Werkstoffkunde für Elektrotechniker, Informationstechniker und Elektromaschinenbauer (eBook)

Vorwort 4
Inhaltsverzeichnis 6
1 Grundlagen 9
1.1 Stromfluß durch Werkstoffe 11
1.1.1 Stromleitung durch Metalle 11
1.1.2 Stromleitung durch Gase und Vakuum 16
1.1.3 Stromleitung durch elektrolytische Flüssigkeiten und Schmelzen 19
1.1.4 Stromleitung durch Halbleiter 21
1.2 Werkstoffe im elektrischen Feld 27
1.3 Werkstoffe im magnetischen Feld 35
1.4 Fragen 47
2 Werkstoffe der Elektrotechnik 49
2.1 Leiter- und Widerstandswerkstoffe 49
2.1.1 Kupfer 50
2.1.2 Aluminium 54
2.1.3 Metalle und Legierungen für Widerstände 57
2.1.4 Kohle als Widerstandswerkstoff 58
2.2 Isolatorwerkstoffe 58
2.2.1 Feste Isolatorwerkstoffe 59
2.2.1.1 Thermoplaste (Plastomere) 60
2.2.1.2 Duroplaste (Duromere) 61
2.2.1.3 Gummiähnliche Kunststoffe (Elastomere) 62
2.2.1.4 Gummi 62
2.2.1.5 Keramik und Glas für die Elektrotechnik 63
2.2.1.6 Glimmer 65
2.2.1.7 Papier 66
2.2.2 Flüssige Isolatorwerkstoffe 66
2.2.3 Gasförmige Isolatorwerkstoffe 67
2.2.3.1 Luft 67
2.2.3.2 Schwefelhexafluorid ( SF6) 68
2.3 Ferro- und ferrimagnetische Werkstoffe 68
2.3.1 Weichmagnetische Werkstoffe 69
2.3.1.1 Reineisen 69
2.3.1.2 Eisen-Kobalt-Legierungen 69
2.3.1.3 Eisen-Silizium-Legierungen 69
2.3.1.4 Eisen-Nickel-Legierungen 69
2.3.1.5 Nickel-Zink-Ferrit (bis 200 MHz), Mangan Zink-Ferrit (bis 1 MHz) 70
2.3.2 Hartmagnetische Werkstoffe 70
2.3.2.1 Eisen-Aluminium-Nickel-Legierung 70
2.3.2.2 Aluminium-Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung (ALNICO) 70
2.3.2.3 Seltenerd-Kobalt-Legierungen 70
2.3.2.4 Ferrite (Barium, Strontium, Blei, Fe2O3) 70
2.4 Fragen 71
3 Bauelemente der Elektrotechnik 73
3.1 Widerstände 74
3.1.1 Lineare Festwiderstände 74
3.1.2 Nichtlineare Festwiderstände 75
3.1.3 Magnetfeldabhängige Widerstände 77
3.1.4 Lichtabhängige Widerstände 80
3.1.5 Dehnungsabhängige Widerstände 80
3.2 Kondensatoren 81
3.2.1 Wickelkondensatoren 81
3.2.2 Schichtkondensatoren 86
3.2.3 Massekondensatoren 87
3.2.3.1 Keramikkondensatoren 87
3.2.3.2 Massekondensatoren mit gesinterter Anode 88
3.3 Induktivitäten 88
3.3.1 Induktivitäten ohne Kern 88
3.3.2 Induktivitäten mit Kern 89
3.4 Fragen 90
4 Verbindungen und Kontakte 91
4.1 Löten und Schweißen 91
4.2 Quetschen und Wickeln 95
4.3 Kontakte 96
4.4 Thermobimetalle 99
4.5 Fragen 100
5 Eisenwerkstoffe 101
5.1 Fragen 107
6 Verbundwerkstoffe und Sinterwerkstoffe 109
6. 1 Fragen 112
7 Schmierstoffe und Wälzlager 113
7.1 Schmierstoffe 113
7.2 Wälzlager 115
7.3 Fragen 118
8 Werkstoffe im Elektromaschinenbau 119
8.1 Stromleiter 119
8.2 Isolierungen der Stromleiter 120
8.3 Isolierungen der Magnetkörper 121
8.4 Fragen 122
9 Gips und Zement 123
9.1 Fragen 123
10 Korrosion und Korrosionsschutz 125
10.1 Fragen 128
11 Lösungen zu allen Fragen 129
Literaturverzeichnis 135
Stichwortverzeichnis 137

8 Werkstoffe im Elektromaschinenbau (S. 118-119)

Der Elektromaschinenbau beschäftigt sich mit der Herstellung, Wartung und Instandsetzung von:

– Motoren,
– Transformatoren,
– Schaltern.

Dabei müssen Stromleiter, Isolierungen und Magnetkörper werkstoffgerecht bearbeitet werden.

8.1 Stromleiter

Wicklungen haben folgende Funktionen zu erfüllen:

– Stromleitung,
– Wärmeleitung,
– Kraftübertragung.

Hier ist Kupfer mit seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit, seiner hohen Wärmeleitfähigkeit, seiner mechanischen Festigkeit und seiner guten Verformbarkeit der meistgenutzte Werkstoff. Reinaluminium und ausgewählte Aluminiumlegierungen werden gern beim Ausgießen von Leitern verwendet. Jede Herstellung von Wickeln ist zumindest mit Dehnung und Stauchung in den Krümmungen verbunden. Bei entsprechend hoher Drahtzugkraft wird zusätzlich elastisch und plastisch verformt. Jede Verformung führt zu Veränderungen im Kristallgefüge, also zur Vergrößerung des spezifischen Kupferwiderstandes r. Diese Widerstandsveränderungen sind in der Praxis so geringfügig, daß sie nicht ins Gewicht fallen. Eher wirken sich Durchmessertoleranzen, Temperaturerhöhung und Verunreinigungen des Kupfers aus. Soll für Elektromaschinen ein hohes Leistungs-Masse-Verhältnis erreicht werden, dann muß die Packungsdichte von Wicklungen und der Nutfüllfaktor hochgetrieben werden. Bild 8.1 zeigt die maximal möglichen Packungsdichten mit rundem Draht.