Handbuchkapitel:
- 1. Grunddefinition und Anwendungsbereiche
- 2. Bauarten und Wirkungsprinzipien
- 3. Zöllig & metrisch
- 4. Materialien und Produktionsverfahren
- 5. Kontamination, Schutz durch Nanobeschichtung
- 6. Physik. Bedingungen für den Einsatz
- 7. Treffgenauigkeit und Taumelspiel
- 8. Lebensdauer von Federkontakten
- 9. Elektr. Widerstand
- 10. Steckhülsen und ihre Anschlussarten
2. Bauarten und Wirkungsprinzipien
2.1 Standardaufbau mit Seiten- und Frontrollierung
Anwendung: Standardkontakte, normale ICT/FCT-Nadeln, Anwendungen ohne hohen Stromfluss.
Bis auf einige spezielle Bauformen besteht ein Federkontakt aus drei Bauteilen, nämlich einer Stifthülse (auch Führungsröhrchen oder Gehäusehülse genannt), einer Feder und einem Kolben. Die drei Bauteile werden durch spezielle Crimptechniken auf solche Weise miteinander verbaut, dass sie nicht mehr auseinander fallen können, der Kolben aber dennoch in Längsrichtung einen gewissen Federweg frei ausführen kann.
Beim Verbauen der Einzelteile wird die Druckfeder vorgespannt, wodurch der Federkontakt in seiner Nullstellung über eine gewisse Anfangskraft verfügt. Die als Nominalwert dem Produkt zugeordnete Federkraft erreicht der Kontakt nach dem so genannten Nennfederweg, der in der Regel bei 2/3 des maximal möglichen Federwegs liegt. Meist ist dieser Nennfederweg auf die Konstruktion des Prüfadapters abgestimmt, in den der Federkontaktstift eingebaut werden soll.
Hier haben sich im Laufe der zurückliegenden Jahre und Jahrzehnte gewisse Standards etabliert, die von den meisten internationalen Herstellern beachtet werden. Betrachtet man sich Federkontakte unterschiedlicher Baureihen genauer, so fallen gewisse Unterscheidungsmerkmale schon von der äusseren Erscheinung her auf: Einige Bauformen weisen an ihrer Stifthülse etwas oberhalb der Mitte eine umlaufende Einschnürung auf, andere dagegen sind am Mündungsende des Gehäuseröhrchens nach innen hin eingerollt. Hier handelt es sich um die beiden hauptsächlich verwendeten Crimptechniken, mit deren Hilfe nach dem Zusammenfügen der Bauteile die Stifthülse verschlossen wird. Je nachdem, ob der Kolben im Inneren des Federkontakts eine oder zwei Führungsflächen besitzt, wird diese Crimpung seitlich oder am oberen Ende der Hülse angebracht. Wir nennen das die Frontrollierung bzw. die seitliche Rollierung.

Bei seitlicher Rollierung hat der Kolben zwei Führungsschäfte, zwischen denen ein verjüngter Teilbereich liegt, der den möglichen Gesamtfederweg bestimmt. Da diese Bauform mehr Platz im Inneren des Federkontakts in Anspruch nimmt, steht etwas weniger Raum für die Feder zur Verfügung. Dies ist der Grund, warum bei dieser Bauform die grösstmögliche Federkraft immer geringer ausfällt als bei der frontrollierten Ausführung mit ansonsten gleichen Abmessungen.

Der frontrollierte Federkontakt besitzt nur einen Führungszylinder im Innern. Sein Kolbenschaft, also der federnde Teil, der aus der Stifthülse herausragt, ist dünner als bei der seitenrollierten Type, aber wir können ohne weitere Änderung höhere Federkräfte erzielen. Die beiden Aufbauprinzipien haben auch einen gewissen Einfluss auf die Treffgenauigkeit der Kontaktspitze; dazu mehr ausführliche Details unter Punkt 7 des Handbuchs.
2.2 Der Bias-Plunger
Anwendung: Ladekontakte mit konstantem Dauerstrom, Messkontakte mit Bedarf an konstant niedrigem Widerstand.
Im oben beschriebenen Standardaufbau ist gut zu erkennen, dass zwischen Stifthülse und Kolben genügend Luftspalt sein muss, damit der Kolben seinen Federweg ausführen kann. Vergleicht man das vom Prinzip her mit einem normalen Verbrennungsmotor, entspräche das in etwa einem Kolben und einem Zylinder, aber ohne Kolbenringe. Dieser kleine Luftspalt kann in ungünstigen Situation dafür verantwortlich sein, dass der Kolben die Innenwand der Stifthülse kurzzeitig nicht mit der Andruckkraft berührt, die für einen optimalen Kontakt notwendig wäre. Als Ergebnis kann der Federkontakt in der Folge Sprünge im elektrischen Widerstandswert aufweisen.

Der so genannte Bias-Plunger schafft hier deutliche Verbesserungen. Der aus dem Englischen entlehnte Begriff bezeichnet frei übersetzt einen „geneigten Kolben“. Der Boden des Kolbens, der mit der Feder zusammentrifft, ist hier also weder zentrisch zugespitzt noch flach und rechtwinklig zur Laufrichtung des Kolbens ausgelegt, sondern eben geneigt. Die Feder trifft auf diese geneigte Fläche und schiebt den Kolben immer ein wenig zur Seite, was für eine gute Kontaktkraft zum Gehäuse hin sorgt. Diese Bauart ist in der Herstellung aufwändiger und daher ein wenig teurer.
2.3 Der Bias-Ball-Aufbau
Anwendung: Batteriekontakte für Anwendungen mit starker Vibrationsbelastung, hohe Stromlasten.

Um den oben beschriebenen Effekt des Bias-Plungers noch zu steigern, wird eine Kugel zwischen die Feder und den geneigten Kolbenboden eingelegt. Kugel und Kolben bilden optimale Kontaktbrücken zwischen dem stromführenden Kolben und der Stifthülse als Gehäuse. Da die Kugel mit richtiger Grösse während der Betätigung des Federkontaktes im Innern über den Federweg abrollt, ist der Verschleiss entsprechend gering.
2.4 Der Hohlkolben
Anwendung: sehr kurze Bauformen, Board-to-Board-Verbinder, SMD-Bauformen von Batteriekontakten.

Wenn der Gesamtaufbau des Federkontakts möglichst kurz sein soll, stossen die bisher beschriebenen Aufbauarten schnell an Grenzen. Der Kolbenführungsschaft im Innern der Gehäusehülse nimmt eine gewisse Mindestlänge in Anspruch, womöglich kommt noch eine Kugel hinzu, wenn der Kontakt optimiert sein soll. Also bleibt nicht genügend Platz für die Feder. Eine mögliche Lösung ist hier der hohle Kolben, der einen Teil der Druckfeder mit aufnimmt. Durch Form und Lage der Bohrung im Kolben kann ein ähnlicher Effekt wie beim Bias-Plunger erzielt werden.
2.5 Der Split-Plunger
Anwendung: Hochstromkontakte mit relativ langem Hub, Testanwendungen im Automotive-Bereich.

Wieder so ein Begriff aus dem Englischen … der sich von selbst erklärt: Der Kolben wird gesplittet, also geteilt. Aber nicht einfach quer, sondern mit schrägem Schnitt. Die beiden entstandenen Einzelteile treffen sich an den geneigten Schnittflächen und verschieben sich bei Krafteinwirkung über diese. Ein ähnliches Prinzip wie beim Bias-Ball, nur noch wirksamer, da die kontaktierenden Wirkflächen hier natürlich viel grösser sind. Allerdings entsteht auch sehr viel Reibung, es muss also die Abstimmung zwischen Neigungswinkel und Federkraft genau stimmen.
2.6 Der durchgeführte Kolben
Anwendung: Kontaktierungen mit niedrigsten Widerstandswerten und/oder hoher Dauerstromlast, auch bei kleinen Abmessungen.

Im Unterschied zu allen anderen Bauformen, bei denen der Kolben im Innern des Federkontakts endet und dort auf der Feder aufgesetzt ist, führt bei dieser Bauart eine Kolbenstange durch die gesamte Feder hindurch und ragt unten aus dem Gehäuse des Federkontaktes heraus. Hier wird elektrisch angeschlossen, indem eine hochflexible Litze angesteckt oder angelötet wird.Da der elektrische Strom über einen massiven Leiter fliesst, der i.d.R. aus einer Cu-Legierung gefertigt ist, erzielt dieser Aufbau natürlich sehr konstant niedrige und leicht kalkulierbare Widerstandswerte. Einziger (kleiner) Nachteil: Bei Betätigung federt die Kolbenstange mitsamt angeschlossener Leitung natürlich mit.
2.7 Der Aufbau mit aussenliegender Feder
Anwendung: Kontaktierungen mit sehr hoher Dauerstromlast, dies bei kurzen Abmessungen.

Ähnlich wie schon unter 2.6 beschrieben wird hier direkt am gefederten Kontakt elektrisch angeschlossen. Demzufolge erfolgt kein Stromfluss über das Gehäuse und/oder die Feder. Hier wird die Feder aussen über den Führungsschaft des Kolbens gesteckt, was zum einen die Lebensdauer des Feder optimiert, und zum anderen etwas höhere Federkräfte ermöglicht, da diese Feder ja im Durchmesser grösser sein kann als eine innen verbaute.
