DE112007002307B4

DE112007002307B4 - Verfahren zum Vorhersagen bei einem Verbindungsanschluss, ob ein normalisierter Kontaktwiderstandswert mit einer erlaubten Temperaturerhöhung vereinbar ist

Info

Publication number: DE112007002307B4
Application number: DE112007002307.4T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Sawada; Hideo Hoshi
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2027-10-04
Also published as: JP4851290B2; US7824236B2; US20090239425A1; JP2008091228A; WO2008041721A1; DE112007002307T5

Abstract

Verfahren zum Vorhersagen bei einem Verbindungsanschluss, ob ein normalisierter Kontaktwiderstandswert Rter in den Einheiten Ohm pro Millimeter mit einer erlaubten Temperaturerhöhung ΔT in den Einheiten Kelvin vereinbar ist, wobei die erlaubte Temperaturerhöhung ΔT eine Temperaturerhöhung bis zu einem Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses repräsentiert, wobei der Verbindungsanschluss – einen männlichen Anschluss mit einem Drahtcrimpabschnitt, mit dem ein Ende eines Drahtes vercrimpt ist; – einen weiblichen Anschluss mit einem Drahtcrimpabschnitt, mit dem ein Ende eines Drahtes vercrimpt ist; und – einen Verbindungsabschnitt, wo der männliche und der weibliche Anschluss miteinander verbunden sind, umfasst, wobei ein Kontaktwiderstandswert des gesamten Verbindungsanschlusses eine Summe aus einem Kontaktwiderstandswert des Drahtcrimpabschnitts des männlichen Anschlusses, einem Kontaktwiderstandswert des Drahtcrimpabschnitts des weiblichen Anschlusses und einem Kontaktwiderstandswert des Verbindungsabschnitts ist, und wobei eine Länge eines Kontaktabschnitts eine Summe aus einer Länge des Drahtcrimpabschnitts des männlichen Anschlusses, einer Länge des Drahtcrimpabschnitts des weiblichen Anschlusses und einer Länge des Verbindungsabschnitts ist; wobei der normalisierte Kontaktwiderstandswert Rter durch Dividieren des Kontaktwiderstandswerts des gesamten Verbindungsanschlusses durch die Länge des Kontaktabschnitts bestimmt wird; ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen bei einem Verbindungsanschluss, ob ein normalisierter Kontaktwiderstandswert mit einer erlaubten Temperaturerhöhung vereinbar ist, und insbesondere bei einem Verbindungsanschluss, der vorzugsweise für eine elektrische Verdrahtung eines Fahrzeugs, einer industriellen oder anderweitigen Einrichtung verwendet wird, durch die ein großer elektrischer Strom fließt.
Herkömmlich wird ein Verbindungsanschluss in einer elektrischen Verdrahtung eines Fahrzeugs wie etwa eines Automobils, einer industriellen oder anderweitigen Einrichtung verwendet. Wenn der Verbindungsanschluss in einer Schaltung verwendet wird, durch die ein elektrischer Strom zum Beispiel einer Ladeeinrichtung eines Elektrofahrzeugs oder dergleichen fließt, wird an einem Kontaktpunkt des Verbindungsanschlusses sehr viel Wärme erzeugt, so dass verschiedene Gegenmaßnahmen wie etwa eine Vergrößerung des Verbindungsanschlusses, ein Anbringen von Kühlrippen oder eine Verbesserung der Form des Verbindungsanschlusses ergriffen werden, um eine Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses zu begrenzen.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H11-67311 zum Beispiel offenbart eine experimentelle Untersuchung zur Verbesserung der Form eines weiblichen Anschlussstücks vom Verbindungstyp. Die Veröffentlichung offenbart das weibliche Anschlussstück, das einen Anschlusskörper, an dem ein Kontaktabschnitt mit einer Nase eines männlichen Anschlussgegenstücks zur Bildung einer leitenden Verbindung ausgebildet ist, und ein bezüglich des Anschlusskörpers separates Federstück, das die Nase gegen den Kontaktabschnitt drückt, umfasst, wobei der Anschlusskörper als die leitende Verbindung dick und das Federstück, das nicht als die leitende Verbindung wirkt, dünn ausgelegt ist.
Der Anschlusskörper, der als die leitende Verbindung wirkt, ist dick ausgelegt, wodurch sich die Wärmeerzeugung an dem Kontaktpunkt, die verursacht wird, wenn ein großer Strom durch das weibliche Anschlussstück fließt, verringert, während das Federstück, das nicht als die leitende Durchführung wirkt, dünn ausgelegt ist, wodurch die Größe des gesamten weiblichen Anschlussstücks minimiert ist.
Jedoch existiert bisher keine Technik zur Vorhersage einer erzeugten Wärmemenge und einer Temperaturerhöhung eines Prototyp-Verbindungsanschlusses, wenn darüber ein Strom fließt, so dass es jedes Mal, wenn ein Verbindungsanschluss neu ausgelegt und vorproduziert wird, erforderlich ist, einen Temperaturerhöhungstest zur Messung der Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses durchzuführen, um zu überprüfen, ob die Temperaturerhöhung mit einem Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses verträglich ist. Aus diesem Grund existiert dahingehend ein Problem, dass die Entwicklungszeit des Verbindungsanschlusses lange ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Vorhersagen bei einem Verbindungsanschluss, ob ein normalisierter Kontaktwiderstandswert mit einer erlaubten Temperaturerhöhung vereinbar ist, bereitzustellen, so dass die Entwicklungszeit des Verbindungsanschlusses kurz ist.
Als Ergebnis ernsthafter Untersuchungen fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung heraus, dass eine bestimmte Gleichung in einer Design- oder Konstruktionsphase eine Vorhersage einer Temperaturerhöhung eines Verbindungsanschlusses erlaubt, ohne tatsächliche eine Messung der Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses, wenn ein Strom fließt, durchzuführen. Die vorliegende Erfindung basiert auf diesen Erkenntnissen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Ein Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt in einer Design- oder Entwicklungsphase eine Vorhersage einer Temperaturerhöhung eines Verbindungsanschlusses, wenn über ihn ein Strom fließt. Demzufolge ist es nicht erforderlich, jedes Mal, wenn ein Verbindungsanschluss neu entwickelt und vorproduziert wird, einen Temperaturerhöhungstest zur Messung einer Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses durchzuführen, um zu überprüfen, ob die Temperaturerhöhung mit einem Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses verträglich ist. Dies ermöglicht eine kurze Entwicklungszeit für den Verbindungsanschluss. Ferner wird auf der Grundlage der Erkenntnisse ein Kontaktwiderstandswert R_ter so bestimmt, dass die Temperaturerhöhung kleiner als eine erlaubte Temperaturerhöhung ΔT ist, die die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses auf den Temperaturstandard repräsentiert, wodurch die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses, durch den ein Strom fließt, begrenzt ist.
Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
1 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen einer Temperaturerhöhung (°C) und eines normalisierten Kontaktwiderstandswerts R_ter (Ω/mm) eines Verbindungsanschlusses bei einer Stromstärke bzw. einem Stromwert von 100 A zeigt, wobei ein Drahtquerschnitt 15 mm² beträgt;
2 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen der Temperaturerhöhung (°C) und dem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses bei jedem Stromwert zeigt, wobei der Drahtquerschnitt 15 mm² beträgt;
3 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen I² und α × I² zur Gewinnung einer Konstanten α bei einem Stromwert von 100 A zeigt, wobei der Drahtquerschnitt 15 mm² beträgt;
4 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen I² × R_Draht und β × I² × R_Draht zur Gewinnung einer Konstanten β bei einem Stromwert von 100 A zeigt, wobei der Drahtquerschnitt 15 mm² beträgt;
5 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen der Temperaturerhöhung (°C) und dem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses bei einem Stromwert von 34 A zeigt, wobei der Drahtquerschnitt 3 mm² beträgt;
6 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen I² und α × I² bei Stromwerten von 34 A und 100 A zeigt, wobei die Drahtquerschnitte 3 mm² bzw. 15 mm² betragen;
7 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen I² × R_Draht und β × I² × R_Draht bei Stromwerten von 34 A und 100 A zeigt, wobei die Drahtquerschnitte 3 mm² bzw. 15 mm² betragen; und
8 eine Kennlinie (Vergleichsbeispiel), die eine Beziehung zwischen der Temperaturerhöhung (°C) und einem Kontaktwiderstandswert R (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses bei einem Stromwert von 100 A zeigt, wobei der Drahtquerschnitt 15 mm² beträgt.
Nachfolgend ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
In dem Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Beziehung eines normalisierten Drahtwiderstandswerts R_Draht(Ω/mm) eines Drahtes, eines Stromwertes I(A) und einer erlaubten Temperaturerhöhung ΔT (°C) zu einem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) eines Verbindungsanschlusses durch R_ter < ΔT/(752 × I²) – 3,7 × R_Draht ausgedrückt, wobei die erlaubte Temperaturerhöhung ΔT (°C) eine Temperaturerhöhung auf einen Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses repräsentiert.
Der normalisierte Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses repräsentiert einen Kontaktwiderstandswert pro Längeneinheit des gesamten Verbindungsanschlusses, wobei sich dessen Länge sich auf eine Länge eines Kontaktabschnitts bezieht. Der normalisierte Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses ergibt sich durch Dividieren des Kontaktwiderstandswerts (Ω) des gesamten Verbindungsanschlusses durch die Länge (mm) des Kontaktabschnitts, wobei der Kontaktwiderstandswert des gesamten Verbindungsanschlusses eine Summe ist aus einem Kontaktwiderstandswert (Ω) eines Drahtcrimpabschnitts eines männlichen Anschlusses, mit dem ein Ende eines Drahtes vercrimpt ist, eines Kontaktwiderstandswerts (Ω) eines Drahtcrimpabschnitts eines weiblichen Anschlusses, mit dem ein Ende eines Drahtes vercrimpt ist, und eines Kontaktwiderstandswerts (Ω) eines Verbindungsabschnitts, wo der männliche Anschluss und der weibliche Anschluss miteinander verbunden sind, und die Länge des Kontaktabschnitts ist eine Summe aus einer Länge des Drahtcrimpabschnitts des männlichen Anschlusses, einer Länge des Drahtcrimpabschnitts des weiblichen Anschlusses und einer Länge des Verbindungsabschnitts.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der Kontaktwiderstandswert und die Länge in Ω bzw. mm ausgedrückt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf begrenzt; der Kontaktwiderstandswert und die Länge können auch in μΩ bzw. m ausgedrückt sein.
Der Grund, weshalb sich der Kontaktwiderstandswert (Ω) des gesamten Verbindungsanschlusses nicht nur aus dem Kontaktwiderstandswert (Ω) des Verbindungsabschnitts, sondern zudem aus jenen der Drahtcrimpabschnitte des männlichen und des weiblichen Anschlusses zusammensetzt, ist der, dass, wenn ein Strom fließt, auch durch den Kontaktwiderstandswert in den Drahtcrimpabschnitten Jule'sche Wärme erzeugt wird, die zu der Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses beiträgt.
Ferner, der Grund, weshalb der Kontaktwiderstandswert normalisiert wird, anstatt den Kontaktwiderstandswert (Ω) einfach auf den gesamten Verbindungsabschnitt anzuwenden, ohne ihn durch die Länge (mm) des Kontaktabschnitts zu dividieren, ist der, dass es verschiedene Arten von Verbindungsanschlüssen mit verschiedenen Formen und Größen gibt. Aus diesem Grund gibt es, wenn die Temperaturerhöhung der Verbindungsanschlüsse mit unterschiedlichen Formen und Größen bewertet wird, keine Korrelation zwischen dem Kontaktwiderstand und der Temperaturerhöhung, wenn einfach der Kontaktwiderstandswert (Ω) des gesamten Verbindungsanschlusses angewendet wird.
Die erlaubte Temperaturerhöhung ΔT (°C) des Verbindungsanschlusses repräsentiert die Temperaturerhöhung auf den Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses. Die erlaubte Temperaturerhöhung ΔT (°C) repräsentiert einen erlaubten Bereich der Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses, und eine Temperaturerhöhung innerhalb dieses Bereichs erzeugt keine Probleme. Der Temperaturstandard ist zum Beispiel bei einem Stromwert von 100 A auf 60°C oder weniger festgelegt. Jedoch verändert sich der Temperaturstandard in Abhängigkeit von einer Umgebung, in der der Verbindungsanschluss verwendet wird.
Nachfolgend ist ein Prozess zur Herleitung der oben genannten Gleichung beschrieben.
In dem Verbindungsanschluss ist eine Korrelation zwischen dem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) und der Temperaturerhöhung gefunden worden. Die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses, wenn durch ihn ein Strom fließt, wird aus einer Wärmespeichermenge (d. h. einer Differenz zwischen einer Wärmeerzeugungsmenge und einer Wärmeabgabemenge) bestimmt. Daraus ergibt sich Gleichung (1), wobei dT die Temperaturerhöhung innerhalb dt Stunden ist: I² × R_ter – W = Cp × dT/dt (1), worin I den Stromwert (A), R_ter den normalisierten Kontaktwiderstandswert (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses, W die Wärmeabgabemenge (W/mm) des Verbindungsanschlusses und Cp die Wärmekapazität (J/K) des Verbindungsanschlusses bedeuten.
Da dT in einem stationären Zustand 0 ist, nimmt in diesem Fall Gleichung (1) den Wert Null an: I² × R_ter – W = 0. Ferner wird angenommen, dass die Wärmeabgabemenge W (W/mm) in dem Verbindungsanschluss die Wärmeabgabe in die Atmosphäre und die Wärmeabgabe in den Draht enthält, so dass sich Gleichung (2) ergibt: W = Ka × ΔT1 + Kw × ΔT2 (2), worin Ka ein Wärmewiderstand (W/mm × K) zwischen dem Verbindungsanschluss und der Atmosphäre, Kw ein Wärmewiderstand (W/mm × K) zwischen dem Verbindungsanschluss und dem Draht, ΔT1 eine Temperaturerhöhung (K) des Verbindungsanschlusses und ΔT2 eine Temperaturdifferenz (K) zwischen dem Verbindungsanschluss und dem Draht bedeuten.
Aus der Beziehung zwischen ΔT1 und ΔT2 folgt Gleichung (3): ΔT2 = ΔT1 + T_Luft – T_Draht (3), worin T_Luft die Atmosphärentemperatur (K) und T_Draht die Drahttemperatur (K) bedeuten.
Aus den Gleichungen (1) bis (3) folgt Gleichung (4), die die Temperaturerhöhung ΔT1 (K) des Verbindungsanschlusses repräsentiert: ΔT1 = {1/(Ka + Kw)} × I² × R_ter + {Kw/(Ka + Kw)} × (T_Draht – T_Luft) (4)
Gemäß Gleichung (4) ist die Temperaturerhöhung ΔT1 (K) des Verbindungsanschlusses unter Verwendung des normalisierten Kontaktwiderstandswerts (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses erster Ordnung ausgedrückt. Da sich T_Draht in Abhängigkeit vom Stromwert (A) ändert, muss hier die Wärmeerzeugungsmenge (W/mm) des Drahts berücksichtigt werden. Als eine „Beziehungsgleichung” repräsentiert Gleichung (5) die Wärmeerzeugungsmenge (W/mm) des Drahtes: I² × R_Draht = Kwa × (T_Draht – T_Luft) (5), worin R_Draht den normalisierten Drahtwiderstandswert (Ω/mm) und Kwa einen Wärmewiderstand (W/mm × K) zwischen dem Draht und der Atmosphäre bedeuten.
Aus den Gleichungen (4) und (5) folgt die Temperaturerhöhung ΔT1 (K) des Verbindungsanschlusses gemäß Gleichung (6): ΔT1 = {1/(Kw + Ka)} × I² × R_ter + {(Kw/Kwa)/(Ka + Kw)} × I² × R_Draht (6)
Da Ka, Kw und Kwa jeweils Konstanten sind, ist hier die Temperaturerhöhung ΔT1 (K) des Verbindungsanschlusses durch den normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses, den normalisierten Drahtwiderstandswert R_Draht (Ω/mm) und den Stromwert K (A) gemäß Gleichung (6) ausgedrückt, und die Temperaturerhöhung ΔT1 (K) des Verbindungsanschlusses wird durch Gewinnung dieser Werte berechnet. Gleichung (6) kann, wie folgt vereinfacht werden: ΔT1 = α × I² × R_ter + β × R_Draht (7), worin α = 1/(Ka + Kw) und β = (Kw/Kwa)/(Ka + Kw) ist.
Gemäß Gleichung (7) findet man unter der Annahme, dass der gleiche Draht und der gleiche Stromwert verwendet werden, dass die Temperaturerhöhung ΔT1(K) des Verbindungsanschlusses von dem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses abhängt. Das heißt, in diesem Fall muss, wenn der normalisierte Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) bestimmt ist, die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses bestimmt werden. Ferner ist unter der Annahme, dass der zu verwendende Draht geändert wird, R_Draht umso. kleiner und die Temperaturerhöhung umso geringer, je größer der Durchmesser des verwendeten Drahtes ist. Dies stimmt damit überein, dass die Wärmeabgabemenge von dem Verbindungsanschluss des Drahtes umso größer und die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses umso kleiner ist, je größer der Durchmesser des Drahtes ist.
Somit erlaubt die Verwendung der Gleichung (7) in einer Design- bzw. Entwicklungsphase eine Vorhersage der Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses, wenn über ihn ein Strom fließt. Ferner ermöglicht es die Verwendung der Gleichung (7), die Durchführung des Temperaturerhöhungstests zur Überprüfung, ob die Temperaturerhöhung mit dem Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses verträglich ist, jedes Mal, wenn ein Verbindungsanschluss neu entwickelt und erzeugt wird, zu vermeiden, so dass der Verbindungsanschluss schnell entwickelt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der oben dargelegten Erkenntnisse der Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) so bestimmt, dass die Temperaturerhöhung kleiner als die erlaubte Temperaturerhöhung ΔT (°C) ist, die die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses auf den Temperaturstandard repräsentiert. Demzufolge ergibt sich Gleichung (8) zu: ΔT > ΔT1 = α × I² × R_ter + β × I² × R_Draht (8)
Wenn Gleichung (8) modifiziert wird, um den normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) des Verbindungsanschlusses auszudrücken, so ergibt sich Gleichung (9): R_ter < ΔT/(α × I²) – (β/α) × R_Draht (9)
Anschließend werden die Werte α und β durch experimentelle Werte ersetzt, so dass sich Gleichung (10) ergibt: R_ter < ΔT/(752 × I²) – 3,7 × R_Draht (10)
Danach wird der Verbindungsanschluss so ausgelegt, dass er den normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter besitzt, der Gleichung (9) erfüllt, so dass die Temperaturerhöhung kleiner als die erlaubte Temperaturerhöhung ΔT (°C) ist, die die Temperaturerhöhung der Verbindungsanschlusses auf den Temperaturstandard repräsentiert, wodurch die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses, wenn ein Strom fließt, begrenzt ist.
Beispiel
Nachfolgend sind Beispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. In der Beschreibung wird die obige Beziehungsgleichung unter Verwendung von einigen Verbindungsanschlüssen, die tatsächlich verwendet werden, berechnet, und ein Vorhersagewert wird auf der Grundlage der berechneten Beziehungsgleichung mit einem Messwert verglichen.
Die verwendeten Verbindungsanschlüsse sind:
Verbindungsanschluss A: Anschluss vom kastenförmigen Typ (13 mm × 6 mm; Länge 66 mm);
Verbindungsanschluss B: Anschluss vom Ring-Feder-Typ (φ 7 mm, Länge 51 mm);
Verbindungsanschluss C: Anschluss vom Gittertyp (φ 9 mm, Länge 70 mm);
Verbindungsanschluss D: Anschluss vom kastenförmigen Typ (3 mm × 2,5 mm × Länge 22 mm);
Verbindungsanschluss E: Anschluss vom kastenförmigen Typ (3 mm × 2,5 mm; Länge 22 mm, mit einer um 20 % erhöhten Dicke bezüglich des Verbindungsanschlusses D);
Verbindungsanschluss F: Anschluss vom kastenförmigen Typ (3 mm × 2,5 mm, Länge 22 mm, hergestellt aus einer Kupferlegierung, dessen elektrische Leitfähigkeit das 1,6-Fache derjenigen des Verbindungsanschlusses D beträgt); und
Verbindungsanschluss G: Anschluss vom Gittertyp (φ 4 mm, Länge 27 mm).
Verfahren zur Messung des Kontaktwiderstandes:
An dem Kontaktabschnitt wird eine Spannungsabfallmessung (d. h. dem Crimpabschnitt) jedes Kontaktanschlusses mit dem Draht durchgeführt.
Verfahren zur Messung der Temperatur:
Ein Thermoelement wird unmittelbar unterhalb des Crimpabschnitts eines jeweiligen weiblichen Anschlusses angebracht, und die Temperatur des Abschnitts wird überwacht.
1) Berechnung der Beziehungsgleichung
(Beispiel 1)
An drei Arten bzw. Typen von Verbindungsanschlüssen A bis C unterschiedlicher Form wird jeweils der Kontaktwiderstandswert (Ω) der Crimpabschnitte der männlichen und weiblichen Anschlüsse, mit denen jeweils ein Ende eines Drahtes mit einer Querschnittsfläche von 15 mm² vercrimpt ist, und des Verbindungsabschnitts, wo die männlichen und weiblichen Anschlüsse miteinander verbunden sind, gemessen, woraus man den Kontaktwiderstandswert (Ω) des gesamten Verbindungsanschlusses, welcher die Summe aus den so gemessenen Werten ist, erhält. Gleichzeitig wird bei den Verbindungsanschlüssen A bis C jeweils die Länge (mm) der Drahtcrimpabschnitte der männlichen und weiblichen Anschlüsse und die des Verbindungsabschnitts gemessen, woraus man die Länge (mm) des Kontaktabschnitts, die die Summe der so gemessenen Längen ist, erhält. Anschließend wird der Kontaktwiderstandswert (Ω) des gesamten Anschlusses durch die Länge (mm) des Kontaktabschnitts geteilt, woraus man den normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) von jedem der Verbindungsanschlüsse gewinnt. Ferner wird bei den Verbindungsabschnitten A bis C jeweils die Temperaturerhöhung (°C) bei einem in den Verbindungsdrähten fließenden Strom von 100 A gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 und 1 gezeigt. [Tabelle 1]
Aus 1 folgt, dass die Temperaturerhöhung (°C) jedes Verbindungsanschlusses, wenn über ihn ein Strom von 100 A fließt, unter Verwendung des normalisierten Kontaktwiderstandswertes R_ter (Ω/mm) erster Ordnung ausgedrückt wird, selbst wenn Anschlüsse unterschiedlicher Form als Verbindungsanschlüsse A bis C verbunden sind.

Bei den Verbindungsanschlüsse A bis C wird dann die Temperaturerhöhung (°C) unter jeder in Tabelle 2 genannten Strombedingung in Beziehung zu dem normierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 und 2 gezeigt. [Tabelle 2]

	R_ter × 10^–6 Ω/mm	Temperaturerhöhung (°C)
	R_ter × 10^–6 Ω/mm	100 A	80 A	60 A	40 A
Verbindungsanschluss A	1,133	39,7	25,9	15,0	7,8
Verbindungsanschluss B	1,190	40,2	26,5	15,3	6,4
Verbindungsanschluss C	1,795	44,9	29,0	16,8	7,9

Wie es in 2 gezeigt ist, ist die Temperaturerhöhung (°C) jedes Verbindungsanschlusses bei jeder Strombedingung nach wie vor unter Verwendung des normalisierten Widerstandkontaktwertes R_ter (Ω/mm) erster Ordnung ausgedrückt.
Gemäß Gleichung (7) wird hier ein Gradient bzw. eine Steigung jeder Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) und der Temperaturerhöhung (°C) des Verbindungsanschlusses zeigt, α × I², und die Konstante α von Gleichung (7) wird gewonnen, indem der Gradient bzw. die Steigung jeder Kennlinie gemäß 2 gewonnen und eine Beziehung zwischen I² und α × I² verwendet wird. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 und 3 gezeigt. [Tabelle 3]

Strom Gradient I² α × I²

A × 10⁶ × 10³ A² × 10⁶ K

100 7,8 10,0 7,8

80 4,5 6,4 4,5

60 2,6 3,6 2,6

40 1,1 1,6 1,1
Gemäß der in 3 gezeigten Kennlinie wird der Gradient zu α = 757 gewonnen.

Anschließend wird der Wert β in Gleichung (7) gewonnen. β ist ein Wert des zweiten Terms (β × I² × R_Draht) in Gleichung (7). Der Wert des zweiten Terms (β × I² × R_Draht) in Gleichung (7) wird aus den Werten von ΔT1 (°C) und dem ersten Term (α × I² × R_ter ₎ in Gleichung (7) in jeder Strombedingung gewonnen. Danach wird die Konstante β unter Zugrundlegung der Beziehung zwischen I² × R_Draht und β × I² × R_Draht gewonnen. Das Ergebnis ist in Tabelle 4 und 4 gezeigt. [Tabelle 4]

Strom	Temperaturerhöhung	α × I² × R_ter	β × I² × R_Draht	I² × R_Draht
A	°C	°C	°C	× 10^–2 W
100	39,7	8,9	30,8	1,118
80	25,9	5,0	20,9	0,716
60	15	3,0	12,0	0,402
40	7,8	1,3	6,5	0,179

wobei R_Draht eines Drahtes mit einem Querschnitt von 15 mm² 1,118 × 10^–6 Ω/mm beträgt.

Gemäß der in 4 gezeigten Kennlinie wird der Gradient zu β = 2836 gewonnen. Aus dem oben Gesagten folgt, dass eine Beziehungsgleichung zwischen dem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) und der Temperaturerhöhung ΔT1 (°C) des Verbindungsanschlusses als Gleichung (11) bestimmt wird. ΔT1 = 752 × I² × R_ter + 2836 × I² × R_Draht (11)
(Beispiel 2)
Der normalisierte Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) von jedem von vier Typen von Verbindungsanschlüssen unterschiedlicher Form wird ähnlich wie in Beispiel 1 berechnet, mit der Ausnahme, dass ein Draht mit einer Querschnittfläche von 3 mm² verwendet wird. Ferner werden die Verbindungsanschlüsse D bis G jeweils einer Messung der Temperaturerhöhung (°C) bei einem Strom von 34 A, der in den verbundenen Drähten fließt, unterzogen. Das Ergebnis ist in Tabelle 5 und 5 gezeigt. [Tabelle 5]

R_ter × 10^–6 Ω/mm Temperaturerhöhung °C

Verbindungsanschluss D 40,0 55,5

Verbindungsanschluss E 27,3 46,0

Verbindungsanschluss F 26,5 46,0

Verbindungsanschluss G 11,1 29,4
Aus Tabelle 5 und 5 folgt, ähnlich wie im Beispiel 1, dass die Temperaturerhöhung (°C) von jedem Verbindungsanschluss unter Verwendung des normalisierten Kontaktwiderstandswerts R_ter (Ω/mm) erster Ordnung ausgedrückt ist, selbst wenn Anschlüsse unterschiedlicher Form verbunden sind. Gleichzeitig beträgt der Gradient bzw. die Steigung der in 5 gezeigten Kennlinie 0,9 × 10⁶.
Gemäß Gleichung (7) wird der Gradient der Kennlinie zu α × I². Der gemäß der 5 gewonnene Gradient der Kennlinie (α × I²) wird in das Diagramm gedruckt, das die Beziehung zwischen I² und α × I² zeigt und das in Beispiel 1 verwendet wird, um die Konstante α zu ermitteln. Das Ergebnis ist in Tabelle 6 und 6 gezeigt. [Tabelle 6]

Strom Gradient I² α × I²

A × 10⁶ × 10³ A² × 10⁶ K

100 7,8 10,0 7,8

80 4,5 6,4 4,5

60 2,6 3,6 2,6

40 1,1 1,6 1,1

34 0,9 1,2 0,9
Aus 6 folgt, dass der Gradient bzw. die Steigung der gemäß 5 gewonnenen Kennlinie nahezu auf einer geraden Linie der Kennlinie liegt, die die Beziehung zwischen I² und α × I² zeigt, die in Beispiel 1 zur Gewinnung der Konstanten α verwendet wird.

Anschließend wird, was den Verbindungsanschluss D betrifft, ein Wert des zweiten Terms (β × I² × R_Draht) in Gleichung (7) aus dem Gradienten der Kennlinie (β × I²), gewonnen gemäß 5, dem normalisierten Kontaktwiderstandswert R_ter (Ω/mm) und der Temperaturerhöhung (°C) in dem Verbindungsanschluss D berechnet und in das Diagramm gedruckt, das die Beziehung zwischen (I² × R_Draht) und (β × I² × R_Draht) zeigt, die in Beispiel 1 zur Gewinnung der Konstanten β verwendet wird. Das Ergebnis ist in Tabelle 7 und 7 gezeigt. [Tabelle 7]

Strom	Temperaturerhöhung	α × I² × R_ter	β × I² R_Draht	I² × R_Draht
A	°C	°C	°C	× 10^–2 W
100	39,7	8,9	30,8	1,118
80	25,9	5,0	20,9	0,716
60	15	3,0	12,0	0,402
40	7,8	1,3	6,5	0,179
34	55,5	36,0	19,5	0,674

Hierbei beträgt der normalisierte Drahtwiderstand R_Draht eines 15 mm² Drahtes 1,118 × 10^–6 Ω/mm und der eines 3 mm² Drahtes 5,883 × 10^–6 Ω/mmonat ononanasdfasdfasdfdfsaasdfdfawsafdsdsfaonasdfasdf.
Aus 7 folgt, dass der Wert des zweiten Terms (β × I² × R_Draht) in Gleichung (7) bezüglich des Verbindungsanschlusses D nahezu entlang einer geraden Linie der Kennlinie liegt, die die Beziehung zwischen I² × R_Draht und β × I² × R_Draht repräsentiert und in Beispiel 1 zur Gewinnung der Konstanten β verwendet wird.
Wie es oben beschrieben ist, ist überprüft, dass selbst beim Verbinden von Anschlüssen unterschiedlicher Form die Temperaturerhöhung (°C) des Verbindungsanschlusses unter Verwendung des normalisierten Kontaktwiderstandswerts R_ter (Ω/mm) erster Ordnung ausgedrückt ist, und die Werte der Konstanten α und β werden gleich. Das heißt, auch Gleichung (11) kann zur Vorhersage der Temperaturerhöhungen (°C) der Verbindungsanschlüsse unterschiedlicher Form verwendet werden.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ähnlich wie Beispiel 1 wird bei den drei Arten von Verbindungsanschlüssen A bis C unterschiedlicher Form jeweils der Kontaktwiderstandswert (Ω) zwischen Zuleitungen der weiblichen und männlichen Anschlüsse gemessen, die miteinander über einen 15 mm² Draht verbunden sind, der mit beiden vercrimpt ist. Ferner wird die Temperaturerhöhung (°C) von jedem Verbindungsanschluss bei einem in dem Verbindungsdraht fließenden Strom von 100 A gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 8 und 8 dargestellt. [Tabelle 8]

Kontaktwiderstand × 10^–3 Ω Temperaturerhöhung °C

Verbindungsanschluss A 0,078 39,7

Verbindungsanschluss B 0,048 40,2

Verbindungsanschluss C 0,129 44,9
Wie es in 8 gezeigt ist, besteht zwischen den Kontaktwiderstandswerten und den Temperaturerhöhungen zwischen den Zuleitungsenden des weiblichen und männlichen Anschlusses keine Korrelation. Aus diesem Grund kann keine Vorhersage bezüglich der Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses von dem Kontaktwiderstandswert gemacht werden.
2) Vergleich zwischen Vorhersagewert und Messwert auf der Grundlage der oben genannten Beziehungsgleichung
(Beispiel 3)

Der in Beispiel 2 verwendete Verbindungsanschluss F und ein neu entwickelter Verbindungsanschluss H, dessen Form von derjenigen des Verbindungsanschlusses F verschieden ist, werden einem Widerstandstest (Aussetzen einer Temperatur von 120°C, 120 H) unterzogen, um einen Temperaturerhöhungstest zur Messung der anfänglichen Temperaturerhöhung und der Temperaturerhöhung nach dem Test durchzuführen. Ein Draht mit einer Querschnittfläche von 3 mm² wird verwendet, und ein Stromwert von 31 A wird zugeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 9 gezeigt. [Tabelle 9]

	Kontaktwiderstand R_ter × 10^–6 Ω/mm	Temperaturerhöhung (°C)
	Kontaktwiderstand R_ter × 10^–6 Ω/mm	Vorhersagewert	Messwert
Verbindungsanschluss F (anfänglich)	26,5	42,2	46,0
Verbindungsanschluss F (nach dem Test)	34,5	49,2	51,2
Verbindungsanschluss H (anfänglich)	30,1	45,3	44,2
Verbindungsanschluss H (nach dem Test)	57,2	61,2	59,8

Tabelle 9 zeigt, dass die Vorhersagewerte der Temperaturerhöhung der Verbindungsanschlüsse F und H nahe bei den jeweiligen Messwerten liegen, und zwar sowohl vor als auch nach dem Widerstandstest. Ferner, eine Messung eines Kontaktwiderstandes nach dem Test erlaubt eine leichte Vorhersage nicht nur der anfänglichen Temperaturerhöhung, sondern auch der Temperaturerhöhung nach dem Test. Das heißt, die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Verringerung des Entwicklungsterms eines Anschlusses.
Wie es oben beschrieben ist, ermöglicht Gleichung (11) eine Vorhersage der Temperaturerhöhung eines Verbindungsanschlusses, wenn ein Strom fließt, noch in der Designphase, wodurch es möglich ist, jedes Mal, wenn ein Verbindungsanschluss neu entwickelt und vorgefertigt wird, den Temperaturerhöhungstest zur Überprüfung, ob die Temperaturerhöhung mit dem Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses verträglich ist, zu vermeiden, wodurch es möglich ist, die Entwicklungszeit für den Verbindungsanschluss zu verkürzen. Ferner wird der Kontaktwiderstandswert R_ter so bestimmt, dass die Temperaturerhöhung kleiner ist als die erlaubte Temperaturerhöhung, die die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses bis zu dem Temperaturstandard repräsentiert, wodurch die Temperaturerhöhung des Verbindungsanschlusses, wenn ein Strom über ihn fließt, begrenzt ist.
Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.
Zum Beispiel werden bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Arten von Drähten, einer mit einer Querschnittsfläche von 15 mm² und einer mit einer Querschnittsfläche von 3 mm² beschrieben. Jedoch kann jeder Draht verwendet werden, dessen Querschnittsfläche in den von den obigen Angaben begrenzten Bereich fällt. Darüber hinaus ist natürlich die Form des Verbindungsanschlusses nicht auf die Formen der Verbindungsanschlüsse A bis H begrenzt.

Claims

Verfahren zum Vorhersagen bei einem Verbindungsanschluss, ob ein normalisierter Kontaktwiderstandswert R_ter in den Einheiten Ohm pro Millimeter mit einer erlaubten Temperaturerhöhung ΔT in den Einheiten Kelvin vereinbar ist, wobei die erlaubte Temperaturerhöhung ΔT eine Temperaturerhöhung bis zu einem Temperaturstandard des Verbindungsanschlusses repräsentiert, wobei der Verbindungsanschluss – einen männlichen Anschluss mit einem Drahtcrimpabschnitt, mit dem ein Ende eines Drahtes vercrimpt ist; – einen weiblichen Anschluss mit einem Drahtcrimpabschnitt, mit dem ein Ende eines Drahtes vercrimpt ist; und – einen Verbindungsabschnitt, wo der männliche und der weibliche Anschluss miteinander verbunden sind, umfasst, wobei ein Kontaktwiderstandswert des gesamten Verbindungsanschlusses eine Summe aus einem Kontaktwiderstandswert des Drahtcrimpabschnitts des männlichen Anschlusses, einem Kontaktwiderstandswert des Drahtcrimpabschnitts des weiblichen Anschlusses und einem Kontaktwiderstandswert des Verbindungsabschnitts ist, und wobei eine Länge eines Kontaktabschnitts eine Summe aus einer Länge des Drahtcrimpabschnitts des männlichen Anschlusses, einer Länge des Drahtcrimpabschnitts des weiblichen Anschlusses und einer Länge des Verbindungsabschnitts ist; wobei der normalisierte Kontaktwiderstandswert R_ter durch Dividieren des Kontaktwiderstandswerts des gesamten Verbindungsanschlusses durch die Länge des Kontaktabschnitts bestimmt wird; wobei ein normalisierter Drahtwiderstandswert R_Draht des Drahtes in den Einheiten Ohm pro Millimeter bestimmt wird, wobei ein Stromwert I in den Einheiten Ampere vorgegeben wird, und wobei die Vereinbarkeit über die Beziehung R_ter < ΔT/(752 × I²) – 3,7 × R_Draht vorhergesagt wird.