Kontaktsystem vor der Legierungsauswahl festlegen
Bei der Werkstoffauswahl für elektrische Kontakte sind Stromübertragung, Kontaktwiderstand, Wärmeerzeugung und -abfuhr, Kontaktkraft, mechanische Abstützung, Verschleiß, Bewegung, Oxidation oder Verunreinigung, Fügetechnik, Oberflächenzustand, Erweichung und Instandhaltbarkeit gegeneinander abzuwägen.
Zuerst ist das tatsächliche Bauteil zu bestimmen: SAF-Kontaktschuh, SAF-Druckring, EAF-Elektrodenklemme oder -halter, Kontaktplatte einer Schweißmaschine, CuCrZr-Kontaktring, starre Sammelschienenverbindung, wassergekühlter Leiter, Anschlussstück oder ein anderer zeichnungsdefinierter Kontakt. Ähnliche Kupferteile können Strom unterschiedlich übertragen; eine automatische Werkstoffregel ist daher unzulässig.
1. Elektrische und thermische Eingangsgrößen
- Stromart und -höhe, gegebenenfalls Frequenz, Einschaltdauer, Übergangs- oder Fehlerzustand, parallele Strompfade, Bezugsbasis der Stromdichte und zulässige Temperatur.
- Kontaktflächengeometrie, reale und nominelle Kontaktfläche, Klemmkraft, Druckverteilung, Gegenwerkstoff, Verbindungsvorbereitung, Befestiger, Bewegung und Wartung.
- Kühlverfahren, Medium, Durchfluss, Druck, Temperatur, Anschlüsse, Überwachung, Verschmutzung und Wärmeabfuhrgrenze.
- Oberflächenoxidation, Zunder, Staub, Prozessverunreinigung, Lichtbogen, Reibkorrosion, Gleiten, wiederholte Montage und erwarteter Verschleiß.
Die Volumenleitfähigkeit allein bestimmt nicht die Verbindungstemperatur. Kontaktwiderstand, Kraft, Oberflächenzustand, Geometrie, Verbindungsqualität, Kühlung, Montage und Betrieb wirken ebenfalls mit.
2. Werkstoffrichtungen vergleichen
Handelsübliches Reinkupfer kann hohe Leitfähigkeit bieten, wenn die freigegebenen mechanischen, thermischen, füge-, verschleiß- und erweichungsbezogenen Anforderungen mit Sorte und Zustand vereinbar sind.
Sauerstofffreies Kupfer kommt in Betracht, wenn kontrollierter Sauerstoffgehalt, Leitfähigkeit, Fügbarkeit, Vakuum- oder Prozessverträglichkeit gefordert sind. Es ist nicht automatisch fester oder verschleißbeständiger.
CuCrZr kommt in Betracht, wenn Leitfähigkeit mit höherer Festigkeit, Härte, Maßstabilität, Verschleiß- oder Erweichungsbeständigkeit auszugleichen ist. Die Eigenschaften hängen von Sorte, Produktform, Zustand und Wärmebehandlung ab.
Andere Kupferlegierungen können geeignet sein, wenn Kontaktkraft, Verschleiß, Korrosion, Umformbarkeit, Federverhalten, Fügetechnik oder Temperatur dominieren. Ein Leitfaden für Steckverbinderbänder darf nicht ohne bauteilspezifische Auslegung auf einen massiven Ofenkontakt übertragen werden.
Hinweise der Copper Development Association zeigen, dass Temperatur und Legierungselemente die Leitfähigkeit beeinflussen und diese mit Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit abzugleichen ist. Eine Auswahl allein nach %IACS ist daher nicht zulässig.
3. Produktform und Fertigungsroute festlegen
- Platte, Stange, Schmiedeteil, Gussteil, Ring, Block, Rohr, Band oder andere Produktform.
- Endzustand sowie Schmieden, Walzen, Strangpressen, Gießen, Wärmebehandlung, Zerspanen, Schweißen, Hartlöten, Montage, Beschichten, Galvanisieren oder Oberflächenvorbereitung.
- Werkstoff- und Bauteilrückverfolgbarkeit, Prüfort, Eigenschaftsrichtung, Probenahme und Bezug zwischen Probe und Lieferteil.
- Regeln für Reparatur, Nacharbeit, lokale Erwärmung, Erneuerung der Beschichtung und Änderungslenkung.
4. Schnittstellen und Abnahme festlegen
- Gelenkte Zeichnung, Änderungsstand, Bezüge, kritische Maße, Passungen, Kontakt- und Montageflächen, Oberflächenrauheit, Ebenheit, Ausrichtung, Bohrungen, Anschlüsse und Kühlkanäle.
- Geforderte chemische Zusammensetzung, Leitfähigkeit, Härte, mechanische Kennwerte, Beschichtung, Maßbericht, ZfP, Druck- oder Dichtheitsprüfung und Funktionsnachweis.
- Prüfverfahren, -ort, -temperatur und -stufe, Stichprobe, Annahmekriterien, Anwesenheitspunkt und Berichtsformat.
Ein Werkstoffzeugnis oder einzelner Leitfähigkeitswert belegt weder die vollständige Stromtragfähigkeit der Verbindung noch Temperaturanstieg, Kontaktwiderstand, Kühlleistung, Verschleißlebensdauer, Montagequalität oder Systemkonformität.