Skip to main content

2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

3. Kontaktwerkstoffe

verfasst von : Stephan Schlegel, Michael Gatzsche, Christian Hildmann, Toni Israel

Erschienen in: Kontakt- und Langzeitverhalten stromführender Verbindungen in der Elektroenergietechnik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Zusammenfassung

In der Elektroenergietechnik werden vor allem Metalle als Leiter eingesetzt. Der spezifische elektrische Widerstand ρ bzw. die elektrische Leitfähigkeit κ von Metallen hängen von den frei beweglichen Elektronen im Gitter ab (abgebildet durch ρ0). Durch temperaturbedingte Gitterschwingungen (ρT) und Gitterstörungen, wie Fehlstellen, Versetzungen, Korngrenzen oder Fremdatome (ρG), werden die Elektronen gestreut und damit der spezifische elektrische Widerstand ρ erhöht (Gl. (3.1)) [1].Durch die Bewegung der Elektronen wird Energie und damit auch Wärme transportiert. Das heißt, metallische Leiter mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand ρ haben auch eine hohe thermische Leitfähigkeit λ. Diese indirekte Proportionalität wird mit dem Wiedemann-Franz-Lorenz-Gesetz unter Berücksichtigung der absoluten Temperatur T und Lorenzzahl L beschrieben (Gl. (3.2)). Im Bereich der Temperatur, bei denen Anlagen der Elektroenergietechnik betrieben werden, gilt, dass die Elektronenbewegung den Energietransport dominiert. Bei sehr niedrigen Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts ist die Gitterschwingung der dominante Mechanismus des Energietransports, der bei der Wärmeleitfähigkeit berücksichtigt werden muss [1]. Durch Kaltumformen oder Legieren reiner Metalle werden deren mechanische Eigenschaften verändert. Dabei wird die Anzahl der Gitterstörungen und damit der spezifische elektrische Widerstand durch eine größere Streuung der Elektronen erhöht. Es können damit die mechanischen und elektrischen Eigenschaften anwendungsspezifisch eingestellt werden. In der Folge dürfen sich die Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe bei einer langen Betriebsdauer und maximaler Betriebstemperatur nicht unzulässig ändern, da damit das Kontakt- und Langzeitverhalten stromführender Verbindungen stark negativ beeinflusst werden kann. Das Verhalten der Leiter- und Beschichtungswerkstoffe ist deshalb von grundlegender Bedeutung und wird folgend näher betrachtet (Abb. 3.1).

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Fußnoten
1
Physical Vapour Deposition – physikalische Gasphasenabscheidung.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Hornbogen, E., Warlimont, H.: Metallkunde – Aufbau und Eigenschaften von Metallen und Legierungen. 4. Auflage, Springer-Verlag, 2001 – ISBN 3-540-67355-5. Hornbogen, E., Warlimont, H.: Metallkunde – Aufbau und Eigenschaften von Metallen und Legierungen. 4. Auflage, Springer-Verlag, 2001 – ISBN 3-540-67355-5.
2.
Zurück zum Zitat Schlegel, S.: Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Reinkupfer in der Elektroenergietechnik unter besonderer Berücksichtigung der Temperatur. Dissertation, TU Dresden, 2011. Schlegel, S.: Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Reinkupfer in der Elektroenergietechnik unter besonderer Berücksichtigung der Temperatur. Dissertation, TU Dresden, 2011.
3.
Zurück zum Zitat DIN EN 62271-1 (Ausg.: 2009-08): Hochspannungs-Schaltgeräte und -Schaltanlagen. DIN EN 62271-1 (Ausg.: 2009-08): Hochspannungs-Schaltgeräte und -Schaltanlagen.
4.
Zurück zum Zitat DIN 40501-2 (Ausg. 2005-03): Aluminium für die Elektrotechnik – Teil 2: Rohre, Stangen und Profile, Technische Lieferbedingungen. DIN 40501-2 (Ausg. 2005-03): Aluminium für die Elektrotechnik – Teil 2: Rohre, Stangen und Profile, Technische Lieferbedingungen.
5.
Zurück zum Zitat Gremmel, H. (ABB): Schaltanlagen. 10. Auflage, Cornelsen Verlag, Berlin, 1999. – ISBN 3-464-48235. Gremmel, H. (ABB): Schaltanlagen. 10. Auflage, Cornelsen Verlag, Berlin, 1999. – ISBN 3-464-48235.
6.
Zurück zum Zitat DIN EN 1706 (Ausg.: 1998-06): Aluminium und Aluminiumlegierungen –Gussstücke –Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften DIN EN 1706 (Ausg.: 1998-06): Aluminium und Aluminiumlegierungen –Gussstücke –Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften
7.
Zurück zum Zitat DIN EN 13599 (Ausg. 2014-12): Kupfer und Kupferlegierungen – Platten, Bleche und Bänder aus Kupfer für die Anwendung in der Elektrotechnik. DIN EN 13599 (Ausg. 2014-12): Kupfer und Kupferlegierungen – Platten, Bleche und Bänder aus Kupfer für die Anwendung in der Elektrotechnik.
8.
Zurück zum Zitat DIN EN 12164 (Ausg. 2016-119): Kupfer und Kupferlegierungen – Stangen für die spanende Bearbeitung. DIN EN 12164 (Ausg. 2016-119): Kupfer und Kupferlegierungen – Stangen für die spanende Bearbeitung.
9.
Zurück zum Zitat Deutsches Kupferinstitut: Werkstoff-Datenblatt Cu-ETP. DKI, 2005. Deutsches Kupferinstitut: Werkstoff-Datenblatt Cu-ETP. DKI, 2005.
10.
Zurück zum Zitat Deutsches Kupferinstitut: Werkstoff-Datenblatt CuAg0,1P. DKI, 2005. Deutsches Kupferinstitut: Werkstoff-Datenblatt CuAg0,1P. DKI, 2005.
11.
Zurück zum Zitat Schneider, R.: Langzeitverhalten geschraubter Stromschienenverbindungen in der Elektroenergietechnik. Dissertation, TU Dresden, 2012. Schneider, R.: Langzeitverhalten geschraubter Stromschienenverbindungen in der Elektroenergietechnik. Dissertation, TU Dresden, 2012.
12.
Zurück zum Zitat Blumenroth, F.: Zum Langzeitverhalten von Steckverbindungen mit Schraubenfedern in Anlagen der Elektroenergietechnik. Dissertation, TU Dresden, Shaker Verlag, 2010. – ISBN 978-3-8322-9506-6. Blumenroth, F.: Zum Langzeitverhalten von Steckverbindungen mit Schraubenfedern in Anlagen der Elektroenergietechnik. Dissertation, TU Dresden, Shaker Verlag, 2010. – ISBN 978-3-8322-9506-6.
13.
Zurück zum Zitat Kammer, C.: Aluminium Taschenbuch 1 – Grundlagen und Werkstoffe. 16. Auflage, Aluminium-Verlag, 2003 – ISBN 978-3410220282. Kammer, C.: Aluminium Taschenbuch 1 – Grundlagen und Werkstoffe. 16. Auflage, Aluminium-Verlag, 2003 – ISBN 978-3410220282.
14.
Zurück zum Zitat Lücke, N.: Zum Langzeitverhalten elektrischer Steckverbindungen mit Kupfer-Beryllium-Kontaktlamellen. Dissertation, TU Dresden, TUDpress, 2004. – ISBN 978-3944331751. Lücke, N.: Zum Langzeitverhalten elektrischer Steckverbindungen mit Kupfer-Beryllium-Kontaktlamellen. Dissertation, TU Dresden, TUDpress, 2004. – ISBN 978-3944331751.
15.
Zurück zum Zitat Bürgel, R.: Handbuch Hochtemperatur-Werkstofftechnik. Vieweg & Sohn Verlag, 2006. – ISBN 978-3-528-23107-1. Bürgel, R.: Handbuch Hochtemperatur-Werkstofftechnik. Vieweg & Sohn Verlag, 2006. – ISBN 978-3-528-23107-1.
16.
Zurück zum Zitat Gremmel, H. (ABB): Schaltanlagen. 10. Auflage, Cornelsen Verlag, Berlin, 1999. – ISBN 3-464-48235. Gremmel, H. (ABB): Schaltanlagen. 10. Auflage, Cornelsen Verlag, Berlin, 1999. – ISBN 3-464-48235.
17.
Zurück zum Zitat Wieland-Werke AG: Profile, Profildrähte, Rohre und Profilrohre. Broschüre, 2003. Wieland-Werke AG: Profile, Profildrähte, Rohre und Profilrohre. Broschüre, 2003.
18.
Zurück zum Zitat Fuhrmann, T.: Kontakt- und Langzeitverhalten von stromführenden Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Leitern aus Aluminiumwerkstoffen. Dissertation, TU Dresden, 2019. – ISBN 978-3-86780-636-7. Fuhrmann, T.: Kontakt- und Langzeitverhalten von stromführenden Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Leitern aus Aluminiumwerkstoffen. Dissertation, TU Dresden, 2019. – ISBN 978-3-86780-636-7.
19.
Zurück zum Zitat Merkblatt E1: Aluminium in der Elektrotechnik und Elektronik. 1. Auflage, Aluminium-Zentrale e.V. Düsseldorf. Merkblatt E1: Aluminium in der Elektrotechnik und Elektronik. 1. Auflage, Aluminium-Zentrale e.V. Düsseldorf.
20.
Zurück zum Zitat IEEE 1283 (Ausg. 2004): IEEE Guide for Determining the Effects of High-Temperature Operation on Conductors, Connectors, and Accessories. IEEE 1283 (Ausg. 2004): IEEE Guide for Determining the Effects of High-Temperature Operation on Conductors, Connectors, and Accessories.
21.
Zurück zum Zitat Poudeu, F.: Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen mit Stromschienen kleiner Dicke bei wechselnden Umgebungsbedingungen. Dissertation, TU Dresden, 2022 (in press). Poudeu, F.: Langzeitverhalten stromführender Schraubenverbindungen mit Stromschienen kleiner Dicke bei wechselnden Umgebungsbedingungen. Dissertation, TU Dresden, 2022 (in press).
22.
Zurück zum Zitat Großmann, S.; Löbl, H.; Schlegel, S.: Erfahrungen zum Langzeitverhalten von Aluminium-Verbindungen in Starkstromanlagen. Konferenzbd. 21. Albert Keil Kontaktseminar, Karlsruhe, 2011, pp. 129–135. Großmann, S.; Löbl, H.; Schlegel, S.: Erfahrungen zum Langzeitverhalten von Aluminium-Verbindungen in Starkstromanlagen. Konferenzbd. 21. Albert Keil Kontaktseminar, Karlsruhe, 2011, pp. 129–135.
23.
Zurück zum Zitat Lücke, N.; Schlegel, S.; Großmann, S.: Vergleich von Werkstoffen auf Basis von Cu und Al sowie Trends bei deren Anwendung in der Elektroenergietechnik. Zeitschrift Metall, 67. Jahrgang, 11/2013. Lücke, N.; Schlegel, S.; Großmann, S.: Vergleich von Werkstoffen auf Basis von Cu und Al sowie Trends bei deren Anwendung in der Elektroenergietechnik. Zeitschrift Metall, 67. Jahrgang, 11/2013.
24.
Zurück zum Zitat Vinaricky, E.: Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen – Grundlagen, Technologien, Prüfverfahren. 3. Auflage, Springer Verlag, 2016. – ISBN 978-3-642-45427-1. Vinaricky, E.: Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen – Grundlagen, Technologien, Prüfverfahren. 3. Auflage, Springer Verlag, 2016. – ISBN 978-3-642-45427-1.
25.
Zurück zum Zitat DODUCO GmbH: Datenbuch der elektrischen Kontakte. überarbeitete 3. Auflage, Stieglitz Verlag, 2012. DODUCO GmbH: Datenbuch der elektrischen Kontakte. überarbeitete 3. Auflage, Stieglitz Verlag, 2012.
26.
Zurück zum Zitat DIN EN 14436 (Ausg. 2014-11): Kupfer und Kupferlegierungen – Elektrolytisch verzinnte Bänder. DIN EN 14436 (Ausg. 2014-11): Kupfer und Kupferlegierungen – Elektrolytisch verzinnte Bänder.
27.
Zurück zum Zitat ISO 2093 (Ausg. 1986-12): Electroplated coatings of tin – Specification and test methods. ISO 2093 (Ausg. 1986-12): Electroplated coatings of tin – Specification and test methods.
28.
Zurück zum Zitat DIN EN ISO 1456 (Ausg. 2009-12): Metallische und andere anorganische Überzüge – Galvanische Überzüge aus Nickel, Nickel plus Chrom, Kupfer plus Nickel und Kupfer plus Nickel plus Chrom. DIN EN ISO 1456 (Ausg. 2009-12): Metallische und andere anorganische Überzüge – Galvanische Überzüge aus Nickel, Nickel plus Chrom, Kupfer plus Nickel und Kupfer plus Nickel plus Chrom.
29.
Zurück zum Zitat DIN EN ISO 4521 (Ausg. 2009-01): Metallische Überzüge und andere anorganische Überzüge – Galvanische Silber- und Silberlegierungs-Überzüge für technische Zwecke – Anforderungen und Prüfverfahren. DIN EN ISO 4521 (Ausg. 2009-01): Metallische Überzüge und andere anorganische Überzüge – Galvanische Silber- und Silberlegierungs-Überzüge für technische Zwecke – Anforderungen und Prüfverfahren.
30.
Zurück zum Zitat DIN EN ISO 4527 (Ausg. 2003-10): Metallische Überzüge – Autokatalytisch (außenstromlos) abgeschiedene Nickel-Phosphor-Legierungs-Überzüge – Spezifikationen und Prüfverfahren. DIN EN ISO 4527 (Ausg. 2003-10): Metallische Überzüge – Autokatalytisch (außenstromlos) abgeschiedene Nickel-Phosphor-Legierungs-Überzüge – Spezifikationen und Prüfverfahren.
31.
Zurück zum Zitat Buresch, I.: Oberflächenbeschichtungen für Steckverbinderkontakte bei höheren Einsatztemperaturen. Konferenzbd. 24. Albert Keil Kontaktseminar, Karlsruhe, 11.–13.10.2017, pp. 15–23. – ISBN 978-3-8007-4449-7 Buresch, I.: Oberflächenbeschichtungen für Steckverbinderkontakte bei höheren Einsatztemperaturen. Konferenzbd. 24. Albert Keil Kontaktseminar, Karlsruhe, 11.–13.10.2017, pp. 15–23. – ISBN 978-3-8007-4449-7
32.
Zurück zum Zitat Buresch, I., Schmidt H., et al.: Steckverbinderoberflächen für hohe Temperaturen. Konferenzbd. 25. Albert Keil Kontaktseminar, Karlsruhe, 09.–11.10.2019, pp. 32–38. – ISBN 978-3-8007-5083-2. Buresch, I., Schmidt H., et al.: Steckverbinderoberflächen für hohe Temperaturen. Konferenzbd. 25. Albert Keil Kontaktseminar, Karlsruhe, 09.–11.10.2019, pp. 32–38. – ISBN 978-3-8007-5083-2.
33.
Zurück zum Zitat RICHTLINIE 2011/65/EU DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 8. Juni 2011 zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten. RL 2011/65/EU RICHTLINIE 2011/65/EU DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 8. Juni 2011 zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten. RL 2011/65/EU
34.
Zurück zum Zitat Spörrer, A. et al.: Untersuchung der Bildung von Druckwhiskern sowie ein Verfahren zu deren Vermeidung. Konferenzbd. 24. Albert-Keil-Kontaktseminar, Karlsruhe, 11.–13.10.2017, pp. 56–62. – ISBN 978-3-8007-4449-7. Spörrer, A. et al.: Untersuchung der Bildung von Druckwhiskern sowie ein Verfahren zu deren Vermeidung. Konferenzbd. 24. Albert-Keil-Kontaktseminar, Karlsruhe, 11.–13.10.2017, pp. 56–62. – ISBN 978-3-8007-4449-7.
35.
Zurück zum Zitat Buresch, I.; Horn, J.: Bleifreie Zinnoberflächen Steigende Anforderungen bei Kontakt- und Lötanwendungen führen zu neuen Lösungen. Konferenzbd. 18. Albert-Keil-Kontaktseminar, Karlsruhe, 5.–7.10.2005, VDE-Fachbericht 61, VDE Verlag GmbH, Berlin, Offenbach, 2005, pp. 89–94. Buresch, I.; Horn, J.: Bleifreie Zinnoberflächen Steigende Anforderungen bei Kontakt- und Lötanwendungen führen zu neuen Lösungen. Konferenzbd. 18. Albert-Keil-Kontaktseminar, Karlsruhe, 5.–7.10.2005, VDE-Fachbericht 61, VDE Verlag GmbH, Berlin, Offenbach, 2005, pp. 89–94.
36.
Zurück zum Zitat Adler, U.: Werkstoffinnovationen für Steckverbinder-Anwendungen im Hinblick auf neuere gesetzliche Vorschriften. Konferenzbd. 22. Albert-Keil-Kontaktseminar, Karlsruhe, 09.–11.10.2013. Adler, U.: Werkstoffinnovationen für Steckverbinder-Anwendungen im Hinblick auf neuere gesetzliche Vorschriften. Konferenzbd. 22. Albert-Keil-Kontaktseminar, Karlsruhe, 09.–11.10.2013.
37.
Zurück zum Zitat Oberst, M.; Israel, T.; Hildmann, C.; Schlegel, S.; Egetenmeyer, A.-K.; Kappl, H.; Willing, H.: Elektrische und tribologische Eigenschaften von Silber-Dispersionsschichten für die Anwendung in Steckverbindungen. Konferenzbd. 8. Symposium Connectors – Elektrische und Optische Verbindungstechnik 2021, VDE-Verlag, Lemgo, 23.–24.03.2021, pp. 75–85. Oberst, M.; Israel, T.; Hildmann, C.; Schlegel, S.; Egetenmeyer, A.-K.; Kappl, H.; Willing, H.: Elektrische und tribologische Eigenschaften von Silber-Dispersionsschichten für die Anwendung in Steckverbindungen. Konferenzbd. 8. Symposium Connectors – Elektrische und Optische Verbindungstechnik 2021, VDE-Verlag, Lemgo, 23.–24.03.2021, pp. 75–85.
Metadaten
Titel
Kontaktwerkstoffe
verfasst von
Stephan Schlegel
Michael Gatzsche
Christian Hildmann
Toni Israel
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64658-8_3