Kontaktdiagnose

Einfach formuliert ist die Kontaktdiagnose die Ermittlung, wie es dem Kontakt geht. Also vergleichbar der Diagnose eines Arztes. Das Verständnis der Mechanismen ist die Voraussetzung für das Monitoring, für die Digitalisierung und für smart services.

Während der Entwicklung ist das Ziel ein robustes fehlertolerantes funktionierendes Design zu wählen und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Designs zur kennen.

Im Betrieb bietet die Kontaktdiagnose bzw. das Condition Monitoring die Möglichkeit sowohl Randbedingungen als auch das Verhalten des Kontaktes zu erfassen. Die Randbedingungen sind erforderlich für die Auslegung, Festigkeitsbetrachtungen und Lebensdauerberechnungen. Das Monitoring des Verhalten des Kontaktes ermöglicht die Diagnose des Zustandes des Kontaktes, der Funktionserfüllung (state of function) und der Lebensdauer.

Im Zeitalter der Industrie 4.0 und Digitalisierung können ermittelte Daten vielfältig verwendet werden. Ziel ist es Einflussgrößen und Ursachen für Verschleißmechanismen zu kennen und damit das Verhalten vorherzusagen. Die Kontaktdiagnose, das Monitoring ermöglicht Predictive Maintenance und Smart Service Solutions wie auch wertvolle Ansätze für weitere Designoptimierungen.

 

Für das Kontaktdesign gibt es unterschiedliche Verbindungsmöglichkeiten

Lösbare Verbindung elektrischer Zellverbinder oder Modulverbinder für hohe Stromdichten. Die lösbare Verbindung der Module erleichtert die Montage und ermöglicht ggf. eine Wartung.

  • Auswahl geeigneter Werkstoffe (Leitfähigkeit vs. Festigkeit von Aluminium-Werkstoffen für elektrische Anwendungen) und Beschichtungen (Vermeidung der Oxidation oder Verschmutzung der Kontaktstelle bis zur Montage und im Betrieb)
  • Durchführung der Schraubenberechnungen und des Festigkeitsnachweises der Schraubverbindung nach VDI 2230
  • Zusätzliche Berücksichtigung der Alterung der Kontakte und der Verschlechterung von Übergangswiderständen bedingt durch Vorspannkraftverlust (Relaxation) und Oxidation
  • Einfluss der Rauigkeit bzw. strukturierter Oberflächen (Oberflächenstrukturierung wie Wellen oder Lamellen)

 

Stoffschlüssige Verbindung z.B. laser-geschweißte Zell-Verbindungen. Stoffschlüssige robuste, günstige und leichte Verbindungen mit sehr geringen Übergangswiderständen.

  • Durchführung der Festigkeitsnachweise, Ermüdungsfestigkeitsnachweise
  • Ableitung erforderlicher Verifizierungsmaßnahmen zur Sicherstellung der Funktion
  • wesentlicher Einflüsse/Prozessparameter und Definition zulässiger Grenzwerte für die Serienprozesse und Ableitung erforderlicher Grenzmuster-Untersuchungen

 

Für die Verifizierung werden berücksichtigt
  • Erstellung von Testspezifikationen elektrisch, mechanisch und umweltbedingt beanspruchter Verbindungen und Definition von Messkriterien, Grenzwerten bzw. Versagenskriterien
  • Ableitung der Verifizierungsmaßnahmen
  • Optimierung und Nachweis der Zuverlässigkeit und Prozessfähigkeiten von Verbindungen mit hohen Anforderungen an Festigkeit bzw. Stromtragfähigkeit über die Lebensdauer
  • Erstellung von Testspezifikationen und Prüfanweisungen für Serienprozesse, Definition von Anforderungen, Grenzwerten, Prüfmethoden und Prüfhäufigkeiten für Serien-Fertigungs- und Montagprozesse
  • Abbildung von worst-case Szenarien (Umwelterprobung) zur Reduzierung der Prüfdauer

 

Für die Kontaktdiagnose während der Verifizierung und Validierung bzw. im Betrieb bestehen zahlreiche Möglichkeiten
Kontaktdiagnose Design und Zuverlässigkeitsbewertung Zustandes des Kontaktes zur Funktionserfüllung, state of function, SOF. Ohmsche Widerstände und Impedanzen, Impedanzmessung, Impedanzspektrospoie, Energieverluste durch Kontaktwiderstände, lokale Temperaturerhöhungen, Laser-Flash, Temperatur-Abkühlkurven nach Stromlast (Korrelation Wärmefluss-Übergangswiderstand), Strahlung/Wärmestrahlung, Thermografie, Überlagerung und Auswertung von Prüfsignalen, Akustik und Körperschall, Darstellung der zeitlichen Verläufe elektrischer Spannungen, des dynamischen Verhaltens bei Schaltzyklen, Schaltvorgängen (Oszilloskop), Berechnung und Simulation, Ableitungen des Kontaktverhaltens auf Grund triologischer Größen z.B. Oxidschichten und dadurch verändertes Reibverhalten, Druckmessungen im Kontakt, Farbeindringverfahren

Kontaktdiagnose. Einfaches Beispiel einer Simulation und Verifizierung durch Druckmessverfahren in einem elektrischen Kontakt

Methoden und Messgrößen für die Kontaktdiagnose sind bspw.

Verschleißmessung und Kontaktanalyse

Verschleißmessung
Kontaktanalyse
 

 

 

Elektrische Kenngrößen
  • Ohm’sche Widerstände und Impedanzen, Impedanzmessung, Impedanz-Spektroskopie

 

Thermische Analysen, Temperaturmessung und das Erfassen von Veränderungen der Eigenschaften
  • Thermoelemente
  • widerstandsbasierte Temperatursensoren wie Pt 100 und Thermistoren
  • Strahlung, Wärmestrahlung, Thermografie, Infrarot-Temperaturmessgeräte
  • Bimetall-Sensoren
  • auf Fluidwärmeausdehnung basierende Messgeräte sowie Temperatur-Indikatoren/Temperaturanzeigen
  • Analyse von Fluidbewegungen/flow visualization, 3D flow imaging, tomographic BOS-Background Oriented Schlieren
  • Temperaturmessstreifen (Farbumschlag)
  • Energieverluste durch Kontaktwiderstände
  • lokale Temperaturerhöhungen bzw. Abkühlkurven, Laser-Flash
  • Temperaturmessungen und Temperatur-Indikatoren z.B. Wärmedehnung, Wärmeschwingungen, Veränderung der Stoffeigenschaften, Temperaturdetektion mit Hilfe von Lichtleitern (optical fiber) Link zu optical fibers
  • Temperatur-Abkühlkurven nach Stromlast (durch die Korrelation von Wärmefluss und Übergangswiderstand)

 

abhängige/zusammenhängende bzw. korrelierende Messgrößen
  • Akustik und Körperschall, Beschleunigung und Impuls Link zum Bereich Monitoring
  • Ableitungen des Kontaktverhaltens auf Grund triologischer Größen z.B. Oxidschichten und dadurch verändertes Reibverhalten
  • Darstellung der zeitlichen Verläufe elektrischer Spannungen, des dynamischen Verhaltens bei Schaltzyklen, Schaltvorgängen (Oszilloskop)
  • Druckmessungen, Druckmessfolien im Kontakt
  • Verformungsmessungen, Dehnungsmessung, DMS-Messtechnik und Visualisierung der Verformungen (stress or thermal-distortion)
  • Farbeindringverfahren
  • Ergebnisse aus Berechnung und Simulation

 

Die Potentiale der Kontaktdiagnose und Datenanalyse

Im Zeitalter der Industrie 4.0 und Digitalisierung können ermittelte Daten vielfältig verwendet werden. Ziel ist es Einflussgrößen und Ursachen für Verschleißmechanismen zu kennen und damit das Verhalten vorherzusagen.

Die Vorgehensweise ermöglicht damit Predictive Maintenance und Smart Service Solutions. Es können die einzelnen Einträge mit dem erwarteten Risiko in Bezug auf Kosten, Qualität, Zeit und zusätzliche Faktoren berücksichtig werden. Die Ursachen mit Auswirkungen in Zusammenhang gebracht werden.

Zudem kann ein potentieller Misuse oder ein Betrieb außerhalb der Grenzen detektiert werden.

Ziel ist das Systems durch Modelle zu beschreiben und dadurch wiederum die Entwicklung und Simulationsmöglichkeiten zu verbessern und die produktivsten Testmethoden und Analysenmethoden für kurze gezielte Entwicklung auszuwählen. Ursachen- und Wirkungs-Matrix-Analysen werden durchgeführt. Diese Analyse berücksichtigt alle möglichen Ursachen und Einflüsse und stellt sie in ein numerisches Verhältnis zu den Auswirkungen und Ergebnissen.

 

Weitere Information erhalten Sie gerne im persönlichen Gespräch: Link zur Kontakt-Seite