viereck_navy.jpg (1996 Byte)

Kontaktwiderstand

Ist Widerstandsmessung gleich Kontaktwiderstandsmessung?

Unter dem Kontaktwiderstand (exakt: Kontaktübergangswiderstand) versteht man den elektrischen Widerstand der Berührungsfläche zwischen zwei Kontakten. Da Oberflächen im physikalischen Sinne niemals völlig glatt sind (Oberflächenrauhigkeit), ist die Berührungsfläche zweier Kontakte niemals durchgehend, sondern beschränkt sich auf viele winzig kleine Berührungsflächen. Die Größe solcher Mikroflächen ist abhängig von der Rauhigkeit sowie der Kraft, mit der die Kontaktflächen zusammengepresst werden. Unter Berücksichtigung des spezifischen Widerstandes des eingesetzten Materials entsteht durch die Einschnürung der Stromlinien in diesen Mikroflächen der sog. Engewiderstand. Anders als ein ohmscher Widerstand ist dieser stark vom Stromfluss abhängig, so dass der Messstrom ein relevanter Parameter beim Vergleich von verschiedenen Messungen des Kontaktübergangswiderstands ist.

Die Berührungsflächen sind in atmosphärischer Umgebung meist von unterschiedlich dicken Fremdschichten bedeckt (Oxidation, Korrosion). Durch Kontamination während des Fertigungsprozesses können zusätzliche Fremdschichten entstehen.

Damit stellt sich der in der Praxis relevante Kontaktwiderstand als die Summe des Engewiderstandes und des Fremdschichtwiderstandes dar.

Handelsübliche Widerstandsmessgeräte messen den Widerstand über den Spannungsabfall an der Berührungsfläche mit Leerlaufspannungen von teilweise über 1 Volt, so dass bei Kontaktierung kleinste Berührungsflächen verschweißen und Fremd- und Sperrschichten an der Oberfläche zerstören. Auf diese Weise wird ein Teil des Engewiderstandes und der größte Teil des Fremdschichtwiderstandes durch die Messung verändert und verfälscht. Der gemessene Widerstand ist nicht mehr der ursprüngliche Widerstand der Berührungsflächen.
Kontaktübergangswiderstände liegen oft in der Größenordnung von wenigen m, so dass sie bereits durch kleinste Leitungswiderstände verfälscht werden, wenn in Zweipolmesstechnik gemessen wird; d. h. vom Messgerät aus die Stromzuführung zum Prüfling und der Abgriff des gemessenen Spannungsabfalls über nur zwei Leitungen realisiert ist.

Eine weitere Fehlerquelle ist das Auftreten von Thermospannungen und kleinsten Offsetspannungen (die gesamte Leitungskette besteht zwangsläufig aus unterschiedlichen Elementen, welche bereits bei kleinen Temperaturdifferenzen eine Thermospannung in Größenordnung der Messspannung generieren). Diese vergrößern oder verkleinern je nach Polarität das Messergebnis.

Die DIN EN 60512 schreibt aus gutem Grund für die Bestimmung des Kontaktwiderstandes eine Messspannung von maximal 20 mV vor.

Geräte zur Kontaktwiderstandsmessung müssen empfindliche und stabile Stromgeneratoren und Spannungsverstärker haben, damit mit Maximalspannungen ab etwa 5mV gearbeitet werden kann. Die Kontaktkraft sollte variabel sein. Die Messungen müssen grundsätzlich in Vierpolmesstechnik durchgeführt werden, um die Verfälschung der normalerweise sehr kleinen Messwerte durch Leitungs- und Klemmeneffekte zu vermeiden. Auch eine Thermospannungskorrektur (Messung der Offsetspannung im stromlosen Zustand) der Messwerte sollte möglich sein.