Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen: Grundlagen, Technologien, Prüfverfahren
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2002
|
| Ausgabe: | 2., vollst. neubearb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Engineering online library
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Früher u.d.T.: Elektrische Kontakte und ihre Werkstoffe |
| Beschreibung: | XX, 684 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540424318 |
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1 Physikalische und chemische Effekte an elektrischen Kontakten...... 1
1.1 Ruhender Kontakt (M. Huck u. W.
1.1.1 Definitionen.................................. 1
1.1.2 Fremdschichtfreier Kontakt.......................... 4
1.1.2.1 Einführung................................... 4
1.1.2.2 Kontaktfläche.................................. 5
1.1.2.2.1 Qualitative Beschreibung........................... . 5
1.1.2.2.2 Modelltheorien und profilometrische Theorien................ 8
1.1.2.3 Kontaktwiderstand............................... 12
1.1.2.3.1 Engewiderstand einer Mikroflächenverteilung................. 12
1.1.2.3.2 Engewiderstand in Abhängigkeit von der Kontaktkraft............ 15
1.1.2.3.3 R-U-Kennlinie eines Kontaktes......................... 17
1.1.2.3.4 Temperaturabhängigkeit der Kontaktspannung und des Engewiderstandes . 19
1.1.2.4 Haften und Schweißen (A. Keil, überarbeitet von E. Vinaricky)........ 22
1.1.2.4.1 Haften und Schweißen ohne Strombelastung................. 22
1.1.2.4.2 Grundbegriffe zum Schweiß verhalten elektrischer Kontakte......... 24
1.1.2.4.3 Schweißverhalten geschlossener Kontaktstücke unter Strombelastung
(E. Walczuk, überarbeitet von E.Vinaricky).................. 25
1.1.3 Fremdschichtbehafteter Kontakt
(M. Huck u. W.
1.1.3.1 Entstehung von Fremdschichten........................ 32
1.1.3.2 Hautwiderstand................................. 33
1.1.3.3 Kontaktwiderstand und Kontaktkraft fremdschichtbehafteter Kontakte ... 37
1.1.3.4 Fritten von Fremdschichten.......................... 38
1.2 Schaltender Kontakt (A. Keil, überarbeitet von E. Vinaricky)......... 44
1.2.1 Einführung................................... 44
1.2.2 Schmelzbrücke und Lichtbogengrenzkurve.................. 44
1.2.3 Vorgänge in Schaltkreisen der Informationstechnik.............. 47
1.2.3.1 Einflüsse auf das Kontaktverhalten bei kleinen und mittleren Lasten..... 47
1.2.3.2 Schaltvorgänge im Bereich der Telekommunikation (J. Weiser)........ 49
1.2.3.2.1 Einschaltvorgang in Gleichstromkreisen mit induktiver Last......... 49
1.2.3.2.2 Einschaltvorgang in Gleichstromkreisen bei kapazitiver Last......... 50
1.2.3.2.3 Ausschaltvorgang in Gleichstromkreisen mit induktiver Last......... 50
1.2.3.3 Schaltvorgänge bei Relais mit Auftreten von Lichtbögen........... 51
1.2.3.3.1 Einschaltvorgang................................ 51
χ
Inhaltsverzeichnis
1.2.3.3.2 Ausschaltvorgang bei Gleichstrom....................... 52
1.2.3.3.3 Ausschaltvorgang bei Wechselstrom...................... 52
1.2.3.4 Erhöhung der Lebensdauer durch Beschaltung (Kontaktschutz)
(L.
1.2.3.4.1 Kontaktschutz („Funkenlöschung ) bei induktiver Last............ 54
1.2.3.4.2 Kontaktschutz bei kapazitiver Last....................... 57
1.2.4 Vorgänge in Schaltkreisen der Energietechnik (K.-H. Schröder)....... 57
1.2.4.1 Probleme an Kontaktstücken.......................... 57
1.2.4.2 Schaltvorgänge................................. 58
1.2.4.2.1 Einschalten einer Induktivität......................... 58
1.2.4.2.2 Einschalten einer Kapazität........................... 59
1.2.4.2.3 Ausschalten einer Induktivität......................... 62
1.2.4.2.4 Ausschalten einer Kapazität.......................... 66
1.2.5 Grundbegriffe über elektrische Entladungen in Gasen
(A. Keil u. E. Vinaricky, überarbeitet von E. Vinaricky)............ 68
1.2.5.1 Bildung von Ladungsträgern im Gasraum................... 69
1.2.5.2 Selbständige Dunkelentladung (Townsend Effekt).............. 70
1.2.5.3 Glimmentladung................................ 71
1.2.5.4 Kennzeichen des Lichtbogens......................... 71
1.2.5.5 Elektronenaustritt aus Metallen........................ 72
1.2.5.5.1 Thermoemission................................ 72
1.2.5.5.2 Feldemission.................................. 73
1.2.5.5.3 Thermo-Feld-Emission (T-F)......................... 74
1.2.5.5.4 Elektronenemission infolge Stoß........................ 74
1.2.5.5.5 Elektronenemission durch Lichtquanten (Photoeffekt)............ 75
1.2.5.6 Fallgebiete des Lichtbogens........................... 75
1.2.5.6.1 Anodenmechanismus............................. 75
1.2.5.6.2 Kathodenmechanismus............................. 76
1.2.5.7 Lichtbogencharakteristiken........................... 76
1.2.5.8 Nichtstationäre Zustände............................ 77
1.2.5.9 Plasmastrahlen (K.-H. Schröder)....................... 78
1.2.5.9.1 Grundlagen zur Entstehung.......................... 78
1.2.5.9.2 Einfluß des Kontaktwerkstoffes........................ 79
1.2.5.9.3 Beeinflussung des Schaltvorganges....................... 80
1.2.5.10 Metalldampfbögen „Kurze Bögen
(F. Llewellyn-Jones U.A. Keil, überarbeitet von E. Vinaricky)......... 81
1.2.6 Beanspruchung der Kontaktoberfläche durch Entladungsvorgänge...... 83
1.2.6.1 Materialwanderung bei Gleichstrom...................... 84
1.2.6.1.1 Materialwanderung von der Anode zur Kathode............... 84
1.2.6.1.2 Materialwanderung von der Kathode zur Anode............... 87
1.2.6.1.3 Materialwanderung im Bereich hoher Ströme
(A.Keil, überarbeitet von E. Vinaricky).................... 88
1.2.6.2 Materialwanderung bei Wechselstrom..................... 89
1.2.6.3 Abbrand (E. Vinaricky)............................. 90
1.2.6.3.1 Prüfkriterien für den Abbrand......................... 92
1.2.6.3.2 Abbrand von Kontaktwerkstoffen in verschiedenen Anwendungsbereichen . 93
1.2.6.3.3 Abbrandmechanismen bei den verschiedenen Kontaktwerkstoffgruppen . . 101
1.2.6.4 Schweißverhalten bewegter Kontaktstücke „Dynamisches Schweißen . ... 108
Inhaltsverzeichnis
XI
1.2.6.4.1 Prellen...................................... 108
1.2.6.4.2 Prellfrei schließende Kontaktstücke...................... 109
1.2.6.4.3 Prellend schließende Kontaktstücke...................... 111
1.2.6.4.4 Kontaktöffnung aufgrund abstoßender Kräfte................. 113
1.2.6.4.5 Bewertung der Kontaktwerkstoffe hinsichtlich ihres Schweißverhaltens ... 115
1.2.6.4.6 Vergleich des Schweißverhaltens bei geschlossenen
und einschaltenden Kontaktstücken...................... 118
1.2.6.5 Veränderungen des Kontaktwiderstands bei schaltenden Kontakten..... 118
1.2.6.5.1 Informationstechnik.............................. 119
1.2.6.5.2 Steuer-und Regelungstechnik......................... 121
1.2.6.5.3 Energietechnik................................. 121
1.2.6.6 Lichtbogenwanderung (K.-H. Schröder).................... 125
1.2.6.6.1 Einfluß des Magnetfeldes............................ 125
1.2.6.6.2 Einfluß des Kontaktwerkstoffes........................ 129
1.2.6.6.3 Einfluß der Form der Kontaktstücke und Löschkammern.......... 130
1.2.6.7 Lichtbogenlöschung.............................. 134
1.2.6.7.1 Wechselstrom-Löschprinzip .......................... 135
1.2.6.7.2 Gleichstrom-Löschprinzip........................... 140
1.3 Gleitender Kontakt (M. Huck)......................... 142
1.3.1 Metallische Gleitkontakte............................ 142
1.3.1.1 Trockene Reibung................................ 142
1.3.1.1.1 Amonton-Coulombsches Gesetz für den Fall der Bewegungsreibung..... 142
1.3.1.1.2 Amonton-Coulombsches Gesetz für den Übergang von der Ruhe-
zur Bewegungsreibung............................. 145
1.3.1.1.3 Mechanismen des Reibverschleißes...................... 145
1.3.1.1.4 Eigenschaften galvanisch und schmelzmetallurgisch hergestellter Schichten
für Steckverbinder............................... 149
1.3.1.1.5 Reiboxidation
1.3.1.2 Schmierung gleitender Kontakte........................ 154
1.3.2 Kohlebürsten und Schleifstücke (W.
1.3.2.1 Einführung................................... 156
1.3.2.2 Patina...................................... 156
1.3.2.3 Stromübertragung............................... 157
1.3.2.4 Reibwert.................................... 158
1.3.2.5 Kommutierung................................. 159
1.3.2.6 Elektrische und mechanische Störeinflüsse.................. 160
1.3.2.7 Verschleiß und Lebensdauer.......................... 162
1.4 Spezielle Erscheinungen an elektrischen Kontakten
(A. Keil u. C.-L. Meyer, überarbeitet von E. Vinaricky)............ 164
1.4.1 Spezielle Umwelt-Einwirkungen........................ 165
1.4.1.1 Silbersulfid-Schichten............................. 165
1.4.1.2 Silber-Migration................................ 168
1.4.1.3
1.4.1.3.1
1.4.1.3.2
1.4.2 Chemische Reaktionen infolge Lichtbogeneinwirkung............ 171
1.4.2.1 Chemische Reaktionen im Lichtbogenplasma................. 171
1.4.2.2 Spezielle chemische Reaktionen bei AgW-Kontaktstücken.......... 172
XII
Inhaltsverzeichnis
1.4.2.3 Formierung................................... 174
1.4.2.4 Metallisierung von Gehäusewänden...................... 174
1.4.2.5 Einwirkung von Schaltlichtbögen auf Isolierstoffe............... 175
1.4.2.6 Mechanische Deformation durch Schaltlichtbögen.............. 177
1.4.3 Chemische Reaktionen mit organischen Substanzen............. 178
1.4.3.1 Organo-Metallverbindungen mit Wolfram.................. 178
1.4.3.2 Einfluß organischer Dämpfe.......................... 178
1.4.3.2.1 Reibungspolymerisation
1.4.3.2.2 Statische Polymerbildung........................... 180
1.4.3.2.3 Verkokung organischer Schichten....................... 180
1.4.3.2.4 „Kontaktaktivierung .............................. 183
1.4.4 Einfluß siliziumhaltiger Substanzen...................... 184
1.4.5 Spannungsrißkorrosion............................ 186
1.4.5.1 Trägerwerkstoffe................................ 186
1.4.5.2 Kunststoffteile................................. 186
1.4.6 Korrosion durch Handschweiß......................... 187
Literatur.................................... 187
2 Werkstoffe................................... 201
2.1 Schmelztechnisch hergestellte Kontaktwerkstoffe (E. Vinaricky)....... 201
2.1.1 Silber (Ag) (A. Keil u. K. E. Saeger, überarbeitet von K. E. Saeger)...... 202
2.1.1.1 Reines Silber.................................. 202
2.1.1.1.1 Physikalische und technologische Kennwerte................. 203
2.1.1.1.2 Chemische Eigenschaften............................ 203
2.1.1.1.3 Technologische Eigenschaften......................... 204
2.1.1.1.4 Anwendungen................................. 205
2.1.1.2 Legierungen des Silbers............................. 206
2.1.1.2.1 Einfluß geringer Zusätze von Gold, Palladium oder Platin.......... 206
2.1.1.2.2 Silber-Legierungen mit Unedelmetallen.................... 207
2.1.1.2.3 Silber-Palladium-Legierungen mit höheren Palladiumgehalten........ 209
2.1.1.2.4 Sonstige anlaufbeständige Silberlegierungen.................. 210
2.1.1.2.5 Silber-Cadmium-Legierungen......................... 210
2.1.2 Gold (Au).................................... 210
2.1.2.1 Reines Gold................................... 210
2.1.2.1.1 Physikalische und technologische Kennwerte........;........ 210
2.1.2.1.2 Chemische Eigenschaften............................ 211
2.1.2.1.3 Technologische Eigenschaften und Anwendungen............... 211
2.1.2.2 Legierungen des Goldes............................ 212
2.1.2.2.1 Zwei-und Mehrstofflegierungen mit den Komponenten Silber und Kupfer . 212
2.1.2.2.2 Legierungen mit Nickel und Kobalt...................... 214
2.1.2.2.3 Legierungen auf der Basis von Gold-Palladium................ 216
2.1.2.2.4 Anlaufbeständige Legierungen mit stark reduziertem Goldgehalt....... 216
2.1.3 Palladium (Pd)................................. 216
2.1.3.1 Reines Palladium................................ 216
2.1.3.1.1 Physikalische und technologische Kennwerte................. 217
2.1.3.1.2 Chemische Eigenschaften............................ 217
2.1.3.1.3 Technologische Eigenschaften und Anwendungen............... 218
Inhaltsverzeichnis
XIII
2.1.3.2 Legierungen des Palladiums......................... . 218
2.1.3.2.1 PdAg40 und Palladium-Mehrstofflegierungen................. 218
2.1.3.2.2 Palladium-Kupfer-Legierungen........................ 218
2.1.3.2.3 Legierungen mit Nickel, Wolfram, Ruthenium und Iridium......... 220
2.1.4 Platin (Pt) ................................... 220
2.1.4.1 Reines Platin.................................. 220
2.1.4.1.1 Physikalische und technologische Kennwerte................. 220
2.1.4.1.2 Chemische Eigenschaften............................ 221
2.1.4.1.3 Technologische Eigenschaften und Anwendungen............... 221
2.1.4.2 Legierungen des Platins............................. 221
2.1.5 Sonstige Platinmetalle............................. 222
2.2 Pulvermetallurgisch hergestellte Kontaktwerkstoffe (R. Imm)........ 223
2.2.1 Allgemeine Bemerkungen........................... 223
2.2.2 Pulvermetallurgisch hergestellte reine Metalle................. 223
2.2.2.1 Wolfram (W).................................. 223
2.2.2.2 Molybdän (Mo)................................. 226
2.2.2.3 Rhenium
2.2.3 Verbundwerkstoffe............................... 228
2.2.3.1 Sinterverfahren................................. 228
2.2.3.2 Verbundwerkstoffe aus Metall-Metall..................... 230
2.2.3.2.1 Silber-Nickel.................................. 230
2.2.3.2.2 Ersatzwerkstoffe für Silber-Nickel
2.2.3.2.3 Silber-Wolfram, Silber-Molybdän (R. Imm).................. 234
2.2.3.2.4 Kupfer-Wolfram................................ 236
2.2.3.3 Verbundwerkstoffe aus Metall-Metalloxid
2.2.3.3.1 Einleitung.................................... 238
2.2.3.3.2 Herstellungsverfahren............................. 239
2.2.3.3.3 Silber-Metalloxid-Kontaktwerkstoffe...................... 246
2.2.3.3.4 Materialdaten von Silber-Metalloxid-Werkstoffen............... 249
2.2.3.3.5 Anmerkungen zum Einsatz cadmiumhaltiger Werkstoffe........... 249
2.2.3.4 Verbundwerkstoffe aus Metall-Metalloid................... 251
2.2.3.4.1 Silber-Graphit (R. Imm u.E. Vinaricky).................... 251
2.2.3.4.2 Silber-Graphit mit Graphit-Fasern....................... 254
2.2.3.4.3 Kupfer-Graphit................................. 255
2.2.3.5 Verbundwerkstoffe aus Metall-Metallcarbid.................. 255
2.2.3.5.1 Silber-Wolframcarbid.............................. 255
2.2.3.6 Verbundwerkstoffe aus drei und mehr Komponenten............. 256
2.2.3.6.1 Silber-Nickel-Graphit.............................. 257
2.2.3.6.2 Silber-Wolframcarbid-Graphit......................... 257
2.3 Spezielle Kontaktwerkstoffe für Vakuumschalter
(K. E. Saeger u. E.Vinaricky).......................... 258
2.3.1 Kupferlegierungen............................... 259
2.3.2 Verbundwerkstoffe auf der Basis von Refraktärmetallen............ 259
2.3.3 Verbundwerkstoffe auf der Basis von CuCr.................. 261
2.4 Galvanisch hergestellte Kontaktwerkstoffe
(H. Großmann u. A. Keil, überarbeitet von H. Großmann).......... 264
2.4.1 Einleitung.................................... 264
2.4.2 Verfahren der galvanischen Metallabscheidung................ 264
XIV
Inhaltsverzeichnis
2.4.2.1 Galvanische Abscheidung von Silber...................... 265
2.4.2.2 Galvanische Abscheidungen von Gold..................... 265
2.4.2.3 Galvanische Abscheidung der Platinmetalle.................. 267
2.4.2.4 Galvanische Abscheidung von Kupfer..................... 268
2.4.2.5 Galvanische Abscheidung von Nickel..................... 268
2.4.2.6 Galvanische Abscheidung von Zinn..................... . 268
2.4.3 Stromlose Verfahren der Metallabscheidung.................. 269
2.4.3.1 Ionenaustauschverfahren............................ 269
2.4.3.2 Reduktionsverfahren.............................. 270
2.4.3.2.1 Stromlose Abscheidung von Kupfer...................... 270
2.4.3.2.2 Stromlose Abscheidung von Nickel...................... 270
2.4.3.2.3 Stromlose Abscheidung von Nickel/Gold................... 270
2.5 Kohle und Graphit (C) (W.
2.5.1 Einleitung.................................... 272
2.5.2 Kristallgitter und Gleiteigenschaften...................... 272
2.5.3 Herstellungsverfahren und Werkstoffgruppen................. 274
2.5.3.1 Hartkohle, Naturgraphit und Kohlegraphit.................. 275
2.5.3.2 Elektrographit................................. 275
2.5.3.3 Spezialgraphit.................................. 275
2.5.3.4 Metallgraphit.................................. 275
2.5.3.5 Variationsbreite bei der Herstellung ...................... 276
2.6 Elektrisch leitende Polymere (M. Streuli, überarbeitet von E. Vinaricky) . . . 276
2.6.1 Einführung................................... 276
2.6.2 Elastomere (Kautschuke)............................ 277
2.6.3 Silikonkautschuke als Trägermaterial für elastische Kontaktwerkstoffe .... 278
2.6.4 Anwendungsformen.............................. 280
2.6.4.1 Folien mit isotroper Leitfähigkeit....................... 280
2.6.4.2 Folien mit anisotroper Leitfähigkeit...................... 281
2.7 Kontaktträger- und Leiterwerkstoffe (P. Schuler u. E. Vinaricky) ....... 283
2.7.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen................... 283
2.7.1.1 Reinaluminium (AI).............................. 283
2.7.1.2 Aluminiumlegierungen............................. 284
2.7.2 Kupfer und Kupferlegierungen......................... 285
2.7.2.1 Technisch reines Kupfer (Cu)......................... 285
2.7.2.1.1 Herstellung und Eigenschaften......................... 285
2.7.2.1.2 Anwendungen................................. 287
2.7.2.2 Naturharte Kupferlegierungen......................... 288
2.7.2.2.1 Niedriglegierte Kupferlegierungen....................... 289
2.7.2.2.2 Kupfer-Zink-Legierungen (Messing)...................... 292
2.7.2.2.3 Kupfer-Zinn-Legierungen (Zinnbronze).................... 296
2.7.2.2.4 Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen (Neusilber)................. 298
2.7.2.2.5 Kupfer-Silber-iCadmiumJ-Legierungen (Silberbronze)............ 302
2.7.2.2.6 Sonstige naturharte Kupferlegierungen.................... 305
2.7.2.3 Aushärtbare Kupferlegierungen........................ 306
2.7.2.3.1 Kupfer-Beryllium-Legierungen (Berylliumbronze).............. 308
2.7.2.3.2 Sonstige aushärtbare Kupferlegierungen.................... 314
2.7.2.4 Neuere Kupferlegierungen........................... 319
2.7.2.5 Weitere Eigenschaften von Kupferlegierungen................. 321
Inhaltsverzeichnis
XV
2.7.2.5.1 Mechanische Eigenschaften..........................322
2.7.2.5.2 Verhalten unter thermischer Beanspruchung.................325
2.7.2.5.3 Technologische Eigenschaften.........................327
2.7.2.5.4 Chemische Eigenschaften............................328
2.7.2.5.5 Vergleichende Bewertung der Kupferwerkstoffe................328
2.7.3 Nickel und Nickellegierungen.........................328
2.7.3.1 Technisch reines Nickel
2.7.3.2 Nickellegierungen...............................330
2.7.3.2.1 Nickel-Kupfer-Legierungen..........................330
2.7.3.2.2 Nickel-Beryllium................................331
2.7.4 Trägerwerkstoffe auf Eisenbasis........................333
2.7.4.1 Stahl.......................................333
2.7.4.2 Chrom-Nickel-Stahl..............................333
Literatur....................................333
3 Technologien für die Herstellung von Kontaktteilen.............339
3.1 Herstellung von Einzelkontakten
(A. Keil u. E. Vinaricky, überarbeitet von E. Vinaricky)............340
3.1.1 Massive Kontaktniete..............................340
3.1.2 Plattierte Kontaktniete.............................340
3.1.3 Niete mit gelöteten Kontaktauflagen......................342
3.1.4 Kontaktkugeln.................................343
3.1.5 Kontaktplättchen................................343
3.1.5.1 Massive Kontaktplättchen...........................343
3.1.5.2 Aufschweißkontakte..............................344
3.2 Herstellung von Halbzeugen
(U.
3.2.1 Massive Halbzeuge...............................345
3.2.2 Edelmetallplattierte Halbzeuge.........................346
3.2.2.1 Warmpreßschweißen..............................346
3.2.2.2 Walzplattieren.................................348
3.2.2.3 Bandlöten („Toplay -Verfahren)........................349
3.2.2.4 Rollennahtschweißen..............................350
3.2.3 Galvanisieren (H. Großmann u. A. Keil, überarbeitet von H. Großmann) . . 351
3.2.3.1 Galvanisieren von Massenteilen........................351
3.2.3.2 Galvanisieren von Bändern und Drähten...................352
3.2.3.3 Selektivgalvanisieren..............................353
3.2.3.4 Gold-Einsparung durch Selektivgalvanisieren.................357
3.2.3.5 Hochleistungselektrolyte............................357
3.2.3.6 Puls-Plating...................................358
3.2.3.7 Bemerkungen zum Einsatz dünner Goldschichten..............358
3.2.4 Beschichten über die Gasphase (I.Györy, überarbeitet von E. Vinaricky). . . 359
3.2.4.1 Hochvakuumbedampfen............................359
3.2.4.2 Kathodenzerstäuben („Sputtern ).......................360
3.2.4.3 Ionenplattieren.................................361
3.2.4.4 Chemisches Dampfplattieren
3.2.5 Sonderverfahren zum Edelmetallplattieren (
XVI
Inhaltsverzeichnis
3.2.6 Kontaktprofile................................. 362
3.2.7 Thermisch verzinnte („feuerverzinnte ) Bänder................ 363
3.2.8 Stufengefräste Bänder............................. 363
3.2.9 Vergleich der verschiedenen Beschichtungsverfahren............. 364
3.3 Bestückungsverfahren für Einzelkontakte
(H.Heinzel u.A. Keil, überarbeitet von H. Heinzel u.
3.3.1 Mechanische Verbindungsverfahren (Nietverfahren)............. 365
3.3.2 Löten...................................... 366
3.3.2.1 Flammlöten................................... 369
3.3.2.2 Ofenlöten.................................... 369
3.3.2.3 Widerstandslöten................................ 369
3.3.2.4 Induktionslöten................................. 370
3.3.2.5 Prüfung von Lötverbindungen......................... 371
3.3.2.5.1 Zerstörende Prüfung.............................. 372
3.3.2.5.2 Zerstörungsfreie Prüfung............................ 372
3.3.3 Schweißen................................... 373
3.3.3.1 Widerstandsschweißen............................. 374
3.3.3.1.1 Vertikal-Drahtaufschweißen.......................... 374
3.3.3.1.2 Horizontal-Profilabschnittschweißen..................... 375
3.3.3.1.3 Plättchenschweißen............................... 376
3.3.3.1.4 Kugelschweißen................................. 377
3.3.3.2 Abbrennstumpfschweißen........................... 377
3.3.3.3 Ultraschallschweißen.............................. 378
3.3.3.4 Laserschweißen................................. 378
3.3.3.5 Spezielle Verbindungsverfahren........................ 379
3.3.3.6 Prüfung von Schweißverbindungen...................... 380
3.3.3.7 Beanspruchung der Verbindungszone im Schaltbetrieb (E. Vinaricky) . . . . 381
3.3.4 Anmerkungen zur Wahl der Verbindungsverfahren............. . 382
3.4 Kohlebürsten (W.
3.4.1 Stromübertragung auf Kommutatoren und Schleifringe........... 383
3.4.2 Stromabnehmer für elektrische Bahnen.................... 385
Literatur.................................... 386
4 Anwendungsbeispiele für elektrische Kontakte............... 389
4.1 Einführung (A. Keil u. E. Vinaricky, überarbeitet von E. Vinaricky)...... 389
4.2 Geschlossene Verbindungen für dauerhafte Stromführung.......... 389
4.2.1 Feste Verbindungsstellen............................ 389
4.2.1.1 Feste Verbindungen in der Nachrichtentechnik................ 389
4.2.1.1.1 Lösbare Schraubverbindungen......................... 390
4.2.1.1.2 Nichtlösbare
4.2.1.1.3 Nichtlösbare Bondverbindungen (F. Kaspar)................. 390
4.2.1.1.4 Nichtlösbare mechanisch erzeugte Preßverbindungen
(A. Keil u. E. Vinaricky, überarbeitet von E. Vinaricky)............ 391
4.2.1.2 Feste Verbindungen in der Energietechnik................... 395
4.2.1.2.1 Nichtlösbare
4.2.1.2.2 Lösbare Schraubverbindungen......................... 396
4.2.1.2.3 Nichtlösbare Preßverbindungen........................ 398
Inhaltsverzeichnis
XVII
4.2.2 Steckverbinder (J.
4.2.2.1 Anwendungsgebiete von Steckverbindern................... 401
4.2.2.2 Ausführungsformen von Steckverbindern................... 401
4.2.2.3 Funktionelle Anforderungen an Steckverbinder................ 403
4.2.2.4 Aufbau und Funktionselemente von Steckverbinderkontakten........ 403
4.2.2.4.1 Prinzipieller Aufbau eines Einzelkontaktes................... 403
4.2.2.4.2 Einflußgrößen und Federverhalten des Kontaktfederelementes........ 405
4.2.2.5 Werkstoffe und Beschichtungen für Steckverbinderkontakte......... 407
4.2.2.5.1 Kontaktträgerwerkstoffe............................ 407
4.2.2.5.2 Anforderungen an die Beschichtung...................... 409
4.2.2.5.3 Beschichtungsverfahren............................ 410
4.2.2.5.4 Edelmetallbeschichtungen........................... 410
4.2.2.5.5 Unedelmetallbeschichtungen.......................... 412
4.2.2.6 Funktionelle Eigenschaften von Steckverbinderkontakten........... 414
4.2.2.6.1 Gesamtdurchgangswiderstand......................... 414
4.2.2.6.2 Strombelastbarkeit von Kontakten....................... 415
4.2.2.6.3 Steck-und Ziehkräfte und Verschleißverhalten................ 417
4.2.2.7 Steckverbinder für die Energietechnik (E. Vinaricky)............. 420
4.2.3 Metallische Gleitkontakte............................ 421
4.2.3.1 Einleitung.................................... 421
4.2.3.2 Schleifringübertrager.............................. 421
4.2.3.3 Gleitkontakte in Potentiometern........................ 423
4.2.3.4 Gleitkontakte in Dreh-, Schiebe- und Codierschaltern............ 425
4.2.3.5 Gleitkontakte in Kleinstmotoren........................ 426
4.3 Schaltgeräte................................... 429
4.3.1 Schalter..................................... 429
4.3.1.1 Hoch- und Mittelspannungs-, Netz- und Verbraucherschalter (W. Rieder). . 429
4.3.1.1.1 Funktionsarten der Schalter.......................... 429
4.3.1.1.2 Löschverfahren und Schaltmedien....................... 437
4.3.1.1.3 Bemerkungen zum Lichtbogenverhalten in Düsenkontaktanordnungen mit
strömendem Schaltmedium (J. Kaminski, überarbeitet von E. Vinaricky) . . 442
4.3.1.1.4 Vakuumschalter (M. Lindmayer)........................ 445
4.3.1.2 Niederspannungs-Schutzschalter........................ 457
4.3.1.2.1 Motorschutzschalter (R. Baumeister u. F. Berger)............... 457
4.3.1.2.2 Leistungsschalter (F. Berger u.R. Kriechl)................... 465
4.3.1.2.3 Leitungsschutzschalter (J. Wolf)........................ 477
4.3.1.2.4 Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (E.
4.3.1.3 Niederspannungs-Verbraucherschalter.................... 495
4.3.1.3.1 Leer-und Lastschalter
(H. Meyer u. H. Müller, überarbeitet von E. Vinaricky)............ 495
4.3.1.3.2 Schütze (G. Schröther)............................. 496
4.3.1.3.3 Nockenschalter (K.-H. Schneider)....................... 503
4.3.1.3.4 Installationsschalter (Lichtschalter) (A. Keil; überarbeitet von E. Vinaricky) . 508
4.3.1.3.5 Schalter für Hausgeräte (H. Linnemann)................... 509
4.3.1.4 Steuer- und Hilfsstromschalter......................... 513
4.3.1.4.1 Hilfsschütze (I.Bolz).............................. 513
4.3.1.4.2 Relais (J. Weiser)................................ 518
XVIII
Inhaltsverzeichnis
4.3.1.4.3 Mikroschalter (Schnappschalter)
(A.
4.3.1.4.4 Induktive Näherungsschalter
4.3.1.4.5 Tasten und Automobilbedienschalter..................... 537
4.3.2 Schmelzsicherungen (L.Vermij, überarbeitet von K.-H. Schröder)...... 545
4.3.2.1 Einleitung.................................... 545
4.3.2.2 Bauweise von Sicherungen........................... 548
4.3.2.2.1 Hochspannungssicherungen.......................... 548
4.3.2.2.2 Niederspannungssicherungen......................... 548
4.3.2.3 Kenngrößen einer Sicherung.......................... 550
4.3.2.3.1 Strombegrenzung einer Sicherung....................... 551
4.3.2.3.2 Zeit-Strom-Charakteristik und Nennstromstärke............... 553
4.3.2.3.3 Ausschaltcharakteristik und Meyersche Konstante.............. 557
4.3.2.3.4 Lichtbogenzeit und Lichtbogenarbeit..................... 561
4.3.2.4 Schmelzleiterwerkstoffe............................ 564
4.3.2.4.1 Werkstoffe und Verwendungsformen..................... 564
4.3.2.4.2 Anwendungsgebiete.............................. 566
Literatur.................................... 567
5 Prüfverfahren................................. 575
5.1 Verschiedene Begriffe (E.Vinaricky)...................... 575
5.2 Korrosionsprüfungen (U. Mayer, überarbeitet von E. Vinaricky)....... 576
5.3 Methoden der Oberflächenanalyse....................... 582
5.4 Prüfung von Kontaktschichten (H. Großmann u. A. Keil,
überarbeitet von H. Großmann u. E. Vinaricky)................ 584
5.4.1 Schichteigenschaften.............................. 585
5.4.1.1 Schichtdicke.................................. 585
5.4.1.2 Porosität.................................... 585
5.4.1.3 Korrosionsverhalten.............................. 587
5.4.1.4 Temperaturverhalten.............................. 587
5.4.1.5 Härte...................................... 588
5.4.1.6 Duktilität.................................... 589
5.4.1.7 Elektrische Leitfähigkeit............................ 589
5.4.2 Funktionseigenschaften............................ 590
5.4.2.1 Reibverschleiß................................. 590
5.4.2.2 Kontaktwiderstand ............................... 590
5.4.2.3 Schaltverhalten................................. 592
5.4.3 Technologische Eigenschaften......................... 593
5.4.3.1 Haftfestigkeit.................................. 593
5.4.3.2 Lötbarkeit.................................... 594
5.4.3.3 Bondbarkeit (F. Kaspar)............................ 594
5.4.3.3.1 Prüfverfahren.................................. 595
5.4.3.3.2 Schichtsysteme................................. 596
5.4.3.4 Diffusionsverhalten (E. Vinaricky)....................... 597
5.5 Prüfverfahren in der Informationstechnik (]. Weiser)............. 600
5.5.1 Messung des Kontaktwiderstandes....................... 601
5.5.2 Lebensdauer.................................. 602
Inhaltsverzeichnis
XIX
5.5.3 Lebensdauerkriterien.............................. 603
5.5.4 Ermittlung der Lebensdauer.......................... 603
5.5.5 Prüftechnik................................... 605
5.5.6 Aufklärung von Schadensfällen......................... 607
5.6 Prüfverfahren in der Energietechnik (K.-H. Schröder)............ 609
5.6.1 Einführung................................... 609
5.6.2 Werkstoffkundliche Untersuchungen..................... 610
5.6.2.1 Mikroskopische Verfahren........................... 610
5.6.2.2 Räumliche Meßverfahren............................ 611
5.6.3 Schnellprüfstände................................ 612
5.6.3.1 Einschaltvorgang................................ 612
5.6.3.2 Ausschaltvorgang................................ 615
5.6.4 Prüfung im Schaltgerät............................. 618
5.6.4.1 Prüfbestimmungen nach DIN-VDE...................... 618
5.6.4.1.1 Elektrische Lebensdauer............................ 618
5.6.4.1.2 Übertemperatur................................ 620
5.6.4.2 Analyse der Schaltvorgänge........................... 620
5.6.4.2.1 Einschaltvorgang................................ 621
5.6.4.2.2 Ausschaltvorgang................................ 627
5.6.5 Vergleich der Prüfverfahren.......................... 631
Literatur.................................... 633
6 Einsatzbereiche elektrischer Schaltkontakte und
ihre Zukunftsperspektiven.......................... 637
6.1 Anwendungsbereiche der Kontaktwerkstoffe (E. Vinaricky).......... 637
6.2 Technologische Gestaltung der Kontaktstellen................. 639
6.3 Werkstoffbestückung von Kontaktstellen................... 639
6.4 Tabellen..................................... 640
6.4.1 Technologische Gestaltung von Kontaktstellen................ 640
6.4.2 Bestückung von Kontaktstellen......................... 643
6.5 Die Zukunft elektrischer Schaltkontakte unter dem Einfluß elektronischer
Bauelemente (K.-H. Schröder)......................... 646
6.5.1 Schaltprinzipien im Überblick......................... 646
6.5.2 Gegenüberstellung von elektronischen und elektromechanischen Schaltern
in der Nachrichten-und Informationstechnik................. 651
6.5.2.1 Typische Merkmale beider Schalter-Arten................... 651
6.5.2.2 Anwendungsbereiche.............................. 655
6.5.2.2.1 Fernmeldetechnik............................... 655
6.5.2.2.2 Datentechnik.................................. 656
6.5.2.2.3 Automatisierungstechnik............................ 656
6.5.2.2.4 Unterhaltungselektronik............................ 656
6.5.2.2.5 Konsumelektronik............................... 656
6.5.2.3 Zukunftsperspektiven............................. 656
6.5.3 Gegenüberstellung von elektronischen und elektromechanischen Schaltern
in der Energietechnik.............................. 657
6.5.3.1 Typische Merkmale beider Schalter-Arten................... 657
6.5.3.2 Anwendungsbereiche.............................. 659
XX
6.5.3.2.1 Hochspannungs-Energieverteilung...................... 659
6.5.3.2.2 Industrie-Schaltgeräte............................. 659
6.5.3.2.3 Installations-Schaltgeräte............................ 661
6.5.3.2.4 Schalter für Hausgeräte............................. 661
6.5.3.2.5 Schalter für Bahnen und Elektrofahrzeuge................... 661
6.5.3.2.6 Schalter in Kraftfahrzeugen.......................... 661
6.5.4 Zukunftsperspektiven............................. 662
6.5.5 Zusammenfassende Schlußfolgerungen.................... 663
Literatur.................................... 663
7 Anhang..................................... 665
7.1 Berechnung von Biegefedern (J.
7.2 Strombelastbarkeit von Steckverbinderkontakten............... 667
7.3 Kontaktpflege- und Reinigungsmittel (A. Keil,
überarbeitet von E. Vinaricky)......................... 669
7.3.1 Reinigung stark verschmutzter Kontakte.................... 669
7.3.2 Sprays für den Korrosionsschutz........................ 670
7.3.3 Kältespray.................................... 670
7.4 Tabellen..................................... 670
Sachverzeichnis...................................... 673
|
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