Federkontakte

Zweck / Aufbau / Werkstoffe

Der typische Aufbau der unterschiedlichen Funktionsprinzipien von PTR-Federkontakten ist in Abb. 1 dargestellt.

Gehäuse

bestehen aus Bronze, Messing oder Neusilber und werden entweder durch Tiefziehen oder Zerspanen aus Rohr oder Vollstäben hergestellt. Für hervorragende Kontakteigenschaften sorgt eine Deckschicht aus Gold. Eine darunterliegende Sperrschicht aus Nickel gewährleistet einen sehr guten Korrosionsschutz.

Kolben

werden für hohe Anforderungen an die Standzeit aus gehärtetem feinkörnigem Stahl gefertigt. Den Schwerpunkt bilden hier aggressive Tastkopfformen, wie z.B. Spitzen. Für besonders hohe Ansprüche an die elektrische Leitfähigkeit im Sinne von Langzeitkonstanz wird ausgelagertes Kupfer-Beryllium (CuBe) als Kolbenwerkstoff eingesetzt. Dem Umweltaspekt dieser Beryllium-Legierung wird durch ausschließlich nasstechnische Verarbeitung des Werkstoffes als auch durch die Beschichtung der Kolben Rechnung getragen. Anwendungsfälle für Federkontakte mit Kolben aus CuBe sind Messaufgaben bei geringen Spannungsabfällen sowie Hochstrom-Anwendungen. Für verschleißarme Anwendungen (z.B. Ladekontakte mit sehr kurzen Hüben und nicht-aggressiven Kopfformen) bietet sich die Ausführung der Kolben in Messing mit einer ebenfalls guten Leitfähigkeit an. Die Kolben werden alternativ mit unterschiedlichen Veredelungsschichten versehen, die neben den elektrischen Leit- und Kontakteigenschaften bestimmte Anforderungen an Abriebfestigkeit und Korrosionsschutz erfüllen sollen.

Hartgold

Besitzt eine passive Oberfläche und ist somit ein idealer elektrischer Kontaktpartner mit sehr guter chemischer Beständigkeit. Mit einer Mikrohärte bis zu 400HV besitzt die spezielle Goldlegierung eine wesentlich höhere Härte als reines Gold, jedoch sind hinsichtlich des Verschleißverhaltens Grenzen gesetzt. Durch optimierte Einsatzbedingungen, wie z.B. Vermeidung von Radialbewegungen, kann das Abriebverhalten positiv beeinflusst werden.

Rhodium

Gehört zu den Platinmetallen. Aufgrund der sehr hohen Härte bis zu 1000 HV wird eine sehr große Verschleißfestigkeit erreicht. Allerdings muss hier auf Grund des eingelagerten Sauerstoffs mit einer größeren Schichtsprödigkeit gerechnet werden. Diese Problematik reduziert man durch einen speziellen Schichtaufbau und reduzierte Schichtdicken. Für starke Stoßbelastungen ist eine Rhodinierung jedoch ungeeignet. Kommt es zur Beschädigung der spröden und sehr dünnen Rhodium-Schicht, können die zunächst guten elektrischen Kontakteigenschaften auch eine Verschlechterung erfahren.

Nickel

Hier muss zwischen galvanisch abgeschiedenem Nickel und chemisch Nickel (stromlos abgeschieden) unterschieden werden.

Galvanisch Nickel

wird als Zwischenschicht unter der jeweiligen Oberflächenschicht eingesetzt mit dem Ziel, die Materialwanderung zwischen Grundmaterial und Oberflächenschicht sowie Korrosion zu verhindern. Bei Gehäuse und Hülsen wird durch entsprechende Einstellungen des galvanischen Abscheidebades eine hohe Duktilität für eine gute Verformbarkeit bei sehr guter Haftung der Schichten erzielt.

Chemisch Nickel (stromlos Nickel)

zeichnet sich durch gleichmäßige Schichtabscheidung mit sehr guter Konturtreue aus, was besonders für die Funktion von Spitzen und scharfkantigen Kopfformen von Vorteil ist. Diese Vernickelung besitzt eine Mikrohärte von ca. 600 HV, die sich durch eine anschließende Wärmebehandlung auf 1000 HV und mehr steigern lässt (optional). Damit einhergehend ist eine sehr gute Verschleißbeständigkeit. Durch die Einlagerung von Phosphor wird ein maximaler Korrosionsschutz erreicht. Die dadurch bedingte inaktive Oberfläche ist jedoch nicht so kontaktfreudig wie die von Gold oder Rhodium.

Federn

werden größtenteils aus Federstahldraht der höchsten Festigkeitsklasse mit einer speziellen Oberflächenvergütung hergestellt. Der Arbeitstemperaturbereich dieser Federn innerhalb -30°C bis +120°C legt auch den Betriebstemperaturbereich des gesamten Federkontaktstiftes fest. Für höhere Einsatztemperaturen bis +200°C sowie bei erhöhten Anforderungen an den Korrosionsschutz kommt hochfester Edelstahldraht zum Einsatz, wobei mit diesem nicht so hohe Festigkeits- bzw. Federkraftwerte erreicht werden können, wie mit Federstahldraht. Als Oberflächenbeschichtung wird meist Gold verwendet, welches den Verschleiß reduziert und die Kontakteigenschaften verbessert. Die Beschichtung wird so ausgeführt, dass die Gefügeeigenschaften des hochfesten Federmaterials möglichst wenig beeinflusst werden. In Sonderfällen werden die Federn versilbert (erhöhte Leitfähigkeit) oder Edelstahlfedern erhalten keine zusätzliche Schicht. Die Nennfederkraft der Federkontaktstifte bezieht sich auf den Arbeitshub, der in der Regel 4/5 des maximal zulässigen Kolbenhubes beträgt.