DE4003552A1 - Contact force measurement of connector contact spring arms - using piezoelectric film between two hard metal elements for rapid, direct measurement - Google Patents

Contact force measurement of connector contact spring arms - using piezoelectric film between two hard metal elements for rapid, direct measurement

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Abstract

The method is for measuring the contact force exerted by contact spring arms of an electrical contact element of a plug connector on a contact element of an electrical counter contact part. A hard metal measurement sensor is plugged into the contact element and is connected to electrical measurement indicators. The contact force is measured directly using a piezoelectrical film mounted between two hard metal elements. The contact force acts externally on the hard metal elements perpendicularly to the foil plane. USE/ADVANTAGE - For quality control during connector production, the method and arrangement enable rapid direct contact force measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Kontaktkraft von Kontaktfederarmen auf Kontaktstifte oder dergleichen bei elektrischen Steckverbindungen.The invention relates to a method and an apparatus for Measurement of the contact force of contact spring arms on contact pins or the like in electrical connectors.

Bei der Entwicklung und in der Qualitätskontrolle der laufenden Produktion von insbesondere Flachfederkontakten für elektrische Steckverbindungen ist es erwünscht, innerhalb weniger Sekunden mit einfachen Mitteln die von einem Kontaktfederarm eines Kontaktteils auf z. B. einen Kontaktstift eines Gegenkontaktteils wirkende Kontaktkraft zu messen. Die Kontaktkraft sorgt bei einer elektrischenSteckverbindung für einen geringen Kontaktwiderstand im Betriebszustand.In the development and quality control of the ongoing Production of flat spring contacts in particular for electrical Plug connections are desirable within a few seconds with simple means of a contact spring arm Contact part on z. B. a contact pin of a mating contact part measure effective contact force. The contact force ensures one electrical connector for low contact resistance in the operating state.

In der Druckschrift "Siemens Forsch. u. Entwickl.-Ber., Bd. 5 (1976) Nr. 1, S. 28 bis 32" werden die Probleme, die bei der Messung der Kontaktkraft zu berücksichtigen sind und Möglichkei­ ten aufgezeigt, die Kontaktkraft derartiger Kontaktteile in ein elektrisches Signal umzuwandeln und somit die Kontaktkraft indirekt zu messen. Insbesondere wird ein Meßwertwandler beschrieben, der kompliziert aufgebaut ist und bei dem am Kontaktangriffspunkt eine Verformung stattfindet, die das Meßergebnis ungünstig beeinflussen kann. Es ist zwar ein Kontaktkraftmeßgerät auf der Basis dieses Meßwertwandlers auf dem Markt gewesen. Das Gerät hat sich aber wegen zahlreicher Mängel nicht bewährt und ist deshalb wieder vom Markt genommen worden.In the publication "Siemens Forsch. U. Entwicklungsl.-Ber., Vol. 5 (1976) No. 1, pp. 28 to 32 "the problems which arise with the Measurement of the contact force must be taken into account and possibility demonstrated the contact force of such contact parts in one convert electrical signal and thus the contact force to measure indirectly. In particular, a transducer described, which is complicated and in which on Contact attack a deformation takes place that the Measurement result can adversely affect. It's a  Contact force measuring device based on this transducer on the Market. The device has, however, because of numerous defects not proven and has therefore been withdrawn from the market.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen und direkten Ermittlung der von Kontaktfederarmen ausgeübten Kontaktkraft zu schaffen.The object of the invention is a method and an apparatus for quick and direct determination of contact spring arms to create exercised contact force.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den von diesen Ansprüchen abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the features of claims 1 and 6 solved. Advantageous developments of the invention are in the characterized by dependent claims dependent claims.

Demgemäß gelingt es, unter Verwendung eines piezoelektrischen Films, eingesetzt in einen Steckerstift oder dergleichen Gegensteckelement, die seit langem bekannten Probleme zu lösen, indem Steckerabmessungen gewählt werden, die denen im Betrieb tatsächlich verwendeter Stecker entsprechen. Da der piezoelektri­ sche Film wenig Raum erfordert, können Meßstecker als Meßtaster in Miniaturbauweise hergestellt werden. Daraus folgt, daß auch die gesamte Meßeinrichtung in Kleinbauweise erstellt werden kann. Der piezoelektrische Film ist flexibel und kann an die Raumform des Meßsteckers bzw. Meßtasters angepaßt werden; es bedarf daher keiner Anpassung der Raumform des Meßtasters mehr an einen Meßwertwandler; letzteres bedingte eine komplizierte Raumform des Meßtasters und Meßungenauigkeiten, die durch die vorliegende Erfindung vermieden werden können.Accordingly, it succeeds using a piezoelectric Films inserted in a pin or the like Mating connector to solve the long-known problems by choosing connector dimensions that match those in operation correspond to the connector actually used. Since the piezoelectric cal film requires little space, measuring plugs can be used as probes be manufactured in miniature construction. It follows that also the entire measuring device can be created in a small design. The piezoelectric film is flexible and can adhere to the spatial shape the measuring plug or probe are adapted; therefore it is necessary no more adjustment of the spatial shape of the probe to one Transducer; the latter caused a complicated spatial form of the Probe and measurement inaccuracies caused by the present Invention can be avoided.

Aus der DE-PS 28 31 938 ist ein Meßwertaufnehmer mit einem flexiblen Meßelement zur Messung mechanischer Größen bekannt, wobei zur Erfassung des Meßwerts als Meßelement ein flexibler piezoelektrischer Film dient, dessen gegenüberliegende Flächen mit elektrisch leitenden Kontaktflächen wenigstens teilweise in Verbindung stehen. Für den Meßwertaufnehmer verwendbare flexible piezoelektrische Filme werden in Sp. 3, Z. 47 bis 53, der Druckschrift angegeben. Als besonders geeignet wird ein Film aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) genannt. Mit dem bekannten Meßwert­ aufnehmer können Größen erfaßt werden, welche direkt oder über eine Vorrichtung einen Druck auf den piezoelektrischen Film ausüben, der senkrecht zu seiner Oberfläche wirkt. Der bekannte Meßwertaufnehmer soll mechanische Kräfte messen. Die Messung einer elektrischen Kontaktkraft wird nicht beschrieben.From DE-PS 28 31 938 a transducer with a flexible measuring element for measuring mechanical quantities is known, with a flexible piezoelectric film serving to measure the measured value, the opposite surfaces of which are at least partially connected to electrically conductive contact surfaces. Flexible piezoelectric films which can be used for the measurement transducer are specified in column 3 , lines 47 to 53 of the publication. A film made of polyvinylidene fluoride (PVDF) is mentioned as particularly suitable. With the known measuring transducer sizes can be detected, which exert a pressure on the piezoelectric film directly or via a device, which acts perpendicular to its surface. The known sensor is intended to measure mechanical forces. The measurement of an electrical contact force is not described.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht eine elektrische Steckverbindung, deren Funktion auf der Kontaktkraft beruht; Figure 1 shows schematically in a side view an electrical connector, the function of which is based on the contact force.

Fig. 2 perspektivisch und schematisch einen Meßtaster der Kontaktkraftmeßvorrichtung; Fig. 2 is a perspective and schematic of a probe of the contact force measuring device;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Kontaktkraftmeßstift des Meßtasters. Fig. 3 shows a longitudinal section through the contact force measuring pin of the probe.

Mit der erfindungsgemäßen Kontaktkraftmeßvorrichtung soll z. B. die Kontaktkraft des elektrischen Verbinders 1 gemessen werden, der z. B an einen elektrischen Leiterdraht 2 gecrimpt ist und kontaktbereichsseitig Kontaktfederarme 3 aufweist, zwischen die bei bestimmungsgemäßer Verwendung ein Kontaktstift 4 oder eine Leiterplatte oder dergleichen elektrisches Bauteil eines Gegenkontaktelements gesteckt wird. Dabei müssen die Kontaktfe­ derarme 3 eine bestimmte Kontaktkraft gewährleisten, damit der elektrische Widerstand zwischen den Kontaktfederarmen 3 und dem Kontaktstift 4 möglichst gering ist. Die elektrischen Verbinder sind häufig nicht so einfach aufgebaut wie die in Fig. 1 abgebildeten Verbinder. Es sind vielmehr sehr komplizierte und kleingebaute Elemente aus Blechstanzteilen, deren Kontaktkraft und insbesondere ggf. deren Federkennlinie der Kontaktfederarme ermittelt werden muß, um Aussagen über die Kontaktfähigkeit machen zu können. Dies gelingt auf direktem Wege mit der in den Fig. 2 und 3 abgebildeten Einrichtung.With the contact force measuring device according to the invention z. B. the contact force of the electrical connector 1 can be measured, the z. B is crimped onto an electrical conductor wire 2 and has contact spring arms 3 on the contact area side, between which, when used as intended, a contact pin 4 or a printed circuit board or similar electrical component of a mating contact element is inserted. The need of the arms 3 Kontaktfe ensure a certain contact force, so that the electrical resistance between the contact spring arms 3 and the contact pin 4 is as low as possible. The electrical connectors are often not as simple as the connectors shown in FIG. 1. Rather, they are very complicated and small-sized elements made of stamped sheet metal parts, the contact force and in particular the spring characteristic of the contact spring arms must be determined in order to be able to make statements about the contact capability. This succeeds directly with the device shown in FIGS. 2 and 3.

Der erfindungsgemäße Meßtaster 5 weist eine obere Platte 6 und eine untere Platte 7 z. B. aus Hartmetall oder Keramik auf. An der Vorderkante 8 jeder Platte 6, 7 ist eine Kontaktstifthälfte 9 angeformt. Zwischen den Platten 6, 7 und den Kontaktstifthälften 9 ist ein an sich bekannter piezoelektrischer Film 10 angeordnet, der - wie an sich bekannt - mittig als Meßelement den piezoelek­ trischen Film mit Kontaktoberflächen aufweist, wobei auf den Kontaktoberflächen elektrisch leitende Schichten als Elektroden angeordnet sind. Zwischen den elektrisch leitenden Schichten und den Hartmetallplatten 6, 7 bzw. den Kontaktstifthälften 9 ist eine elektrisch isolierende Schicht 11 vorgesehen, die neben der elektrischen Isolation einen mechanischen Verbund zwischen den Hartmetallplatten 6, 7 bzw. den Kontaktstifthälften 9 und dem piezoelektrischen Film gewährleisten soll. Die als Elektroden wirkenden elektrisch leitenden Schichten sind in an sich bekannter Weise über elektrisch leitende Elemente, z. B. Kabel oder Steckelemente, mit einem elektrischen Meßinstrument verbunden (nicht dargestellt).The probe 5 according to the invention has an upper plate 6 and a lower plate 7 z. B. made of hard metal or ceramic. A contact pin half 9 is formed on the front edge 8 of each plate 6 , 7 . Between the plates 6 , 7 and the contact pin halves 9 , a known piezoelectric film 10 is arranged, which - as is known per se - has the piezoelectric film with contact surfaces in the center as a measuring element, with electrically conductive layers being arranged as electrodes on the contact surfaces. Between the electrically conductive layers and the hard metal plates 6 , 7 or the contact pin halves 9 , an electrically insulating layer 11 is provided, which, in addition to the electrical insulation, is intended to ensure a mechanical bond between the hard metal plates 6 , 7 or the contact pin halves 9 and the piezoelectric film. The electrically conductive layers acting as electrodes are in a known manner via electrically conductive elements, for. B. cables or plug elements, connected to an electrical measuring instrument (not shown).

Der abgebildete Meßkontaktstift 12 wird aus den Kontaktstifthälf­ ten 9 und dem über die elektrisch isolierenden Schichten 11 mit diesen in Verbindung stehenden piezoelektrischen Film 10 gebildet. Die Abmessungen des Meßkontaktstifts 12 betragen z. B.: Länge: etwa 1 mm
Breite: 0,7 mm
Dicke: 0,7 mm.The measuring contact pin 12 shown is formed from the contact pin halves 9 and the piezoelectric film 10 connected to them via the electrically insulating layers 11 . The dimensions of the measuring contact pin 12 are, for. E.g .: length: about 1 mm
Width: 0.7 mm
Thickness: 0.7mm.

Damit entsprechen insbesondere die Breite und Dicke den Abmessun­ gen des Kontaktstifts 4, der im Betriebszustand der elektrischen Steckverbindung in den elektrischen Verbinder 1 gesteckt ist. Zur Messung der Kontaktkraft wird der Meßkontaktstift 12 mit einer vorbestimmten Länge zwischen die Kontaktfederarme 3 geschoben. Die Kraft, die die Kontaktfederarme 3 auf die planparallelen Oberflächen 13 des Meßkontaktstifts 12 ausüben, wird mit dem nicht dargestellten Meßinstrument direkt gemessen.This corresponds in particular to the width and thickness of the dimensions of the contact pin 4 , which is inserted into the electrical connector 1 in the operating state of the electrical connector. To measure the contact force, the measuring contact pin 12 is pushed with a predetermined length between the contact spring arms 3 . The force exerted on the contact spring arms 3, the plane-parallel surfaces 13 of the Meßkontaktstifts 12 is measured directly with the measuring instrument, not shown.

Vorteilhaft ist, daß der Verlauf der Kontaktkraft während des Steckens mit entsprechenden, an sich bekannten Meßinstrumenten registriert werden kann, so daß auch die Auswirkungen von Fehlsteckungen oder Schrägsteckungen ermittelt werden können. Zudem kann die Kontaktkraftermüdung durch häufiges Stecken des Meßkontaktstifts 12 festgestellt werden. Auch ist die Ermittlung der Federkennlinie möglich, indem Meßkontaktstifte 12 unter­ schiedlicher Dicke oder ein Meßkontaktstift 12 mit nach hinten, d. h. zu den Platten 6, 7 hin stufenweise oder kontinuierlich ansteigender Dicke oder wechselnder Dicke verwendet werden (nicht dargestellt).It is advantageous that the course of the contact force during the insertion can be registered with corresponding measuring instruments known per se, so that the effects of incorrect insertion or oblique insertion can also be determined. In addition, the contact force fatigue can be determined by frequently inserting the measuring contact pin 12 . It is also possible to determine the spring characteristic by using measuring contact pins 12 of different thicknesses or a measuring contact pin 12 with a thickness that increases gradually or continuously or alternately to the plates 6, 7 toward the plates 6, 7 (not shown).

Da sich die Dimension des Meßkontaktstifts 12 während der Messung nicht verändert, ist die Messung sehr genau, einfach und schnell - weil direkt - auszuführen, wobei der Aufbau des Meßkontakt­ stifts 12 sehr einfach ist.Since the dimension of the measuring contact pin 12 does not change during the measurement, the measurement is very precise, simple and quick - because direct - to be carried out, the structure of the measuring contact pin 12 being very simple.

Anstelle des Meßkontaktstifts 12 kann jedes andere Steckelement, das im Betriebszustand der Steckverbindung verwendet wird, simuliert werden. Zum Beispiel kann ein einer Leiterplatte gleichendes Steckelement oder eine Steckverbinderzunge oder ein Steckerdraht oder dergleichen im Prinzip wie der Meßkontaktstek­ ker 12 aufgebaut werden.Instead of the measuring contact pin 12 , any other plug element that is used in the operating state of the plug connection can be simulated. For example, a plug element similar to a printed circuit board or a connector tongue or a plug wire or the like can be constructed in principle like the measuring contact plug 12 .

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung gelingt es erstmals, auch die Kontaktkraft von Kontakten, die mit einer Stahlüberfeder ausgerüstet sind, zu messen.According to the inventive method or with the ß device succeeds for the first time, also the contact force of Contacts that are equipped with a steel spring, too measure up.

Claims (14)

1. Verfahren zum Messen der von Kontaktfederarmen eines elektrischen Kontaktelements einer elektrischen Steckverbin­ dung auf ein Kontaktelement eines elektrischen Gegenkontakt­ teils wirkenden Kontaktkraft mit einem Meßtaster aus Hartmetall, der mit elektrischen Meßanzeigegeräten in Verbindung steht, wobei der Meßtaster in das Kontaktelement gesteckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkraft direkt gemessen und dafür ein piezo­ elektrischer Film verwendet wird, der zwischen zwei Hartmetallelementen angeordnet ist, auf die von außen die Kontaktkraft vertikal zur Folienebene aufgebracht wird.1. A method for measuring the contact force of contact spring arms of an electrical contact element of an electrical plug connection on a contact element of an electrical mating contact, with a measuring probe made of hard metal, which is connected to electrical measuring display devices, the measuring probe being plugged into the contact element, characterized in that that the contact force is measured directly and a piezoelectric film is used for this purpose, which is arranged between two hard metal elements, to which the contact force is applied vertically to the film plane from the outside. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßtaster ein Meßkontaktelement mit Abmessungen des im Betrieb der Steckverbindung verwendeten Kontaktelements verwendet wird, wobei der piezoelektrische Film zwischen zwei Meßkontaktelementhälften, die planparallel ausgebildet sind, angeordnet ist.2. The method according to claim 1, characterized, that as a probe a measuring contact element with dimensions of contact element used in the operation of the plug connection is used, the piezoelectric film between two measuring contact element halves that are plane-parallel are arranged. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Federkennlinie von Kontaktfederarmen ein Meßtaster unterschiedlicher Dicke verwendet wird.3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized,  that to determine the spring characteristic of contact spring arms a probe of different thickness is used. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßtaster mit nach hinten ansteigender Dicke verwendet wird.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized, that a probe with increasing thickness to the rear is used. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Ermüdung der Kontaktkraft der bzw. die Meßtaster mehrmals gesteckt werden.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized, that to determine the fatigue of the contact force of the the probes are inserted several times. 6. Vorrichtung zur Messung der von Kontaktfederarmen eines elektrischen Kontaktelements einer elektrischen Steckverbin­ dung auf ein Kontaktelement eines elektrischen Gegenkontakt­ teils wirkenden Kontaktkraft mit einem Meßtaster aus Hartmetall, der mit elektrischen Meßanzeigegeräten in Verbindung steht, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Film (10) zwischen zwei Steckele­ mentklappen (6, 7) aus Hartmetall als Meßtaster.6. The device for measuring the contact spring arms of an electrical contact element of an electrical plug connection on a contact element of an electrical mating contact, partially acting contact force with a probe made of hard metal, which is connected to electrical measuring display devices, in particular for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 5, characterized by a piezoelectric film ( 10 ) between two Steckele element flaps ( 6 , 7 ) made of hard metal as a probe. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Film (10) zwischen zwei übereinan­ der angeordneten Meßkontaktelementhälften (9) angeordnet ist, die an die Vorderkante (8) von Hartmetallplatten (6, 7) angebunden sind.7. The device according to claim 6, characterized in that the piezoelectric film ( 10 ) between two superimposed on the arranged measuring contact element halves ( 9 ) which are connected to the front edge ( 8 ) of hard metal plates ( 6 , 7 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der außenseitig Elektroden aufweisende Film (10) über eine Isolierschicht (11) mit der jeweiligen Meßkontaktele­ menthälfte (9) in Verbindung steht. 8. The device according to claim 6 and / or 7, characterized in that the outside electrode film ( 10 ) via an insulating layer ( 11 ) with the respective Meßkontaktele element half ( 9 ) is in communication. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkontaktelementhälften (9) zusammen mit den Schichten (11) und dem piezoelektrischen Film (10) das Meßkontaktsteckelement (12) bilden, das die Abmessungen des im Betrieb der elektrischen Steckverbindung verwendeten Kontaktelements (4) aufweist.9. The device according to one or more of claims 6 to 8, characterized in that the measuring contact element halves ( 9 ) together with the layers ( 11 ) and the piezoelectric film ( 10 ) form the measuring contact plug element ( 12 ) which the dimensions of the in operation Electrical connector used contact element ( 4 ). 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkontaktelementhälften (9) im wesentlichen planparallel ausgebildet sind.10. The device according to one or more of claims 6 to 9, characterized in that the measuring contact element halves ( 9 ) are formed substantially plane-parallel. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßkontaktelement (12) eine nach hinten ansteigende Dicke aufweist.11. The device according to one or more of claims 6 to 9, characterized in that the measuring contact element ( 12 ) has a thickness increasing to the rear. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke kontinuierlich ansteigt.12. The device according to claim 11, characterized, that the thickness increases continuously. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke stufenförmig ansteigt.13. The apparatus according to claim 11, characterized, that the thickness increases gradually. 14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßkontaktelement (12) eine nach hinten wechselnde Dicke aufweist.14. The device according to one or more of claims 6 to 9, characterized in that the measuring contact element ( 12 ) has a thickness which changes to the rear.
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