Ruuvikiinnitteisten sähköliittimien suunnittelun kehittäminen
Nevalainen, Jarkko (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020092976197
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020092976197
Tiivistelmä
Diplomityön aiheena oli kehittää ruuvikiinnitteisten sähköliitoskomponenttien tuotekehitysprosessia suomalaisessa teollisuusyrityksessä. Diplomityön teoreettisessa osuudessa tarkasteltiin sähköliitoksen luotettavuuteen vaikuttavia tekijöitä kuten mekaanisia ja termisiä kuormia, korroosiota ja alumiinin oksidoitumista. Työssä selvitettiin myös keskeisimmät liitinsuunnitteluun vaikuttavat säädökset ja standardit sekä modernien tuotekehitystyökalujen tarjoamat mahdollisuudet. Aihetta käsiteltiin erityisesti alumiiniprofiilista valmistettujen alumiini- ja kuparikaapeleiden liittämiseen tarkoitettujen sähköliittimien kannalta.
Diplomityön osana toteutetussa tapaustutkimuksessa kartoitettiin kohdeyrityksen tuotesuunnitteluprosessin kehitysmahdollisuudet ja -tarpeet. Kartoituksessa havaittiin selkeitä kehitystarpeita yrityksen tuotehallintajärjestelmän, tuotetietokannan ja tuotteiden fyysisten ominaisuuksien simuloinnin saralla. Kartoituksen pohjalta tuotetuen dokumenttipohjia uudistettiin vastaamaan pienjännitedirektiivi 2014/35/EU:n säädöksiä ja yrityksen PDM-järjestelmä päivitettiin vastaamaan kahden CAD-järjestelmän tarpeita. Osana tutkimusta kehitettiin yrityksen käyttöön sähköliittimen digitaalisen kaksosen malli, joka kattaa liitinrakenteen mekaanisen kestävyyden- ja oikosulusta aiheutuvan lämpötilamuutoksen simuloinnin. Digitaalisen kaksosen malli säädettiin mahdollisimman tarkasti soveltaen IEC 61238-1 -standardin vaatimuksia. Elementtimenetelmän analyysissa käytettiin Autodesk Nastran -ohjelmistoa.
Digitaalisen kaksosen käyttöönotto sai aikaan varsin positiivisia kokemuksia kohdeyrityksessä. Elementtimenetelmän analyysi tarjosi tuotekehitykselle uuden tavan tarkastella tuotteen vaatimustenmukaisuutta ennen varsinaisen standardoidun testausprosessin alkamista. The aim of this master’s thesis was to develop the design process of screw terminals in a Finnish connector manufacturer company. The subject was processed especially observing properties of aluminium profile made connectors for aluminium and copper conductors. In the theoretical part of the thesis the reliability affecting phenomena such as corrosion, aluminium oxidation, mechanical and thermal loads were examined. Most essential regulations and standards regarding electrical connector development were also visited. Modern product development tools and methods were explored in order to enhance overall design process.
Subject organizations product design process enhancing possibilities and needs were researched in the case study part of the thesis. Renewing product data management software and product database as well as simulating physical features of product were seen as important development areas. As a result of examination, the product support document forms were updated according to the low voltage directive 2014/35/EU and the organization’s PDM software was updated in order to combine two different CAD program data in one system. A digital twin model of the electrical connector was developed as part of the study. The model covers connectors mechanical and thermal load simulation during short circuit. Digital twin model was tweaked with precision according IEC 61238-1 standard. Autodesk Nastran software was used for Finite Element Modelling process.
Introduction of the digital twin model affected in a positive way to the product development process of the subject company. Finite Element Analysis offered a new way to ob-serve product conformity without standardized testing process.
Diplomityön osana toteutetussa tapaustutkimuksessa kartoitettiin kohdeyrityksen tuotesuunnitteluprosessin kehitysmahdollisuudet ja -tarpeet. Kartoituksessa havaittiin selkeitä kehitystarpeita yrityksen tuotehallintajärjestelmän, tuotetietokannan ja tuotteiden fyysisten ominaisuuksien simuloinnin saralla. Kartoituksen pohjalta tuotetuen dokumenttipohjia uudistettiin vastaamaan pienjännitedirektiivi 2014/35/EU:n säädöksiä ja yrityksen PDM-järjestelmä päivitettiin vastaamaan kahden CAD-järjestelmän tarpeita. Osana tutkimusta kehitettiin yrityksen käyttöön sähköliittimen digitaalisen kaksosen malli, joka kattaa liitinrakenteen mekaanisen kestävyyden- ja oikosulusta aiheutuvan lämpötilamuutoksen simuloinnin. Digitaalisen kaksosen malli säädettiin mahdollisimman tarkasti soveltaen IEC 61238-1 -standardin vaatimuksia. Elementtimenetelmän analyysissa käytettiin Autodesk Nastran -ohjelmistoa.
Digitaalisen kaksosen käyttöönotto sai aikaan varsin positiivisia kokemuksia kohdeyrityksessä. Elementtimenetelmän analyysi tarjosi tuotekehitykselle uuden tavan tarkastella tuotteen vaatimustenmukaisuutta ennen varsinaisen standardoidun testausprosessin alkamista.
Subject organizations product design process enhancing possibilities and needs were researched in the case study part of the thesis. Renewing product data management software and product database as well as simulating physical features of product were seen as important development areas. As a result of examination, the product support document forms were updated according to the low voltage directive 2014/35/EU and the organization’s PDM software was updated in order to combine two different CAD program data in one system. A digital twin model of the electrical connector was developed as part of the study. The model covers connectors mechanical and thermal load simulation during short circuit. Digital twin model was tweaked with precision according IEC 61238-1 standard. Autodesk Nastran software was used for Finite Element Modelling process.
Introduction of the digital twin model affected in a positive way to the product development process of the subject company. Finite Element Analysis offered a new way to ob-serve product conformity without standardized testing process.