DE4003552C2

DE4003552C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontaktkraftmessung

Info

Publication number: DE4003552C2
Application number: DE19904003552
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Phys Endrikat
Original assignee: Grote and Hartmann GmbH and Co KG
Current assignee: Grote and Hartmann GmbH and Co KG
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2010-02-07
Also published as: DE4003552A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Kontaktkraft von Kontaktfederarmen auf Kontaktstifte oder dergleichen bei elektrischen Steckverbindungen.

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 elektrischen Steckverbindung für einen geringen Kontaktwiderstand im Betriebszustand.

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.

Aus der DE 36 10 897 A1 geht eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kräfte im Bereich der Kontaktflächen zwischen einer Brillenfas sung und dem Kopf eines Brillenträgers hervor, die als Meßfühler ein Piezokristallelement aufweisen kann. Der piezoelektrisch arbeitende Kraft-Meßfühler mißt die Auslenkung zweier Hebelarme, die beim Anlegen der Brille an den Kopf durch den ausgeübten Druck gegeneinander bewegt werden.

Ein Meßgerät zur Bestimmung des Kompressionsdruckes orthopädi scher Kompressionsverbände und/oder -strümpfe ist aus der DE 31 32 557 A1 bekannt. Dieses Meßgerät enthält zwei gegeneinander bewegliche elektrische Kontakte, die mit einer Spannungsquelle und einer Signalanzeige zu einem Meßkreis verbunden sind, wobei die Kontakte als einseitig eingespannte Blattfedern ausgebildet und aus ihrer geschlossenen Stellung aufspreizbar sind. Die beim Aufspreizen der Kontakte gegen den zu messenden Kompressions druck angelegte Kraft wird als Kompressionsdruck gemessen.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen und direkten Ermittlung der von Kontaktfederarmen ausgeübten Kontaktkraft zu schaffen.

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.

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.

Aus der DE 28 31 938 C2 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.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht eine elektrische Steckverbindung, deren Funktion auf der Kontaktkraft beruht;

Fig. 2 perspektivisch und schematisch einen Meßtaster der Kontaktkraftmeßvorrichtung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Kontaktkraftmeßstift des Meßtasters.

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.

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).

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.

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.

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).

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.

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 Meßkontaktstec ker 12 aufgebaut werden.

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.

Claims

1. Verfahren zum Messen der von Kontaktfederarmen eines elek trischen Kontaktelementes einer elektrischen Steckverbin dung auf ein Kontaktelement eines elektrischen Gegenkon taktteils wirkenden Kontaktkraft mit einem Meßtaster aus einem harten Material, der mit elektrischen Meßanzeigegerä ten in Verbindung steht, wobei der Meßtaster in das Kon taktelement gesteckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkraft direkt gemessen und dafür ein piezo elektrischer Film verwendet wird, der zwischen zwei Plat tenelementen aus hartem Material angeordnet ist, auf die von außen die Kontaktkraft der Kontaktfederarme vertikal zur Folienebene aufgebracht wird, wobei als Meßtaster ein Meßkontaktelement mit den Abmessungen des im Betrieb der Steckverbindung verwendeten Kontaktelementes verwendet wird, und wobei der piezoelektrische Film zwischen zwei Meßkontaktelementhälften angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßtaster ein Meßkontaktelement mit zwei Meßkon taktelementhälften verwendet wird, die planparallel ausge bildet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Federkennlinie von Kontaktfederarmen ein Meßtaster unterschiedlicher Dicke verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßtaster mit nach hinten ansteigender Dicke ver wendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Ermüdung der Kontaktkraft der bzw. die Meßtaster mehrmals gesteckt werden.

6. Vorrichtung zur Messung der von Kontaktfederarmen eines elektrischen Kontaktelements einer elektrischen Steckver bindung auf ein Kontaktelement eines elektrischen Gegenkon taktteils wirkenden Kontaktkraft mit einem Meßtaster aus Hartmetall, der mit elektrischen Meßanzeigegeräten in Ver bindung steht, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen Film (10) zwischen zwei Steckele mentplatten (6, 7) aus hartem Material als Meßtaster.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Film (10) zwischen zwei überein ander angeordneten Meßkontaktelementhälften (9) angeordnet ist, die an die Vorderkante (8) der Steckelementplatten (6, 7) angebunden sind.

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.

9. Vorrichtung nach einem 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.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkontaktelementhälften (9) im wesentlichen plan parallel ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß das Meßkontaktelement (12) eine nach hinten ansteigende Dicke aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke kontinuierlich ansteigt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke stufenförmig ansteigt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßkontaktelement (12) eine nach hinten wechselnde Dicke aufweist.