Federkontaktstift, insbesondere Schaltstift Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Federkontaktstift, insbesondere Schaltstift, mit einem hülsenförmigen Mantel, in dem ein federbeaufschlag- ter Kolben längsverschieblich gelagert ist. Bei dem erwähnten Schaltstift handelt es sich um einen speziellen Federkontaktstift, der eine elektrische Schaltfunktion besitzt.

Federkontaktstifte und insbesondere auch Schaltstifte der eingangs genannten Art sind bekannt. Derartige Federkontaktstifte eignen sich zur Prüfung von vorzugsweise elektrischen Prüflingen, indem sie - gehalten von einem Prüfkopf oder dergleichen - dem jeweiligen Prüfling zugeführt werden, um elektrische Stromkreise zu prüfen und/oder insbesondere bei Schaltstiften mechanische Abtastfunktionen zur Anwesenheitserkennung von Bauteilen usw. vorzunehmen. Die Lebensdauer der bekannten Federkontaktstifte, während der keine gravierenden negativen änderungen der mechanischen und/oder elektrischen Funktionen auftreten, ist im Wesentlichen von der Anzahl der Hübe ihrer längsverschieblich gelagerten Kolben abhängig. Lange Lebensdauern lassen sich erzielen, wenn überwie- gend axiale Kräfte, also Kräfte in Richtung der Längserstreckung der Federkontaktstifte, beim Kontaktieren auftreten. Verlässt der Anwender die axiale Betätigungsrichtung, sodass radiale Komponenten größeren Einfluss gewinnen, so ändert sich die Lebensdauer der Federkontaktstifte signifikant. Diese Abnahme der Lebensdauer geht gelegentlich auch mit einem Hinterlassen von Kontaktspuren an den Prüflingen einher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Federkontaktstift, insbesondere Schaltstift, anzugeben, der eine sehr hohe Lebensdauer aufweist, insbesondere keine Kontaktspuren am Prüfling hin- terlässt und auch problemlos mit radialer Kraft oder radialen Kraft- komponenten bei der Prüflingskontaktierung beaufschlagt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus dem Mantel ein eine Kontaktspitze bildender Wälzkörper herausragt, der um mindestens eine quer zur Längserstreckung des Mantels verlau- fende Drehachse drehbar gelagert ist und mit dem Kolben axial zusammenwirkt. Erfolgt eine axiale Abtastung eines Prüflings, also in Längserstreckung des Federkontaktstifts, so überträgt der Wälzkörper die Kontaktkraft an den längsverschieblich gelagerten Kolben in entsprechender Weise, wie bei den bekannten Federkontaktstiften. Liegen bei der Prüflingskontaktierung radiale Kraftkomponenten vor, so weicht der Wälzkörper durch seine Drehung der vorliegenden Seitenkraft aus, ohne dass Seitenkräfte auf den Kolben übertragen werden. Hierdurch entsteht kein erhöhter Abrieb am Prüfling, sodass Kontaktspuren nicht auftreten können. Ferner wird der Kolben nicht mit Querkräften belastet, sodass er leichtgängig und präzise ohne erhöhten Seitendruck geführt ist, wodurch eine lange Lebensdauer bei reproduzierbaren Verhältnissen gegeben ist. Die bei Querkräften entstehende Rollbewegung des Wälzkörpers eliminiert daher den schädlichen Einfluss der radialen Kraftkomponenten. In der Ruhe- funktion, wenn also kein Prüfling mittels des Federkontaktstifts kontaktiert wird, und auch in der Arbeitsfunktion, also bei der Prüflingskontaktierung, wird der Wälzkörper federvorgespannt, sodass er, insbesondere in der Ruhefunktion, entsprechend weit aus dem Mantel als Kontaktspitze herausragt. Diese Vorspannung wird Vorzugs-

weise vom federbeaufschlagten Kolben aufgebracht. Der Begriff „Kontaktspitze" ist nicht auf spitz zulaufende oder verjüngende Bauteile beschränkt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wälzkörper eine Kugel, eine Zylinderrolle, eine Kegelrolle und/oder eine Pendelrolle ist. Grundsätzlich sind als Wälzkörper alle Körper geeignet, die bei Radialkraftbeaufschlagung eine drehende beziehungsweise verschwenkende Ausweichbewegung vornehmen. Besonders bevorzugt wird als Wälzkörper eine Kugel eingesetzt, die hochpräzise gefertigt und reproduzierbar - allseitig stellungsunabhängig - im Mantel gelagert werden kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wälzkörper in einer Wälzkörperführung, insbesondere in einem Wälzkörperkäfig, gelagert. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, dass der Wälzkörper in Ruhestellung aus dem Mantel des Federkontaktstifts zur Ausbildung der Kontaktspitze hinreichend weit herausragt, jedoch nicht herausfallen kann und bei einer Kontaktierung entsprechend weit eintreten kann, um eine Kontaktübertragung, Kontaktfunktion und/oder Schaltfunktion ausüben zu können.

Bevorzugt kann die Wälzkörperführung aus elektrischem Isoliermaterial bestehen. Demzufolge werden elektrische Potenziale der Prüflinge nur auf den Wälzkörper, nicht jedoch auf die übrigen Teile des Federkontaktstifts bei der Kontaktierung übertragen. Das den Wälzkörper lagernde Material, insbesondere Isoliermaterial, kann bevor- zugt ferner derart gewählt sein, dass eine leichtgängige Drehung des Wälzkörpers - auch über lange Zeiträume betrachtet - möglich ist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Wälzkörperführung von einem Bereich des Mantels gebildet oder als separates Bauteil im Mantel angeordnet ist.

Der Wälzkörper besteht bevorzugt aus elektrisch leitfähigem Material oder aus elektrischem Isoliermaterial. Sofern eine elektrische Potenzialübertragung bei der Kontaktierung erfolgen soll, ist es notwendig, den Wälzkörper aus elektrisch leitfähigem Material zu erstellen. Soll bewusst eine elektrische Potenzialübertragung vermieden werden, so kann die Potenzialtrennung von dem Wälzkörper durchgeführt werden, indem er elektrisch nichtleitend ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch zusätzlich oder alternativ andere Möglichkeiten gegeben, um eine elektrische Isolierung zu bewirken, beispielsweise dadurch, dass der Wälzkörper aus elektrisch leitfähigem Material besteht, jedoch das elektrische Potenzial nicht an andere Kompo- nenten des Federkontaktstifts weitergibt, indem er an einen Isolierkörper angrenzt und/oder im übertragungsweg ein Isolierkörper liegt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wälzkörper aus Metall, insbesondere Stahl, besteht. Diese Ausgestaltung garantiert hohe Abriebfestigkeit und daher eine lange Standzeit.

Es ist vorteilhaft, wenn der Wälzkörper längsverschieblich im Mantel gelagert ist. Hierdurch lassen sich die Kontaktkräfte axial - also in Richtung der Längserstreckung des Federkontaktstifts - auf entsprechende Elemente, insbesondere auf den federbeaufschlagten Kolben, übertragen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kolben den Wälzkörper mit Federvorspannung beaufschlagt. Hierdurch wird der Wälzkörper in Ruhestellung entsprechend weit aus dem Mantel des

Federkontaktstifts herausgedrängt, sodass er als Kontaktspitze zur Verfügung steht und bei Beaufschlagung durch den Prüfling entsprechend weit axial einfedern kann.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann vorzugsweise zwischen dem Kolben und dem Wälzkörper ein elektrisches Isolierelement angeordnet sind, sodass elektrische Potenziale, die am Wälzkörper anliegen, nicht auf den Kolben übertragen werden. Letzteres ist insbesondere bei Schaltstiften vorgesehen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kolben mit ei- nem sich im Innern des Mantels befindlichen Kontaktstift zusammenwirkt. Dieses Zusammenwirken erfolgt zur Realisierung von Abtastfunktionen, insbesondere bei Schaltstiften. Wenn der Kolben entsprechend weit einfedert, berührt er den Kontaktstift, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird und signalisiert, dass eine entspre- chende Kolbenbewegung stattgefunden hat, beispielsweise dadurch, dass mittels der Kontaktspitze die Anwesenheit eines Bauteils des Prüflings geprüft wurde.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Kolben einen relativ zu diesem längsverschieblichen, federbeaufschlagten Innenkolben aufweist, der mit dem Kontaktstift zusammenwirken kann. Federt der Kolben relativ weit in das Innere des Federkontaktstifts ein und wirkt in dieser Situation mit dem Kontaktstift zusammen, so ist auch ein tieferes Einfedern trotz der Anlage am feststehenden Kontaktstift möglich, wenn der Innenkolben auf den Kontaktstift aufsetzt und bei tieferem Einfedern des Kolbens ebenfalls entsprechend tief einfedert. Die Einfederrichtungen von Kolben und Gegenkolben sind daher entgegengesetzt gerichtet.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand der Figuren, und zwar zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Federkontaktstift, der als Schaltstift ausgebildet ist,

Figur 2 eine in einem Modul angeordnete Hülse zur Aufnahme eines Federkontaktstifts gemäß Figur 1 ,

Figur 3 einen teilweise in die Hülse der Figur 2 eingeführten Federkontaktstift,

Figur 4 den vollständig in die Hülse eingebrachten Fe- derkontaktstift,

Figur 5 einen gegenüber der Figur 4 axial versetzt justierten Federkontaktstift und

Figuren 6 bis 8 eine Figurenfolge, die eine Beaufschlagung des

Federkontaktstifts der Figur 1 mit radialer und a- xialer Kraftkomponente betrifft.

Die Figur 1 zeigt einen Federkontaktstift 1 , der als Schaltstift 2 ausgebildet ist. Er weist einen hülsenförmigen Mantel 3, vorzugsweise aus Metall auf. Der Mantel 3 ist mit einem Außengewinde 4 und einem Axialanschlag 5 versehen.

Im Innern 6 des Mantels 3 befindet sich eine rohrförmige Isolierhülse 7, vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, die einer elektrischen Potenzialtrennung dient. Die Isolierhülse 7 nimmt einen elektrisch leitfähigen Schaltstiftmantel 8 auf, der axial aus dem hinteren Bereich 9 des Mantels 3 herausragt und eine Längsführung für einen Kolben

10 bildet, der axial innerhalb des Federkontaktstifts 1 verschieblich ist. Der Kolben 10 ragt mit einem Betätigungsabschnitt 11 in Richtung auf den vorderen Bereich 12 des Federkontaktstifts 1 aus dem Schaltstiftmantel 8 heraus und ist mit einem kappenartigen Isolier- element 13 zur elektrischen Potenzialtrennung versehen. Der Kolben 10 ist als Hohlkolben ausgebildet, sodass in seinem Inneren 14 ein Innenkolben 15 längsverschieblich aufgenommen ist, der - in Richtung des hinteren Bereichs 9 mittels einer Schraubendruckfeder 16 beaufschlagt wird, die sich mit einem Ende 17 an einer Stirnwand 18 des Kolbens 10 und mit einem Ende 19 am Innenkolben 15 abstützt.

In der Nähe des hinteren Bereichs 9 ist im Innern des Schaltstiftmantels 8 ein Isolierstück 20 zur elektrischen Potenzialtrennung angeordnet und durch Sickenverbindungen 21 axial ortsfest gehalten. Das Isolierstück 20 ist mit einem im Durchmesser verkleinerten, in Richtung auf den vorderen Bereich 12 weisenden Hals 22 versehen, der in eine Flankenstufe 23 übergeht. An der Flankenstufe 23 stützt sich eine Schraubendruckfeder 24 mit einem Ende 25 ab, deren anderes Ende 26 einen Mitnahmering 26 in Richtung auf den vorderen Bereich 12 mit Vorspannung beaufschlagt, wobei sich der Mitnahme- ring 26 an einer Stirnwand 27 des Kolbens 10 abstützt, sodass der Kolben 10 in Richtung auf den Vorderbereich 12 gedrängt wird. Eine übergriffflanke 28 des Mitnahmerings 26 beaufschlagt eine Ringstufe 29 einer Isolierhülse 30 derart, dass die Ringstufe 29 gegen die Stirnwand 27 des Kolbens 10 gedrängt wird. Mit einem Führungs- stutzen 31 der Isolierhülse 30 greift diese radial ein Stück weit in das Innere des Kolbens 10 hinein, wobei der Innenkolben 15 gegen die an dem Führungsstutzen 31 ausgebildete Stirnwand 32 mit Vorspannung anliegt. Die Druckkraft der Schraubendruckfeder 24 ist größer als die der Schraubendruckfeder 16.

In einer Innenbohrung 32 des Isolierstücks 20 ist ein Kontaktstift 33 axial gehalten, dessen eines Ende 34 aus dem Federkontaktstift 1 im hinteren Bereich 9 herausragt und dessen anderes Ende 35 ein Kontaktende 36 für einen Zentralvorsprung 37 des elektrisch leitfähi- gen Innenkolbens 15 bildet. In der aus der Figur 1 hervorgehenden Ruhestellung des Federkontaktstifts 1 weisen Innenkolben 15 und Kontaktstift 33 einen Schaltweg s (Abstand) auf.

Im vorderen Bereich 12 des Federkontaktstifts 1 ist innerhalb des Mantels 3 eine Wälzkörperführung 38 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, die hülsenförmig ausgebildet ist und eine an eine Schrägringwandung 39 angrenzende öffnung 40 aufweist. Die Schrägringwandung 39 wird von einer formangepassten Durchmesserverjüngung 41 des Mantels 3 zumindest bereichsweise überfangen. Innerhalb der Wälzkörperführung 38, die auch als Wälzkörper- käfig bezeichnet werden kann, befindet sich ein Wälzkörper 42, der als Kugel 43 ausgebildet ist, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Wälzkörperführung 38 ist, wobei die öffnung 40 kleiner als der Durchmesser der Kugel 43 ist. Die Kugel 43 ist hierdurch mit geringem Spiel beliebig verdrehbar innerhalb der Wälzkörperführung 38 gelagert, wobei sie mittels der Schraubendruckfeder 24 von dem Kolben 10 über das Isolierelement 12 derart beaufschlagt wird, dass ein Teilbereich 44 der Kugel 43 als Kontaktspitze 45 aus dem vorderen Bereich 12 des Federkontaktstifts 1 in Ruhestellung herausragt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das kappenförmige Isolierelement 13 eine zentrale Bohrung 46 aufweist, wobei die Kugel 43 an den Rändern der Bohrung 46 anliegt.

Es ergibt sich folgende Funktion: Wird bei einer Prüfung eines Prüflings die Kontaktspitze 45, also die Kugel 43 axial beaufschlagt, so

drückt sie über das Isolierelement 13 den Kolben 10 unter Komprimieren der Schraubendruckfeder 24 zurück, wobei der Innenkolben

15 mitgenommen wird, sodass sein Zentralvorsprung 37 gegen das Kontaktende 36 des Kontaktstifts 33 tritt. Hierdurch wird ein Prüf- Stromkreis geschlossen, der mit 47 angedeutet ist. Mithin ergibt sich ein Stromweg vom Pluspol des Prüfstromkreises 47 über den Schaltstiftmantel 8, den Kolben 10, den Innenkolben 15 und den Kontaktstift 33 zum Minuspol des Prüfstromkreises 47. Wird bei der Prüfung die Kontaktspitze 45, also die Kugel 43, relativ weit in das Innere des Mantels 3 eingedrückt, so wird dies nicht durch das Aufeinanderliegen von Innenkolben 15 und Kontaktstift 33 behindert, da der Innenkolben 15 unter Komprimieren der Schraubendruckfeder

16 in das Innere 14 des Kolbens 10 tiefer eintreten kann.

In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist in Abweichung vom Ausführungsbeispiel der Figur 1 vorgesehen, dass kein separater Mitnahmering 26 ausgebildet ist, sondern dass die Ringstufe 29 derart vergrößert realisiert ist, dass der Mitnahmering 26 einstückig von der Isolierhülse 30 mit ausgebildet wird. Demzufolge wird die Ringstufe 29 auf einer Seite von der Schraubendruckfeder 24 beauf- schlagt und liegt auf der anderen Seite an dem Kolben 10 an.

Die Figur 2 verdeutlicht die Montage des Federkontaktstifts 1. In eine Aufnahmebohrung 48 eines Montagemoduls 49 wird in Richtung des Pfeils 50 eine Hülse 51 vorzugsweise mittels eines nicht dargestellten Einpresswerkzeugs eingedrückt. Die Hülse 51 weist einen Kra- gen 52 auf, der den Einpressweg begrenzt. Um einen sicheren Halt der Hülse 51 in der Aufnahmebohrung 48 zu gewährleisten, sind am Außendurchmesser der Hülse 51 vorzugsweise Rändelausbildungen vorgesehen. Nunmehr wird - gemäß Figur 3 - der Federkontaktstift

1 mit seiner Kopfseite voran, also mit seinem vorderen Bereich 12, in die den Kragen 52 aufweisende Seite der Hülse 1 gemäß Pfeil 53 eingeschoben. Im Zuge der weiteren Montage wird das Außengewinde 4 des Federkontaktstifts 1 in ein Innengewinde 54 der Hülse 51 eingeschraubt, wobei der Einschraubweg durch den Axialanschlag 5 begrenzt ist, so wie dies aus der Figur 4 hervorgeht. Zur Erleichterung des Einschraubens ist der Axialanschlag 5 als Vieleck mit schlüsselweitem Abstand ausgebildet, sodass mit einem entsprechenden Einschraubwerkzeug, das die zugehörige Schlüssel- weite aufweist, der Einschraubvorgang auf einfache Art und Weise vorgenommen werden kann.

Ein Vergleich der Figuren 4 und 5 zeigt, dass die Herausraghöhe h der Kontaktspitze 45 des Federkontaktstifts 1 durch entsprechende Einschraubtiefe einstellbar ist. Dieser Einstellbereich (beziehungs- weise ein Teil davon) ist in der Figur 5 mit x gekennzeichnet. Bei x = 0 ist die größte Herausraghöhe h realisiert; x > 0 bedeutet eine geringere Herausraghöhe h.

Die Figuren 6 bis 8 verdeutlichen eine Beaufschlagung des in einem Montagemodul 49 montierten Federkontaktstift 1 mit einem Prüfling 55, der - entsprechend der Pfeile 56 - dem Federkontaktstift 1 nicht axial, sondern radial zugeführt wird. In Figur 6 liegt die Ruhestellung vor, das heißt der Federkontaktstift 1 wird vom Prüfling 55 nicht beaufschlagt. Demzufolge ist der Prüfstromkreis 47 geöffnet, sodass der Federkontaktstift 1 keinen Prüfling detektiert.

In Figur 7 ist der Prüfling 55 derart weit an den Federkontaktstift 1 in radialer Richtung herangeführt, dass er auf die als Kugel 43 ausgebildete Kontaktspitze 45 trifft, wodurch die Kugel 43 entsprechend

Pfeil 56 in Drehung versetzt wird, sodass auf den Kolben 10 keine Radialkräfte, sondern lediglich Axialkräfte durch entsprechend weites axiales Einfedern übertragen werden.

Ist - gemäß Figur 8 - der Prüfling 55 in seine Endposition geführt worden, so hat er die Kugel 43 unter ihrem entsprechenden Abrollen so weit eingedrückt, dass der Prüfstromkreis 47 durch Aufeinander- treten von Kolben 10 beziehungsweise Innenkolben 15 und Kontaktstift 33 geschlossen wird und der Prüfling als „anwesend" sensiert wird.

Aus alledem geht hervor, dass aufgrund der die Kontaktspitze 45 des Federkontaktstifts 1 bildenden Wälzkörpers 42, der insbesondere als Kugel 43 ausgebildet sein kann, die Radialbeaufschlagung von Innenbaugruppen des Federkontaktstifts 1 vermieden wird und hierdurch frühzeitige Ausfallerscheinungen verhindert werden. Die inne- ren Komponenten des Federkontaktstifts 1 werden nur axial in üblicher Weise beaufschlagt. Durch den Wälzkörper 42, der um mindestens eine quer zur Längserstreckung des Mantels 3 des Federkontaktstifts 1 verlaufende, nicht dargestellte Drehachse rotieren kann, werden überdies Kontaktspuren am Prüfling verhindert. Unter dem Begriff „quer" ist jeder beliebige Winkel zur Längserstreckung des Mantels zu verstehen, der von 0° und 180° abweicht.