9. Elektrische Widerstandswerte der Federkontakte

Abhängig von Grösse, Form, Material und Oberfläche besitzen Federkontakte sehr unterschiedliche Widerstandswerte. In den technischen Daten zu jedem Produkt ist der jeweils typische Wert benannt. Dabei handelt es sich nicht um eine zugesicherte Eigenschaft, sondern lediglich um serientypische Werte, die wir im Zuge regelmässiger Qualitätsprüfungen als Durchschnittswerte ermitteln.

Bestimmend ist die Frage: Welchen Strompfad nimmt der elektrische Strom durch den Federkontakt? Im Normalfall handelt es sich um die Parallelschaltung zweier Strompfade: eines mit niedrigerem und eines mit höherem Widerstand. Der grösste Teil des Stromflusses wird vom Tastkolben auf das Gehäuse (die Stifthülse) übertragen, um von dort auf die Steckhülse und schliesslich den angeschlossenen Draht überzugehen. Ein sehr kleiner Teil des Stromflusses (< 5%) wird über die Druckfeder übertragen.

Die Angaben zu den Widerstandswerten in unserem Katalog basieren auf Messwerten, die mittels Kelvin-Messung ermittelt wurden. Theoretisch betrachtet baut sich der Gesamtwiderstand eines Federkontaktstifts aus den Einzelwiderständen seiner Bauteile plus den Übergangswiderständen an den Wirkflächen zwischen den Bauteilen zusammen.

9.1 Die Bauteile

Ein typischer Tastkolben besitzt einen Eigenwiderstand in der Grössenordnung von 1-2 mΩ. Eine typische Stifthülse, beispielsweise eines 100 mil-Pins, bringt ca. 6-8 mΩ auf das Anzeigedisplay des Messgeräts. Und die Feder – beispielsweise aus Federstahldraht – schlägt mit 1-2 Ω deutlich höher zu Buche. Die Steckhülse ist wiederum sehr niederohmig, typische Werte liegen hier zwischen 5-10 mΩ.

9.2 Enge- und Fremdschichtwiderstand

Sowohl zwischen Kolben und Stifthülse als auch zwischen Stiftgehäuse und Steckhülse gibt es aber Führungsspiel, das sich elektrisch betrachtet als Übergangswiderstand darstellt. Dieser setzt sich zusammen aus den Kontaktwiderständen und den Widerständen der Übergangsstoffe. Der Kontaktwiderstand ist der Widerstand jeder einzelnen elektrischen Kontaktfläche. Er wiederum setzt sich aus dem Engewiderstand und dem Fremdschichtwiderstand zusammen. Der Engewiderstand entsteht durch mikroskopisch kleine Unebenheiten auf einer Kontaktfläche. Durch diese wird die tatsächlich wirksame Berührungsfläche kleiner und der Stromfluss wird eingeengt. Der Engewiderstand ist abhängig vom Widerstandswert des eingesetzten Werkstoffs, den Oberflächenunebenheiten (z.B. entstanden durch Reibung, Abnutzung usw. ), sowie der Anzahl der wirksamen Kontaktflächen. Durch Oxidation und Korrosion entsteht auf den Kontaktoberflächen eine Fremdschicht, die den Widerstand erhöht. Um dies zu vermeiden, werden die Oberflächen mit Edelmetall beschichtet – in unserem Falle meist Gold.

9.3 Der Gesamtwiderstand

Wir möchten an dieser Stelle keine Formelsammlung präsentieren … diese gibt es zur Genüge. Lieber gehen wir von echten Praxiswerten aus, die nun in der Gesamtbetrachtung folgende typische Werte ergeben:

a) Beim normalen 100 mil-Prüfkontakt, z.B. der Serien 30, 40 oder 100, liegt der gesamte Widerstandswert des Federkontakts bei 20 - 40 mΩ. Im Aufbau mit der Steck- hülse können insgesamt 50 - 60 mΩ daraus werden.

b) Ein sehr kleiner Finepitch-Kontaktstift mit erheblich geringerem Querschnittswert kann hier mit rund 100 - 150 mΩ schon deutlich mehr an Widerstand zeigen.

c) Ein typischer Batteriekontakt – in der Regel sehr kurz und dafür im Durchmesser grösser gebaut – zeigt je nach Bauart und Federkraft sehr niedrige Werte. So haben wir Bauformen im Programm, die durch ihr spezielles Innenleben Werte von 3-8 mΩ besitzen, andere liegen im normalen Bereich wie unter a) genannt, also eher bei 40 - 50 mΩ.