DE3410093C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Federkontaktstift gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei den bekannten Federkontaktstiften dieser Art bestanden die Schrau­ bendruckfedern aus Runddraht.

Prüfadapter, die eine Vielzahl von Federkontaktstif­ ten aufweisen, sind bekannt (Jahrbuch der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie, Band 30, 1979, S. 269-276). Da die durch die Federkontaktstifte eines Prüfadapters gleichzeitig zu kontaktierenden Prüfstellen (Prüfpunkte) eines Prüflings, wie einer Leiterplatte, integrierter Schaltung oder dergl., oft in sehr geringen Mittenabständen voneinander angeordnet sind, müssen benachbarte Federkontaktstif­ te in entsprechend geringen Abständen ihrer Längs­ achsen voneinander angeordnet werden können, was ge­ ringe Außendurchmesser ihrer Mantelrohre erforderlich macht, da diese etwas kleiner sein müssen als der Mittenabstand benachbarter Prüfpunkte des Prüf­ lings. Andererseits begrenzen die Außendurchmesser der Mantelrohre der betreffenden Federkontaktstifte die anwendbaren Mittenabstände benachbarter Prüf­ stellen des Prüflings und damit auch dessen Miniatu­ risierung. Sehr kleine Durchmesser der Mantelrohre machen aber auch Schraubendruckfedern sehr geringer Außendurchmesser erforderlich und man stößt hier bei den bisher verwendeten Schraubendruckfedern aus Rund­ draht auf Grenzen der Herstellungsgenauigkeit und auch der Federkraft, die eine weitere Verringerung der Durchmesser der Schraubendruckfedern und damit der sie aufnehmenden Mantelrohre bisher verhinder­ ten, so daß man bisher mit den Mantelrohraußendurch­ messern praktisch nicht unter 0,7 mm kam. Und zwar muß die Schraubendruckfeder auch eine relativ hohe Federkraft auf den Kontaktkolben des Federkontakt­ stiftes ausüben, da der Kopf dieses Kontaktkolbens beim Kontaktieren einer Prüfstelle eines Prüflings sicheren, widerstandsarmen Kontakt herstellen muß und zu diesem Zweck ggfs. auch Schmutz- und Oxid­ schichten an der betreffenden Prüfstelle des Prüf­ lings durchstoßen muß. Im allgemeinen muß die Schraubendruckfeder Kräfte von ca. 50-300 cN (Gramm) ausüben können. Auch die erzielbare Lebensdauer der Schraubendruckfeder setzt der Verringerung ihres Durchmessers Grenzen. Die Schraubendruckfedern müs­ sen in den Federkontaktstiften sehr hohe Anzahlen von Lastwechseln von bspw. 1 Million und mehr aus­ halten und ihre Lebensdauer nimmt mit der Verringe­ rung ihrer Außendurchmesser bei gegebener Feder­ kennlinie ab.

Man hat deshalb bisher, um besonders geringe Mitten­ abstände von gleichzeitig durch einen Prüfadapter prüfbaren Prüfpunkten von Prüflingen zu ermöglichen, mit dem Kolben des Federkontaktstiftes einen dünnen, drahtförmigen Fortsatz verbunden und diesen in einer Kanüle bis nahe an den Prüfling geführt (Jahrbuch der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie, wie oben, S. 273/276). Die freien Enden der Fortsätze konnten so enger zusammengerückt werden als die Fe­ derkontaktstifte selbst. Dies ergab aber eine sehr schwierig herzustellende, empfindliche und kosten­ aufwendige Konstruktion. Auch sind die Fortsätze in den Kanülen nicht reibungsfrei zu führen und es tre­ ten leicht Störungen und auch Verringerung der von der Feder auf den Kolben ausgeübten Kraft auf dem Weg des Fortsatzes in der Kanüle auf.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Fe­ derkontaktstift der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, der besonders geringe maximale Außendurchmesser seines Mantelrohres bei voll ausreichender max. Federkraft und hoher Lebensdauer ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Feder­ kontaktstift gemäß Anspruch 1 gelöst. Unter Formdraht ist Draht unrunden Querschnittes verstanden.

Bei dem erfindungsgemäßen Federkontaktstift läßt sich der Außendurchmesser der Schraubendruckfeder und da­ mit der des Mantelrohres verringern und/oder höhere Federkraft und/oder höhere Lebensdauer erreichen, da der für die Feder zur Verfügung stehende Raum innerhalb des Mantelrohres besser für das Material der Schrauben­ druckfeder ausgenutzt werden kann, indem das Volumen des Drahtes der Schraubendruckfeder größer als bei Einsatz von Runddraht vorgesehen werden kann. Auch läßt sich die Schraubendruckfeder infolge des Form­ drahtes leichter und billiger mit der nötigen Präzision als bei Verwendung von Runddraht wickeln. Und zwar sinkt bei gegebener Größe der Schraubendruckfeder ihre Lebensdauer mit zunehmender Federkraft und die Er­ findung erhöht die Lebensdauer der Schraubendruck­ feder bei gegebener Federkraft bzw. bei gegebener Lebensdauer läßt sich die Federkraft erhöhen und/oder ihr Außendurchmesser verringern.

Es ist zwar bekannt, Schraubenfedern aus Vierkantdraht herzustellen, ("Bauelemente der Feinmechanik" von Richter, Voll, Kozer, 8. Auflage, VEB Verlag Technik Berlin 1959, S. 381/382), jedoch in der Hauptsache nur dann, wenn eine Druckfeder verlangt wird, die so weit zusammengedrückt werden soll, daß die Federgänge sich berühren und so einen festen Anschlag bilden. Bei Federkontaktstiften ist es dagegen nicht zulässig, die Schraubendruckfedern maximal zusammenzudrücken, d. h., bis sich ihre Windungen berühren, denn dann wird die maximal mögliche Zahl von Arbeitshüben des Federkontaktstiftes stark reduziert und es könnten die empfindlichen Prüflinge beschädigt werden.

Es ist ferner eine Kontaktierungseinrichtung zum elektrischen Kontaktieren von in eine Öffnung ihres Gehäuses einsteckbaren Pins bekannt (DE-AS 29 46 570). Die Kontaktierung erfolgt dadurch, indem man nach dem Einstecken des Pins einen Druckknopf so tief eindrückt, bis zwei seitlich des Pins befindliche Kontaktfedern den Pin von beiden Seiten her kontaktieren. Die Kontaktfedern werden vom Druckknopf unter Zwischen­ schaltung einer als Doppelfeder ausgebildeten Schraubendruckfeder gegen die Wirkung einer normalen Schraubendruckfeder, die als Rückstellfeder dient, verschoben. Die Doppelfeder ist ersichtlich deshalb aus zwei einzelnen normalen Schraubendruckfedern zusammengesetzt, damit diese beiden Schraubendruckfedern und die Rückstellfeder unter sich gleich ausgebildet sein können. Für Prüfadapter ist diese Kontaktier­ einrichtung schon wegen ihrer großen Abmessungen nicht geeignet. Auch kann sie nur in ihre Öffnungen einschiebbare Pins prüfen, also keine Prüflinge im Sinne des Anspruches 1 der Anmeldung.

Der erfindungsgemäße Federkontaktstift eignet sich besonders gut dazu, mit besonders geringen Außendurchmessern seines Mantelrohres hergestellt zu werden, insbesondere mit kleineren Außendurchmes­ sern des Mantelrohres, als es bisher bei Einsatz von Schraubendruckfedern aus Runddraht bei vergleichbarer Lebensdauer und bei vergleichbarer Federkraft möglich war. Bevorzugt kann der Außendurchmesser des Mantel­ rohres des Federkontaktstiftes max. 0,6 mm, insbe­ sondere max. 0,5 mm, besonders vorteilhaft max. 0,4 mm betragen. Bevorzugt kann ferner der Mantelrohraußen­ durchmesser gleich oder größer 0,3 mm sein. Die Er­ findung bietet auch Vorteile, wenn der Außendurch­ messer des Mantelrohres etwas größer als 0,6 mm, insbesondere 0,6-1,0 mm ist. Die Vorteile des neuartigen Federkontaktstiftes kommen jedoch besonders ausgeprägt bei sehr kleinen Mantelrohraußendurchmessern von max. 0,6 mm zum Tragen.

Bevorzugt kann der Querschnitt des Formdrahtes der Feder mehrkantig, vorzugsweise vierkantig sein. Zweck­ mäßig ist auch ein schwach balliger Querschnitt, vor­ zugsweise mit vier konvexen Längsseiten, die über ab­ gerundete Ecken ineinander übergehen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Windungen der Schraubendruckfeder im entspann­ ten Zustand der Feder an den beiden Längsendbereichen der Feder kleineren Abstand voneinander haben als die übrigen Windungen. Hierdurch läßt sich bessere Anlage der Druckfeder an den Kontaktkolben und an ihr ande­ res Federwiderlager erreichen und im Falle des An­ schweißens der Schraubendruckfeder an das Mantelrohr und/oder den Kontaktkolben auch leichteres Anschwei­ ßen. Auch kann man, wenn gewünscht, am Kontaktkolben und/oder an der betreffenden Stirnwand des Mantel­ rohres einen Zentrieransatz vorsehen, der in den betreffenden Endbereich der Schraubendruck­ feder eingreift. Auch verhaken sich die Schrauben­ druckfedern nach ihrer Herstellung vor ihrem Vereinzeln nicht so leicht. Die Zentrierung der Feder ergibt geringere Rei­ bung und optimale Federkraftausnutzung.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Schraubendruckfeder mindestens zwei Windungen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, vorzugsweise die Durchmesser der Windungen an den Längsendberei­ chen der Schraubendruckfeder kleiner als die der übri­ gen Windungen sind. Dies ermöglicht auch bei fehlender Zen­ trierung der Schraubendruckfeder, daß ihre Enden nicht an den kreiszylindrischen Bereich des Mantelrohres an­ stoßen, was günstig ist.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Federkontakt­ stift gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 den Querschnitt der Feder des Federkontakt­ stiftes nach Fig. 1 in vergrößerter Dar­ stellung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Schraubendruck­ feder in vergrößerter Darstellung, wie sie anstelle der in Fig. 1 dargestellten Schrau­ bendruckfeder in den dortigen Federkontakt­ stift eingesetzt werden kann,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine für einen nicht dargestellten Federkontaktstift bestimmte Schraubendruckfeder gemäß einem dritten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 und 6 je einen geschnittenen Ausschnitt aus einer Schraubendruckfeder für einen nicht darge­ stellten Federkontaktstift.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Feder­ kontaktstift 10 dargestellt. Dieser weist ein Mantel­ rohr 11 auf, das einen kreiszylindrischen Hauptbe­ reich 12 aufweist, an den nach oben ein kegelstumpf­ förmiges, abgeschlossenes Stirnende 13, nach unten ein kegelstumpfförmiges Stirnende 14 mit mittiger Öff­ nung 17 für einen Schaft 15 eines in diesem Mantel­ rohr 11 axial geradegeführten Kontaktkolbens 16 an­ schließt. Alle Teile dieses Federkontaktstiftes 10 be­ stehen aus elektrisch gut leitendem Metall, so daß er nur geringen elektrischen Widerstand aufweist und so, wenn er eine Prüfstelle 19 eines zu prüfenden Prüflings 20 kontaktiert, eine elektrisch gut lei­ tende Verbindung zwischen der betreffenden Prüfstelle 19 und einem an sein oberes, als Kontaktende dienen­ des Stirnende 13 angeschlossenen, bspw. angeschweiß­ ten oder angelöteten Leitungsdraht 21 herstellt, wel­ cher Leitungsdraht 21 zu einer nicht dargestellten elektrischen Auswertevorrichtung weitergeführt ist, die bei der Prüfung eines Prüflinges die mittels der Federkontaktstifte geleiteten Prüfsignale auf Fehlerfreiheit des Prüflings auswertet.

Der Kontaktkolben 16 weist einen innerhalb des Mantel­ rohres 11 in dessen Hauptbereich 12 mit Gleitlager­ spiel geradegeführten kreiszylindrischen Abschnitt 23 auf, an den obenseitig eine kegelförmige Spitze 24 anschließt, auf der eine zylindrische Schrauben­ druckfeder 25, sich hierdurch auf dem Kontaktkolben zentrierend, lastet und deren oberes Ende an der Innenseite der oberen Stirnwand 13, sich auf derem kegelstumpfförmigen Bereich zentrierend, anliegt. In der dargestellten Ruhestellung des Kolbens 16 liegt dieser mit einem kegelstumpfförmigen Bereich 26 an der unteren Stirnwand 14 des Mantelrohres 11 an und durchdringt dessen Öffnung 17 mit seinem Schaft 15. An den Schaft 15 schließt ein Kontakt­ kopf 27 des einstückigen Kontaktkolbens 16 an, der dem Kontaktieren von Prüflingen, wie 20, dient und in diesem Ausführungsbeispiel eine kegelförmige Spitze aufweist. Der Kontaktkopf 27 kann jedoch auch andere Gestalt haben, bspw. hohlkegelförmig, mit glatter, kantiger oder gekerbter Oberfläche, oder auf sonsti­ ge Weise ausgebildet sein. Die Schraubendruckfeder 25 lastet mit Vorspannung auf dem Kontaktkolben 16, die zweckmäßig ungefähr 10-30 cN betragen kann. Die Federkraft im Ar­ beitspunkt kann zweckmäßig etwa 50-300 cN betragen.

Der Querschnitt des vierkantigen Formdrahtes 29 der Schraubenfeder 25 der Fig. 1 ist rechteckförmig und in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Aus den Fig. 3 bis 6 sind andere Querschnitte der Formdrähte der Schraubendruckfeder 25 ersichtlich. In Fig. 2 ist die längste Seite des rechteckförmigen Querschnittes des Drahtes 29 senkrecht zur Längsachse der Schrauben­ druckfeder 25 und im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist die längste Seite des Querschnittes des Drahtes 29 parallel zur Längsachse der Schraubendruckfeder 25 gerichtet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 be­ steht die dargestellte zylindrische Schraubendruck­ feder 25 aus einem Formdraht 29 quadratischen Quer­ schnittes, wobei ferner noch die an seinen Enden vor­ gesehenen jeweils letzten beiden Windungen 30 geringe­ ren Abstand voneinander haben, als die zwischen ihnen liegenden Windungen 31.

Anstatt zylindrische Schraubendruckfedern können in manchen Fällen auch nicht zylindrische Schraubendruckfedern zweckmäßig sein, wie bspw. Kegel- oder Doppelkegelfedern oder dergl., die mindestens zwei Windungen unterschiedlicher Durchmesser haben.

Die Schraubendruckfeder nach Fig. 4 weist ca. 5 Win­ dungen konstanten, größten Durchmessers auf, und an die­ se 5 Windungen schließen zu beiden Seiten je zwei im Durchmesser kleinere Windungen an, wodurch die beiden Federenden nicht zur Anlage an das Mantel­ rohr kommen können, was günstig für die Lebensdauer und für geringe Reibung ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die vier Seiten des Querschnittes des Formdrahtes 29 der Schraubendruckfeder 25 jeweils schwach konvex, d. h. ballig, und über abgerundete Ecken miteinander verbunden. Der Formdraht 29 dieser Feder 25 nach Fig. 5 läßt sich bspw. durch Flachwalzen von Rund­ draht auf einfache Weise herstellen. Die Formdrähte 29 der Federn nach den Fig. 1-4 und 6 können ggfs. auch durch Flachwalzen von Runddraht und auch auf andere Weise, bspw. durch Ziehen hergestellt werden. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für Form­ drähte derartig kleiner Durchmesser kann bevorzugt darin bestehen, daß der Formdraht aus einem Metall­ band hergestellt wird, welches durch Schneiden eines breiten Metallbandes rechteckförmigen Querschnittes in schmale Streifen hergestellt wird.

Allen dargestellten Querschnitten des die betreffen­ de Schraubendruckfeder 25 bildenden Formdrahtes 29 ist gemeinsam, daß die Querschnittsfläche des Form­ drahtes größer als die Querschnittsfläche des in sie voll fallenden, größtmöglichen geometrischen Kreises 32 ist. Hierdurch kann die Schraubendruckfeder mehr Volumen und/oder größere Federkraft und/oder kleine­ ren Außendurchmesser und/oder höhere Lebensdauer als eine Schraubendruckfeder, die aus Draht kreisrunden Querschnittes besteht, erhalten. Auch läßt sich die Schraubendruckfeder aus Formdraht, wie 29, präziser und leichter wickeln als aus Runddraht.

Für den Formdraht der Schraubendruckfeder 25 können hochwertige elastische Metalle eingesetzt werden, vor­ zugsweise Stahl, Kupfer-Beryllium, Phosphorbronze, aus­ härtbare Edelmetallegierungen, wie z. B. die Handels­ legierung Hera 648, oder dergl.

Die Wandstärke des metallischen Mantelrohres 11 kann zweckmäßig etwa 0,05 bis 0,2 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm betragen, so daß dann der max. Außendurchmes­ ser der Schraubendruckfeder (25) zweckmäßig ungefähr 0,1 bis 0,4 mm, vorzugsweise ungefähr 0,2 mm kleiner als der des Mantelrohres des betreffenden Federkontakt­ stiftes vorgesehen werden kann.

Das Mantelrohr 11 des Federkontaktstiftes 10 der Fig. 1 ist direkt in eine Bohrung einer Prüfadapter­ platte 33 eingesetzt. Im Betrieb wird die Adapter­ platte 33 mit den in sie fest eingesetzten Feder­ kontaktstiften, wie 10, dem Prüfling so weit ge­ nähert, daß die von den Kontaktköpfen, wie 27, der Kontaktkolben, wie 16, der Federkontaktstifte, wie 10, kontaktierten Prüfstellen, wie 19, die Kon­ taktkolben, wie 16, unter entsprechendem Zusammen­ drücken der Schraubendruckfedern, wie 25, etwas wei­ ter in die Mantelrohre, wie 11, hineindrücken, so daß die von den Schraubendruckfedern auf die Kontaktkol­ ben ausgeübten Federkräfte die Kontaktköpfe 27 an die Prüfstellen 19 andrücken.

Claims (15)

1. Federkontaktstift für Prüfadapter, welcher mit einer Vielzahl von Federkontaktstiften bestückbar ist, welcher Federkontaktstift elektrisch leitfähig ist und dem Kontaktieren von Prüflingen, wie Leiterplatten, integrierten Schaltungen oder dergl., zwecks Prüfung auf deren elektrische Fehlerfreiheit dient und einen dem Kontaktieren von Prüf­ lingen dienenden Kontaktkolben aufweist, der in einem Mantelrohr axial beweglich geradege­ führt und von einer im Mantelrohr angeordneten Schraubendruckfeder belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrau­ bendruckfeder (25) aus einem Formdraht (29) un­ runden Querschnittes besteht, dessen Querschnitts­ fläche größer als die Querschnittsfläche des in sie voll fallenden größtmöglichen geometrischen Kreises (32) ist.

2. Federkontaktstift nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder (25) aus einem Mehrkantdraht, vorzugsweise einem Vierkantdraht (29) besteht.

3. Federkontaktstift nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Vierkantdraht (29) quadra­ tischen Querschnitt aufweist.

4. Federkontaktstift nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Vierkantdraht (29) recht­ eckförmigen Querschnitt aufweist, dessen pa­ rallel zur Längsachse der Schraubendruckfeder (25) gemessene Querschnittshöhe größer als die zu ihr senkrecht gemessene Querschnittsabmessung ist (Fig. 6).

5. Federkontaktstift nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Vierkantdraht (29) recht­ eckförmigen Querschnitt aufweist, dessen pa­ rallel zur Längsachse der Schraubendruckfeder (25) gemessene Querschnittshöhe kleiner als die hier­ zu senkrecht gemessene Querschnittsabmessung ist (Fig. 2).

6. Federkontaktstift nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Querschnitt des Formdrahtes der Schraubendruckfeder (25) schwach ballig mit vorzugsweise abgerundeten Ecken ist (Fig. 5).

7. Federkontaktstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Win­ dungen der Schraubendruckfeder (25) im ent­ spannten Zustand der Feder an den beiden Längs­ endbereichen der Feder kleineren Abstand voneinan­ der haben als die übrigen Windungen (Fig. 3, 4).

8. Federkontaktstift nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruck­ feder eine zylindrische Schraubendruckfeder ist (Fig. 1, 3).

9. Federkontaktstift nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruck­ feder (25) mindestens zwei Windungen unter­ schiedlich großer Durchmesser aufweist (Fig. 4).

10. Federkontaktstift nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Durchmesser der Windungen an den Endbereichen der Schraubendruckfeder klei­ ner als die der übrigen Windungen sind (Fig. 4).

11. Federkontaktstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrau­ bendruckfeder (25) so geringen Außendurchmesser von vorzugsweise max. ungefähr 0,4 mm aufweist, daß der größte Außendurchmesser des sie enthal­ tenden Mantelrohres (11) maximal 0,6 mm, vor­ zugsweise max. 0,5 mm beträgt.

12. Federkontaktstift nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der größte Außendurchmesser seines Mantelrohres (11) max. 0,4 mm, vorzugs­ weise 0,3 bis 0,4 mm, und der der Schrauben­ druckfeder vorzugsweise max. ungefähr 0,2 mm beträgt.

13. Federkontaktstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrau­ bendruckfeder mittels Zentrieransätzen (24; 13) des Kontaktkolbens (16) bzw. des Mantelrohres (11) zentriert ist.

14. Verfahren zur Herstellung einer Schraubendruck­ feder für einen Federkontaktstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder aus einem durch Flachwalzen eines Runddrahtes hergestellten Metallband gewickelt wird.

15. Verfahren zur Herstellung einer Schraubendruck­ feder für einen Federkontaktstift nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder aus einem Metallband ge­ wickelt wird, welches durch Schneiden eines breiten Metallbandes rechteckförmigen Quer­ schnittes in schmale Streifen hergestellt wird.