Elektrische Verbindungstechnologien

Gestiegene Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit der Signal- und Leistungsvernetzung mechatronischer Systeme setzen Anbieter von Kontaktierungstechnologien vor ganz neue Herausforderungen. Besonders im Hinblick auf künftige automatisierte Fahrfunktionen ist eine Ausfallsicherheit funktionskritischer E/E-Komponenten sowie eine verlässliche Übertragung der Daten von elementarer Bedeutung. Basierend auf einer langjährigen Erfahrung im Bereich elektrischer Verbindungstechnologien unterstützen die Forschenden der Fraunhofer EMFT ihre Industriekunden bei der Bewältigung verschiedener Herausforderungen.

Untersuchung von Fehlerursachen in der elektrischen Verbindungstechnik
© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller
Untersuchung und Entwicklung von Ansätzen zur nachhaltigen, kreislaufgerechten Entwicklung der Komponenten zur Signal- und Leistungsübertragung.
Untersuchung des Schadensverhaltens von Einpressverbindungen.
© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller
Untersuchung und Simulation des Schadensverhaltens von Einpressverbindungen infolge mechanischer und thermischer Belastungen.

Analyse von Steckverbindern und Stecksystemen

Untersuchung der Reibkorrosion.
© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller
Reibkorrosion: Ermittlung der elektrischen Eigenschaften von Kontakten, Steckern und Steckverbindern bei definierter Belastung durch Kontaktkraft, Kontakttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Amplitude und Frequenz der Reib-Bewegung.

Degradationsprozesse bei Steckverbindungen verursachen immer wieder Probleme im Feld. Insbesondere wenn die Ausfälle zu Liegenbleibern führen. Im Hinblick auf automatisierte Fahrfunktionen ist es erforderlich die Anbahnung solcher Ausfälle frühzeitig zu detektieren. Mit den Prüfständen der Fraunhofer EMFT kann die Zuverlässigkeit sowie das Langzeitverhalten elektrischer Verbindungen analysiert werden. Insbesondere die Bestimmung der elektrischen Eigenschaften von Kontakten, Steckern und Steckverbindern im Zusammenhang mit Reibkorrosion bspw. infolge von Vibrationen liefert ein umfassendes Verständnis der Langzeitzuverlässigkeit der untersuchten Kontaktierungstechnologie.

Designbewertung und -Optimierung

Untersuchung der Zuverlässigkeit von Hardware-in-the-Loop.
© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller
Untersuchung und Validierung der Zuverlässigkeit elektrischer Verbindungen durch die Anwendung von Hardware-in-the-loop (HiL).

Für die Auswahl einer geeigneten elektrischen Verbindungstechnologie sind Kenntnisse über das Alterungs- und Schadensverhalten von zentraler Bedeutung. Durch eine Betrachtung des thermischen und mechanischen Verhaltens erster Konzepte, können bereits früh im Produktentwicklungsprozess effiziente und anforderungsgerechte Lösungen erarbeitet werden.

Die Fraunhofer EMFT unterstützt bereits in der Konzeptphase bei der Auswahl anwendungsoptimierter Materialien. Die Eigenschaften der verwendeten Materialien sind entscheidend für die Funktionen der einzelnen Komponenten. Kenntnisse über das Zusammenspiel von Herstellungsprozess, mechanische Belastung und Ausfallmechanismen werden genutzt, um Produkte zu verbessern. Hierzu werden die Materialien in den Laboren der Fraunhofer EMFT vollumfänglich analysiert.

Zudem können thermische sowie mechanische Ausfallursachen mit Hilfe der Prüfstände und innovativen HiL-Anwendungen der Fraunhofer EMFT effizient und zielgerichtet untersucht werden. Die ermittelten Erkenntnisse liefern Ansätze zur Designbewertung und -optimierung.

Zur Bewertung bestehender Designs greift die Fraunhofer EMFT auf Erfahrungen aus über 40 Jahren Schulungsbetrieb zurück. Das ZVE-Zentrum für Verbindungstechnik in der Elektronik der Fraunhofer EMFT steht für umfassendes Know-How in den Bereichen Löten, Handlöten, Aufbau- und Verbindungstechnik sowie Crimpen.

Test, Qualifizierung und Zuverlässigkeit von stoffschlüssigen und kraftschlüssigen elektrischen Verbindungen

In den Laboren der Fraunhofer EMFT können zahlreiche Prüfungen zur Bestimmung der Qualität und Zuverlässigkeit stoffschlüssiger und kraftschlüssiger elektrischer Verbindungen durchgeführt werden.

Derating Messung elektrischer Verbindungen.
© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller
Derating Messungen und Zuverlässigkeitsprüfung elektrischer Verbindungen der Signal- und Leistungsvernetzung mechatronischer Systeme.

Bestimmung der Strombelastbarkeit und Ermittlung von Deratingkurven gemäß DIN IEC 60512

Eine Bestimmung der Strombelastbarkeit elektrischer Verbindungen ist eine Voraussetzung, um die Zuverlässigkeit der Leistungsübertragung bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen zu beurteilen. In den Deratingprüfschränken der Fraunhofer EMFT ist eine normgerechte Untersuchung der Strombelastbarkeit elektrischer Verbindungen möglich. Mit Hilfe einer Thermografie lässt sich das die Wärmeübertragung innerhalb des Systems beobachten.

Untersuchung mechanischer Eigenschaften

In den Laboren für Löt-, Crimp-, Einpresstechnik und Ultraschallschweißen können elektrische Verbindung im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften (Bestimmung der Zug-, Druck-, Scherfestigkeit sowie Relaxations- oder Kriechversuche etc.)  nach unterschiedlichen Normen, Richtlinien oder Lieferantenvereinbarungen geprüft werden.

Zuverlässigkeitsprüfung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen

In den Klimaschränken der Fraunhofer EMFT können verschiedene Umweltbedingungen simuliert werden. Durch eine gleichzeitige Überlagerung von mechanischen Belastungen und Vibrationen kann so die Langzeitzuverlässigkeit sowie das Schadensverhalten elektrischer Verbindungen analysiert werden. 

Cyber-Physical Connector

Cyber-physical-Connector
© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller
Das kontaktlose elektronische Sensorsystem dient als intelligente Diagnoseschnittstelle für Internet of Things (IoT) und ermöglicht ein zuverlässiges Condition-Monitoring der Umgebung am Beispiel eines Leiterplatten Steckverbinders (Smart Mechanical Electrical Connector, SmeC).

Im Hinblick auf automatisierte Fahrfunktionen ist es von großer Bedeutung die Anbahnung möglicher Funktionsausfälle aufgrund von Degradationsprozessen elektrischer Verbindungen frühzeitig zu detektieren. Das kontaktlose elektronische Sensorsystem der Fraunhofer EMFT - "Cyber-Physical Connector" - ermöglicht ein zuverlässiges Condition-Monitoring von Stecksystemen. Als Diagnoseschnittstelle liefert das skalierbare Messsystem einen Ansatz, die Verfügbarkeit elektronischer Baugruppen sicherzustellen. Durch ein optimiertes Packaging werden auf engstem Raum Daten wie die Temperatur oder der Stromfluss kontaktnah ermittelt und drahtlos zur Auswertung übertragen. Am Beispiel eines Leiterplattenstecksystems konnte bereits die Zuverlässigkeit des Sensorsystems auch bei erhöhten Temperaturen und Vibrationen nachgewiesen werden.

Diese Leistungen im Bereich Elektrische Verbindungstechnologien  stehen für Ihre Anwendungsthemen an der Fraunhofer EMFT zur Verfügung, nehmen Sie Kontakt mit uns auf!

 

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