Berechnung der maximalen Verlustleistung basierend auf der Kontaktfläche zwischen zwei Metallleitern

Ich versuche herauszufinden, wie ich die minimale Kontaktfläche basierend auf der maximal erforderlichen Verlustleistung richtig berechnen kann. Lassen Sie mich erklären..

Ich erstelle eine benutzerdefinierte halbkreisförmige Metalllasche, die eine elektrische Verbindung zu einem Metallstreifen herstellt. Die Metalllasche wird an ein System angeschlossen, das 7 Watt abführt. Angenommen, ich weiß, dass ich eine maximale Stromaufnahme von ~ 0,55 A bei 12 V unterstützen muss (hier kommt die Verlustleistung von ~ 7 W her), wie kann ich am besten die Größe der Kontaktfläche berechnen, die die beiden Metalle haben Kontakte teilen müssen, um die angegebene Stromableitung zu unterstützen. Bitte sehen Sie sich die sehr grobe Zeichnung unten an. Ich versuche, die im blauen Kreis hervorgehobene Kontaktfläche zu bestimmen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier sind die Vorgaben...

  1. Ich habe die Kontrolle über die Wahl des Metalls sowohl für den Kontakt als auch für den Streifen

  2. Ich kann die Dicke und Größe beider Kontakte bestimmen.

  3. Ein Spannungsabfall von nicht mehr als 0,5 Volt kann toleriert werden

  4. Ein Temperaturanstieg von nicht mehr als 10 C darf toleriert werden

  5. Die Last hat eine Stromaufnahme von ~0,55 A bei 12 V (dh ~7 W)

Ich suche niemanden, der die Arbeit für mich erledigt, ich suche nur nach etwas Hilfe bei der Verwendung der richtigen Gleichungen. Danke.

Wie viel Strom benötigen Sie? Kontakte werden durch Strom und nicht durch Leistung angegeben. Oder ist die Spannung verhandelbar, wenn Sie ein Schaltnetzteil haben? Zweitens, klären Sie bitte, ob es eine Wärmeübertragung von der 7-W-Box zu den Schienen gibt oder nur Strom?
Es geht um den Punktkontaktwiderstand. Ihre Kontakte werden hoffentlich keine 7 Watt verbrauchen, wenn das Ihre Last ist. Sogar Kohlebürsten würden praktisch ohne Erwärmung zu Ihrer Last leiten. Fast jeder gewöhnliche Leiter wäre in Ordnung, selbst die Finger in einem Randstecker wären übertrieben. Aber Sie möchten etwas Plattiertes, um Oxidation und zunehmend schlechteren Kontakt zu verhindern, und etwas, das mit der Zeit nicht seine Feder verliert ... Auch hier sollten Finger von einem Randstecker in Ordnung sein.
@tomnexus Die Last arbeitet mit 12 V, was einer Stromaufnahme von 0,58 A entspricht. Und nein, es ist nur der Stromanschluss. Ich kann sehen, wie ich die Frage schlecht formuliert haben könnte. Ich mache mir wirklich mehr Sorgen, wie ich mit der aktuellen Auslosung umgehen kann.
Danke. Die letzte Frage ist, wie viel es bewegen muss, wenn überhaupt, und wie schnell? Für statische Kontakte würde eine einfache Drahtfeder auf einem dünnen Messingstreifen funktionieren, denken Sie an den Batterieanschluss in einer Taschenlampe. Für eine kontinuierliche Bewegung benötigen Sie eine federbelastete Kohlebürste, eher wie ein Motorkommutator. Der Temperaturanstieg wird einfach, die Zuverlässigkeit im Laufe der Zeit und die Verwendung werden schwieriger, die kostengünstige Herstellung am schwierigsten.
Wir können von einer minimalen Bewegung ausgehen. Es muss ein Streifen sein, kein Pinsel.
Wenn es sich um einen Streifen handelt, kann ich außerdem angeben, dass mindestens X * Y der Oberflächenkontaktfläche vorhanden sein muss, um eine maximale Stromaufnahme von 0,55 A bei 12 V zu unterstützen, was mein Endziel ist.
Ist die Last, die Sie ansteuern, induktiv oder teilweise kapazitiv? Dies würde beim Aus-/Einschalten zu Lichtbögen führen.
Gibt es weniger übliche Umwelteinschränkungen wie Sättigungsfeuchtigkeit, (Dampf-)Chemikalien, Vibrationen, große Temperaturschwankungen?
@christoph Ich glaube nicht, dass das ein Problem sein wird.
@Nicolas DI versuche nur, eine grobe Schätzung zu erstellen, also ignoriere ich Umweltbeschränkungen.
Beachten Sie auch, dass der Querschnitt der Drähte, die mit den Kontakten enden, nicht konstant sein muss: Wenn der Kontakt klein ist, hat er einen höheren Widerstand, aber die Wärme kann abgeführt werden, wenn der Draht sofort größer wird. Dies betrifft natürlich nur den endgültigen Temperaturanstieg und nicht den Spannungsabfall.
Wenn Sie Ihren Kontakt auf rein theoretischer Basis entwerfen möchten, müssen Sie höchstwahrscheinlich Finite-Elemente-Analysen durchführen. Wenn auch eine empirische Lösung möglich ist, besorgen Sie sich ein paar Schalter mit der richtigen Spezifikation und analysieren Sie sie im Detail
Schauen Sie sich den Kontakt auf dem Akku eines Handys an. Sie sind für einen ziemlich hohen intermittierenden Strom ausgelegt (erforderlich, um die Speicherkondensatoren beim Senden aufzuladen). Mir erscheinen diese Kontakte klein, aber ich habe sie noch nie scheitern sehen. Der Kontakt auf USB kann 2A verarbeiten und funktioniert, weil sie eine Wischwirkung und einen ordentlichen Druck haben. Ich denke, vergleichende Forschung wäre die billigste Lösung.

Antworten (1)

Sie müssen Kontaktwiderstände berechnen, um eine Antwort auf Ihre Frage zu finden.

Der Kontaktwiderstand teilt sich in zwei Teile auf. Widerstand aus dem kleinen Schlitz:

Λ ≈ 3 , 7 E ∗ ⋅ ρ ⋅ l ⋅ F N

wobei Lambda die Leitfähigkeit in Siemens, E* der effektive E-Modul Ihrer Materialien, rho der spezifische Widerstand des Metalls und Fn die vom Kontakt ausgehende Normalkraft ist. l ist der quadratische Mittelwert der Oberflächenhöhe (auch bekannt als Rauheit).

Der effektive E-Modul wird angenähert durch

E ∗ = E 2 ⋅ ( 1 − v 2 )

wobei nu die Querkontraktionszahl ist.

Sehen Sie, in dieser Formel taucht der Kontaktbereich nicht auf. Viel wichtiger ist es, eine ausreichende Anpresskraft zu erreichen.

Der andere Teil ist der Widerstand von Oberflächenschichten wie Oxiden. Wenn Sie auf Gold- oder Palladiumoberflächen zurückgreifen, können Sie darauf verzichten. Andernfalls ist eine Berechnung schwierig oder gar nicht möglich. Wenn Sie zumindest minimale Bewegung zwischen den Kontaktflächen haben, können Oxidschichten aufgebrochen werden. Andere Möglichkeiten, Oxide loszuwerden, erreichen den Benetzungsstrom. AFAIK Benetzungsströme liegen bei vielen Kontakten im Ein-mA-Bereich. Das ist also vielleicht kein Problem für Sie.

Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie Kraft und Widerstand zusammenhängen, empfehle ich, sich eine Reihe von Datenblättern von Herstellern von Federkontakten anzusehen. Kitagawa hat einige mit beiden Werten, und PTR gibt auch maximale Ströme an.

Muster Kontaktdaten (PTR)

Kitagawa-Erdungskontakte

Berechnung der maximalen Verlustleistung basierend auf der Kontaktfläche zwischen zwei Metallleitern
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