Zuverlässigkeitsbestimmung von Steckverbindern

Kevin Krüger ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für Feinsystemtechnik im Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik. Die kooperative Promotion zum Thema „Zuverlässigkeitsbestimmung von Steckverbindern“ wird von Professor Dr.-Ing. Jian Song von der TH OWL und von Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. Dieter Schramm von der Universität Duisburg-Essen betreut.

Kevin Krüger

Im Zuge der Digitalisierung von Fabriken steigt der Grad der Vernetzung kontinuierlich an. Dabei sind weiterhin Steckverbindungen an den Knotenpunkten elementar für den Aufbau und die Aufrechterhaltung eines Netzes. Sogenannte Smart Factories können bis zu 100.000 Knoten in einem Netzwerk besitzen. Ebenso steigt auch die Vernetzung in modernen Automobilen. Insbesondere das autonome Fahren bedingt einen sehr hohen Vernetzungsgrad, da Supercomputer und zusätzliche Sensoren eingebunden werden müssen.

Dementsprechend ist die Zuverlässigkeit der eingesetzten Steckverbinder von hoher Relevanz. Diese kann durch die Angabe der FIT-Rate (Failure in Time) quantifiziert werden. Dabei entspricht ein Wert von 1 FIT einem Ausfall innerhalb einer Betriebsdauer von einer Milliarde Stunden. Zur Bestimmung der Zuverlässigkeit von elektrischen und elektronischen Komponenten existieren verschiedene Methoden und Standards. Jedoch werden bei diesen Methoden und Standards relevante Schädigungsmechanismen nicht bzw. nicht ausreichend berücksichtigt. Infolgedessen liegt bisher kein hinreichend validiertes Modell zur allgemeinen Zuverlässigkeitsbestimmung von Steckverbindern vor.

Daher ist das Ziel der Dissertation von Kevin Krüger ein allgemeingültiges Modell zur Zuverlässigkeitsbestimmung von Steckverbindern zu entwickeln. Grundlage dafür bilden ein 2018 auf der Holm-Konferenz vorgestelltes Beschleunigungsmodell sowie Versuchsreihen mit beschleunigten Lebensdauerprüfungen. Bei diesen Prüfungen werden die untersuchten Steckverbinder erhöhten Vibrations- und Temperaturbelastungen ausgesetzt. Anhand eines vorhergehend definierten Ausfallkriteriums werden Ausfälle einzelner Kontakte gekennzeichnet. Durch eine statistische Auswertung werden anschließend die Lebensdauern verschiedener Kontaktarten bestimmt und mit Hilfe eines Beschleunigungsfaktors auf Betriebsbedingungen interpoliert. Das Beschleunigungsmodell soll im Rahmen der Dissertation weiterführend hinsichtlich der Bestimmung der Beschleunigungs-koeffizienten, der Belastungsparameter und der Gewichtung der mechanischen und thermischen Belastung für verschiedene Betriebsszenarien theoretisch verfeinert und experimentell verifiziert werden. Abschließend wird eine Validierung des Modells durch Felddaten vorgenommen.