Zum Langzeitverhalten elektrischer Steckverbindungen mit Kupfer-Beryllium-Kontaktlamellen

Elektrische Steckverbindungen im Bereich der Elektroenergietechnik werden durch den Betriebsstrom, die daraus resultierende Belastungstemperatur, die Umgebungsbedingungen und durch Relativbewegungen zwischen den Kontaktpartnern belastet. Daraus resultieren verschiedene Alterungsmechanismen, die das Langzeitverhalten der elektrischen Verbindungen wesentlich bestimmen. Mit der Zeit kann der Verbindungswiderstand größer werden, bis es schließlich zum Ausfall der Verbindung kommt. Bekannte Alterungsmechanismen sind: Kraftabbau, Reibverschleiß, Chemische Reaktionen, Elektromigration und Interdiffusion. Das Langzeitverhalten abhängig von den Mechanismen Kraftabbau und Reibverschleiß wurde in dieser Arbeit anhand von elektrischen Verbindungen mit Kontaktlamellen des Typs LAIA untersucht. Diese Kontaktlamellen bestehen aus einer ausscheidungsgehärteten Kupfer-Beryllium-Legierung (CuBe2), die eine hohe mechanische Festigkeit und sehr gute Federeigenschaften bei guter elektrischer Leitfähigkeit auszeichnet. Das Relaxationsverhalten der Kontaktlamellen wurde mit einem FEM-Model berechnet und mit einer Modellanordnung durch Langzeitversuche experimentell verifiziert. Im Vergleich dazu wurden die gemessenen zeit- und temperaturabhängigen Verbindungskräfte auch mit der Extrapolationsmethode nach Larson und Miller ausgewertet und mit den Ergebnissen der FEM-Berechnungen verglichen. Die Untersuchungen zum Reibverschleiß wurden mit einer Versuchsanordnung durchgeführt, mit der Versatzbewegungen bis zu 10 mm und Frequenzen bis zu 100 Hz durch eine digitale Regelung eingestellt werden können. Gegenstand der Untersuchungen war ein praktisch eingesetzter Hochstrom-Steckverbinder mit einer Kontaktlamelle des Typs LAIA. In den experimentellen Untersuchungen wurden, neben dem Parameter Kontaktfett, unterschiedliche Versatzamplituden und –frequenzen als Randbedingungen gewählt.