-
Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrische Kontaktmessköpfe, die
elektrische Verbindungen bilden, und insbesondere federbelastete
Kontaktmessköpfe
mit Federn außerhalb
der elektrischen, durch die Messköpfe gebildeten Verbindungen,
die bei elektrischen Testvorrichtungen verwendet werden wie beim
Bereitstellen von elektrischem Kontakt zwischen Diagnose- oder Testeinrichtungen
und einer elektrischen Vorrichtung wie einem zu testenden integrierten
Leiter.
-
FR-A-2224757
offenbart eine Nadel zum Abtasten von elektrischen Signalen insbesondere
an einem Messkopfpunkt auf einem auf einer gedruckten Leiterplatte
angebrachten Leiter, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Nadel
einen elektrisch leitenden Stab mit einem ersten spitzen Ende, eine
erste Hülse,
die an einem in etwa mittigen Teil des Stabes angebracht ist, eine
Feder, die zwischen der ersten Hülse
und dem zweiten Ende des Stabes angebracht ist und den Stab umfängt, um
ein elastisches Anbringen des Stabes in der ersten Hülse zu ermöglichen,
und ein Mittel aufweist, um die erste Hülse fest an einer Stützplatte,
nämlich
einer Testplatte, anzubringen, auf der die Nadel befestigt werden
und die die Nadel durchtreten soll.
-
Herkömmliche
federbelastete Kontaktmessköpfe
verfügen
im Allgemeinen über
einen beweglichen Kolben 2, über eine Hülse 3 mit einem offenen Ende 4,
um den vergrößerten Durchmesserabschnitt oder
das Lager 6 des Kolbens aufzunehmen, und über eine
Feder 5 zum Vorspannen des Weges des Kolbens in der Hülse (1A und 1B).
Das Kolbenlager 6 kommt mit der Innenfläche der Hülse verschiebbar in Eingriff.
Der vergrößerte Lagerabschnitt wird
durch eine Umbiegung 7 benachbart des offenen Hülsenende
gehalten.
-
Der
Kolben ist üblicherweise
einen ausgewählten
Abstand durch die Feder nach außen
vorgespannt und kann einen ausgewähl ten Abstand nach innen vorgespannt
oder gedrückt
werden, wenn Kraft auf die Feder ausgeübt wird. Axiales und seitliches Vorspannen
des Kolbens gegen die Hülse
unterbindet falsches Öffnen
oder Unterbrechungspunkte ohne Kontakt zwischen dem Kolben und der
Hülse. Der
Kolben ist im Allgemeinen massiv und weist einen Kopf oder eine
Spitze 9 zum Kontaktieren von zu testenden elektrischen
Vorrichtungen auf. Die Hülse kann
auch über
eine Spitze gegenüber
dem offenen Hülsenende
verfügen.
-
Die
Hülse,
der Kolben und die Spitze(n) bilden eine elektrische Verbindung
zwischen der zu testenden elektrischen Vorrichtung und der Testausrüstung und
sind deswegen aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt.
Typischerweise sind die Messköpfe
in Hohlräume
eingepasst, die in dem Dickenabschnitt einer Testplatte oder einer
Muffe ausgebildet sind. Im Allgemeinen wird eine Kontaktseite der
zu testenden elektrischen Vorrichtung, wie ein integrierter Leiter,
in Druckkontakt mit den Spitzen der Kolben, die durch eine Seite
der Testplatte oder Testmuffe vorstehen, gebracht, um den Federdruck
auf die elektrische Vorrichtung aufrechtzuerhalten. Eine mit der
Testausrüstung
verbundene Kontaktplatte wird mit den Spitzen der Kolben, die durch
die andere Seite der Testplatte oder Testmuffe vorstehen, in Kontakt gebracht.
Die Testausrüstung überträgt Testsignale auf
die Kontaktplatte, von wo aus sie durch die Testmesskopfverbindungen
auf die zu testende Vorrichtung übertragen
werden. Nachdem die elektrische Vorrichtung getestet wurde, wird
der durch die Federmessköpfe
ausgeübte
Druck gelöst
und die Vorrichtung aus dem Kontakt mit der Spitze jedes Messkopfes
entfernt. Bei herkömmlichen
Systemen wird der Druck durch ein Wegbewegen der elektrischen Vorrichtung
und der Messköpfe
voneinander gelöst,
wodurch die Kolben durch die Federkraft nach außen weg von der Hülse verschoben
werden können,
bis das Kolben lager mit dem vergrößerten Durchmesser mit der
Umbiegung 7 auf der Hülse
in Eingriff kommt.
-
Während des
Fertigungsprozess eines herkömmlichen
Federmesskopfes werden die Druckfeder, die Hülse und der Kolben getrennt
hergestellt. Die Druckfeder wird aufgewickelt und wärmebehandelt,
um eine Feder mit festgelegter Größe und kontrollierter Federkraft
herzustellen. Der Kolben wird üblicherweise
auf einer Drehbank gedreht und wärmebehandelt.
Die Hülsen
werden ebenfalls manchmal wärmebehandelt.
Die Hülsen
können
auf einer Drehbank oder durch einen Tiefziehvorgang geformt werden.
Alle Komponenten können
plattiert werden, um die Leitfähigkeit
zu verbessern. Die Federmesskopfkomponenten werden entweder von
Hand oder durch einen automatischen Vorgang zusammengebaut.
-
Um
einen mit einer inneren Federanordnung versehenen, in 1A dargestellten
Federmesskopf zusammenzubauen, wird die Druckfeder erst in die Hülse eingebracht,
dann wird das Kolbenlager 6 in die Hülse eingesetzt, um die Feder
zusammenzudrücken,
und die Hülse
wird bei ihrem offenen Ende zu einer Rolle umgebogen, um die Umbiegung 7 zu
bilden, die den Kolben zurückhält. Beim
Zusammenbauen eines mit einer äußeren Federanordnung
versehenen, in 1B dargestellten Federmesskopfes wird
die Feder über
dem Kolben angebracht und liegt an einer auf der Basis der Kolbenspitze 9 ausgebildeten
Flanschfläche 8 an.
Das Kolbenlager wird dann in die Hülse eingesetzt und die Hülse wird
zu einer Rolle umgebogen, um die Umbiegung 7 zum Zurückhalten
des Lagers zu bilden. Die Feder ist zwischen der Flanschfläche 8 und
dem Rand 11 des offenen Endes der Hülse angeordnet. Einige mit
einer inneren Federanordnung versehene Messköpfe bestehen aus zwei Kolben,
die jeweils ein in ein gegenüberliegendes
Ende einer Hülse
eingepasstes Lager aufweisen. Die beiden Kolben werden durch eine
Feder, die in die Hülse
zwischen den Lagern des jeweiligen Kolbens eingepasst ist, vorgespannt.
-
Wie
zu erkennen ist, ist das Zusammenbauen der Messköpfe ein aus mehreren Schritten
bestehender Vorgang. In Anbetracht dessen, dass Messköpfe zu Tausenden
hergestellt werden, wird eine Reduktion der Ausrüstung und der erforderlichen Schritte
zum Herstellen der Messköpfe
zu erheblichen Einsparungen führen.
-
Ein
wichtiger Aspekt beim Testen von integrierten Leiterplatten ist,
dass sie unter Hochfrequenzen getestet werden. So ist eine Impedanzanpassung
zwischen der Testausrüstung
und dem integrierten Leiter erforderlich, um eine Dämpfung der Hochfrequenzsignale
zu verhindern. Wie zuvor erläutert,
sind die Messköpfe
in Hohlräumen
in einer Testmuffe angeordnet. Wegen der hohen Anzahl von Messköpfen, die
in einem relativ kleinen Bereich in der Muffe verwendet werden,
ist der Abstand zwischen den Messköpfen minimal, was eine Impedanzanpassung
unmöglich
macht. Um eine Dämpfung der
Hochfrequenzsignale zu vermeiden, wird in derartigen Situationen
die Länge
der durch die Messköpfe
gebildeten, elektrischen Verbindungen auf ein Minimum reduziert.
Bei herkömmlichen
Messköpfen wird,
wenn die Verbindungslänge
minimiert wird, auch die Federlänge
und damit das Federvolumen minimiert.
-
Die
Betriebsdauer einer Feder sowie die durch eine Feder ausgeübte Kraft
sind proportional zu dem Federvolumen, das heißt, der Federdrahtlänge, dem
Durchmesser des die Feder bildenden Drahts und dem Durchmesser der
Feder selbst. Infolgedessen stehen die Federvolumenerfordernisse
für die
jeweilige Betriebsdauer und erforderliche Federkraft im Gegensatz
zu den kurzen Federlängenerfordernissen
zum Verhindern der Dämpfung
der Hochfrequenzsignale. Bei mit einer inneren Federanordnung ver versehenen
Messköpfen
wird die zusammengedrückte
Länge (hier
auch als „massive
Länge" bezeichnet) der
Feder beispielsweise durch die Hülsenlänge minus
die Länge
des vergrößerten Kolbenlagerabschnittes,
minus die Länge
der Hülse
zwischen der Umbiegung und dem offenen Hülsenende sowie minus die Länge des
Kolbenwegs begrenzt. Da der Durchmesser der Feder durch den Durchmesser
der Hülse
begrenzt ist, der durch den Durchmesser der Hohlräume in den
Testmuffen begrenzt ist, besteht die einzige Möglichkeit das Federvolumen
zu vergrößern, um
die Federbetriebsdauer sowie die Federkraft zu vergrößern, darin
die Gesamtlänge
der Hülse
zu vergrößern. Dies
führt jedoch
dazu, dass der Messkopf eine elektrische Verbindung mit einer größeren Länge aufweist,
was zu der unerwünschten Dämpfung der
Hochfrequenzsignale führt.
-
Für die jeweilige
Kraftausübung
ist eine bestimmte Federnachgiebigkeit erforderlich. Die Messkopffedernachgiebigkeit
ist durch die Länge
der Federausdehnung von der vollständig zusammengedrückten Stellung
in die vollständig
ausgezogene Stellung in dem Messkopf definiert. Demzufolge ist bei
herkömmlichen
Messköpfen
das Federvolumen durch die erforderliche Nachgiebigkeit begrenzt.
Eine längere
Feder, die in einen herkömmlichen,
mit einer inneren oder äußeren Feder
versehenen Messkopf eingebracht ist, wird die Kolbenbewegungslänge und damit
die Länge
verkürzen,
die sich die Feder aus der vollständig zusammengedrückten Stellung
ausdehnen kann. So verringert sich bei einem bestimmten Messkopf,
wenn sich die Federnachgiebigkeit erhöht, das Federvolumen und damit
auch die Federbetriebsdauer.
-
Eine
alternative, herkömmliche
Messkopfart besteht aus zwei durch eine Feder getrennten Kontaktspitzen.
Jede Kontaktspitze ist an einem Federende angebracht. Diese Art
von Messkopf stützt sich
auf die Wände
der Testplatte oder des Muffenhohl raums, in die oder den sie zum
seitlichen Abstützen
eingesetzt ist. Der elektrische Weg, der durch diese Art von Messkopf
geschaffen wird, bewegt sich spiralförmig den Federdraht zwischen
den zwei Kontaktspitzen herunter. Demzufolge weist dieser Messkopf
eine relativ lange elektrische Verbindungslänge auf, die eine Dämpfung der
Hochfrequenzsignale beim Testen von integrierten Leitern zur Folge
haben kann.
-
Deswegen
ist es wünschenswert,
dass die elektrische Verbindungslänge eines Messkopfes ohne eine
Verringerung des Federvolumens reduziert wird. Zusätzlich ist
es wünschenswert,
dass das Federvolumen ohne eine Verringerung der Federnachgiebigkeit
oder eine Vergrößerung der
elektrischen Verbindungslänge
erhöht
wird. Darüber
hinaus ist ein Messkopf wünschenswert,
der einfach hergestellt und zusammengebaut werden kann.
-
Die
Ansprüche
1 und 16 schaffen jeweils Lösungen
für diese
Probleme.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft den Federmesskopf gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 und das Verfahren zum Zusammenbauen eines Federmesskopfes gemäß dem unabhängigen Anspruch 16.
Die abhängigen
Ansprüche
führen
bevorzugte, jedoch optionale Merkmale auf.
-
Es
wird ein mit einer äußeren Feder
versehener Messkopf mit einer kürzeren
Länge als
bei herkömmlichen
Federmessköpfen
ohne Verringerung der Betriebsdauer oder Nachgiebigkeit der Messkopffeder
geschaffen. Darüber
hinaus wird ein Messkopf geschaffen, der einfach hergestellt und
zusammengebaut werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht der
Messkopf gemäß der vorliegenden Erfindung
aus zwei getrennten Abschnitten, die jeweils eine Spitze und einen
Flansch aufweisen. Eine Kontaktkomponente erstreckt sich von jedem
Messkopfab schnitt gegenüber
der Spitze. Die zwei Kontaktkomponenten berühren sich. Eine Feder ist zwischen
den zwei Flanschen angeordnet und umgibt die zwei Kontaktkomponenten.
Jeder Flansch kann irgendeine Oberfläche von einem Abschnitt des Messkopfes
sein, die die Feder stützen
kann. Die erste Kontaktkomponente ist eine Hülse, während die zweite Kontaktkomponente
eine Lagerfläche
ist. Die Lagerfläche
ist verschiebbar mit der Innenfläche der
Hülse in
Eingriff. Die Messköpfe
sind in Hohlräume
eingepasst, die auf beim Testen einer elektrischen Vorrichtung verwendeten
Testmuffen oder Testplatten ausgebildet sind. Die zu testende Leiterplatte
wird üblicherweise
mit einer Seite der Muffe oder Testplatte zusammengeführt, damit
die Plattenkontaktpunkte mit den Messkopfspitzen in Kontakt kommen.
Eine Kontaktplatte, die an der zum Testen der Leiterplatte verwendeten
Testausrüstung
angebracht ist, wird mit der anderen Seite der Muffe oder Testplatte
zusammengeführt
und kommt mit den zweiten Spitzen der Messköpfe in Kontakt.
-
Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
verfügt
der Messkopf über
eine Hülse,
einen Kolben und eine Feder. Die Hülse weist ein offenes Ende
zur Aufnahme des Kolbens auf. Eine Spitze ist auf der Hülse gegenüber dem
offenen Ende ausgebildet. Ein Flansch erstreckt sich radial von
der Hülse
benachbart der Hülsenspitze.
Der Kolben besteht aus einer Kontaktspitze und einem Schaft, der
sich gegenüber der
Kontaktspitze erstreckt. Eine zylindrische Oberfläche oder
ein Lager ist an dem Ende des Schafts gegenüber der Spitze ausgebildet.
Das Lager weist einen größeren Durchmesser
als den Durchmesser des Schafts auf. Ein Flansch erstreckt sich
ebenfalls radial von dem Kolben benachbart der Kolbenspitze. Eine
Umbiegefläche
ist zwischen dem Flansch und dem Lager ausgebildet.
-
Um
den Messkopf zusammenzubauen, wird die Feder so über der Hülse angeordnet, dass sie an dem
Hülsenflansch
anliegt.
-
Alternativ
wird die Feder so über
dem Lager und dem Schaft angeordnet, dass sie an dem Kolbenflansch
anliegt. Das Lager wird dann in die Hülse geschoben, bis die Umbiegefläche das
offene Ende der Hülse
kontaktiert. Wenn der Kolben und die Hülse weiterbewegt oder zueinander
zusammengedrückt
werden, übt
die Umbiegefläche
eine Kraft auf das offene Ende der Hülse aus, was dazu führt, dass das
offene Ende nach innen gekrümmt
oder auf andere Weise umgebogen wird, wodurch der Durchmesser des
offenen Hülsenendes
verkleinert wird. Demzufolge bildet das gekrümmte oder umgebogene Hülsenende
eine Sperre, um das Lager in der Hülse zurückzuhalten. Um das Krümmen oder
Umbiegen des Hülsenendes
zu erleichtern, können
sich zu dem Hülsenende
erstreckende Schlitze in Längsrichtung auf
der Hülse
angeformt sein.
-
Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
besteht die Hülse
und/oder der Kolben jeweils aus zwei Abschnitten. Vorzugsweise bilden
der Flansch und die Spitze der Hülse
den ersten Hülsenabschnitt, während der
hohle Hülsenabschnitt
den zweiten Hülsenabschnitt
bildet. Dementsprechend bilden der Flansch und die Spitze des Kolbens
den ersten Kolbenabschnitt, während
der Schaft und das Lager den zweiten Kolbenabschnitt bilden. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird das Lager durch das offene Hülsenende in den hohlen Hülsenabschnitt
eingepasst. Das offene Hülsenende
wird dann umgebogen. Die Feder wird über der Hülse angebracht. Wird eine zweiteilige
Hülse verwendet,
wird jetzt der erste, aus dem Flansch und der Spitze bestehende
Hülsenabschnitt
mit dem zweiten Hülsenabschnitt
verbunden. Wird ein zweiteiliger Kolben verwendet, wird jetzt der erste,
aus dem Flansch und der Spitze bestehende Kolbenabschnitt mit dem
zweiten Kolbenabschnitt verbunden.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel werden
Schlitze entlang der Hülse
ausgebildet, die sich zu dem offenen Hülsenende hin erstrecken und das
offene Hülsenende
in Abschnitte unterteilen. Wenigstens ein Abschnitt ist nach innen
umgebogen. Zum Bilden des Messkopfes gemäß diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Feder über
der Hülse
oder dem Kolbenlager angebracht. Das Kolbenlager wird dann durch
das offene Hülsenende
in die Hülse
geschoben, wodurch der (die) bereits umgebogene(n) Bereich(e) sich
nach außen
biegt (biegen). Wenn das Lager an dem (den) umgebogenen Abschnitt(en)
vorbei tiefer in die Hülse
gleitet, biegen sich die Abschnitte zurück nach innen in ihre ursprüngliche
bereits umgebogene Stellung und halten das Lager in der Hülse.
-
1A ist
eine Seitenansicht eines Messkopfes gemäß dem Stand der Technik.
-
1B ist
eine Seitenansicht eines Messkopfes gemäß dem Stand der Technik.
-
2 ist
ein Querschnitt des Messkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
3 ist
ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels
des Kolbens des Messkopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
4 ist
ein Querschnitt des Messkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei das offene Ende der Hülse
die Umbiegefläche
vor dem Umbiegen kontaktiert.
-
5 ist
ein Querschnitt des Messkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei der Kolben gegen die Hülse
zusammengedrückt
wird, um das offene Hülsenende
umzubiegen.
-
6 ist
ein Querschnitt des Messkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei der Kolben durch die Feder vollständig von der Hülse vorgespannt
ist.
-
7 ist
ein Querschnitt der Hülse
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit länglichen
Schlitzen, die auf dem offenen Hülsenende
vor dem Umbiegen angeformt sind.
-
8A ist
ein Querschnitt einer umgebogenen Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung
mit Schlitzen.
-
8B ist
eine Ansicht der in 8A dargestellten Hülse von
unten.
-
9 ist
ein Querschnitt eines Testmuffenabschnitts mit Messköpfen eines
Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
10 ist
ein Querschnitt eines Testmuffenabschnitts mit Messköpfen eines
anderen Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
11 ist
ein Explosionsquerschnitt einer Hülse mit einem hohlen Abschnitt
und einem Spitzen- und Flanschabschnitt.
-
12 ist
ein Querschnitt eines Testmuffenabschnitts mit Messköpfen eines
weiteren Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
13 ist
ein Querschnitt eines Testmuffenabschnitts mit Messköpfen eines
anderen Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Mit
Bezug auf 2 besteht der Messkopf 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel
aus einem Kolben 12, einer Hülse 18 und einer Feder 16.
Die Hülse
weist ein offenes Ende 20 auf. Eine Kontaktspitze 22 erstreckt
sich von dem Hülsenende,
das dem offenen Hülsenende
gegenüberliegt,
radial nach außen.
Ein Flansch 24 erstreckt sich üblicherweise von einem Punkt
benachbart der Spitze 22 radial von der Hülse nach
außen. Vorzugsweise
wird die Hülse
aus Messing gefertigt und vergoldet, es können aber auch andere elektrisch
leitende Materialien verwendet werden.
-
Der
Kolben verfügt
auch über
eine Kontaktspitze 26. Ein Flansch 28 erstreckt
sich ebenfalls radial üblicherweise
von einem Punkt unten an der Kontaktspitze. Der Außenflächendurchmesser 30 des
auf dem Kolben ausgebildeten Flansch ist gleich oder entspricht
in etwa dem Außenflächendurchmesser 32 des
auf der Hülse
ausgebildeten Flansch. Die Flansche sind vorzugsweise ringförmig.
-
Der
Kolben weist einen Schaft 34 auf, der sich axial in eine
der Kolbenkontaktspitze gegenüberliegende
Richtung erstreckt. Eine vergrößerte zylindrische
Oberfläche 36 ist
an dem Ende des Schafts angeformt und bildet ein Lager. Das Lager 36 verfügt über einen
etwas kleineren Durchmesser als der Innenflächendurchmesser der Hülse. Das
Lager ist vorzugsweise massiv, kann aber auch hohl sein. Der Kolben
wird vorzugsweise aus BeCu hergestellt und ist ebenfalls vergoldet.
-
Eine
Umbiegefläche 38 ist
zwischen dem Kolbenflansch und dem Lager ausgebildet. Die Umbiegefläche wird
verwendet, um das offene Ende 20 der Hülse umzubiegen oder auf andere
Weise nach innen zu krümmen,
wodurch der Durchmesser des offenen Endes verkleinert wird. Die
Umbiegefläche erstreckt
sich nicht bis zum Umfang des Kolbenflansches. Der Abstand zwi schen
dem äußeren Rand 40 der
Umbiegefläche
und der mittigen Achse 42 des Kolbens sollte zumindest
gleich und vorzugsweise größer sein
als der innere Radius 43 der Hülse sein. Vorzugsweise sollte
dieser Abstand zumindest so lang wie der Außenradius 44 der Hülse sein.
-
Die
Umbiegefläche
kann ringförmig
sein, das heißt,
sie kann den Kolben vollständig
umfassen. Alternativ kann die Umbiegefläche nur einen Abschnitt des
Kolbenumfangs umfassen. In diesem Fall können mehrere Umbiegeflächen um
den Kolben herum ausgebildet sein. Bei einem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Umbiegefläche
eine kegelstumpfförmige
Fläche,
die den Schaft umfängt. Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
ist die Umbiegefläche
ein Abschnitt einer kegelstumpfförmigen Fläche (nicht
dargestellt). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Umbiegefläche 38 im Querschnitt
U-förmig
sein, um das Hülsenende
umzubiegen, indem es dazu gebracht wird, sich auf sich selbst zu
wickeln, wie in 3 dargestellt ist.
-
Eine
Feder 16 mit einem inneren Radius 46, der größer als
der Außenflächenradius 44 der
Hülse, aber
nicht größer als
die Außenflächendurchmesser 30, 32 der
Flansche ist, wird über
der Hülse
und dem Kolben zwischen den Flanschen eingepasst. Vorzugsweise ist
auch der Außendurchmesser 50 der Feder
nicht größer als
die Außenflächendurchmesser 30, 32 der
Flansche. Die Feder wird vorzugsweise aus rostfreiem 302 Stahl hergestellt,
kann aber auch aus anderen Materialien gefertigt sein.
-
Der
Innenradius der Feder sollte länger
als der Abstand 52 zwischen der mittigen Kolbenachse 42 und
dem Rand 40 der Umbiegefläche sein. Zum Zusammenbauen
des Messkopfes wird die Feder über
der Hülse
angebracht und liegt an dem Hülsenflansch 24 an.
Alternativ wird die Feder über
dem Kolbenlager und dem Schaft angebracht und liegt an dem Kolbenflansch 28 an.
-
Das
Kolbenlager wird dann so in die Hülse geschoben, dass die Feder 16 zwischen
dem Hülsenflansch 24 und
dem Kolbenflansch 28 liegt. Die Hülse und der Kolben werden zueinander
bewegt, so dass das offene Ende 20 der Hülse mit
der Umbiegefläche 38 in
Eingriff kommt (4). Wenn die Hülse und
der Kolben während
der ersten Bewegung weiter aufeinander zu bewegt werden, werden
die Ränder 56 des
offenen Hülsenendes
durch die Umbiegefläche 38 zwangsweise
gekrümmt
oder radial nach innen umgebogen (5). Wenn
das Ende der Hülse einmal
umgebogen ist, wirkt es wie eine Sperre zum Zurückhalten des Lagers 36 in
der Hülse 18,
wenn der Kolben durch die Feder von der Hülse vorgespannt ist.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel,
bei dem die Umbiegefläche
eine kegelstumpfförmige
Oberfläche ist
(siehe 2, 4 und 5), übt die kegelstumpfförmige Umbiegefläche eine
radial nach innen gerichtete Kraft auf das offene Hülsenende
aus, wenn die Hülse
und der Kolben aufeinander zu zusammengedrückt werden. Die Bewegung des
Kolbens in Richtung der Hülse
endet, wenn das Lager die Basisfläche 51 der Hülse kontaktiert.
Auf diese Weise kann die zusammengesetzte Länge 58 des Schafts
und des Lagers, gemessen von der Basis des Schafts und angefangen
an der Kreuzung zwischen dem Schaft und der Umbiegefläche, verwendet
werden, um das Ausmaß des
Umbiegens des Hülsenendes
zu steuern. Beispielsweise, je kürzer die
zusammengesetzte Länge
ist, desto mehr wird umgebogen, das heißt, ein längerer Abschnitt des Hülsenendes
wird nach innen umgebogen. Durch Auswählen der geeigneten zusammengesetzten Schaft-
und Lagerlänge
kann die Länge
des gebogenen Abschnitts des Hülsenendes
so gesteuert werden, dass er nicht auf den Schaft trifft. Mit den
sich selbst umbiegenden Messköpfen der
Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Zusammenbauen des Messkopfes vereinfacht und die
Zusammenbauzeit reduziert, da keine getrennten Werkzeuge zum Zusammendrücken der
Feder oder getrennte Werkzeuge zum Umbiegen des Hülsenendes
erforderlich sind.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel,
bei dem die Umbiegefläche
den Kolben nicht vollständig
umspannt, wird die Umbiegefläche
nur einen Abschnitt des Hülsenendes
umbiegen. Vorzugsweise sollten einander gegenüberliegende Abschnitte der
Hülse zum
Zurückhalten
des Lagers umgebogen werden. Das kann durch sich einander auf dem
Kolben gegenüberliegend
erstreckende Umbiegeflächen
erreicht werden.
-
Um
das Umbiegen zu unterstützen,
können an
der Hülse
längliche
Schlitze 60 ausgebildet sein, die sich, wie in 7 dargestellt,
zu dem Hülsenende 20 hin
erstrecken. Zwei oder mehr gleich voneinander beabstandete Schlitze
werden bevorzugt. Die Schlitze unterteilen das offene Hülsenende
in Abschnitte 62 und erleichtern auch das Umbiegen der zylindrischen
Oberfläche
des offenen Hülsenendes radial
nach innen, wie in 8A dargestellt ist. Darüber hinaus
können,
wenn die Hülse
geschlitzt ist, die Abschnitte 62 des Hülsenendes zwischen den Schlitzen
zueinander gekrümmt
werden, so dass der Durchmesser des Hülsenendes 20 auf eine
kleinere Größe als der
Durchmesser des Lagers verengt werden kann, und wodurch eine Sperre
zum Zurückhalten
des Lagers in der Hülse
geschaffen wird. Diese Abschnitte können auch umgebogen werden,
wie in 8A und 8B dargestellt
ist.
-
Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel sind
die Hülsenabschnitte 62 bereits
nach innen gekrümmt
und/oder ihre Enden sind bereits nach innen gekrümmt (das heißt, bereits
umgebogen), bevor sie mit dem Lager in Eingriff kommen. Zumindest einer der
Abschnitte und vorzugsweise alle Abschnitte 62 des offenen
Hülsenendes,
die zwischen den Schlitzen ausgebildet sind, sind bereits nach innen
gekrümmt
und/oder bereits umgebogen, wie in 8A und 8B dargestellt
ist. Die Abschnitte des Hülsenendes
zwischen den Schlitzen können
sich biegen. Zum Zusammenbauen des Messkopfes wird das Lager durch
das bereits gekrümmte
und/oder bereits umgebogene offene Ende geschoben, wodurch die bereits
gekrümmten
und/oder bereits umgebogenen Abschnitte nach außen gebogen werden. Wenn das Lager
sich in der Hülse über die
bereits gekrümmten und/oder
bereits umgebogenen Abschnitte hinaus bewegt, biegen sich die bereits
gekrümmten und/oder
bereits umgebogenen Endabschnitte nach innen in ihre ursprüngliche
bereits gekrümmte und/oder
bereits umgebogene Stellung zurück,
so dass der (die) bereits gekrümmte(n)
und/oder bereits umgebogene(n) Abschnitt(e) eine Sperre zum Zurückhalten
des Lagers in der Hülse
bildet (bilden). Bei diesem Ausführungsbeispiel „schnappt" das Kolbenlager
in seine Stellung in der Hülse.
Auch wenn vorzugsweise alle Abschnitte bereits umgebogen und bereits
gekrümmt
sind, kann die Erfindung auch mit nur einem bereits nach innen gekrümmten und/oder bereits
umgebogenen Abschnitt ausgeführt
werden.
-
Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
die Hülse
oder der Kolben des Messkopfes jeweils mehrere Abschnitte aufweisen.
Beispielsweise können
die Spitze und der Flansch einer Hülse einen Abschnitt 200 bilden,
während
der hohle Hülsenabschnitt
einen zweiten Abschnitt 202 bilden kann (11).
Der hohle Hülsenabschnitt
kann einen Stift 204 aufweisen, der sich von seinem dem
offenen Ende 210 gegenüberliegenden
Ende 208 aus erstreckt. Der Spitzen- und Flanschabschnitt
kann über eine
axiale Öffnung 206 verfügen, die
entlang der mittigen Achse des Flansches und der Spitze ausgebildet
ist, angefangen an dem Flansch und weiter bis in die Spitze. Zum
Ausbilden der Hülse
wird der Stift 204 in die Öffnung 206 eingepasst.
Der Stift kann in die Öffnung
geschraubt oder durch Pressen in die Öffnung eingepasst werden, oder
der Spitzen- und Flanschabschnitt kann umgebogen werden, nachdem
der Stift in die Öffnung
eingepasst ist, wodurch die Innenfläche der Öffnung 206 den Stift
einschließt. Es
können
auch andere Methoden zum Verbinden der Abschnitte verwendet werden,
bei denen kein Stift verwendet wird, der aus dem hohlen Hülsenabschnitt
oder einer Öffnung
in dem Spitzen- und Flanschabschnitt vorsteht.
-
Bei
der Verwendung einer Hülse
oder eines Kolben aus mehreren Abschnitten kann die Feder über der
Hülse und
dem Kolben angebracht werden, nachdem das Hülsenende umgebogen ist. Beispielsweise
kann das Lager des Kolben durch das offene Ende des hohlen Abschnitts
in den hohlen Hülsenabschnitt
eingepasst werden. Das offene Ende des hohlen Abschnitts wird dann
umgebogen. Anschließend wird
eine Feder über
dem hohlen Hülsenabschnitt angeordnet
und gegen den Flansch des Kolben geschoben. Der Spitzen- und Flanschabschnitt
der Hülse
wird dann mit dem hohlen Hülsenabschnitt
verbunden. Alternativ kann auch ein Kolben mit zwei Abschnitten
verwendet werden, wobei die Spitze und der Flansch des Kolbens den
ersten Abschnitt und der Schaft und das Lager den zweiten Abschnitt
bilden. In diesem Fall wird, nachdem das offene Hülsenende
zum Zurückhalten
des Kolbenlagers umgebogen ist, die Feder über dem Kolben und der Hülse angebracht
und gegen den Flansch der Hülse
geschoben. Der Spitzen- und Flanschabschnitt des Kolbens wird dann
mit dem Lager- und Schaftabschnitt verbunden. Demzufolge muss bei
diesen Ausführungsbeispielen
die Feder nicht zusammengedrückt
sein, um das offene Hülsenende
zum Ermöglichen
des Umbiegens freizulegen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Länge 67 der
Feder im zusammengedrückten
Zustand (das heißt,
die Höhe
der kom pakten Feder) länger
als die Länge
der Hülse
sein, gemessen von der Flanschfläche 64 der
Hülse,
die die Feder stützt,
zu dem offenen Hülsenende.
Darüber
hinaus kann die nicht umgebogene Länge 66 der Hülse kürzer als
die Länge
der Höhe 67 der
kompakten Feder sein (5). Bei konventionellen inneren
Federmessköpfen
muss die Länge
der vollständig
zusammengedrückten
Feder andererseits kürzer
als die Länge
der Hülse
sein, um das (die) Kolbenlager aufzunehmen. Auf diese Weise kann
gemäß der vorliegenden
Erfindung für
jede Federlänge
eine kürzere
Hülsenlänge verwendet
werden. Deswegen kann ein kürzerer Messkopf
mit einer kürzeren
elektrischen Verbindung verwendet werden, ohne die Federlänge zu verkleinern.
Zusätzlich
ist, da die Feder außerhalb
der Verbindung liegt, bei jeder Federlänge die Feder größer als
eine innere Feder, da sie einen größeren Federdurchmesser und
deswegen eine längere
Drahtlänge aufweist.
Darüber
hinaus kann durch das Bewegen eines Flansches näher zu seiner jeweiligen Spitze, wie
beispielsweise beim Bewegen des Flansches 24 näher zu der
Spitze 22 der Hülse,
wie durch die gestrichelten Linien in 5 dargestellt
ist, eine längere Feder
verwendet werden, wodurch das Federvolumen und damit die Betriebsdauer
der Feder weiter erhöht
wird, ohne dass die Federnachgiebigkeit beeinträchtigt wird. Dementsprechend
ermöglicht
das Bewegen eines Flansches näher
zu seiner jeweiligen Spitze ein Verkürzen der Messkopflänge, ohne
dass die Federlänge
und Federnachgiebigkeit verringert wird.
-
Um
sicherzustellen, dass das Lager die innere Wand der Hülse kontaktiert,
um eine elektrische Leitung durch die Verbindung (das heißt, der
Kolben und die Hülse)
zu bilden, ist es wünschenswert,
dass der Messkopf seitlich vorgespannt ist, das heißt, dass eine
Krümmungskraft
auf den Messkopf ausgeübt wird,
um zu versuchen, den Messkopf entlang seiner Länge zu krümmen. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung wird dies durch die Verwendung einer Feder er reicht, deren
Enden nicht rechtwinklig sind, so dass die Länge 67 der Feder entlang
einer Seite der Hülse
länger
als die Länge 69 der
Feder entlang einer gegenüberliegenden Seite
der Hülse
ist (5). Dies wird durch das Verwenden einer Feder
erreicht, die an derselben Seite der Hülse beginnt und endet. In dieser
Hinsicht ist die Kraft, die durch die Feder auf den Kolben ausgeübt wird,
auf einer Seite der Hülse
größer (das
heißt,
die Seite, auf der die Feder länger
ist), wodurch der Kolben sich entlang einer in Bezug auf die Mitte
der Hülse
schrägen
Achse erstreckt, wodurch das Lager mit der Innenfläche der
Hülse in
Kontakt bleibt.
-
Ein
beispielhafter Messkopf gemäß der vorliegenden
Erfindung verfügt über eine
Länge 68, wenn
er durch eine Feder von etwa 3,3 mm (0,13 Inch), gemessen von der
Kolbenspitze bis zur Hülsenspitze,
vollständig
vorgespannt ist (6). Die Länge des beispielhaften, vollständig zusammengedrückten Messkopfes
beträgt
2,5 mm (0,1 Inch). Der beispielhafte Messkopf verfügt über eine
Strecke oder Nachgiebigkeit von etwa 0,76 mm (0,030 Inch) zwischen
der Hülse
und dem Kolben mit einer Federkraft von etwa 28,9 (1 Unze) bei einer
Strecke von etwa 0,51 mm (0,020 Inch).
-
Die
Messköpfe
werden üblicherweise
in den Hohlräumen 100,
die in Muffen (oder Testplatten) 102 ausgebildet sind,
eingepasst (9). Diese Hohlräume weisen
einen Durchmesser 104 auf, um die Messköpfe mit den äußeren Federn
aufzunehmen. An einer Endseite 106 der Muffe verengt sich
jeder Hohlraum zu einer Öffnung 108,
um ein Durchtreten der Messkopfspitze zu ermöglichen. Die Verengung der
Hohlräume
bildet Schultern 110 in den Hohlräumen. Wenn die Messköpfe in die
Hohlräume
eingesetzt sind, kommen ihre Kolbenflansche 28 mit den Hohlraumschultern 110 in
Eingriff, während
ihre Kolbenspitzen 26 über
die Muffe hinaus durch die Öffnungen 108 vorstehen.
Eine Deckplatte 112 mit Öffnungen 114 in demselben
Muster wie die Öffnun gen 108 auf
der Testmuffe wird mit der Testmuffe zusammengeführt, so dass die Hülsenspitzen 22 des
Messkopfes durch die Öffnungen 114 der
Deckplatte vorstehen. Die auf der Deckplatte angeformten Öffnungen
weisen einen größeren Durchmesser
als den Durchmesser der Spitzen, aber einen kleineren als der äußere Durchmesser
der Flansche auf. So kommt die Deckplatte mit den Hülsenflanschen 24 in Eingriff,
wenn die Messköpfe
gestreckt sind. Demzufolge können
die Muffen mit der Deckplatte ermöglichen, dass die Ausdehnung
der Messköpfe
begrenzt wird. Die Messköpfe
können
auch so angebracht werden, dass ihre Hülsenspitzen 22 die
Muffenöffnungen 108 durchtreten
und ihre Kolbenspitzen 26 die Deckplattenöffnungen 114 durchtreten.
-
Mit
Bezug auf 10 weisen die Messköpfe gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem anderen Ausführungsbeispiel
keine umgebogenen Hülsenenden 20 auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist jeder Kolben in einem Muffenhohlraum 100 angeordnet.
Dann wird eine Feder 16 über dem Kolben eingesetzt,
gefolgt von einer Hülse,
die in den Hohlraum geschoben wird, um von außen mit dem Kolben in Eingriff
zu kommen. Anschließend
wird die Deckplatte 112 mit der Muffe zusammengeführt. Die
in den Hohlräumen
angeformten Schultern 110 und die Deckplatte 112 ermöglichen
ein Zusammenhalten des Messkopfes. Ein Messkopf gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
erfordert keine getrennte Lagerfläche. Es ist eher so, dass der
Schaft 34 als Lagerfläche
für das
Lager gegen die inneren Hülsenwände fungiert
( 10). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser
des Schafts etwas kleiner als der innere Durchmesser der Hülse.
-
Anstatt
der Deckplatte 112 kann auch die Kontaktplatte (das heißt, die
Leiterplatte) 113, die mit der Testausrüstung 117 verbunden
ist, verwendet werden, um die Hohlräume 100 zu bedecken.
Die Kontaktplatte weist Kontaktpunkte 115 auf, die in einem
Muster angeordnet sind, um mit dem Messkopfabschnitt, den Kolben-
oder Hülsenspitzen,
wie den in 12 dargestellten Spitzen 224 von
einer Anordnung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
in Kontakt zu kommen. Anstatt der Kontaktplatte oder der Deckplatte
kann auch die zu testende Leiterplatte verwendet werden, um die
Hohlräume 100 zu schließen, so
dass die Kontaktpunkte auf der zu testenden Leiterplatte mit den
Messkopfspitzen in Kontakt kommen.
-
Weiterhin
kann die Muffe nur zylindrische Hohlräume 300 aufweisen,
wie in 13 dargestellt ist. In so einem
Fall wird die zu testende Leiterplatte 302 mit einer Seite
der Muffe zusammengeführt,
so dass ihre Kontaktpunkte 304 mit den Messkopfspitzen 324 von
einer Anordnung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,
in Kontakt kommen. Die mit der Testausrüstung 117 verbundene
Kontaktplatte 113 wird mit der gegenüberliegenden Seite der Muffe verbunden,
wobei die Leiterplatte und die Kontaktplatte die Messköpfe in den
Hohlräumen
halten.
-
Wie
gezeigt wurde, ermöglichen
alle oben genannten Messkopfausführungsbeispiele
eine Vergrößerung des
Federvolumens ohne eine Beeinträchtigung
der Federnachgiebigkeit und ermöglichen
ebenfalls eine Verkleinerung der Länge der elektrischen Verbindungen
ohne eine Verkleinerung des Messkopffedervolumens.
-
Auch
wenn die vorliegende Erfindung mit Bezug auf mehrere ihrer Ausführungsbeispiele
beschrieben und illustriert wurde, soll es so verstanden werden,
dass sie nicht dadurch begrenzt ist, da Änderungen und Abänderungen
darin vorgenommen werden können,
die in dem vollen vorgesehenen Bereich dieser Erfindung liegen,
wie er im Folgenden beansprucht wird.