Was sind die drei wichtigsten Leistungsanforderungen für Steckverbinder für HVAC/raue Umgebungen?

Von Jeff Shepard | 15. Mai 2023

Steckverbinder sind komplexe Baugruppen, deren Leistung auf der Wechselwirkung von Materialien mit elektrischen, mechanischen und Umweltfaktoren basiert. Um eine ordnungsgemäße Leistung sicherzustellen, sind umfangreiche Tests erforderlich. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Industriestandards entwickelt.

In dieser FAQ werden 13 Tests zu drei wichtigen Leistungsindikatoren für Steckverbinder besprochen, einschließlich elektrischer, mechanischer und umweltbezogener Aspekte für Steckverbinder, die in Heizungs-, Lüftungs-, Klimaanlagen- (HLK-)Systemen und anderen rauen Umgebungen verwendet werden. Einige Aspekte der Materialprüfung für Steckverbinder werden in der FAQ zum Thema „Was ist der Unterschied zwischen Nadelflammen- und Glühdrahtprüfung?“ besprochen.

Tests sind der Grundstein für die Quantifizierung der Leistung von Steckverbindern in anspruchsvollen Umgebungen. Drei Schlüsselbereiche sind:

Elektrische Tests: Die Auswirkungen hoher Ströme und Temperaturanstiege stellen die Komponenten vor Herausforderungen. Bei den Tests sollten der Nassisolationswiderstand, die Stromführung, die Impulsfestigkeit, der Kontaktwiderstand und andere Faktoren bewertet werden.

Mechanische Prüfungen: Biegeprüfung, Leiterauszug, Kälteeinwirkung, Berührungsschutz und geringer Kontaktwiderstand sind einige der grundlegenden mechanischen Überlegungen.

Umwelttests: Schutzart, Vibration, Feuchtigkeit, Korrosion und Temperaturschock, einschließlich hochbeschleunigter Lebensdauertest (HALT) und hochbeschleunigter Stressscreen-Test (HASS).

Unabhängig davon, ob die Prüfung intern oder in einem unabhängigen Labor durchgeführt wird, sollten die Anforderungen von ISO/IEC 17025, Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien, erfüllt werden. Für Prüfungen, die im Rahmen der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften durchgeführt werden, ist eine Akkreditierung obligatorisch. Die Notwendigkeit einer Akkreditierung gilt für alle Arten von Prüfungen, einschließlich elektrischer, mechanischer, Umweltprüfungen usw.

Elektrische Leistung Die Prüfung der elektrischen Leistung ist ein weites Feld und kann ein breites Spektrum an Tests umfassen, von denen einige im Folgenden ausführlicher erläutert werden. Zu den repräsentativen Tests gehören:

Der Kontaktwiderstand ist eine grundlegende Leistungsspezifikation für Steckverbinder. Der Massenwiderstand oder Eigenwiderstand beschreibt den Widerstand eines Materials einer bestimmten Größe und Fläche. Der Kontaktwiderstand hingegen beschreibt den Widerstand, der entsteht, wenn zwei Leiter in Kontakt kommen (Abbildung 1 ). IEC-60352-5 verlangt, dass die Kontaktwiderstandsprüfung mit der in IEC 60512-2-1 spezifizierten Millivolt-Pegelmethode durchgeführt werden sollte. Der Kontaktwiderstand ist ein komplexes Phänomen und wird durch Einschnürung, Filmwiderstand und Spannungsrelaxation beeinflusst. Unter Einschnürung versteht man die Verengung der wahren Kontaktfläche beim Zusammentreffen zweier Materialien. Der Filmwiderstand ist der Widerstand, der durch unerwünschtes Widerstandsmaterial (Film) auf der Kontaktoberfläche erzeugt wird. Im Laufe der Zeit kann es zu Kontaktverformungen kommen, die durch Spannungsrelaxation die Form des Kontakts verändern.

Die Strombelastbarkeit sollte gemäß IEC 60512-5-2 gemessen werden. Die Strombelastbarkeit wird durch die isolierenden Teile des Steckergehäuses und die thermischen Eigenschaften der Kontaktmaterialien begrenzt. Sie ist abhängig von der Umgebungstemperatur und der Eigenerwärmung der Kontakte. Die Tests quantifizieren die Tragfähigkeit im Verhältnis zur Umgebungstemperatur.

Die Stoßspannungsprüfung sollte gemäß IEC 60664-1 durchgeführt werden. Hierbei handelt es sich um eine indirekte Prüfung, ob die Konstruktion über ausreichende Kriech- und Luftstrecken für eine sichere Verwendung verfügt. Die Höhe der Prüfspannung richtet sich nach der Bemessungsstoßspannung des Steckverbinders. Der Test verwendet drei Spannungsstöße (1,2/50 µs) pro Polarität. Um zu bestehen, dürfen keine Funkenüberschläge auftreten.

Der in UL 1703 und UL 27 beschriebene Nassisolationswiderstandstest ist ein wichtiger Test für Steckverbinder, die in Außenanwendungen wie einigen HVAC- und Industriesystemen verwendet werden. Die Norm verlangt, dass diese Steckverbinder bis zu 25 Jahre lang Wind und Wetter standhalten. Die Prüfung des Nassisolationswiderstands liefert ein quantitatives Maß für die Isolationsleistung. Die Durchführung des Tests in einer noch leitfähigen wässrigen Lösung ermöglicht die Identifizierung von Änderungen der Luft- und Kriechstrecken, die durch Haarrisse und andere schwer zu identifizierende Quellen verursacht werden können.

Mechanische Leistung Mechanische Leistungstests sind ein weiterer weit gefasster Bereich, der eine Reihe von Tests umfasst, von denen einige im Folgenden ausführlicher erläutert werden. Zu den repräsentativen Tests gehören:

Bei der Leiterauszugsprüfung nach IEC 60998-2-1 wird eine Minute lang eine vorgegebene Zugbelastung auf die Klemmstelle ausgeübt und der Leiter muss ohne Beschädigung in Position gehalten werden. Dieser Test wird nach dem Flexionstest (unten beschrieben) durchgeführt und stellt eine strengere Anforderung dar.

Der Kaltschlagtest gemäß UL 746C, 57/UL 1703, 30. Wird durchgeführt, nachdem die zu prüfenden Steckverbinder bei -35 °C gelagert wurden. Der Test besteht darin, dass ein Prüfgewicht mit einer definierten Aufprallenergie auf den Steckverbinder fallen gelassen wird. Dieser Test kann dazu führen, dass sich die Kriech- und Luftstrecken im zu prüfenden Steckverbinder ändern. Daher sollte im Anschluss an den Kaltschlagtest eine Prüfung der Kriech- und Luftstrecken durchgeführt werden.

Der Flexionstest oder Rotationstest ist in IEC 60999-1 detailliert beschrieben. Ein Leiter wird an einem vertikal befestigten Verbinder befestigt, und am gegenüberliegenden Ende des Leiters wird ein durch den Verbinderquerschnitt bestimmtes Prüfgewicht befestigt. Der Leiter wird durch ein 37,5 mm großes kreisförmiges Loch in einer rotierenden Scheibe geführt, die sich 135 Mal um ihre horizontale Achse dreht (Figur 2 ). Nach der Prüfung muss der Kontakt den Auszugstest nach IEC 60998-2-1 bestehen.

Die Prüfung des Berührungsschutzes gemäß IEC 60529 stellt sicher, dass das Steckerdesign ein hohes Maß an Sicherheit vor Spannungen für Techniker bietet, wenn das Gerät gewartet oder gewartet wird. Bei der Prüfung wird eine Prüfspitze oder -kugel verwendet, die mit einer bestimmten Kraft auf jede Öffnung des Steckverbinders gesetzt wird.

Umweltleistung Umweltleistungstests sind ein wichtiger Testbereich für Systeme wie HLK-Anlagen oder Industrieanlagen, die im Freien oder in rauen Umgebungen eingesetzt werden können. Fünf dieser Tests werden im Folgenden ausführlicher besprochen. Zu den repräsentativen Tests gehören:

Der Korrosionstest ist in der IEC 6988 definiert. Um diesen Test korrosionsfrei und mit geringem Übergangswiderstand bei Einwirkung von Salznebel und anderen aggressiven Materialien zu bestehen, sind gasdichte Verbindungen erforderlich. Beim Kesternich-Test wird eine schwefeloxidische Atmosphäre bei einer Umgebungstemperatur von +40 °C ausgesetzt. Nach einer anschließenden Trocknungszeit wird eine Sichtprüfung durchgeführt und der Übergangswiderstand gemessen.

Die Schutzartprüfung nach DIN 40050-9/60529 misst den Schutzgrad (IP) des Steckverbinders, indem er dessen Verhalten bei Einwirkung von Wasser, einschließlich Tauch- und Hochdrucksprays, und Partikeln unterschiedlicher Größe, einschließlich Feinstaub, prüft .

Feuchtigkeitstests werden in Kombination mit anderen Qualifikationstests durchgeführt, einschließlich Steck- und Trenntests, Niederspannungswiderstand (LLCR) und Isolationswiderstand/dielektrische Arbeitsspannung (IR/DWV). Feuchtigkeitstests werden normalerweise in einer speziell dafür gebauten Testkammer durchgeführt (Figur 3 ). Dabei wird der zusammengesteckte Steckverbindersatz über einen Zeitraum von 10 Tagen einem unterschiedlichen Temperaturbereich von 25 bis 65 °C und einer Luftfeuchtigkeit von 90 % bis 98 % relativer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Um den Feuchtigkeitstest zu bestehen, muss der Steckverbinder nach dem Feuchtigkeits- und Temperaturwechsel die Steck-/Entkopplungs-, LLCR- und IR/DWV-Tests bestehen.

Die in IEC 60512-11-4, Test 11d, definierte Temperaturschockprüfung ist wichtig für industrielle Anwendungen und HVAC-Systeme. Um schnelle Temperaturänderungen zu simulieren, wird häufig ein Zweikammertest eingesetzt. Der zu prüfende Steckverbinder wird innerhalb weniger Sekunden zwischen zwei Kammern bewegt, eine an der unteren Temperaturgrenze und die andere an der oberen Temperaturgrenze, und verbleibt 45 Minuten in der zweiten Kammer. Um den Test zu bestehen, muss die Gesamtfunktionalität des Steckverbinders unbeeinträchtigt sein.

Die Vibrationsprüfung umfasst harmonische und sinusförmige Vibrationen gemäß der Definition in IEC 60068-2-6. Entlang aller drei Achsen werden verschiedene Vibrationskombinationen auf den Steckverbinder ausgeübt, um oszillierende, pulsierende oder rotierende Kräfte zu simulieren. Typische Vibrationsfrequenzen liegen zwischen 10 und 2.000 Hz und werden nacheinander mit einer Frequenz von einer Oktave pro Minute ausgeübt. Um den Test zu bestehen, muss die Funktionalität des Steckverbinders unbeeinträchtigt sein.

Zusammenfassung Tests sind wichtig, um den zuverlässigen und sicheren Betrieb von Steckverbindern in rauen Umgebungen und Anwendungen wie HVAC-Systemen sicherzustellen. Elektrische Parameter, mechanische Spezifikationen und Umgebungstoleranz sind Schlüsselfaktoren für die Leistung von Steckverbindern. Akkreditierung nach ISO/IEC 17025, die die allgemeinen Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierungslabors detailliert beschreibt und ein wichtiger Gesichtspunkt ist, wenn Prüfungen im Rahmen eines Programms zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften durchgeführt werden.

VerweiseISO/IEC 17025 Prüf- und Kalibrierlabore, International Standards Organization.Mechanische Prüfungen für Steckverbinder und Elektronikgehäuse, Phoenix Contact.Härtetests für Steckverbinder, Samtec.Grundlegendes zum Kontaktwiderstand von Steckverbindern, ATL-Technologie.