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Untersuchung Reibkorrosion

Projektaufgabe

Realisation eines Testaufbaus und Untersuchung von Reibkorrosions-Effekten (engl. „Fretting-Corrosion“) bei elektrischen Kontakten.

Zweck der Untersuchung

Der elektrische Übergangswiderstand kann bei elektrischen Kontakten durch sogenannte Reibkorrosion (Fretting Corrosion) über Lebensdauer stark ansteigen und das Produkt somit unerwartet versagen. Dieser Effekt wird durch zyklische Relativbewegungen der Kontakte zueinander hervorgerufen (z.B. durch thermische Ausdehnung oder Vibrationen während des Betriebs).

Der Effekt kann durch eine korrekte Auslegung der Kontaktparameter verhindert werden:

  • Normalkraft der Kontaktkomponenten zueinander
  • Steifigkeiten bzw. Federkonstanten der Kontaktaufhängung
  • Kontaktmaterial und Beschichtung
  • Maximale Bewegungsamplitude bei min. / max. Temperatur

Anstieg des Übergangswiderstands über Anzahl Bewegungszyklen

Umfänge des Untersuchungs-Projekts

  • Entwicklung eines geeigneten Testaufbaus
  • Untersuchung des Effekts
  • Generierung einer Datenbasis
  • Empirische Validierung der Auslegungsparameter

Zyklische Relativbewegung der Steckkontakte mit regelmässiger Messung des Übergang-Widerstands über mehrere Tausend Bewegungs-Zyklen.

  • Variation der Beschichtungen der Kontakte
  • Bewegungsamplitude: ~100 um
  • Frequenz: ca. 0.3 Hz
  • Verfahrgeschwindigkeit: 250 mm / min
  • Anzahl Zyklen: 10 000 (20’000 Bewegungen pos / neg)
  • Messgenauigkeit elektr. Widerstand: 3 mOhm
  • Messprinzip: Vierleitermessung

Testsetup Versuchs-Aufbau #1

Zyklische relativ Bewegung der Steckkontakte mit regelmässiger Messung des Übergang-Widerstands

Testaufbau „Fretting Corrosion“

Komponenten des Testaufbaus:

  • Zwick Zugprüfmaschine und mechanische Vorrichtung zur Aufnahme der DUTs
  • Hochpräzises Tischmultimeter zur Vierleiter-Messung
  • Zentraler Steuerungscontroller zur Synchronisation des Testablaufs
  • Reed-Relais Board zur Umschaltung der DUTs
  • Computer zur Messdatenerfassung

    Foto des Testaufbaus „Fretting Corrosion“

     

    Steuerungscontroller, ReedRelaisBoard und elektrischer Aufbau

Datenauswertung:

Die generierten Messdaten zeigen einen deutlichen Anstieg des elektrischen Übergangswiderstands über die Anzahl Bewegungsamplituden und bestätigen somit den Effekt.

Elektrischer Widerstand über Anzahl Bewegungsamplituden

Testsetup Versuchs-Aufbau #2

Verschiebekraft der Kontakte im gefügten Zustand

Komponenten des Testaufbaus:

  • Kraft-Wegmessung auf der Zwick Zugprüfmaschine
  • mechanische Vorrichtung zur Aufnahme der DUTs

Verschiebekraft der Kontakte im gefügten Zustand

Datenauswertung:

Generierte Datenbasis Verschiebekraft

Testsetup Versuchs-Aufbau #3

Messung der Federkonstanten der Kontakte in axialer Richtung

Komponenten des Testaufbaus:

  • Kraft-Wegmessung auf der Zwick Zugprüfmaschine
  • mechanische Vorrichtung zur Aufnahme der DUTs

Messung Federkonstanten der Kontakte

Datenauswertung:

Federkonstanten der Kontaktkomponenten