Warum entsteht Abbrand an gefederten Kontakten, obwohl der Nennstrom nie überschritten wurde?
Das typische Schadensbild
Der Abbrand zeigt sich meist als dunkler Fleck genau im Zentrum der Kontaktfläche – sowohl auf der Kuppe des gefederten Stifts als auch mittig auf dem flachen Gegenkontakt. Begleitend steigt der Übergangswiderstand an, und die Spuren lassen sich weder abwischen noch herauspolieren.
Die Ursache: Schaltlichtbogen unter Last
Eine ballige Stiftkuppe berührt einen flachen Gegenkontakt praktisch punktförmig in der Mitte. Wird der Stromkreis in diesem Zustand geschlossen oder getrennt, während Strom fließt, entsteht am ersten bzw. letzten Berührpunkt ein kurzer Lichtbogen. Er erreicht lokal sehr hohe Temperaturen und überträgt bzw. verdampft Material – exakt an der Stelle, an der später der Abbrand sichtbar ist. Die zentrale Lage der Spuren ist der klare „Fingerabdruck" dieses Mechanismus.
Auch unterhalb der Lichtbogenspannung: Schmelzbrücke und Mikroverschweißung
Ein Lichtbogen im eigentlichen Sinn zündet erst oberhalb einer materialabhängigen Mindestspannung (grob 12–15 V). Doch auch bei kleineren Spannungen kann Abbrand entstehen – dann nicht durch einen Lichtbogen, sondern durch zwei Vorgänge, die vom Strom im Schaltmoment leben:
Schmelzbrücken-Übertrag beim Öffnen: Kurz vor dem Trennen verengt sich die Kontaktfläche auf einen winzigen Punkt. Die Stromdichte dort steigt stark an, das Material schmilzt und bildet eine kleine Brücke, die beim Auseinanderziehen reißt – dabei wird Material von einer Fläche auf die andere übertragen. Das geschieht bereits bei Bruchteilen eines Volt (die Schmelzspannung von Gold liegt bei etwa 0,4 V).
Mikroverschweißung beim Schließen: Im Schließmoment berühren sich zuerst nur einzelne Rauheitsspitzen. Fließt in diesem Augenblick der Strom, konzentriert er sich auf diese winzige Fläche, überhitzt sie lokal und verschweißt sie – beim nächsten Öffnen reißt die Stelle wieder auf.
Beide Effekte treten auch ganz ohne Vibration auf: Schon das kurze Prellen bzw. Nachsetzen beim ersten Berühren – bis der volle Anpressdruck steht – genügt. Entscheidend ist allein, dass im Moment des Fügens oder Trennens Strom fließt. Ein steigender Übergangswiderstand ist dabei ein typisches Begleitsymptom, weil dünne Edelmetall-Auflagen an den Schaltstellen abgetragen werden und darunterliegendes Material (z. B. Nickel, Kupferlegierung) frei liegt und oxidiert.
Der unterschätzte Faktor: Einschaltstromstoß (Inrush)
Ein häufig unterschätzter Punkt ist der Strom im Einschaltmoment. Viele Lasten ziehen beim Zuschalten kurzzeitig ein Vielfaches ihres Dauerstroms, bevor sich der Strom innerhalb weniger Millisekunden auf den Betriebswert einpegelt. Je nach Lastart kann dieser Einschaltstromstoß das Mehrfache bis über das Zehnfache des Dauerstroms erreichen und damit deutlich über dem Nennstrom des Kontakts liegen. Typische Ursachen sind das Aufladen von Eingangskapazitäten (z. B. Netzteile, Treiber, Filterkondensatoren), niedrige Kaltwiderstände oder Anlaufströme von Motoren. Weil dieser Stoß nur sehr kurz ist, wird er von üblichen Strommessungen oft gar nicht erfasst – gemessene „Spitzenwerte" bilden den realen Einschaltstrom daher meist nicht ab.
Warum lässt sich der Abbrand nicht wegpolieren?
Weil es sich nicht um einen losen Belag handelt, sondern um umgeschmolzenes und teils oxidiertes Grundmaterial. Die Kontaktoberfläche selbst ist verändert und leitet nicht mehr sauber metallisch – daraus folgt der gestiegene Übergangswiderstand.
Zyklenzahl: mechanisch ist nicht gleich elektrisch
Die in Datenblättern angegebene Lebensdauer bezieht sich in der Regel auf die mechanische Betätigung der Feder und setzt lastfreies („kaltes") Kontaktieren voraus. Beim Schalten unter Last – erst recht mit Einschaltstromstoß – ist die elektrische Lebensdauer davon entkoppelt und liegt deutlich niedriger, weil hier nicht die Feder, sondern die Lichtbogenerosion die Grenze setzt. Beide Werte sind daher nicht direkt vergleichbar.
So vermeiden Sie den Abbrand
- Lastfrei schalten: zuerst mechanisch sicher kontaktieren, dann den Strom aufschalten – und vor dem Trennen den Strom wieder abschalten. Dem Prellen beim Fügen kurz Zeit zum Abklingen geben, bevor der Strom zugeschaltet wird.
- Einschaltstromstoß begrenzen: z. B. über NTC-/Inrush-Begrenzer oder Sanftanlauf, oder die Last über ein separates Schaltelement (Relais/MOSFET) führen, sodass der Kontakt nur den Dauerstrom trägt.
- Strom verteilen bzw. Reserve wählen: Last auf mehrere Kontakte aufteilen oder einen höher belastbaren Kontakt einsetzen.
- Kontaktkraft und Vibration beachten: ausreichende Anpresskraft und Entkopplung von Vibration, damit der Kontakt unter Last nicht kurzzeitig abhebt.
Sie haben einen konkreten Anwendungsfall? Wir legen den passenden Kontakt gemeinsam mit Ihnen aus.
