Moderne connectoren voor hoge stroomsterktes moeten veilig hoge bedrijfs- en foutstromen, alsmede stroompulsen kunnen geleiden. Tegelijkertijd moet een lage contactweerstand worden bereikt die gedurende de gehele levensduur moet worden gehandhaafd. Dat dit niet zo eenvoudig is, blijkt uit de vele factoren waarmee rekening moet worden gehouden. Lapp toonde tijdens een digitaal event wat er allemaal bij komt kijken en liet Stephan Schlegel van de TU Dresden aan het woord.
Elektriciteitsnetten worden gevoed door stroom, afkomstig van conventionele elektriciteitscentrales en in toenemende mate van hernieuwbare energiebronnen, zoals fotovoltaïsche systemen (zonnecellen) of windturbines. Ze hebben een modulair ontwerp en werken met stroomgeleidende verbindingen. Zo zorgen ze ervoor dat elektrische energie 24/7 beschikbaar is, thuis en in de industrie.
Cruciaal
De uitvalduur van het stroomnet in Duitsland bedraagt tegenwoordig ongeveer 20 minuten per jaar en geen enkel ander land doet het beter op dit gebied. Het vereist een hoge mate van betrouwbaarheid en veiligheid van het systeem en dus van de componenten.
Het gebruik van stekkerverbindingen is hier van centraal belang. Zij zijn cruciaal, vooral voor demonteerbare systeemonderdelen of ter compensatie van relatieve bewegingen tussen bedieningsapparatuur, bijvoorbeeld ten gevolge van thermische uitzetting tijdens de werking.
Zwaar belaste onderdelen
Dergelijke insteekverbindingen zijn zwaar belaste onderdelen en moeten daarom aan talrijke minimumeisen voldoen. Het gaat met name om een hoge stroombelastbaarheid door een lage contactweerstand, een compact ontwerp door een hoge vermogensdichtheid, hoge bedrijfstemperaturen door temperatuurbestendige geleider- en bekledingsmaterialen, en een stabiel tribologisch gedrag bij een groot aantal parings- en schuifcycli. Al deze factoren zijn bepalend voor een lange levensduur.
Voldoende contactkracht
Stekkerverbindingen bestaan uit twee hulpaansluitingen waarmee de geleiders op de stekker en het stopcontact worden aangesloten. Deze worden gemaakt met pers-, las- of schroefverbindingen. De hoofdverbinding tussen stekker en contactdoos kan tot stand worden gebracht met behulp van contactelementen, vingercontacten of sleufcontactdozen. Het ontwerp moet zodanig zijn dat er altijd een voldoende grote contactkracht is om een zo laag mogelijke contactweerstand en tegelijkertijd een geringe wrijvingsslijtage te bereiken.
Materialen
Het contact- en langetermijngedrag hangt hoofdzakelijk af van de gebruikte contact- en veermaterialen. In het geval van contactmaterialen zijn de belangrijkste factoren een hoog elektrisch geleidingsvermogen, een goed warmtegeleidingsvermogen, temperatuurstabiliteit, een hoge mechanische sterkte, zo nodig veereigenschappen en een goede mechanische bewerkbaarheid.
Daarom worden hoofdzakelijk koperlegeringen voor dit doel gebruikt. De doorslaggevende factoren voor de bekledingsmaterialen zijn een geringe vorming van onzuiverheidslagen op het oppervlak, een goede hechting aan het geleider materiaal, temperatuurstabiliteit van de microstructuur, een geringe neiging tot lassen en een hoge slijtvastheid. Contactmaterialen op basis van goud en zilver worden het meest gebruikt voor sterk belaste connectoren.
Meer over de keuze van connectoren, veroudering, thermisch gedrag en het onderzoek van Stephan Schlegel is te lezen in de komende Aandrijftechniek.
