzt, wird der Abstand zwischen ihnen im Schaft größer und hierdurch wird die Festigkeit des Kontaktbolzens durch die Schweißpunkte weniger beeinträchtigt. Diese axiale Versetzung kann sich auch günstig auf noch geringere Streuung des elektrischen Widerstandes bei der Serienherstellung aus­ wirken.

Damit in Anbetracht des kleinen Kontaktbolzendurchmessers am Schweißpunkt dieser nur relativ gering in den Schaft eindringt, wie es die Erfindung vorsieht, muß die Energiedichte des die Schweißung bewirkenden Schweiß­ strahles ausreichend niedrig vorgesehen sein. Bei dem die Schweißung durchführenden Schweißstrahl kann es sich vorzugsweise um einen Laserstrahl handeln, doch kommt auch ein Elektronenstrahl oder gegebenenfalls auch ein Mikroplasmastrahl in Frage. Es kann also bevorzugt Laserschweißen vorgesehen sein. Ebenfalls anwendbar ist Elektronenstrahlschweißen. Auch Mikroplasmaschweißen kommt in Frage. Letzteres ist allerdings schwieriger durchzuführen, da hier die Einhaltung enger Toleranzen im Gegensatz zum Laserstrahlschweißen und Elektronen­ strahlschweißen schwierig ist.

Insbesondere kann das Schweißen mit defokussierten Schweißstrahlen erfolgen, deren Energiedichte an der Schweißstelle durch die Defokussierung verringert ist, damit der Schweißpunkt wie vorgesehen, nur relativ wenig in den Schaft eindringt. Die Eindringtiefe des Schweiß­ punktes in den Schaft beträgt max. D _c /3, höchstens jedoch 0,35 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm. Durch letztere geringe Eindringtiefe wird die Streuung des elektrischen Widerstandes besonders klein und sie ist auch für hohe mechanische Festigkeit der Schweiß­ verbindung besonders günstig.

Die Schweißung ist sowohl in der Art einer Überlapp­ schweißung wie auch in der Art einer Eck- oder Kehlschweißung möglich. Der durch eine Überlappschweißung herge­ stellte Schweißpunkt wird als Überlapp-Schweißpunkt und der durch eine Eck- oder Kehlschweißung hergestellte Schweiß­ punkt sei als Eck- oder Kehlschweißpunkt bezeichnet.

Bevorzugt kann der Schweißpunkt so hergestellt werden, daß sein maximaler Durchmesser, gemessen in Richtung der Längsachse des Kontaktkopfes, größer ist als der halbe Außendurchmesser des Kontaktkopfes am Schweiß­ punkt. Hierdurch erhält der Schweißpunkt so großen Durchmesser, wie es für besonders geringe Streuung des elektrischen Widerstandes des Kontaktbolzens und hohe mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen Kontaktkopf und Schaft besonders günstig ist.

Man kann vorsehen, daß der Kontaktkopf im einfach­ sten Fall mittels eines einzigen Schweißpunktes mit dem Schaft verbunden ist. Es ist jedoch auch möglich und in vielen Fällen zweckmäßig, eine Mehrzahl von Schweißpunkten vorzusehen. In letzterem Fall können die Schweißpunkte in vielen Fällen zweckmäßig zu einer sogenannten Punktnaht angeordnet sein. Unter einer Punktnaht ist eine Anordnung von mindestens drei Schweißpunkten in einer Reihe nebeneinander verstan­ den. Die Schweißpunkte einer Punktnaht können bspw. auch um den Schaft herum verteilt sein, also bspw. um seinen Umfang herum drei Schweißpunkte in vor­ zugsweise gleich großen Zentriwinkelmittenabständen voneinander angeordnet sein.

Die Werkstoffe, aus denen der Kontaktkopf und Schaft be­ stehen, können gleich oder ungleich sein. Für den Kopf oder Schaft kommen vorzugsweise Stahl, besonders zweck­ mäßig C-Stahl (Kohlenstoffstahl) oder CrNi-Stahl (Chromnickelstahl), CuBe (Kupfer-Beryllium, auch Berylliumbronze genannt, vorzugsweise mit 1,7% oder 2% Beryllium), Bronze oder Messing in Frage. Wenn Kontaktkopf und Schaft aus unterschiedlichen Werk­ stoffen bestehen, kommen insbesondere für den einen Werkstoff Bronze, Messing oder Kupfer-Beryllium und für den anderen Werkstoff Stahl oder Kupfer-Beryllium in Frage. Wenn für den Kontaktkopf und den Schaft gleiche Werkstoffe vorgesehen sind, kann der Werk­ stoff vorzugsweise C-Stahl oder CrNi-Stahl oder CuBe sein. Bevorzugt ist C-Stahl, da er bei niedrigen Kosten gute Elastizität und niedrigen elektrischen Widerstand hat. Da die Schweißpunkte durch Schmelzen der entsprechen­ den Bereiche von Kontaktkopf und Schaft entstehen, die sich wegen der Kleinheit der Schweißpunkte und der Kälte des Kontaktkopfes und des Schaftes mit Ab­ schalten des Schweißstrahls sehr rasch abkühlen, können in dem Gefüge der den Schweißpunkt bildenden, also aus den Metallen des Kontaktkopfes und des Schaftes gebildeten Schweiße Vorgänge beim Abkühlen eintreten, die sie härten und spröde machen. Dies ist der Fall, wenn die Schweiße aus härtbarem Stahl besteht oder härtbaren Stahl in für das Härten beim Abkühlen ausreichendem Maße enthält, insbesondere C-Stahl. Diese Sprödig­ keit der Schweiße verringert die mechanische Festig­ keit der Verbindung zwischen Kontaktkopf und Schaft und kann auch den elektrischen Widerstand des Kon­ taktbolzens im Betrieb durch Rißbildung in der Schweiße an­ steigen lassen.

Es ist deshalb gemäß einer Weiterbildung der Er­ findung vorgesehen, die Sprödigkeit und Härte des Schweißpunktes zu verringern. Zu diesem Zweck ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Schaft und/oder der Kontaktkopf, wenn er zu­ mindest im wesentlichen aus härtbarem Stahl besteht, vernickelt ist, und zwar mit Nickel in einer Schicht­ dicke, daß hierdurch die Sprödigkeit und Härte der Schweiße verringert wird. Wenn sowohl der Kontakt­ kopf als auch der Schaft vernickelt sind, ist es zweckmäßig, daß die Gesamtsumme dieser Nickelschicht mindestens 5 µm beträgt, also die Dicke der Nickel­ schicht auf jedem der beiden Teile z. B. mindestens je 2,5 µm beträgt. Wenn nur eines der beiden Teile vernickelt ist, beträgt die Schichtdicke dieser Ver­ nickelung zweckmäßig mindestens 5 µm. Eine solche Vernickelung ist auch zweckmäßig, wenn der Kontaktkopf bzw. der Schaft aus Kupfer-Beryllium besteht, da hier­ durch beim Laserschweißen die Absorption des Laser­ strahles erhöht und die Streuung der Festigkeit der Schweißverbindung und des elektrischen Widerstandes des Kontaktbolzens in der Serienherstellung noch wei­ ter verringert wird.

Besonders günstig für gute mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen Kontaktkopf und Schaft, ins­ besondere auch im Falle von Biegebeanspruchungen des Kontaktbolzens, wie auch für gleichbleibenden elektri­ schen Widerstand des Kontaktbolzens ist es, wenn die Härte der Schweiße des Schweißpunktes maximal 700 HV (Vickershärte) beträgt. Dies kann durch die erwähnte Ver­ nickelung von Schaft und/oder Kontaktkopf erreicht werden.

Für den Fall, daß die Schweiße des Kontaktbolzens aus härtbarem Stahl besteht oder in solchem Ausmaße härtbaren Stahl ent­ hält, daß sie bei dem nach Abschalten des Schweiß­ strahles erfolgenden raschen Abkühlen härtet und hierdurch spröde wird, kann mit besonderem Vorteil auch vorgesehen sein, daß der Kontaktbolzen nach dem Schweißen einer Anlassen der Schweiße bewirken­ den thermischen Nachbehandlung zur Verringerung der Härte und Sprödigkeit der Schweiße unterzogen wird. Insbesondere kann diese thermische Nachbehandlung so durchgeführt werden, daß die Härte der Schweiße nach dem Anlassen max. 700 HV beträgt. Die thermische Nachbehandlung kann, um Oberflächenveränderungen des Kontaktbolzens zu verhindern, vorzugsweise im Vakuum oder unter Schutz­ gas erfolgen. Die Anlaßtemperaturen und die Zeitdauer des Anlassens haben sich nach der Schweiße und der ge­ wünschten Abnahme ihrer Härte und Sprödigkeit zu rich­ ten und können von Fall zu Fall leicht ermittelt wer­ den. Im allgemeinen kann die Anlaßtemperatur mehrere 100°C, bspw. 250-650°C, betragen, jedoch auch höher oder niedriger liegen. Die Anlaßtemperatur kann bspw. ¹/₂ bis 2 Stunden auf den Kontaktbolzen einwirken. Das Abkühlen des Kontaktbolzens nach dem Anlassen hat langsam zu erfolgen. Durch das Anlassen wird die Schweiße unter Änderung ihres Gefüges vergütet und verliert an Härte und Sprödigkeit, so daß sie elastischer und duktiler wird und nicht mehr zu nachteiliger, den elektrischen Widerstand er­ höhender Rißbildung neigt oder weniger hierzu neigt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenan­ sicht eines Federkontaktstiftes einer nicht näher dargestellten Kontaktiervorrichtung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 3-7 je einen teilweise geschnittenen Aus­ schnitt aus einem Kontaktbolzen, welcher den Kontaktkopf und einen Bereich des Schaftes zeigt, wobei jeder dieser Aus­ schnitte den jeweiligen Zustand des Kontaktbolzens vor dem Schweißen zeigt und die Schweißstrahlen strichpunktiert und die durch sie erzeugbaren, aus Schweiße bestehenden Schweißpunkte durch strich­ punktierte Bereiche angedeutet sind.

Der in Fig. 1 und 2 in teilweise längsgeschnittener Seiten­ ansicht dargestellte Federkontaktstift 10 ist bis auf die Ausführung des den metallischen massiven Kontaktkopf 11 mit dem metallischen massiven Schaft 12 seines Kontaktbolzens 13 verbindenden einzigen Schweiß­ punktes 14 von herkömmlicher Bauart. Der Federkontakt­ stift 10 besteht aus einer metallischen, zylindrischen Hülse 15, einer metallischen Druckfeder 16 und dem aus dem Schaft 12 und dem Kontaktkopf 11 bestehenden Kontakt­ bolzen 13. Die Hülse 15 und der Kontaktbolzen 13 sind rotationssymmetrisch. Die Spitze 11′ des Kontaktkopfes 11 kann in vielen Fällen auch zweckmäßig nicht rotations­ symmetrisch ausgebildet sein, bspw. mit Einsenkungen versehen sein, die besonders guten Kontakt mit der durch sie jeweils zu kontaktierenden Stelle eines elektronischen, strichpunktiert angedeuteten Prüflinges 75, wie einer Leiterplatte od. dergl., ermöglichen, an welche Stelle diese Spitze 11′ durch die den Kontaktbolzen 13 be­ lastende, vorgespannte Feder 16 angedrückt wird.

Der Schaft 12 des Kontaktbolzens 13 besteht aus zwei im Durchmesser unterschiedlichen zylindrischen Ab­ schnitten 17, 18, nämlich einem ständig vollständig in der Hülse 15 befindlichen kolbenförmigen Abschnitt 17 und dem anschließend im Durchmesser verringerten stabartigen Abschnitt 18, der in eine zentrische Sack­ bohrung 19 des Kopfes 11 formschlüssig eingesetzt und mittels des einzigen Schweißpunktes 14 mit dem Schaft 12 verbunden ist. Dieser Schweißpunkt 14 ist hier ein Überlappschweißpunkt, da er von der Außen­ oberfläche des Kopfes 11 aus durch dessen die Boh­ rung 19 umfassenden Mantel hindurch bis in den Schaft 12 hineinreicht. Er befindet sich so im Abstand von dem rückwärtigen Stirnende des Kopfes 11 und weist auf der Kopfaußenseite einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf. Dieser Durchmesser D _a ist in Rich­ tung der Längsachse 20 dieses Kontaktbolzens 13 ge­ messen wesentlich größer als dem halben Wert des Durchmessers D _b des Kopfes an dem Schweißpunkt 14 entspricht, was besonders günstig ist. Dieser Schweiß­ punkt 14 reicht in den Schaft 12 maximal ein Drit­ tel des Durchmessers D _c des Schaftes 12 an der Schweiß­ stelle hinein. Und zwar hat er hier eine Eindringtiefe D _e in den Schaft 12 von ca. ¹/₄ des Schaftdurchmes­ sers D _c . Hierdurch befindet sich in den den Schweiß­ punkt 14 aufweisenden Querschnitten des Schaftes 12 noch viel unveränderter Werkstoff, der also nicht beim Schweißen aufgeschmolzen wurde. Auch beträgt der größte Durchmesser D _a des Schweißpunktes 14 mindestens das 1,5fache, vorzugsweise das 2- bis 4fache, hier etwa das 2,5fache der Tiefe D _t des Schweißpunktes 14 im Kontaktbolzen 13.

Hierdurch sind die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kontaktbolzens 13 sehr günstig.

Der große Durchmesser der Schweiße des Schweißpunktes 14, welcher Durchmesser auch an der Übergangsstelle zwi­ schen dem Schaft 12 und dem Kontaktkopf 11 infolge der ka­ lottenähnlichen Gestalt der Schweiße noch relativ groß ist, bewirkt auch kleinen elektrischen Übergangswiderstand zwischen dem Kontaktkopf 11 und dem Schaft 12. Es wird geringer elektrischer Widerstand des Kontaktbolzens 13 er­ reicht, wobei dieser Widerstand bei der Serienher­ stellung des Kontaktbolzens von Kontaktbolzen zu Kontaktbolzen nur wenig streut. Auch ist die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen Kontakt­ kopf 11 und Schaft 12 hoch, da der flache breite Schweiß­ punkt 14 dieser Schweißverbindung hohe mechanische Festigkeit verleiht und die Bruchgefahr selbst im Falle, daß der Schweißpunkt spröde ist, nur relativ gering ist.

Obwohl auch Elektronenstrahlschweißen oder in man­ chen Fällen auch Mikroplasmaschweißen in Frage kommt, ist bevorzugt Laserschweißen vorgesehen. Es sei des­ halb nachfolgend auf Laserschweißen Bezug genommen. In diesem Fall wurde der Schweißpunkt 14 zweckmäßig mittels eines defokussierten Laserstrahles 21 erzeugt. Und zwar war dieser Laserstrahl 21, wie durch die di­ vergierenden Strahlungspfeile angedeutet ist, auf einen nicht zu sehenden Brennpunkt fokussiert, der sich in erheblichem Abstand vor der Oberfläche des Kontaktkopfes 11 befand, so daß dieser defokussier­ te Laserstrahl 21 auf den Kontaktkopf 11 beim Schwei­ ßen mit gegenüber seiner Energiedichte im Brennpunkt erheblich verringerter Energiedichte auf den Kontakt­ kopf 11 auftraf. Hierdurch entsteht die Verbreiterung des Schweißpunktes 14 und seine geringe Eindring­ tiefe D _e in den Schaft 12.

Anstatt den Laserstrahl dadurch zu defokussieren, indem sein Brennpunkt sich in Strahlrichtung vor dem Kontakt­ kopf befindet, kann auch vorgesehen sein, daß die­ ser Brennpunkt sich in Strahlrichtung theoretisch im Abstand hinter dem Kontaktkopf 11 befindet, wo er allerdings beim Schweißen nicht mehr entsteht, weil der Laserstrahl vor diesem Brennpunkt durch den Kon­ taktbolzen 13 abgeschirmt wird. In diesem Falle wür­ den die Strahlungspfeile des Laserstrahles auf die Auftreffstelle des Kontaktkopfes 11 zu konvergieren, anstatt, wie in Fig. 2 dargestellt, zu divergieren. Der einzige Schweißpunkt 14 des Kontaktbolzens 13 in Fig. 1 und 2 ist ein Überlapp-Schweißpunkt, d. h. durch eine Überlappschweißung entstanden.

Es ist auch möglich, die Schweißung mittels eines parallelen Laserstrahles vorzunehmen, wie es im Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 3 dargestellt ist. Jeder der beiden parallelen Laserstrahlen 21 bewirkt je eine Kehlschweißung. Sie erzeugen also in dem noch vor der Schweißung dargestellten Kontaktbolzen 13 zwei Kehl-Schweißpunkte 14, deren ungefähren Umfänge in der dargestellten Schnittebene strichpunktiert angedeutet sind. Diese Kehlschweißung wird da­ durch erreicht, indem die mittige, rotationssymmetri­ sche Sackbohrung 19 des Kontaktkopfes 11 an ihrem An­ fangsbereich eine kegelstumpfförmige Erweiterung 19′ aufweist, die eine Fase bildet, durch welche sich die in diesem Bereich kegelstumpfförmige Umfangswandung der Sackbohrung 19 im Abstand von dem massiven Schaft 12 be­ findet. Der obere Laserstrahl 21 beaufschlagt den Kontaktkopf 11 an seinem hinteren Umfangsrandbereich senkrecht und schmelzt ihn hier nieder und schmelzt den Schaft 12 auf. Der untere Laserstrahl 21 trifft schräg auf den Kontaktkopf 11 und den Schaft 12 im weiteren Bereich der Fase auf und schmelzt den betref­ fenden Stirnbereich des Kopfes 11 nieder und schmelzt den Schaft 12 auf. Die durch dieses Niederschmelzen und Aufschmelzen beim Schweißen entstehende Schmelze bildet nach ihrem raschen Erstarren die den betref­ fenden Schweißpunkt 14 bildende Schweiße.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden also zwei be­ zogen auf die Schaftlängsachse 20 einander diametral gegenüberliegende Kehl-Schweißpunkte 14 erzeugt, die im Abstand voneinander angeordnet sind, indem beide bereits im Abstand vor der Längsmittelachse 20 des Schaftes 12 enden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird eben­ falls eine Kehlschweißung vorgenommen, und zwar hier wieder mittels eines divergierenden Laserstrah­ les 21, der schräg auf die Schweißstelle zu gerichtet ist. Diese Kehlschweißung wird hier dadurch er­ reicht, indem in den Schaft 12 mindestens eine Aus­ nehmung, hier eine zu seiner Längsachse konzentri­ sche Ringnut 22 eingelassen ist. Die rückwärtige Stirn­ fläche 23 des Kontaktkopfes 11 befindet sich in Höhe der Mitte der Ringnut 22, wie dargestellt. Der beim Schweißen entstehende Schweißpunkt 14 hat hier eine Eindringtiefe in den Schaft 12, die etwa einem Viertel des Durchmessers des Schaftes 12 am Schweißpunkt 14 entspricht, wobei dieser Durchmesser auf den Schaft 12 vor dem Schweißen bezogen ist. Ferner erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel der beim Schweißen entstehende Schweißpunkt 14 infolge der Ringnut 22 über Bereiche des Schaftes 12 mit zwei unterschiedlichen Durchmessern vor dem Schweißen. Für jeden dieser Bereiche gilt jedoch, daß der Schweißpunkt 14 in jedem durch ihn gehenden Quer­ schnitt des Schaftes 12 maximal ein Drittel des ursprünglichen Schaftdurchmessers in diesen ursprüng­ lichen, dargestellten rotationssymmetrischen Schaft 12 eindringt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist der massive Kon­ taktkopf 11 des Kontaktbolzens 13 im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen keine Sackbohrung zum Einsetzen des Schaftes 12 auf, sondern seine rück­ wärtige Stirnfläche 23 ist eben und der massive Schaft 12 ist mit einer ebenfalls ebenen Stirnfläche an die Stirnfläche 23 stumpf angesetzt und wird mittels eines divergierenden Laserstrahles 21 mit dem Kopf 11 durch einen strichpunktiert dargestellten Schweißpunkt 14 verbunden. Diese Schweißung ist eine Eck-Schweißung. Es kann beispielsweise auch in nicht zu sehender Weise eine sich um den Umfang des Kontakt­ bolzens 13 erstreckende Punktnaht aus Schweißpunkten gebildet werden, bspw. können drei Schweißpunkte vor­ gesehen werden, die unter sich ungefähr gleiche Ge­ stalt aufweisen und deren auf die Längsachse bezoge­ nen Zentriwinkel-Mittenabstände ca. 120° betragen.

Der Vorteil der Ausführungsform nach Fig. 5 ist, daß der Kontaktkopf 11 keine Sackbohrung benötigt und deshalb einfacher herzustellen ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist das in der rückwärtigen Stirnseite des Kontaktkopfes 11 befind­ liche Sackloch 19 nur als kegelstumpfförmige Ansen­ kung ausgebildet und der divergierende Laserstrahl 21 erzeugt einen nur flach in den massiven Schaft 12 hineinragenden Kehl-Schweißpunkt 14.

In Fig. 7 ist eine besonders vorteilhafte Anordnung von zwei Überlapp-Schweißpunkten 14 eines Kontakt­ bolzens 13 dargestellt. Die Mitten dieser Schweißpunkte 14 sind, bezogen auf die Längsachse 20 des Kontaktbolzens 13, mit 180° Winkelabstand angeordnet und in Längsrichtung des Kontaktbolzens 13 zueinander versetzt. Man erreicht da­ durch, daß der Bereich des von den Schweißpunkten 14 nicht erfaßten Materials des Schaftes 12 größer ist, als wenn die Schweißpunkte 14 sich diametral gegenüberliegen.

Der Laserstrahl 21 bewirkt - in der Fachsprache ausgedrückt - beim von ihm bewirkten Erzeugen eines Schweißpunktes Aufschmelzen (im Falle der Überlappschweißung) oder Niederschmelzen (im Falle der Eck- oder Kehlschweißung) des betreffenden Mantel- oder Randmaterials des Kontakt­ kopfes und Aufschmelzen des betreffenden Materials des Schaftes.

Der Schaft 12 ist zumindest in dem einen Schweißpunkt 14 aufweisenden Längsbereich massiv, d. h. weist hier keinen Hohlraum auf. Vorzugsweise kann der Schaft vollständig massiv sein. Jedoch ist es auch möglich, ihn abseits des oder der Schweißpunkte in mindestens einem Längsbereich nicht massiv auszubilden, bspw. ihn in Fig. 1 im Bereich des verdickten Kolbens 17 hohl auszubilden.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1-3 und 7 kann die Wandstärke der zylindrischen Sackbohrungen 19 wegen der hier vorliegenden Überlapp-Schweißungen vor­ zugsweise max. 0,4 mm, besonders zweckmäßig etwa 0,1 bis 0,2 mm betragen. Diese Wandstärken lassen besonders enge Toleranzen der Schweißpunkte einhalten.

Gemäß der Erfindung darf die Eindringtiefe D _e des Schweiß­ punktes in den Schaft 12 des Kontaktbolzens max. ein Drittel des Schaftdurchmessers vor dem Schweißen an der vorgesehenen Schweißstelle betragen, jedoch nicht mehr als max. 0,35 mm. Wenn also der Schaftdurchmesser so groß ist, daß ein Drittel dieses Schaftdurchmessers an der vorgesehenen Schweißstelle größer als 0,35 mm ist, darf die Eindringtiefe des Schweißstrahles diesen Grenz­ wert von 0,35 mm in den Schaft nicht übersteigen. Wie bereits beschrieben, sind Eindringtiefen D _e des Schweißpunktes 14 in den Schaft von ca. 0,1 bis 0,2 mm besonders günstig.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 beginnen ferner die beiden Schweißpunkte an einem im Durchmesser ver­ jüngten Bereich 60 des Kontaktkopfes 11, also von dem Bereich 61 des max. Durchmessers aus gesehen in einer Senke - die gegebenenfalls auch als Rinne, Ringnut oder dergl. ausgebildet sein kann - , damit die sich je nach Werkstoffen auswölbende Schweiße nicht über den Bereich 61 des Kontaktkopfes 11 nach außen übersteht, wodurch die Abstände zwischen benachbarten Kontakt­ bolzen der Kontaktiervorrichtung minimal vorgesehen werden können.

Claims (23)

1. Kontaktbolzen für ein elektrisches Kontaktglied einer dem elektrischen Prüfen oder Messen von Leiterplatten oder dergleichen dienenden Kontaktiervorrichtung, welcher Kontaktbolzen einen metallischen Schaft und einen metallischen Kontakt­ kopf aufweist, welcher Kontaktkopf an dem Schaft durch mindestens einen Schweißpunkt, dessen Schweiße durch Schmelzen der entsprechenden Be­ reiche des Kontaktkopfes und des Schaftes ent­ standen ist, befestigt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eindringtiefe (D _e ) des Schweißpunktes (14) in den Schaft (12) max. D _c /3 beträgt, wo D _c der vor dem Schweißen vorliegende Durchmesser des Schaftes (12) an dem betreffenden Querschnitt des Schaftes gemessen in Richtung der Tiefe der Schweiße ist, wobei jedoch die Eindringtiefe (D _e ) des Schweißpunktes (14) in den Schaft (12) nicht mehr als 0,35 mm beträgt, und daß der Durchmesser des Schaftes vor dem Schweißen am vorgesehenen Schweißpunkt max. 3 mm beträgt.

2. Kontaktbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schweißpunkt ein Überlapp-Schweißpunkt ist und daß der größte Durchmesser (D _a ) dieses Über­ lapp-Schweißpunktes (14) mindestens das 1,5fache seiner Tiefe (D _t ) im Kontaktbolzen beträgt.

3. Kontaktbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißpunkt ein Kehl- oder Eck-Schweißpunkt ist.

4. Kontaktbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe (D _e ) des Schweißpunktes in den Schaft (12) ungefähr 0,1-0,2 mm beträgt.

5. Kontaktbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung der Längs­ achse (20) des Kontaktkopfes (11) gemessene maximale Durchmesser (D _a ) des Schweißpunktes (14) größer ist als der halbe Außendurchmesser des Kontaktkopfes am Schweißpunkt.

6. Kontaktbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schweiß­ punkte (14) in Richtung der Längsachse des Schaftes (12) zueinander versetzt angeordnet sind.

7. Kontaktbolzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Versetzung der beiden Schweißpunkte mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,4 mm beträgt.

8. Kontaktbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Überlapp- Schweißpunktes (14) dessen größter Durchmesser (D _a ) un­ gefähr das 2- bis 4fache der Tiefe (D _t ) des Schweiß­ punktes im Kontaktbolzen (13) beträgt.

9. Kontaktbolzen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß insgesamt zwei Schweißpunkte (14) vorgesehen sind, deren Mitten, bezogen auf den Um­ fang des Kontaktkopfes, um ungefähr 180° zueinander winkelversetzt angeordnet sind.

10. Kontaktbolzen nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12) und/oder der Kontaktkopf (11) zumindest im wesent­ lichen aus härtbarem Stahl oder Kupfer-Beryllium besteht.

11. Kontaktbolzen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schaft (12) und/oder der Kontaktkopf (11) vernickelt sind, wobei vorzugsweise die Schicht­ dicke der Vernickelung mindestens 5 µm beträgt.

12. Kontaktbolzen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stahl ein C-Stahl ist.

13. Kontaktbolzen nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (12) oder der Kontaktkopf (11) aus Bronze oder Messing besteht.

14. Kontaktbolzen nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Schweiße maximal 700 HV beträgt.

15. Kontaktbolzen nach einem der Ansprüche 1-14, dessen Schaft in eine Bohrung des Kon­ taktbolzens eingesetzt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wandstärke der Bohrung (19) am vorgesehenen, vorzugsweise einen Über­ lapp-Schweißpunkt bildenden Schweißpunkt (14) vor dem Schweißen max. 0,4 mm, vorzugsweise ungefähr 0,1 bis 0,2 mm beträgt.

16. Kontaktbolzen nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißpunkt in einer Senke (60) des Kontaktkopfes beginnt, derart, daß er nicht über den größten Durchmes­ ser des Kontaktkopfes hinaus über den Kontakt­ kopf übersteht.

17. Kontaktbolzen, der zumindest teilweise aus härt­ barem Stahl besteht, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweiße des mindestens einen Schweißpunktes (14) gehärtet und angelassen ist.

18. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktbolzens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Kontaktkopf und/oder Schaft aus Stahl besteht oder in solchem Ausmaß Stahl enthält, daß die beim Schweißen entstehende Schweiße infolge ihrer raschen Abkühlung härtet und spröde wird, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kontaktbolzen einer Anlassen der Schweiße bewirkenden thermischen Nachbehandlung zur Verringerung der Härte und Sprödigkeit der Schweiße unterzogen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Anlassen im Vakuum oder unter Schutzgas erfolgt.

20. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktbolzens nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schweißpunkt durch Laser­ strahlschweißen hergestellt wird.

21. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktbolzens nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schweißpunkt durch Elektro­ nenstrahlschweißen hergestellt wird.

22. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktbolzens nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schweißpunkt durch Mikro­ plasmaschweißen hergestellt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schweißen mittels eines defokussierten Schweißstrahles erfolgt.