Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Werkstoffkunde – Begriffe und Einteilung (1)
In allen physikalischen und technischen Bereichen kommen Werkstoffe zum Einsatz. Somit werden auch in der Elektrotechnik für die Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben Werkstoffe mit bestimmten Eigenschaften verwendet. Bevor aber die üblicherweise in der Elektrotechnik verwendeten Werkstoffe näher betrachtet werden, sind grundsätzliche Kriterien zu besprechen.
Einteilungen
In der Werkstoffkunde, die man vielleicht auch „Stoffkunde“ nennen könnte, werden diverse Einteilungen vorgenommen. Diese strukturieren das gesamte Sachgebiet und gestalten es damit übersichtlich. Zunächst gilt es, die Begriffsunterscheidungen zu erklären. Ein Einteilungsmerkmal für Werkstoffe ist beispielsweise der Aggregatzustand, in dem sich ein Stoff bei normaler Umgebungstemperatur befindet.
Grundstoff
Beschreibung: Jedes chemische Element ist ein Grundstoff und zugleich auch ein Werkstoff. Dieser muss dann allerdings mit einem möglichst großen Reinheitsgehalt zur Verfügung stehen. Beispiel: Als Beispiel sei der Werkstoff Kupfer genannt, der mit einem Reinheitsgehalt von etwa 99,9 % als Leitermaterial in der Elektrotechnik eingesetzt wird (Bild1). Einsatzmöglichkeit: Für verschiedene Anwendungsfälle gibt es eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten für die Grundstoffe als Werkstoffe. Alle Grundstoffe des Periodensystems können demzufolge auch Werkstoffe sein. Es gibt aber eine große Anzahl von Werkstoffen, mit sehr speziellen Eigenschaften, die durch reine Grundstoffe nicht abgebildet werden können.
Materialmix
Beschreibung: Die meisten Werkstoffe sind Stoffe, die mit verschiedenen Verfahren und speziellen Rezepturen hergestellte Muster für einen Materialmix darstellen. Beispiel: Ein Beispiel für einen solchen Materialmix ist der Werkstoff Messing. Dabei handelt es sich um eine Kupferlegierung aus rund 60 % Kupfer und etwa 40 % Zink. Hierbei entsteht ein goldgelb glänzendes Material, was beispielsweise im Bereich von Beschlägen aber auch in der Elektrotechnik eingesetzt wird. Je nach den benötigten Eigenschaften, können die Kupfer und Zinkanteile stark variieren. Einsatzmöglichkeit: Früher waren beispielsweise die Beschläge an Bord eines Segelboots oft aus Messing. Heute verwendet man dafür vorzugsweise Edelstahl, was ebenfalls eine Metalllegierung darstellt. Der Hauptgrund für die Ablösung ist der bessere Korrosionsschutz von Edelstahl. Messing bildet relativ schnell, vornehmlich in feuchter Umgebung, eine sehr dunkle Oxidschicht. Diese Schicht sieht optisch unschön aus – da hilft nur putzen. In der Elektrotechnik wurde Messing gelegentlich als Kontaktwerkstoff eingesetzt. Durch geeignete Maßnahmen war dann zu verhindern, dass eine Oxidation einsetzt. Diese erhöht den Kontakt-Übergangswiderstand erheblich, was letztlich eine Brandgefahr darstellt. Reduzierung des Übergangwiderstandes: Kontakte für Industriesteckverbinder werden fast ausschließlich aus Messing hergestellt. Der Kontaktwerkstoff muss aber den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden: