Non-destructive Quality Control of the Contact Normal Force in Electrical Connectors: A Sensor and System Approach

In dieser Arbeit wird eine Vorgehensweise zur Messung der Kontaktnormalkraft an verschiedenen Kontaktpunkten in elektrischen Steckverbindern vorgestellt. Basierend auf den Anforderungen in der Produktion von Steckverbindern und der nachfolgenden Qualitätskontrolle werden Spezifikationen für Sensoren und entsprechende Messvorrichtungen abgeleitet. Daraus folgend entstehen geometrische Designs für verschiedene Steckverbindergrößen und die Erarbeitung eines Modells für die sensorischen Elemente. Im Modell wird die Einstellung des Arbeitspunkts, die Einstellung der mechanischen Spannungen und die Position von Sensorelementen erarbeitet, um eine ausreichende Sensitivität zu erreichen und dabei die Bruchanfälligkeit gering zu halten. Anhand der abgeleiteten geometrischen Abmessungen für die Fertigung, werden MEMS-Prozesse ausgewählt, die zur Bearbeitung und Herstellung der auf Silizium und Metall bestehenden Sensoren dienen. Das Ergebnis eines gefertigten Sensors wird dabei näher erläutert und die Aufbau- und Verbindungstechnik vorgestellt. Anschließend ist die Anbindung des Sensors an eine Datenakquiseeinheit notwendig, wofür eine entsprechende elektronische Lösung erarbeitet, untersucht und vorgestellt wird. Zusammen mit der entwickelten Software bietet diese eine universelle Umgebung zum Einsatz in den zwei Systemvarianten. Diese Varianten bilden die Umgebung zur Verifizierung der Eignung des Sensors als Messmittel in der Kontaktnormalkraftbestimmung. Hierzu werden Messfähigkeitsuntersuchungen angestellt und die Ergebnisse ebenfalls erläutert. Zusammenfassend werden die Verfahren verglichen, Charakteristika der Sensorgeometrien anhand von Kennlinien beschrieben und ein Ausblick in Richtung Aufbau einer Kleinserie gegeben.