Parametrisierte Modelle zur konstruktiven Auslegung optimierter elektrischer Steckverbinderkontakte

Blauth, Michael GND

Steckverbinder für die Leistungsübertragung müssen geometrisch-stofflich so dimensioniert werden, dass sie eine vorgegebene Grenztemperatur nicht überschreiten. Zunächst werden analytische Modelle aus verschiedenen physikalischen Phänomenen (mechanische, elektrische, thermische und kontaktphysikalische) miteinander gekoppelt, um die Stromerwärmung von Steckverbinderkontakten analytisch zu berechnen. Die Modelle werden durch Experimente und FE-Analysen verifiziert. Mit erweiterten Modellen werden wichtige Fragestellungen bei der konstruktiven Auslegung geklärt (z.B. zulässiger Durchgangswiderstand, Zusammenhang zwischen Widerstand und Stromerwärmung, optimale Anzahl an Kontaktfedern). Zudem werden Sensitivitätsanalysen durchgeführt. Schließlich wird ein berechnungsgestütztes Vorgehen zur systematischen Auslegung von Steckverbinderkontakten erarbeitet. Unter Berücksichtigung geeigneter Randbedingungen ist eine direkte Berechnung der wesentlichen Abmessungen und Werkstoffkennwerte möglich.

The aim of this work is to investigate the design of connector contacts according to a specific current carrying capacity. At first established analytical models of different physical phenomena (mechanic, electric, thermal and contact physical) are combined. Thus, the heating of connector contacts including the connected wire can be calculated analytically. The models are verified by experiments and by FE-Analysis. Afterwards, these analytical models are transformed in order to calculate important parameters for the design process of connector contacts. This includes the maximum permissible power loss of a connector contact, the relationship between the transition resistance and the heating, as well as the optimal number of contact springs for a connector contact. Additionally, sensitivity studies are conducted, in order to illustrate the influence of several design parameters on the heating of connector contacts. Using the obtained results, a systematic approach for dimensioning connector contacts with respect to the current carrying capacity is presented. This approach uses analytical models (parametrized models) in order to calculate the main geometrical and material parameters. Thus, connector contacts can be designed using a uniform method, which maximises the performance potential and which is scalable for different current ratings. Therefore, this work presents an approach for the parametric design of connector contacts.

Im Rahmen dieser Arbeit wird die konstruktive Auslegung von Steckverbindern hinsichtlich der Stromtragfähigkeit untersucht. Zunächst werden bekannte analytische Modelle aus verschiedenen physikalischen Phänomenen (mechanische, elektrische, thermische und kontaktphysikalische) miteinander kombiniert, um die Stromerwärmung von Steckverbinderkontakten incl. der angeschlossenen Leitung analytisch zu berechnen. Die Modelle werden mit Hilfe von Experimenten und FE-Analysen verifiziert. Anschließend werden die analytischen Modelle umgeformt, um wichtige Fragestellungen bei der konstruktiven Auslegung von Steckverbinderkontakten zu berechnen. Dazu zählen unter anderem der maximal zulässige Durchgangswiderstand von Steckverbinderkontakten, der Zusammenhang zwischen Durchgangswiderstand und Stromerwärmung, sowie die optimale Anzahl an Kontaktfedern für einen Steckverbinderkontakt. Zudem werden Sensitivitätsanalysen durchgeführt, um den Einfluss konstruktionsrelevanter Parameter auf die Stromerwärmung von Steckverbinderkontakten darzustellen. Durch die gewonnenen Ergebnisse wird schließlich ein Vorgehen zur systematischen Auslegung von Steckverbinderkontakten hinsichtlich der Stromtragfähigkeit erarbeitet. Dieses nutzt analytische Modelle (parametrisierte Modelle), mit denen sich wesentliche geometrische Abmessungen und Werkstoffkennwerte berechnen lassen. Dadurch können Baureihen von Steckverbinderkontakten entwickelt werden, die einer einheitlichen Methodik folgen, eine Überdimensionierung vermeiden und sich für verschiedene Stromstärken skalieren lassen. Die Arbeit stellt damit einen Ansatz zur parametrischen Konstruktion von Steckverbindern dar.

Zitieren

Zitierform:

Blauth, Michael: Parametrisierte Modelle zur konstruktiven Auslegung optimierter elektrischer Steckverbinderkontakte. Ilmenau 2017. Universitätsverlag Ilmenau.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export