Steckverbinder
Was heißt hier zuverlässig?
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Relaxation verhindern
Relaxation verhindern
Buchsenkontakte werden aus einem sowohl elektrisch leitenden als auch federnden Material aufgebaut. Für eine Feder gilt, dass die von ihr aufgebrachte Kraft FN sich aus einer Materialkonstanten, der Federkonstante D, multipliziert mit dem zurückgelegten Weg s, ergibt (Gleichung (1)).
(1) 
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Im entlasteten Zustand haben Buchsenkontakte einen geringeren inneren Durchmesser als die Stiftkontakte. Im gesteckten Zustand bewegt der Stiftkontakt also die federnden Buchsenlamellen, sodass hieraus eine Federkraft resultiert, die als Normalkraft FN senkrecht auf den Stiftkontakt wirkt (Bild 3, links).
Federmaterialien haben die grundsätzliche Eigenschaft, dass sie zur Relaxation neigen, wenn die Federkonstante sinkt. Durch die Relaxation nimmt die Federkraft bei gestecktem Stiftkontakt ab (Gleichungen (2) und (3); R ist der Relaxationsfaktor, ∆F die Kraftminderung), primär verursacht durch steigende Temperaturen.
(2) 
(3) 
Dieser Effekt ist irreversibel. Wird der Steckverbinder nun mit einem höheren Strom belastet, erwärmen sich die Kontakte, was wiederum die Relaxation begünstigt. Nimmt nun die Normalkraft ab, verringert sich die Berührfläche zwischen Buchsenkontakt und Stiftkontakt, sodass der Übergangswiderstand ansteigt. Dies wiederum verstärkt den Effekt der Kontakterwärmung, wodurch ein sich selbst verstärkender Mechanismus ausgelöst wird, der schnell zum Ausfall des gesamten Kontaktsystems führen kann.
Nur wenn der Anwender all die zu erwartenden Umwelteinflüssen in seiner Applikation bedacht hat, kann er daran gehen, ein Steckverbindersystem auszuwählen, das sich im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit am besten eignet. Durch Studium von Datenblättern kann er potenziell geeignete Produkte für die Buchsen- und Stiftseite identifizieren, deren Kontaktoberflächen und Gehäusematerialien aus demselben Werkstoff bestehen und passend erscheinen. Dieses Indiz sollte jedoch bei hohen elektrischen oder Umweltanforderungen durch Tests bestätigt werden. Mit qualitativ hochwertigen Steckverbindern kann der Anwender seine Anlage zuverlässig betreiben.
Über den Autor:
Bernd Horrmeyer ist Fachreferent für Standardisierung bei Phoenix Contact.
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