Simulation thermomechanischer Spannungen in Ag/SnO2-Werkstoffen nach Lichtbogenbelastung

Abstract:
In den Anwendungsfeldern elektromechanische Relais und Schütze sind Schaltkontakte aus Silberzinnoxid (Ag/SnO2) weit verbreitet. Ein grundsätzlicher Trend in diesen Anwendungsfeldern ist eine stetige Geräteminiaturisierung, welche mit einer Erhöhung der Energiedichten einhergeht. Diese Erhöhung der Energiedichten in den Schaltgeräten hat einen deutlichen Anstieg der in die Kontaktstücke thermisch induzierten mechanischen Spannungen zur Folge. Da es bislang nicht möglich war diese Eigenspannungen messtechnisch zu erfassen, wurden im Rahmen der vorliegenden Studie Simulationen nach der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt, um die induzierten mechanischen Spannungen bei Schwerlastbetrieb eines Schütz abzuschätzen. Die Publikation beschreibt zunächst die experimentellen schalttechnischen Untersuchungen, welche zur Festlegung der Simulationsrandbedingungen dienten. Des Weiteren wird die temperaturabhängige Modellierung elastischer und plastischer Eigenschaften des Funktionswerkstoffes Ag/SnO2 vorgestellt. Als Ergebnisse werden zeitliche und räumliche Temperatur- und Spannungsverläufe aufgezeigt, sowie die erzielten Simulationsergebnisse bezüglich ihrer Bedeutung für die Anwendung diskutiert. Basierend auf diesen Ergebnissen war es über Parametervariation möglich die Spannungseigenschaften von Ag/SnO2 Werkstoffverbunden zu optimieren.