Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen 978-3-642-45427-1/1.pdf · PDF...

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  • Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen

  • Eduard Vinaricky (Hrsg.)

    Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen

    Grundlagen, Technologien, Prfverfahren

    3. Auflage

    Unter Mitarbeit von K.-H. Schrder und J. Weiser

  • ISBN 978-3-642-45426-4 ISBN 978-3-642-45427-1 (eBook)DOI 10.1007/978-3-642-45427-1

    Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; de-taillierte bibliografische Daten sind im Internet ber http://dnb.d-nb.de abrufbar.

    Springer Vieweg Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1960, 2002, 2016Das Werk einschlielich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschtzt. Jede Verwertung, die nicht aus-drcklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere fr Vervielfltigungen, Bearbeitungen, bersetzungen, Mikroverfilmungen und die Ein-speicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

    Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk be-rechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wren und daher von jedermann benutzt werden drften.

    Gedruckt auf surefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier

    Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Mediawww.springer-vieweg.de

    HerausgeberEduard VinarickyPforzheimDeutschland

  • V

    Autorenverzeichnis

    Baujan, Guenter, Dipl.-Ing., EATON Industries GmbH, Bonn

    Behrens, Volker, Dr. rer. nat., DODUCO GmbH, Pforzheim

    Berger, Frank, Prof. Dr.-Ing., TU Ilmenau, Ilmenau

    Buresch, Isabell, Dr.-Ing., Wieland-Werke AG, Ulm

    Faber, Manfred, Dipl.-Ing., PanTrac GmbH, Berlin

    Ganz, Joachim, Dr. rer. nat., DODUCO GmbH, Pforzheim

    Heber1, Jochen, Dr. rer. nat., Sur Tec Deutschland GmbH, Zwingenberg

    Heinzel, Helmut, Dipl.-Ing., frher DODUCO GmbH, Pforzheim

    Horn, Jochen, Dr. rer. nat., fher Tyco Electronics AMP GmbH, Bensheim

    Imm, Reinhard, Dr. rer. nat., frher DODUCO GmbH, Pforzheim

    Kriechel, Ralph, Dipl.-Ing., EATON Industries GmbH, Bonn

    Lindmayer, Manfred, Prof. Dr.-Ing., frher TU Braunschweig

    Linnemann, Hartmut, Dipl.-Ing., Miele u. Cie. GmbH. u. Co, Gtersloh

    Maute, Uwe, Dipl.-Ing., ELEKTRA Tailfingen, Schaltgerte GmbH.&Co.KG, Albstadt

    Mller, Wolfgang, Dipl.-Ing., frher Marquardt GmbH, Rietheim-Weilheim

    1 Whrend der Verfassung der Beitrge bei DODUCO GmbH, Pforzheim

  • VI

    Saeger, Karl-Erdmann, Dr. rer. nat., frher DODUCO GmbH, Pforzheim

    Schreiner, Gnter, Dipl.-Ing. (FH), frher ABB STOTZ-KONTAKT GmbH, Heidelberg

    Schrder, Karl-Heinz, Prof. Dr.-Ing., frher TU Darmstadt, FH Gelsenkirchen u. Degussa AG, Hanau

    Schrther, Gerhard, Dipl.-Ing., frher Siemens AG, Amberg

    Thar, Ralf, Dipl.-Ing., EATON Industries GmbH, Bonn

    Vinaricky, Eduard, Dr. techn., frher DODUCO GmbH, Pforzheim

    Weiser, Josef, Dr. rer. nat., frher Siemens AG, Mnchen

    Wolf, Johann, Dr. techn., frher Siemens AG, Regensburg

    Autorenverzeichnis

  • VII

    Frhere Autoren, deren Beitrge berarbeitet wurden:

    Bahrs, Willy, Dipl-Ing., frher Ringsdorff-Werke GmbH, BonnBaumeister, Rudolf, Dipl.-Ing., EATON Industries GmbH, BonnBolz, Jakob, frher EATON Industries GmbH, BonnBorchert, Lothar, Dr. phil., frher Siemens AG, MnchenGromann, Hermann, Dr. rer. nat., frher DODUCO KG., PforzheimGyry, Imre, Prof. Dr. rer. nat., frher Fachhochschule Hagen und INOVAN, Birkenfeld,Harmsen, Ulf, Dipl.-Ing., frher DODUCO KG., PforzheimHuck, Manfred, Dipl-Phys., frher DODUCO KG., PforzheimKaminski, Jan, Dr.-Ing., Deutsches Patentamt MnchenKaspar, Franz, Dr. rer. nat., DODUCO KG., PforzheimKeil, Albert, Prof. Dr. phil. nat., frher TU Karlsruhe und INOVAN, BirkenfeldMayer, Ursula, Dr. rer. nat., frher DODUCO KG., PforzheimMerl, Wilhelm, Dipl.-Phys., frher DODUCO KG., PforzheimMeyer, Carl-Ludwig, Dipl.-Phys., frher DODUCO KG., PforzheimPopa, Heinz-Erich, Dr.-Ing., ABB STOTZ-KONTAKT GmbH, HeidelbergRieder, Werner, Prof. Dr. phil., frher TU WienSchneider Karl-Heinz, Dipl.-Ing., ELEKTRA Tailfingen, Schaltgerte GmbH.&Co.KG, AlbstadtSchuler, Peter, Dr. rer. nat., frher DODUCO KG., PforzheimStreuli, Max, frher Gummi-Maag AG,Dbendorf, SchweizVermij, L., Dr., frher Holec Nederland BV, Utrecht, HollandWalczuk, Eugeniucz, Prof. Dr.-Ing., TU Lodz, Polen

  • IX

    Vorwort

    Der sparsame Einsatz der Edelmetalle Gold, Silber oder Palladium usw., deren Preis hoch und spekulativen Einflssen unterworfen ist, und die vielfach Basiswerkstoffe fr elektri-sche Kontakte sind, sowie die Forderung nach umweltfreundlichen Werkstoffen und Ferti-gungsverfahren prgen nach wie vor die Entwicklung von Werkstoffen und Technologien fr elektrische Kontakte. Obwohl elektronische Bauelemente viele Bereiche der Technik beherrschen, z. B. auch in der Informationstechnik in groem Umfang Schaltaufgaben erfllen mssen, sind insbesondere in der Energietechnik elektromechanische Schaltkon-takte weiterhin unverzichtbar. Daher besteht sowohl bei den Herstellern von Kontaktwerk-stoffen, den Entwicklern und Konstrukteuren von Schaltgerten und elektromechanischen Bauelementen als auch bei Lehrenden und Studierenden verschiedener Fachrichtungen ein groes Interesse, sich in das umfangreiche Gebiet der elektrischen Kontakte einzu-arbeiten und auch das Wissen auf diesem Spezialgebiet stndig zu erweitern.

    Eine Mglichkeit bot bisher das Buch Elektrische Kontakte,Werkstoffe und Anwen-dungen, das im Jahre 2002 als zweite Auflage im Springer-Verlag erschienen war, und das im deutschsprachlichen Raum als Standardwerk gilt. Leider ist dieses Buch seit einiger Zeit vergriffen, und es wurde von verschiedenen Seiten an den Herausgeber der Wunsch nach einer Neuauflage herangetragen. Die nunmehr vorliegende dritte Auflage stellt eine berarbeitete, teilweise neu gestaltete Fassung der vorherigen Auflage dar, die durch neue Erkenntnisse sowohl auf dem Gebiet der elektrischen Kontakte als auch auf dem der Schaltgerte ergnzt wurde. Letzteres betrifft vor allem die Teile Werkstoffe, Anwen-dungsbeispiele fr elektrische Kontakte sowie Prfverfahren.

    Im Teil 2 Werkstoffe werden Neu- und Weiterentwicklungen von Kontaktwerkstoffen und -schichten beschrieben. Das neu aufgenommene Kapitel Umweltaspekte gibt einen berblick ber den derzeitigen Stand der gesetzlichen Vorschriften und Verwendungsbe-schrnkungen, die beim Einsatz von Werkstoffen beachtet werden mssen. Durch die fort-schreitende Miniaturisierung elektromechanischer Bauelemente gewinnt auch die Wahl des Kontakttrgerwerkstoffes immer mehr an Bedeutung. Aus diesem Grunde wurde das Kapitel Kupfer und Kupferwerkstoffe deutlich erweitert.

  • X Vorwort

    Im Teil 4 Anwendungsbeispiele fr elektrische Kontakte wurden die Abschnitte Photovoltaik und Windkraftanlagen im Hinblick auf die sich damit ergebenden ver-nderten Problemstellungen neu aufgenommen. Gerade diese Teilbereiche im Umfeld der erneuerbaren Energien stellen durch das Schalten von Gleichstrmen bezglich der Si-cherheit der allgemeinen Energieversorgung besonders hohe Anforderungen an die Kon-taktstcke in den jeweiligen Schaltgerten.

    Der Teil 4 Prfverfahren wurde u.a. durch die vllig neuen Kapitel Strlichtbogen sowie Simulation ergnzt. Mit Hilfe der Simulation lassen sich u.a. dynamische Prozesse, die z.B. bei Schaltvorgngen und insbesondere im Umfeld elektrischer Kontakte ablaufen, analysieren, Dadurch wird es mglich, z.B. die Zeiten, die blicherweise fr die Neuent-wicklung von Schaltgerten bentigt werden, zu verringern und gleichzeitig das Volumen des Kontaktmaterials, das fr eine zuverlssige Kontaktgabe und Schaltfunktion erforder-lich ist, zu minimieren.

    Um den bisherigen Umfang des Buches durch Aufnahme zustzlicher Abschnitte nicht bermig anwachsen zu lassen, wurden einige Bereiche des bisherigen Inhaltes in krze-rer Form dargestellt oder, sofern sie weniger bedeutsame Randgebiete behandelten, weg-gelassen.

    Das umfangreiche Stoffvolumen, das sich ber sehr unterschiedliche Fachgebiete er-streckt, kann von einem Verfasser allein nicht tiefgehend genug wiedergegeben werden. Daher war der Herausgeber sehr froh, in Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Schrder und Dr. rer. nat. Josef Weiser zwei herausragende Fachleute gefunden zu haben, die ihn bei den Arbei-ten untersttzten und durch ihre eigenen Beitrge sowie durch ergnzende Hinweise den Inhalt bereicherten.

    Die einzelnen Beitrge geben die Darstellung der Autoren zum jeweils bearbeiteten Fachgebiet wieder. Damit fr den Leser der Zusammenhang zwischen den verschiedenen Abschnitten deutlich wird und Wiederholungen weitgehend vermieden werden, hat der Herausgeber die von den verschiedenen Autoren verfassten Abschnitte aufeinander ab-gestimmt. Allen Verfassern sei an dieser Stelle fr ihr Verstndnis gedankt.

    Der Herausgeber dankt besonders der Geschftsleitung der Firma DODUCO fr die finanzielle Untersttzung bei den umfangreichen Arbeiten fr dieses Buch und die Mg-lichkeit, jederzeit auf Einrichtungen in den Laboratorien und verschiedene Kommu-nikationsmittel zurckgreifen zu knnen. Daneben hat das Unternehmen bereitwillig Fachkrfte und firmeninternes Wissen fr die Ausarbeitung von Beitrgen freigestellt. Auch anderen Unternehmen, die hnliches geleistet haben, sei hiermit ausdrcklich ge-dankt.

    In gleicher Weise gebhrt Dank dem Frderverein Kontakte und Schalter e.V., der dieses Projekt ebenfalls finanziell untersttzt hat. Eine Reihe von Mitgliedern des Frder-vereins hat darberhinaus durch Fachartikel zum Gelingen des Buches beigetragen.

  • XI

    Die gegebenen Hinweise und Empfehlungen fr die Verwendung elektrischer Kontakte beruhen auf Er-fahrungswerten. Die dar