Feuchtigkeit im Relais - Ursache, Problemfalle und Losungsansatze durch thermische Simulation

摘要

Im taglichen Leben ist der Mensch heute wie nie zuvor auf die Zuverlassigkeit elektrischer Schaltkreise angewiesen. Speziell bei hohen und niedrigen Temperaturen treten jedoch haufig Probleme auf. Durch die Simulation thermodynamischer Prozesse am Computer kann man mogliche Schwierigkeiten bei kritischen Temperaturen schon im Entwicklungsprozess erkennen, ohne Experimente am Objekt durchfuhren zu mussen. Kennt man zum Beispiel den Warmehaushalt in einem Relais, lassen sich Schaltprobleme haufig verhindern. Daher sind Simulationen zu einem festen Bestandteil in der Entwicklung elektrischer Bauteile geworden. In Relais kann Restfeuchtigkeit, die entweder im Inneren in der Luft vorhanden ist oder auch aus den verbauten Materialien ausdampfen kann, auf den Relaiskontakten kondensieren. Bei niedrigen Temperaturen kann dies zu Eisbildung auf den Kontakten fuhren und so zu einem hochohmigen Kontaktwiderstand. Ob es dazu kommt, ist jedoch ein statistischer Prozess und hangt von vielen Parametern ab: neben dem Laststrom und der Spulenleistung spielt die Verbindung zur Leiterplatine, insbesondere der Querschnitt der Zuleitungen, eine ausschlaggebende Rolle. Im folgenden Artikel wird der Warmehaushalt eines Relais, das bei tiefen Temperaturen und kleinen Laststromen verwendet werden soll, nach der Finiten-Element-Methode berechnet. In mehreren Schritten werden die relevanten Parameter bestimmt und das Design dahingehend optimiert. Ferner werden vergleichende elektrische und thermische Messungen durchgefuhrt, um die Simulation zu bestatigen.