Beschichtungen, Oberflächenfilme und die Rauheit beeinflussen den Kontaktwiderstand in elektrischen Kontakten. Diese Einflüsse gilt es zu berücksichtigen und zu bewerten.
Rauheit der Kontaktoberflächen
Der Widerstand setzt sich aus verschiedenen Anteilen zusammen. Zum einen natürlich aus den physikalischen Widerständen im Werkstoff. Der spezifische elektrische Widerstand des Kontaktwerkstoffes. Dazu addieren sich die Übergangswiderstände zwischen den beiden Kontakten. Diese werden durch die Holms Theorie veranschaulicht. Dadurch, dass die Oberflächen beim genauen Hinsehen rau sind, berühren sich bei geringen Kontaktdruck nur einige Rauheitsspitzen der Oberflächen.
Der Strom fließt an den sich berührenden Oberflächen. Hier wird oft von Engewiderständen oder Einschnürungswiderständen gesprochen. Diese Einschränkung des Stromflusses durch die sich berührenden Rauheitsspitzen führen zu einem Einschnürungswiderstand, der sich zum Gesamtkontaktwiderstand hinzufügt.
Die Hertzschen Formeln ermöglichen die analytische Berechnung der Pressung und der Spannungen. Sowohl für den makroskopischen Kontakt aber auch für die mikroskopischen Rauheitsspitzen. Ebenso führen wir FEM-Simulationen zur spezifischen Untersuchung durch.
Aus diesen Betrachtungen gilt die Regel in elektrischen Kontakten die Kontaktrauheiten zu minimieren bzw. die Kontaktkraft zu maximieren. Das gilt jedoch nicht für alle tribologischen Beanspruchungen.
Oberflächenfilme im elektrischen Kontakt
In der Praxis entstehen oft Oberflächenfilme im Kontakt. Feuchtigkeit oder Kondenswasser sind oft nicht komplett zu vermeiden. Sehr häufig entstehen zudem Oxidschichten insbesondere bei höheren Temperaturen.
Beschichtungen oder auch Kontaktfette werden eingesetzt, um Funktionsverluste durch Qxidschichten zu vermeiden. Entsprechend hängt die geeignete Beschichtung von den elektrischen Belastungen ab.
Filme oder Schichten entstehen durch
- Oxidation, Korrosion
- Absorption
- Kondensation
- Verunreinigungen
Entsprechend sind Oberflächenfilme immer präsent. Verbindungen werden oft hergestellt, ohne vorher die Kontakte von Oxidfilmen zu befreien. Unvermeidbare dünne Oberflächenfilme sind beim Kontaktieren zu durchbrechen. Bei der Kontaktherstellung reißen diese durch die hohen mechanischen Kontaktdrücke oder werden bei ausreichender elektrischer Belastung durchbrochen. Durch aufgeprägte Ströme/Stromimpulse lassen sich diese Widerstände gezielt durchbrechen. Der elektrische Durchbruch wird als fritting bezeichnet.
Ebenso betrachten wir auch Verunreinigungen durch die Umgebung. Im Idealfall wird der Kontakt vor Verunreinigungen geschützt. Ist das aus technischen Gründen nicht möglich bewerten wir den Einfluss durch die Verunreinigung.
Der Widerstand eines sauberen Kontakts im Vergleich zu einem gealterten und verunreinigten Kontakt.
Fretting-Korrosion, Reibkorrosion
Oberflächenfilme und Oxidschichtbildung sind auch Ursachen für Fretting. Begünstigt wird die Schichtbildung durch
- Relativbewegungen im Kontakt, auch durch Erschütterungen, Vibration oder Schwingungen
- Temperaturwechsel und Wärmedehnung
- fehlende Zugentlastung des Kontaktes (Verdrehen, Ratcheting)
Zur Seite Widerstand durch Fretting-Korrosion, Reibkorrosion
Wie können wir Sie unterstützen? Gerne erhalten Sie weitere Information im persönlichen Gespräch
Zur Kontakt-Seite