Geoptimaliseerd stroomvoerend vermogen: Brug naar de elektrische toekomst

De productie-industrie staat voor de uitdaging om haar systemen aan te passen aan de toenemende prestatievereisten - zonder meer ruimte op te eisen. Ontdek hier hoe wij bij HARTING de efficiëntie en prestaties van elektrische verbindingen verbeteren door gerichte ontwerpoptimalisaties en geavanceerde, toonaangevende technologieën.

De All Electric Society heeft elektrische energie nodig, die geleverd wordt door middel van de stroomkern, zowel tussen als binnen de sectoren. In veel gevallen zal de overgang naar geëlektrificeerde systemen hogere prestatieniveaus met zich meebrengen of zullen er nieuwe systemen met meer vermogen moeten worden gecreëerd.

De toename van het boordvermogen in auto's is een illustratief voorbeeld uit het dagelijks leven. Deze maatregel vereenvoudigt de implementatie van zogenaamde "break by wire" en "steer by wire" toepassingen. Het eerste verwijst naar een elektrisch remsysteem waarbij de remkrachten elektronisch worden overgebracht en niet mechanisch, met andere woorden via remleidingen. De tweede verwijst naar een elektronisch stuursysteem waarbij de verbinding tussen het stuurwiel en de wielen ook niet mechanisch is, zoals bij stuurstangen, maar via elektrische signalen wordt uitgevoerd. Deze prestatieverbeteringen optimaliseren ook het laadproces voor elektrische auto's. Hier moeten grote hoeveelheden energie in korte tijd via een connector naar het voertuig worden overgebracht, zodat de elektrische auto bij het "tanken" net zo krachtig is als een verbrandingsmotor. Soortgelijke voorbeelden zijn ook te vinden in andere sectoren.

Ondanks de hogere energievereisten blijft de beschikbare ruimte onveranderd. Tegelijkertijd vereist een efficiënte installatie, onderhoud of bediening het gebruik van connectoren, die daarom een hogere stroomvoercapaciteit moeten kunnen bieden terwijl ze even groot blijven.

Hier komt het stroomvoerend vermogen om de hoek kijken. Het geeft de maximale stroom aan die een connector kan verzenden voor een specifieke kabeldiameter. Deze capaciteit is het resultaat van de balans tussen de warmte die wordt gegenereerd door de elektrische weerstand en de warmte die wordt afgevoerd. Deze wordt zowel door straling als via de kabel afgevoerd. Hoewel hogere stroomdragende capaciteiten gemakkelijker kunnen worden gerealiseerd met grotere connectoren en kabels, is dit in veel toepassingen geen optie. In sommige gevallen kan actieve koeling van de connectoren of het gebruik van alternatieve kunststofmaterialen die hogere temperaturen toelaten een oplossing bieden.

Een ander alternatief is het verlagen van de elektrische weerstand, waardoor warmteontwikkeling wordt voorkomen. Dit verbetert ook de energie-efficiëntie. Uiteindelijk zijn er drie belangrijke uitgangspunten voor het verbeteren van de stroombelastbaarheid: de aansluiting van de kabel, het contactmateriaal en het contactpunt zelf.

Er zijn verschillende oplossingen voor de kabelaansluiting. Het zogenaamde "crimpen", d.w.z. het maken van een mechanische verbinding die zowel elektrisch contact als mechanische sterkte biedt, is een veelgebruikte techniek in de energiesector.

Een goed uitgevoerde crimp vermindert de contactweerstand aanzienlijk door de plastische vervorming van de kabel en het contactgebied. Het juiste krimptang en de juiste parameters zijn hierbij cruciale factoren. Wat het contactmateriaal betreft, is de gekozen legering ook van bijzonder belang, omdat deze de geleidbaarheid aanzienlijk kan verhogen. Als basismateriaal wordt meestal een koperlegering gebruikt.

De weerstand in het paringgebied wordt door verschillende factoren beïnvloed. Het aantal en de grootte van de contactpunten kan worden geoptimaliseerd door het specifieke ontwerp: Hoe groter het contactoppervlak, hoe lager de weerstand. De normaalkracht - met andere woorden, de kracht waarmee de samenkomende delen tegen elkaar worden gedrukt - speelt in deze context ook een grote rol. Een hogere normaalkracht vergroot het effectieve contactoppervlak, wat betekent dat er meer stroom per contactpunt kan lopen, waarbij de keuze van het oppervlak dit effect ondersteunt. Een hogere normaalkracht brengt echter ook een grotere insteekkracht met zich mee, wat op zijn beurt weer tot meer slijtage kan leiden.

Uiteindelijk is het duidelijk dat het geoptimaliseerde ontwerp van veel parameters de totale stroombelastbaarheid verbetert. Met de modernste simulatietools kunnen we het huidige draagvermogen al in de ontwerpfase optimaliseren, wat betekent dat verschillende ontwerpen en materialen dienovereenkomstig kunnen worden geselecteerd en aangepast.