Berechnungsmodelle für die Vorhersage von Verschleiß und Durchrieb der Oberflächenschutzschicht von elektrischen Kontakten mit einer sphärischen/ebenen Reibpaarung

Abstract:
Eine Schutzschicht wird in der Regel auf Basismaterialien elektrischer Kontakte aufgebracht, um eine höhere Leitfähigkeit sowie eine längere Lebensdauer zu erreichen. Elektrische Kontakte, mit einer Schutzoberfläche aus Edelmetall, werden für anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt. Die Schutzwirkung der Oberfläche bleibt bis zum Durchrieb erhalten. Nach dem Durchrieb der Beschichtung liegt das Grundmaterial, in der Regel Kupferlegierungen, frei und ist den Umwelteinflüssen ausgesetzt. Hierbei oxidieren die Verschleißpartikel des Basismaterials, sammeln sich in der Kontaktzone und führen zu einem Anstieg des Kontaktwiderstands, welches zu Fehlern im Kontaktverhalten führt. Der Verschleiß kann durch Vibration oder unterschiedliche thermische Ausdehnung auf beiden Seiten des Kontaktes verursacht werden. Daher hat die Analyse des Verschleißprozesses hinsichtlich der Lebensdauer eines Kontaktes eine sehr große Bedeutung. Jedes Material weist eine bestimmte Verschleißbeständigkeit auf, die in der Regel durch den sogenannten Verschleißkoeffizienten charakterisiert wird. Wenn der Verschleißkoeffizient bekannt ist, kann man die Gesetzmäßigkeiten aus der Tribologie nutzen, um den Verschleiß der Oberfläche zu berechnen und damit den Zeitpunkt des Durchriebs vorherzusagen. Allerdings werden bei elektrischen Kontakten mit Edelmetalloberflächen oft keine reinen Materialien verwendet. Eine Oberfläche aus Edelmetall, wie z.B. Silber, Gold oder Palladium kann vielfältig durch Zusatzstoffe oder Legierungselemente modifiziert werden. Zudem werden die Art und der Anteil dieser Zusatzstoffe bzw. der Legierungselemente oft nicht bekannt gegeben. Dadurch kann eine Oberfläche mit einem bekannten Basismetall, wie z.B. Silber, Gold oder Palladium, sehr unterschiedliche Verschleißbeständigkeiten aufweisen. Diese Vielfalt erschwert die Ermittlung des Verschleißkoeffizienten für die jeweilige Variante. Das Ziel dieses Aufsatzes ist es, die Berechnungsmodelle vorzustellen, die es ermöglichen, den Verschleißkoeffizienten aus einer kurzen Betriebszeit zu ermitteln und damit den Zeitpunkt des Durchriebs vorherzusagen.