EP2989224A1 - Cast copper alloy for asynchronous machines - Google Patents

Cast copper alloy for asynchronous machines

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EP2989224A1
EP2989224A1 EP14718324.8A EP14718324A EP2989224A1 EP 2989224 A1 EP2989224 A1 EP 2989224A1 EP 14718324 A EP14718324 A EP 14718324A EP 2989224 A1 EP2989224 A1 EP 2989224A1
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EP
European Patent Office
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elements
group
copper alloy
weight
alloy
Prior art date
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EP14718324.8A
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German (de)
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EP2989224B1 (en
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Timo ALLMENDINGER
Tony Robert NOLL
Joachim Riedle
Gerhard Thumm
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Wieland Werke AG
Original Assignee
Wieland Werke AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2989224B1 publication Critical patent/EP2989224B1/en
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/165—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors characterised by the squirrel-cage or other short-circuited windings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to cast copper alloys and produced therefrom by primary molding process, current-carrying structural parts.
  • the invention relates to molded squirrel-cage rotors for asynchronous machines.
  • the alloys CuCrZr and CuNi are proposed for the short-circuit rings, the latter being able to be supplemented by precipitation hardening by further elements such as, for example, silicon.
  • the short-circuiting rings consist of a copper-silver alloy.
  • DE 33 24 687 A1 discloses the proposal to manufacture the conductor bars of a copper-silver alloy.
  • a copper-zinc alloy is alternatively proposed.
  • EP 0 652 624 A1 describes a multi-part construction of the conductor bars. For the radially outer wedge-like part, various copper alloys are proposed whose conductivity is characterized by at least 20% IACS. The person skilled in the art can not find any indication of the castability of the alloys in the document.
  • Copper materials processed by forming processes are characterized by a higher strength than copper materials in the cast state. From the above-mentioned prior art, the skilled person can therefore find no indication of which copper alloy has a favorable property combination in terms of electrical conductivity and strength even in the cast state.
  • the invention is therefore based on the object, in terms of strength, conductivity and castability improved copper casting alloys and in terms Strength and conductivity to indicate improved current-carrying structural parts.
  • the invention is intended to specify improved, integrally cast squirrel cage rotor for asynchronous machines.
  • the selection of alloying elements should also be made with regard to health and environmental effects. In particular, lead and cadmium should be avoided.
  • the invention is with respect to a copper alloy by the features of claim 1, with respect to a structural part by the features of claim 1 1 and with respect to a squirrel cage by the features of
  • the invention includes copper alloys having the following composition in% by weight:
  • the invention is based on the consideration that the strength of
  • Metals is increased by the incorporation of foreign atoms. This effect is of particular interest for cast alloys, because in this way already high strength values can be achieved without further forming steps.
  • the elements Al, Sn, Ni and Zn have a particularly great effect on the solid solution hardening in the case of copper. If the strength of pure copper is to be increased by solid-solution hardening, the addition of Al and Sn is particularly worth pursuing. It is also known that the addition of alloying elements fundamentally worsens the electrical and thermal conductivity of pure copper! In the field of solid solution formation, the conductivity of copper however, it is relatively unaffected by the elements Zn, Ag, Ni, Sn and Al.
  • the electrical conductivity of copper is to be affected as little as possible, the addition of Zn and Ag is particularly worth pursuing.
  • a suitable choice of at least three elements from the group consisting of the elements Ag, Ni, Zn, Sn and Al a casting material can be found which has a particularly favorable combination of strength and conductivity.
  • the content of the individual elements should be at least 0.05 wt .-% and at most
  • the sum of the element contents at least
  • the alloying of three or more elements produces an alloy whose melting interval is greater than the melting interval of alloys with fewer elements. This has a favorable effect on the castability of the material.
  • the copper alloy preferably contains at least one of the elements Ag or Sn. This results in particularly favorable properties.
  • the copper alloy particularly preferably contains the element Ag. This results in particularly favorable properties with regard to the electrical conductivity.
  • the alloy may be added 0.01 to 0.2% by weight of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. These elements cause grain refining of the cast structure and thus increase the strength of the cast material. By deoxidizing the melt, they can also gas uptake
  • alloying elements from the group consisting of the elements Ag, Ni, Zn, Sn and Al allows a sufficient variation of the parameters to find a casting material having a particularly favorable combination of strength and conductivity.
  • the alloy can be made easily controllable.
  • the copper alloy preferably contains the element Ag. This results in particularly favorable properties with regard to the electrical conductivity.
  • the other two alloying elements should then be selected from the group consisting of the elements Ni, Zn, Sn and Al. The following combinations of alloying elements have proven to be particularly attractive:
  • the proportion of Ag is preferably not more than 0.15% by weight.
  • b), c) and d) may optionally be added 0.01 to 0.2 wt .-% of one or more elements from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb exists.
  • the copper alloy may preferably have the following composition in% by weight: in each case 0.06 to 0.3% of three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
  • the increase in strength is not always sufficient. With element contents greater than 0.3% by weight, the electrical conductivity can be reduced too much, for example below 70% IACS.
  • the sum of the proportions of the elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al is preferably at least 0.20% by weight and not more than 0.75% by weight. This results in alloys with particularly favorable property combinations in terms of strength and electrical conductivity in the cast state. For reasons of cost, the proportion of Ag is particularly preferably not more than 0.15% by weight.
  • the copper alloy may particularly preferably have the following composition in% by weight:
  • the increase in strength is not always sufficient.
  • the electrical conductivity may be reduced too much, for example below 75% IACS.
  • the sum of the proportions of the elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al is preferably at least 0.20% by weight and not more than 0.35% by weight.
  • the proportions of the alloying elements can be selected such that the ratio of the weight proportions of any two alloying elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al is at most 1.5.
  • the more common of the two alloying elements forms the numerator of the quotient to be calculated.
  • This weight ratio is particularly preferably at most 1.3. It has been found to be favorable in terms of strength and conductivity in the cast state, when the elements selected from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, for the respective alloy are alloyed in approximately equal proportions by weight.
  • the copper alloy may have the following composition in% by weight:
  • Such an alloy has an electrical conductivity of at least 68% IACS and can exceed the strength of pure copper by up to 35%.
  • the copper alloy may have the following composition in% by weight:
  • Such an alloy has about 90% IACS electrical conductivity about equal to a copper alloy containing 1 wt .-% Ag (CuAgl).
  • CuAgl copper alloy containing 1 wt .-% Ag
  • the increase in strength over pure copper in the cast state is about 20%.
  • Such an alloy has a very favorable combination of properties.
  • the relative increase in strength is greater than the relative decrease in
  • Copper alloy have the following composition in% by weight:
  • Such an alloy has an electrical conductivity of about 85% IACS.
  • the increase in strength over pure copper in the cast state is about 20%.
  • the relative increase in strength is greater than the relative decrease in conductivity. Due to the low alloy content, the alloy is at the cost level of commercial copper alloys.
  • Copper alloy have the following composition in% by weight:
  • Copper alloy have the following composition in% by weight:
  • Such an alloy has an electrical conductivity of about 80% IACS.
  • the increase in strength over pure copper in the cast state is about 10%. Since this alloy contains no silver, it represents a particularly cost-effective alternative.
  • a further aspect of the invention relates to current-carrying construction parts made of copper alloys, wherein the construction parts are produced by a molding process and wherein the copper alloys have the following composition in% by weight: in each case 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, balance Cu and unavoidable impurities, optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb insists.
  • Such structural parts can, for example, switches, commutators,
  • Casting processes are understood to mean casting processes such as, for example, die casting, precision casting, full casting or other processes.
  • chill casting which mainly uses raw material for semi-finished products, process the cast body substantially already the shape of the desired structural part.
  • further processing steps can be carried out, which slightly change the shape of the construction part. Examples of this are the separation of the sprue or the reworking of the surface of the structural part.
  • the copper alloys according to the invention have a higher strength than pure copper due to the solid solution hardening in the cast state.
  • the electrical conductivity is relatively little reduced compared to pure copper.
  • the alloys of the invention also have a good pourability: they show only a slight tendency to gas uptake and are characterized by a good mold filling
  • the alloy of the invention may contain from 0.01 to 0.2% by weight of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. These elements cause grain refining of the cast structure and thus increase the strength of the cast material. By deoxidizing the melt, they can also reduce gas uptake.
  • the copper alloy has the following composition in% by weight: in each case 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, balance Cu and unavoidable impurities, optionally 0 , 01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
  • the invention is based on the idea of integrally casting conductor bars and shorting rings of cage rotors. Suitable casting methods for this purpose can be die casting, precision casting, full casting and other methods. Due to their high electrical conductivity, copper alloys are well suited for the manufacture of squirrel-cage rotors. Since, due to the high rotational speeds of the asynchronous machines, large forces act, in particular, on the conductor bars of the squirrel-cage rotors, the copper alloys used must already have high strength in the cast state.
  • copper alloys having the following composition in% by weight are particularly suitable: 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, balance Cu and unavoidable impurities ,
  • the copper alloys according to the invention have a higher strength than pure copper due to the solid solution hardening in the cast state. The electrical conductivity is relatively little reduced compared to pure copper.
  • the alloys according to the invention also have a good castability: they show only a slight tendency to gas uptake and are characterized by a good mold filling capacity.
  • the alloy of the invention may contain from 0.01 to 0.2% by weight of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
  • Sample No. 2 is a reference alloy containing 99% copper and 1% silver. This alloy has attractive properties in terms of strength and conductivity, but due to the high metal costs, it can only be used economically in very specific applications.
  • Sample No. 3 is a copper alloy containing about 0.5% silver, 0.5% nickel and 0.5% zinc. With this alloy, a strength is achieved, which is about 35% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 68% IACS.
  • Sample No. 4 is a copper alloy containing about 0.1% silver, 0.1% nickel and 0.1% zinc. With this alloy, a strength is achieved, which is about 20% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 91% IACS. The relative increase in strength is thus significantly greater than the relative Decrease in electrical conductivity. This surprising combination of properties of the alloy is not to be expected from the individual contributions of the individual alloying elements. The relative increase in metal costs is less than the relative increase in strength and thus can
  • this alloy offers a very attractive
  • Sample No. 5 is a copper alloy containing about 0.1% silver, 0.13% tin and 0.1% nickel. With this alloy, a strength is achieved, which is about 20% higher than that of pure copper.
  • the electrical conductivity is 84% IACS. The relative increase in strength is thus greater than the relative decrease in electrical conductivity. This surprising combination of properties of the alloy is not to be expected from the individual contributions of the individual alloying elements. The relative increase in metal cost is less than the relative increase in strength.
  • Sample No. 6 is a copper alloy containing about 0.1% silver, 0.1% zinc and 0.1% aluminum. With this alloy, a strength is achieved, which is about 6% higher than that of pure copper.
  • the electrical conductivity is 84% IACS.
  • Sample No. 7 is a copper alloy containing about 0.1% tin, 0.1% zinc and 0.1% aluminum. With this alloy, a strength is achieved, which is about 8% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 78% IACS. Since this alloy contains no silver, it represents a particularly cost-effective alternative.

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Abstract

The invention relates to a copper alloy having the following composition (in % by weight): in each case 0.05 to 0.5% of at least three elements selected from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, remainder Cu and unavoidable impurities, optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. The invention also relates to a current-carrying structural part made of a copper alloy and also to a cage rotor having a plurality of conductor bars and two short-circuiting rings, which are cast in one piece from a copper alloy.

Description

Beschreibung  description
Kupfergusslegierung für Asynchronmaschinen Copper casting alloy for asynchronous machines
Die Erfindung betrifft Kupfergusslegierungen sowie daraus mittels Urformverfahren hergestellte, stromführende Konstruktionsteile. Insbesondere betrifft die Erfindung gegossene Käfigläufer für Asynchronmaschinen. The invention relates to cast copper alloys and produced therefrom by primary molding process, current-carrying structural parts. In particular, the invention relates to molded squirrel-cage rotors for asynchronous machines.
Bereits aus der Patentschrift DE 503 187 ist bekannt, Käfigläufer für Asynchronmaschinen durch gleichzeitiges Gießen der Läuferstäbe und der Kurzschlussringe herzustellen. Läuferstäbe und Kurzschlussringe sind damit als einstückiges Bauteil ausgeführt, dessen Werkstoff sich im Gusszustand befindet. Als mögliche Gießverfahren sind beispielsweise in DE 43 29 679 C2 der Druckguss, in Already from the patent DE 503 187 is known to produce squirrel cage for asynchronous machines by simultaneous casting of the rotor bars and the short-circuit rings. Rotor bars and shorting rings are thus designed as a one-piece component whose material is in the cast state. As a possible casting process, for example, in DE 43 29 679 C2 die casting, in
US 7,337,526 B2 der Vollformguss und in US 2,304,067 der Schleuderguss genannt. Kupfer und Kupferlegierungen sind aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit wichtige Werkstoffe für die Herstellung von gegossenen Käfigläufern. Da sich der Werkstoff im Gusszustand befindet, ist er leicht verformbar. Deshalb kommt der Festigkeitssteigerung des Kupferwerkstoffs durch Legierungselemente eine große Bedeutung zu. Andererseits ist erwünscht, dass die elektrische Leitfähigkeit durch die Legierungselemente nur wenig reduziert wird. Ferner muss der Werkstoff eine gute Gießbarkeit aufweisen. Als Legierungsbestandteile werden oft Zirkon und/oder Chrom verwendet. In JP 56010059 A wird für das Druckgussverfahren eine Kupferlegierung vorgeschlagen, die Zink, Chrom, Zirkon und Titan enthält. Weitere Kupferlegierungen für Käfigläufer sind im Zusammenhang mit Herstellverfahren bekannt, bei denen der Käfigläufer nicht einstückig gegossen wird, sondern aus einzelnen Komponenten zusammengebaut wird. Dabei werden die Leiterstäbe und/oder die Kurzschlussringe mittels umformtechnischer Verfahren hergestellt. So wird beispielsweise in GB 949,570 für stromführende Teile eine kalt umgeformte und wärmebehandelte Kupferlegierung vorgeschlagen, die zwischen 0,1 % und 0,25 % Zirkon enthält. In JP 58006950 A wird eine Kupferlegierung vorgeschlagen, die Eisen, Zink und optional Zinn und Phosphor enthält. Der aus dieser Legierung hergestellt Käfigläufer wird aus einem warmgewalzten Band gefertigt. In DE 100 14 643 C2 werden für die Kurzschlussringe die Legierungen CuCrZr und CuNi vorgeschlagen, wobei letztere zur Erzielung einer durch Ausscheidungshärtung erhöhten Festigkeit durch weitere Elemente wie beispielsweise Silicium ergänzt werden kann. In DE 10 2009 018 951 A1 sind Käfigläufer vorgeschlagen, bei denen die Kurzschlussringe aus einer Kupfer-Silber-Legierung bestehen. Der DE 33 24 687 A1 ist der Vorschlag zu entnehmen, die Leiterstäbe aus einer Kupfer-Silber-Legierung zu fertigen. In der gleichen Schrift wird alternativ auch eine Kupfer-Zink-Legierung vorgeschlagen. EP 0 652 624 A1 beschreibt einen mehrteiligen Aufbau der Leiterstäbe. Für den in Radialrichtung äußeren, keilartigen Teil werden verschiedene Kupferlegierungen vorgeschlagen, deren Leitfähigkeit mit mindestens 20% IACS charakterisiert ist. Der Fachmann kann der Schrift keinen Hinweis auf die Gießbarkeit der Legierungen entnehmen. No. 7,337,526 B2 of full-casting and in US Pat. No. 2,304,067 to the centrifugal casting. Due to their high electrical conductivity, copper and copper alloys are important materials for the production of cast squirrel-cage rotors. Since the material is in the cast state, it is easily deformable. Therefore, the increase in strength of the copper material by alloying elements is of great importance. On the other hand, it is desirable that the electrical conductivity is reduced only slightly by the alloying elements. Furthermore, the material must have a good castability. Zirconium and / or chromium are often used as alloy components. In JP 56010059 A, a copper alloy is proposed for the die casting process, which contains zinc, chromium, zirconium and titanium. Other copper alloys for squirrel cage are known in connection with manufacturing processes in which the squirrel cage is not cast in one piece, but is assembled from individual components. In this case, the conductor bars and / or the short-circuit rings are produced by means of metal forming processes. Thus, for example, in GB 949,570 a cold-formed and heat-treated copper alloy is proposed for current-carrying parts, which contains between 0.1% and 0.25% zirconium. JP 58006950 A proposes a copper alloy containing iron, zinc and optionally tin and phosphorus. The squirrel cage made from this alloy is made from a hot rolled strip. In DE 100 14 643 C2, the alloys CuCrZr and CuNi are proposed for the short-circuit rings, the latter being able to be supplemented by precipitation hardening by further elements such as, for example, silicon. In DE 10 2009 018 951 A1 squirrel-cage rotors are proposed in which the short-circuiting rings consist of a copper-silver alloy. DE 33 24 687 A1 discloses the proposal to manufacture the conductor bars of a copper-silver alloy. In the same document, a copper-zinc alloy is alternatively proposed. EP 0 652 624 A1 describes a multi-part construction of the conductor bars. For the radially outer wedge-like part, various copper alloys are proposed whose conductivity is characterized by at least 20% IACS. The person skilled in the art can not find any indication of the castability of the alloys in the document.
Durch umformtechnische Verfahren bearbeitete Kupferwerkstoffe zeichnen sich durch eine höhere Festigkeit als Kupferwerkstoffe im Gusszustand aus. Aus dem oben genannten Stand der Technik kann der Fachmann also keinen Hinweis entnehmen, welche Kupferlegierung auch im Gusszustand eine günstige Eigen- schaftskombination hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit aufweist. Copper materials processed by forming processes are characterized by a higher strength than copper materials in the cast state. From the above-mentioned prior art, the skilled person can therefore find no indication of which copper alloy has a favorable property combination in terms of electrical conductivity and strength even in the cast state.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hinsichtlich Festigkeit, Leitfähig- keit und Gießbarkeit verbesserte Kupfergusslegierungen sowie hinsichtlich Festigkeit und Leitfähigkeit verbesserte stromführende Konstruktionsteile anzugeben. Insbesondere soll die Erfindung verbesserte, einstückig gegossene Käfigläufer für Asynchronmaschinen angeben. Dabei soll die Auswahl der Legierungselemente auch im Hinblick auf Auswirkungen für Gesundheit und Umwelt erfolgen. Insbesondere sollen Blei und Cadmium vermieden werden. The invention is therefore based on the object, in terms of strength, conductivity and castability improved copper casting alloys and in terms Strength and conductivity to indicate improved current-carrying structural parts. In particular, the invention is intended to specify improved, integrally cast squirrel cage rotor for asynchronous machines. The selection of alloying elements should also be made with regard to health and environmental effects. In particular, lead and cadmium should be avoided.
Die Erfindung wird bezüglich einer Kupferlegierung durch die Merkmale des Anspruchs 1 , bezüglich eines Konstruktionsteils durch die Merkmale des Anspruchs 1 1 und bezüglich eines Käfigläufers durch die Merkmale des The invention is with respect to a copper alloy by the features of claim 1, with respect to a structural part by the features of claim 1 1 and with respect to a squirrel cage by the features of
Anspruchs 12 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung. Claim 12 reproduced. The other dependent claims relate to advantageous embodiments and further developments of the invention.
Die Erfindung schließt Kupferlegierungen mit folgender Zusammensetzung in Gewichts-% ein: The invention includes copper alloys having the following composition in% by weight:
jeweils 0,05 bis 0,5 % von mindestens drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, from 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen, Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Festigkeit von The invention is based on the consideration that the strength of
Metallen durch den Einbau von Fremdatomen gesteigert wird. Insbesondere für Gusslegierungen ist dieser Effekt interessant, weil auf diese Weise ohne weitere Umformschritte bereits hohe Festigkeitswerte erreicht werden können. Eine besonders große Wirkung auf die Mischkristallverfestigung bei Kupfer haben die Elemente AI, Sn, Ni und Zn. Wenn die Festigkeit von Reinkupfer durch Mischkristallverfestigung gesteigert werden soll, ist der Zusatz von AI und Sn besonders verfolgenswert. Es ist ferner bekannt, dass der Zusatz von Legierungselementen grundsätzlich die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Reinkupfer ver- schlechter! Im Gebiet der Mischkristallbildung wird die Leitfähigkeit von Kupfer durch die Elemente Zn, Ag, Ni, Sn und AI jedoch relativ wenig beeinflusst. Soll die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer möglichst wenig beeinträchtigt werden, ist der Zusatz von Zn und Ag besonders verfolgenswert. Durch eine geeignete Auswahl von mindestens drei Elementen aus der Gruppe, die aus den Elementen Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, kann ein Gusswerkstoff gefunden werden, der eine besonders günstige Kombination von Festigkeit und Leitfähigkeit besitzt. Der Gehalt der einzelnen Elemente sollte dabei mindestens 0,05 Gew.-% und höchstens Metals is increased by the incorporation of foreign atoms. This effect is of particular interest for cast alloys, because in this way already high strength values can be achieved without further forming steps. The elements Al, Sn, Ni and Zn have a particularly great effect on the solid solution hardening in the case of copper. If the strength of pure copper is to be increased by solid-solution hardening, the addition of Al and Sn is particularly worth pursuing. It is also known that the addition of alloying elements fundamentally worsens the electrical and thermal conductivity of pure copper! In the field of solid solution formation, the conductivity of copper however, it is relatively unaffected by the elements Zn, Ag, Ni, Sn and Al. If the electrical conductivity of copper is to be affected as little as possible, the addition of Zn and Ag is particularly worth pursuing. By a suitable choice of at least three elements from the group consisting of the elements Ag, Ni, Zn, Sn and Al, a casting material can be found which has a particularly favorable combination of strength and conductivity. The content of the individual elements should be at least 0.05 wt .-% and at most
0,5 Gew.-% betragen. Bei Elementgehalten kleiner als 0,05 Gew.-% ist die Wirkung der Legierungselemente zu gering. Bevorzugt kann auch bei weniger als fünf Legierungselementen die Summe der Elementgehalte mindestens 0.5 wt .-% amount. With element contents of less than 0.05% by weight, the effect of the alloying elements is too low. Preferably, even with less than five alloying elements, the sum of the element contents at least
0,25 Gew.-% sein. Bei Elementgehalten größer als 0,5 Gew.-% kann es zu einem unerwünschten Entmischen der Legierung beziehungsweise zu Seigerungen kommen. Um solche Effekte sicher zu vermeiden, kann der Gehalt der einzelnen Elemente bevorzugt höchstens 0,3 Gew.-% betragen. Durch das Zulegieren von drei oder mehr Elementen entsteht eine Legierung, deren Schmelzintervall größer ist als das Schmelzintervall von Legierungen mit weniger Elementen. Dies wirkt sich günstig auf die Gießbarkeit des Werkstoffs aus. Bevorzugt enthält die Kupferlegierung mindestens eines der Elemente Ag oder Sn. Dadurch ergeben sich besonders günstige Eigenschaften. Besonders bevorzugt enthält die Kupferlegie- rung das Element Ag. Dadurch ergeben sich besonders günstige Eigenschaften hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit. Optional kann der Legierung 0,01 bis 0,2 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht, zugegeben werden. Diese Elemente bewirken eine Kornfeinung des Gussgefüges und erhöhen so die Festigkeit des Gusswerkstoffs. Durch Desoxidation der Schmelze können sie ferner die Gasaufnahme  0.25 wt .-% be. With element contents greater than 0.5% by weight, undesired separation of the alloy or segregation can occur. In order to avoid such effects certainly, the content of the individual elements may preferably be at most 0.3 wt .-%. The alloying of three or more elements produces an alloy whose melting interval is greater than the melting interval of alloys with fewer elements. This has a favorable effect on the castability of the material. The copper alloy preferably contains at least one of the elements Ag or Sn. This results in particularly favorable properties. The copper alloy particularly preferably contains the element Ag. This results in particularly favorable properties with regard to the electrical conductivity. Optionally, the alloy may be added 0.01 to 0.2% by weight of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. These elements cause grain refining of the cast structure and thus increase the strength of the cast material. By deoxidizing the melt, they can also gas uptake
reduzieren. Um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den Elementen zu vermeiden, kann die Summe der Gehalte der Elemente Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb auf maximal 0,5 Gew.-% beschränkt sein. Alternativ kann der Gehalt der einzelnen Elemente auf maximal 0,07 Gew.-% beschränkt sein. Bevorzugt kann die Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: to reduce. In order to avoid undesired interactions between the elements, the sum of the contents of the elements Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb can be limited to a maximum of 0.5% by weight. Alternatively, the content of the individual elements may be limited to a maximum of 0.07 wt .-%. The copper alloy may preferably have the following composition in% by weight:
jeweils 0,05 bis 0,5 % von drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, 0.05 to 0.5% of three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen, Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Die Zugabe von genau drei Legierungselementen aus der Gruppe, die aus den Elementen Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, ermöglicht eine ausreichende Variation der Parameter, um einen Gusswerkstoff zu finden, der eine besonders günstige Kombination von Festigkeit und Leitfähigkeit besitzt. Bei genau drei Legierungselementen kann die Legierung leicht kontrollierbar hergestellt werden. Bevorzugt enthält die Kupferlegierung das Element Ag. Dadurch ergeben sich besonders günstige Eigenschaften hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit. Die anderen beiden Legierungselemente sind dann aus der Gruppe auszuwählen, die aus den Elementen Ni, Zn, Sn und AI besteht. Folgende Kombinationen von Legierungselementen haben sich als besonders attraktiv erwiesen:  The addition of exactly three alloying elements from the group consisting of the elements Ag, Ni, Zn, Sn and Al allows a sufficient variation of the parameters to find a casting material having a particularly favorable combination of strength and conductivity. With just three alloying elements, the alloy can be made easily controllable. The copper alloy preferably contains the element Ag. This results in particularly favorable properties with regard to the electrical conductivity. The other two alloying elements should then be selected from the group consisting of the elements Ni, Zn, Sn and Al. The following combinations of alloying elements have proven to be particularly attractive:
a) Kupferlegierung mit jeweils 0,05 - 0,5 Gew.-% aus Ag, Ni, Zn a) copper alloy with in each case 0.05-0.5 wt .-% of Ag, Ni, Zn
b) Kupferlegierung mit jeweils 0,05 - 0,5 Gew.-% aus Ag, Sn, Ni b) copper alloy with in each case 0.05-0.5 wt .-% of Ag, Sn, Ni
c) Kupferlegierung mit jeweils 0,05 - 0,5 Gew.-% aus Ag, Zn, AI c) copper alloy with in each case 0.05-0.5 wt .-% of Ag, Zn, AI
Bevorzugt ist der Ag-Anteil hierbei maximal 0,15 Gew.-%.  In this case, the proportion of Ag is preferably not more than 0.15% by weight.
Überraschenderweise ergibt auch folgende Kombination von Elementen eine Legierung mit günstigen Eigenschaften: Surprisingly, the following combination of elements also gives an alloy with favorable properties:
d) Kupferlegierung mit jeweils 0,05 - 0,5 Gew.-% aus Sn, Zn, AI. d) copper alloy with in each case 0.05-0.5 wt .-% of Sn, Zn, AI.
Zu den vorstehend mit a), b), c) und d) bezeichneten Legierungen können optional 0,01 bis 0,2 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe hinzutreten, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. To the alloys referred to above with a), b), c) and d) may optionally be added 0.01 to 0.2 wt .-% of one or more elements from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb exists.
Bevorzugt kann die Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: jeweils 0,06 bis 0,3 % von drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, The copper alloy may preferably have the following composition in% by weight: in each case 0.06 to 0.3% of three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. optionally 0.01 to 0.2% by weight of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Bezüglich der Elemente aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, ist bei Gehalten kleiner als 0,06 Gew.-% die Steigerung der Festigkeit nicht immer ausreichend. Bei Elementgehalten größer als 0,3 Gew.-% kann die elektrische Leitfähigkeit zu stark reduziert sein, beispielsweise unter 70 % IACS. Bevorzugt beträgt die Summe der Anteile der Elemente aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, mindestens 0,20 Gew.-% und maximal 0,75 Gew.-%. Damit ergeben sich Legierungen mit besonders günstigen Eigenschaftskombinationen bezüglich Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit im Gusszustand. Besonders bevorzugt ist der Ag-Anteil aus Kostengründen maximal 0,15 Gew.-%.  With respect to the elements of the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, at levels less than 0.06 wt%, the increase in strength is not always sufficient. With element contents greater than 0.3% by weight, the electrical conductivity can be reduced too much, for example below 70% IACS. The sum of the proportions of the elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al is preferably at least 0.20% by weight and not more than 0.75% by weight. This results in alloys with particularly favorable property combinations in terms of strength and electrical conductivity in the cast state. For reasons of cost, the proportion of Ag is particularly preferably not more than 0.15% by weight.
Besonders bevorzugt kann die Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: The copper alloy may particularly preferably have the following composition in% by weight:
jeweils 0,06 bis 0,15 % von drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, each 0.06 to 0.15% of three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen, Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Bezüglich der Elemente aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, ist bei Gehalten kleiner als 0,06 Gew.-% die Steigerung der Festigkeit nicht immer ausreichend. Bei Elementgehalten größer als 0,15 Gew.-% kann die elektrische Leitfähigkeit zu stark reduziert sein, beispielsweise unter 75 % IACS. Bevorzugt beträgt die Summe der Anteile der Elemente aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, mindestens 0,20 Gew.-% und maximal 0,35 Gew.-%. Bevorzugt können bei der erfindungsgemäßen Kupferlegierung die Anteile der Legierungselemente so ausgewählt sein, dass das Verhältnis der Gewichtsanteile zweier beliebiger Legierungselemente aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, maximal 1 ,5 beträgt. Das häufigere der beiden Legierungselemente bildet hierbei den Zähler des zu berechnenden Quotienten. Besonders bevorzugt beträgt dieses Gewichtsverhältnis maximal 1 ,3. Es hat sich hinsichtlich Festigkeit und Leitfähigkeit im Gusszustand als günstig erwiesen, wenn die Elemente, die aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, für die jeweilige Legierung ausgewählt sind, in ungefähr gleichen Gewichtsanteilen zulegiert sind. With respect to the elements of the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, at levels less than 0.06 wt%, the increase in strength is not always sufficient. For elemental contents greater than 0.15% by weight, the electrical conductivity may be reduced too much, for example below 75% IACS. The sum of the proportions of the elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al is preferably at least 0.20% by weight and not more than 0.35% by weight. Preferably, in the case of the copper alloy according to the invention, the proportions of the alloying elements can be selected such that the ratio of the weight proportions of any two alloying elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al is at most 1.5. The more common of the two alloying elements forms the numerator of the quotient to be calculated. This weight ratio is particularly preferably at most 1.3. It has been found to be favorable in terms of strength and conductivity in the cast state, when the elements selected from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, for the respective alloy are alloyed in approximately equal proportions by weight.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: In a preferred embodiment of the invention, the copper alloy may have the following composition in% by weight:
Ag: 0,06 bis 0,5 % Ag: 0.06 to 0.5%
Ni: 0,06 bis 0,5 %  Ni: 0.06 to 0.5%
Zn: 0,06 bis 0,5 % Zn: 0.06 to 0.5%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Eine derartige Legierung weist eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 68 % IACS auf und kann die Festigkeit von Reinkupfer um bis zu 35 % übertreffen. optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Such an alloy has an electrical conductivity of at least 68% IACS and can exceed the strength of pure copper by up to 35%.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: In a particularly preferred embodiment of the invention, the copper alloy may have the following composition in% by weight:
Ag: 0,06 bis 0,15 % Ag: 0.06 to 0.15%
Ni: 0,06 bis 0,15 % Ni: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Eine derartige Legierung weist mit ungefähr 90 % IACS eine elektrische Leitfähigkeit auf, die ungefähr gleich zu einer Kupfer- legierung ist, die 1 Gew.-% Ag enthält (CuAgl). Die Steigerung der Festigkeit gegenüber Reinkupfer beträgt im Gusszustand ungefähr 20 %. Damit weist eine solche Legierung eine sehr günstige Kombination von Eigenschaften auf. Die relative Steigerung der Festigkeit ist größer als die relative Abnahme der optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Such an alloy has about 90% IACS electrical conductivity about equal to a copper alloy containing 1 wt .-% Ag (CuAgl). The increase in strength over pure copper in the cast state is about 20%. Thus, such an alloy has a very favorable combination of properties. The relative increase in strength is greater than the relative decrease in
Leitfähigkeit. Aufgrund der geringen Legierungsanteile liegt die Legierung auf dem Kostenniveau handelsüblicher Kupferlegierungen. Conductivity. Due to the low alloy content, the alloy is at the cost level of commercial copper alloys.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die In a further advantageous embodiment of the invention, the
Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: Copper alloy have the following composition in% by weight:
Ag: 0,06 bis 0,15 % Ag: 0.06 to 0.15%
Sn: 0,06 bis 0,15 %  Sn: 0.06 to 0.15%
Ni: 0,06 bis 0,15 %  Ni: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Eine derartige Legierung weist eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 85 % IACS auf. Die Steigerung der Festigkeit gegenüber Reinkupfer beträgt im Gusszustand ungefähr 20 %. Damit weist eine solche Legierung eine sehr günstige Kombination von Eigenschaften auf. Die relative Steigerung der Festigkeit ist größer als die relative Abnahme der Leit- fähigkeit. Aufgrund der geringen Legierungsanteile liegt die Legierung auf dem Kostenniveau handelsüblicher Kupferlegierungen. optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Such an alloy has an electrical conductivity of about 85% IACS. The increase in strength over pure copper in the cast state is about 20%. Thus, such an alloy has a very favorable combination of properties. The relative increase in strength is greater than the relative decrease in conductivity. Due to the low alloy content, the alloy is at the cost level of commercial copper alloys.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die In a further advantageous embodiment of the invention, the
Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: Copper alloy have the following composition in% by weight:
Ag: 0,06 bis 0,15 % Ag: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
AI: 0,06 bis 0,15 %  AI: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Eine derartige Legierung weist eine elektri- sehe Leitfähigkeit von ungefähr 85 % IACS auf. Die Steigerung der Festigkeit gegenüber Reinkupfer beträgt im Gusszustand ungefähr 10 %. Aufgrund der Elemente Zn und AI stellt diese Legierung eine kostengünstige Alternative dar. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Such an alloy has an electrical see conductivity of about 85% IACS. The increase in strength over pure copper in the cast state is about 10%. Due to the elements Zn and Al, this alloy represents a cost-effective alternative. In a further advantageous embodiment of the invention, the
Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: Copper alloy have the following composition in% by weight:
Sn: 0,06 bis 0,15 % Sn: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
AI: 0,06 bis 0,15 %  AI: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen, Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Eine derartige Legierung weist eine elektrische Leitfähigkeit von ungefähr 80 % IACS auf. Die Steigerung der Festigkeit gegenüber Reinkupfer beträgt im Gusszustand ungefähr 10 %. Da diese Legie- rung kein Silber enthält, stellt sie eine besonders kostengünstige Alternative dar. optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Such an alloy has an electrical conductivity of about 80% IACS. The increase in strength over pure copper in the cast state is about 10%. Since this alloy contains no silver, it represents a particularly cost-effective alternative.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft stromführende Konstruktionsteile aus Kupferlegierungen, wobei die Konstruktionsteile mittels eines urformtechnischen Verfahrens hergestellt sind und wobei die Kupferlegierungen folgende Zusam- mensetzung in Gewichts-% aufweisen: jeweils 0,05 bis 0,5 % von mindestens drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen, optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Solche Konstruktionsteile können beispielsweise Schalter, Kommutatoren, A further aspect of the invention relates to current-carrying construction parts made of copper alloys, wherein the construction parts are produced by a molding process and wherein the copper alloys have the following composition in% by weight: in each case 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, balance Cu and unavoidable impurities, optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb insists. Such structural parts can, for example, switches, commutators,
Schleifkörper, Stromschienen, Kontakte, Bürsten, Brücken, Komponenten für Schaltgeräte, Leiterstäbe oder Kurzschlussringe von Käfigläufern oder andere Bauteile sein. Unter urformtechnischen Verfahren werden Gießverfahren wie beispielsweise Druckguss, Feinguss, Vollformguss oder andere Verfahren verstanden. Im Gegensatz zum Kokillenguss, mit dem vorwiegend Ausgangsmaterial für die Halbzeugfertigung gegossen wird, hat bei den vorstehend genannten Gieß- verfahren der Gusskörper im Wesentlichen bereits die Gestalt des gewünschten Konstruktionsteils. Mittels Trennverfahren können ein oder mehrere weitere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden, die die Gestalt des Konstruktionsteils geringfügig verändern. Beispiele hierfür sind das Abtrennen des Angusses oder die Nachbearbeitung der Oberfläche des Konstruktionsteils. Umformtechnische Bearbeitungsschritte, durch die der Werkstoff des Konstruktionsteils in einen anderen Zustand gebracht wird, schließen sich jedoch nicht an. Das fertige Konstruktionsteil befindet sich folglich im Gusszustand. Die erfindungsgemäßen Kupferlegierungen weisen aufgrund der Mischkristallverfestigung im Gusszustand eine höhere Festigkeit auf als Reinkupfer. Die elektrische Leitfähigkeit ist gegenüber Reinkupfer verhältnismäßig wenig reduziert. Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen ferner eine gute Gießbarkeit aus: Sie zeigen nur eine geringe Tendenz zur Gasaufnahme und sind durch ein gutes Formfüllvermögen Abrasive bodies, busbars, contacts, brushes, bridges, components for switching devices, conductor bars or shorting rings of squirrel-cage rotors or other components. Casting processes are understood to mean casting processes such as, for example, die casting, precision casting, full casting or other processes. In contrast to chill casting, which mainly uses raw material for semi-finished products, process the cast body substantially already the shape of the desired structural part. By means of separation processes, one or more further processing steps can be carried out, which slightly change the shape of the construction part. Examples of this are the separation of the sprue or the reworking of the surface of the structural part. Forming technical processing steps, by which the material of the structural part is brought into a different state, but do not follow. The finished construction part is consequently in the cast state. The copper alloys according to the invention have a higher strength than pure copper due to the solid solution hardening in the cast state. The electrical conductivity is relatively little reduced compared to pure copper. The alloys of the invention also have a good pourability: they show only a slight tendency to gas uptake and are characterized by a good mold filling
gekennzeichnet. Durch eine geeignete Auswahl der Legierungselemente und der Legierungszusammensetzung kann eine auf die jeweilige Anwendung angepasste Legierung gefunden werden. Insbesondere kann der Gehalt an Ag auf characterized. By an appropriate selection of the alloying elements and the alloy composition, an alloy adapted to the respective application can be found. In particular, the content of Ag on
0,15 Gew.-% beschränkt werden. Die Metallkosten der erfindungsgemäßen Legierungen sind gegenüber Reinkupfer um maximal 15 % erhöht. Durch urformtechnische Verfahren hergestellte Konstruktionsteile weisen einen geringeren Herstellaufwand auf als Konstruktionsteile, die aus Halbzeugen gefertigt sind. Die Gesamtkosten der erfindungsgemäßen Konstruktionsteile können folglich günstiger sein als die Gesamtkosten anderer Konstruktionsteile. Optional kann die erfindungsgemäße Legierung 0,01 bis 0,2 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe enthalten, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Diese Elemente bewirken eine Kornfeinung des Gussgefüges und erhöhen so die Festigkeit des Gusswerkstoffs. Durch Desoxidation der Schmelze können sie ferner die Gasaufnahme reduzieren. 0.15 wt .-% be limited. The metal costs of the alloys according to the invention are increased by a maximum of 15% compared to pure copper. By design methods produced by construction parts have a lower manufacturing costs than construction parts, which are made of semi-finished products. The total cost of the construction parts according to the invention may therefore be cheaper than the total cost of other structural parts. Optionally, the alloy of the invention may contain from 0.01 to 0.2% by weight of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. These elements cause grain refining of the cast structure and thus increase the strength of the cast material. By deoxidizing the melt, they can also reduce gas uptake.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Käfigläufer mit mehreren Leiterstäben und zwei Kurzschlussringen, die aus einer Kupferlegierungen einstückig gegossen sind. Erfindungsgemäß weist die Kupferlegierung folgende Zusammensetzung in Gewichts-% auf: jeweils 0,05 bis 0,5 % von mindestens drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen, optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Another aspect of the invention relates to squirrel-cage rotors having a plurality of conductor bars and two shorting rings integrally formed of a copper alloy are poured. According to the invention, the copper alloy has the following composition in% by weight: in each case 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, balance Cu and unavoidable impurities, optionally 0 , 01 to 0.2% of one or more elements of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, Leiterstäbe und Kurzschlussringe von Käfigläufern einstückig zu gießen. Geeignete Gießverfahren hierfür können Druckguss, Feinguss, Vollformguss und andere Verfahren sein. Aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit sind Kupferlegierungen für die Herstellung von Käfigläufern gut geeignet. Da aufgrund der hohen Drehzahlen der Asynchronmaschinen große Kräfte insbesondere auf die Leiterstäbe der Käfigläufer wirken, müssen die verwendeten Kupferlegierungen bereits im Gusszustand eine hohe Festigkeit aufweisen. Besonders geeignet sind deshalb Kupferlegierungen, die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweisen: Jeweils 0,05 bis 0,5 % von mindestens drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen. Die erfindungsgemäßen Kupferlegierungen weisen aufgrund der Mischkristallverfestigung im Gusszustand eine höhere Festigkeit auf als Reinkupfer. Die elektrische Leitfähigkeit ist gegenüber Reinkupfer verhältnismäßig wenig reduziert. Die erfindungsgemäßen Legierungen weisen ferner eine gute Gießbarkeit aus: Sie zeigen nur eine geringe Tendenz zur Gasaufnahme und sind durch ein gutes Formfüllvermögen gekennzeichnet. Optional kann die erfindungsgemäße Legierung 0,01 bis 0,2 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe enthalten, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Diese Elemente bewirken eine Kornfeinung des Gussge- füges und erhöhen so die Festigkeit des Gusswerkstoffs. Durch eine geeignete Auswahl der Legierungselemente und der Legierungszusammensetzung kann eine auf die jeweilige Anwendung angepasste Legierung gefunden werden. Insbesondere erweisen sich folgende Legierungen als vorteilhaft: Kupferlegierung mit folgender Zusammensetzung in Gewichts-%: The invention is based on the idea of integrally casting conductor bars and shorting rings of cage rotors. Suitable casting methods for this purpose can be die casting, precision casting, full casting and other methods. Due to their high electrical conductivity, copper alloys are well suited for the manufacture of squirrel-cage rotors. Since, due to the high rotational speeds of the asynchronous machines, large forces act, in particular, on the conductor bars of the squirrel-cage rotors, the copper alloys used must already have high strength in the cast state. Therefore, copper alloys having the following composition in% by weight are particularly suitable: 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al, balance Cu and unavoidable impurities , The copper alloys according to the invention have a higher strength than pure copper due to the solid solution hardening in the cast state. The electrical conductivity is relatively little reduced compared to pure copper. The alloys according to the invention also have a good castability: they show only a slight tendency to gas uptake and are characterized by a good mold filling capacity. Optionally, the alloy of the invention may contain from 0.01 to 0.2% by weight of one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. These elements cause grain refining of the casting and thus increase the strength of the casting material. By an appropriate selection of the alloying elements and the alloy composition, an alloy adapted to the respective application can be found. In particular, the following alloys prove advantageous: Copper alloy with the following composition in% by weight:
Ag: 0,06 bis 0,15 % Ag: 0.06 to 0.15%
Ni: 0,06 bis 0,15 %  Ni: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen; Balance Cu as well as unavoidable impurities;
Alternativ: Kupferlegierung mit folgender Zusammensetzung in Gewichts-%: Alternative: copper alloy with the following composition in% by weight:
Ag: 0,06 bis 0,15 % Ag: 0.06 to 0.15%
Sn: 0,06 bis 0,15 %  Sn: 0.06 to 0.15%
Ni: 0,06 bis 0,15 % Ni: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen;  Balance Cu as well as unavoidable impurities;
Alternativ: Kupferlegierung mit folgender Zusammensetzung in Gewichts-%: Alternative: copper alloy with the following composition in% by weight:
Ag: 0,06 bis 0,15 % Ag: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 % Zn: 0.06 to 0.15%
AI: 0,06 bis 0,15 %  AI: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen;  Balance Cu as well as unavoidable impurities;
Alternativ: Kupferiegierung mit folgender Zusammensetzung in Gewichts-%: Alternatively: copper alloy with the following composition in% by weight:
Sn: 0,06 bis 0,15 % Sn: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
AI: 0,06 bis 0,15 %  AI: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen. Zu jeder der vorgenannten Legierungen kann optional 0,01 bis 0,2 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht, hinzutreten. Die Metallkosten der erfindungsgemäßen Legierungen sind gegenüber Reinkupfer um maximal 15 % erhöht. Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Tabelle 1 zeigt eine Zusammenstellung der untersuchten Legierungen. Es ist für jede Legierung die Zusammensetzung der Probe, die ermittelte Zugfestigkeit Rm im Gusszustand und die relative elektrische Leitfähigkeit, ausgedrückt durch den lACS-Wert, angegeben. Die Metallkosten, die sich aus der Legierungszusammen- setzung rechnerisch ergeben, sind auf die Metallkosten von reinem Kupfer (Probe Nr. 1) normiert. Residual Cu and unavoidable impurities. Optionally, from 0.01 to 0.2% by weight of one or more of the group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb may be added to each of the aforementioned alloys. The metal costs of the alloys according to the invention are increased by a maximum of 15% compared to pure copper. The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments. Table 1 shows a summary of the alloys studied. For each alloy, the composition of the sample, the determined as-cast tensile strength R m and the relative electrical conductivity expressed by the lACS value are given. The metal costs calculated from the alloy composition are normalized to the metal cost of pure copper (Sample No. 1).
Tabelle 1 : Charakterisierung der untersuchten Proben Probe Nr. 2 ist eine Referenzlegierung mit 99 % Kupfer und 1 % Silber. Diese Legierung hat hinsichtlich Festigkeit und Leitfähigkeit attraktive Eigenschaften, aufgrund der hohen Metallkosten ist sie jedoch nur in ganz speziellen Anwendungsfällen wirtschaftlich einsetzbar. Probe Nr. 3 ist eine Kupferlegierung mit ungefähr 0,5 % Silber, 0,5 % Nickel und 0,5 % Zink. Mit dieser Legierung wird eine Festigkeit erreicht, die ca. 35 % über der von Reinkupfer liegt. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 68 % IACS. Table 1: Characterization of the samples tested Sample No. 2 is a reference alloy containing 99% copper and 1% silver. This alloy has attractive properties in terms of strength and conductivity, but due to the high metal costs, it can only be used economically in very specific applications. Sample No. 3 is a copper alloy containing about 0.5% silver, 0.5% nickel and 0.5% zinc. With this alloy, a strength is achieved, which is about 35% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 68% IACS.
Probe Nr. 4 ist eine Kupferlegierung mit ungefähr 0,1 % Silber, 0,1 % Nickel und 0,1 % Zink. Mit dieser Legierung wird eine Festigkeit erreicht, die ca. 20 % über der von Reinkupfer liegt. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 91 % IACS. Die relative Steigerung der Festigkeit ist damit deutlich größer als die relative Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit. Diese überraschende Eigenschaftskombination der Legierung ist aus den individuellen Beiträgen der einzelnen Legierungselemente nicht zu erwarten. Die relative Steigerung der Metallkosten ist geringer als die relative Steigerung der Festigkeit und kann somit Sample No. 4 is a copper alloy containing about 0.1% silver, 0.1% nickel and 0.1% zinc. With this alloy, a strength is achieved, which is about 20% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 91% IACS. The relative increase in strength is thus significantly greater than the relative Decrease in electrical conductivity. This surprising combination of properties of the alloy is not to be expected from the individual contributions of the individual alloying elements. The relative increase in metal costs is less than the relative increase in strength and thus can
beispielsweise durch eine Reduktion des Querschnitts der Leiterstäbe for example, by reducing the cross section of the conductor bars
kompensiert werden. Damit bietet diese Legierung eine sehr attraktive be compensated. Thus, this alloy offers a very attractive
Kombination von Eigenschaften für die Verwendung in gegossenen Käfigläufern von Asynchronmaschinen. Probe Nr. 5 ist eine Kupferlegierung mit ungefähr 0,1 % Silber, 0,13 % Zinn und 0,1 % Nickel. Mit dieser Legierung wird eine Festigkeit erreicht, die ca. 20 % über der von Reinkupfer liegt. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 84 % IACS. Die relative Steigerung der Festigkeit ist damit größer als die relative Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit. Diese überraschende Eigenschaftskombination der Legierung ist aus den individuellen Beiträgen der einzelnen Legierungselemente nicht zu erwarten. Die relative Steigerung der Metallkosten ist geringer als die relative Steigerung der Festigkeit. Combination of properties for use in cast squirrel-cage rotors of asynchronous machines. Sample No. 5 is a copper alloy containing about 0.1% silver, 0.13% tin and 0.1% nickel. With this alloy, a strength is achieved, which is about 20% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 84% IACS. The relative increase in strength is thus greater than the relative decrease in electrical conductivity. This surprising combination of properties of the alloy is not to be expected from the individual contributions of the individual alloying elements. The relative increase in metal cost is less than the relative increase in strength.
Probe Nr. 6 ist eine Kupferlegierung mit ungefähr 0,1 % Silber, 0,1 % Zink und 0,1 % Aluminium. Mit dieser Legierung wird eine Festigkeit erreicht, die ca. 6 % über der von Reinkupfer liegt. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 84 % IACS. Sample No. 6 is a copper alloy containing about 0.1% silver, 0.1% zinc and 0.1% aluminum. With this alloy, a strength is achieved, which is about 6% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 84% IACS.
Aufgrund der Elemente Zn und AI stellt diese Legierung eine kostengünstige Alternative dar. Probe Nr. 7 ist eine Kupferlegierung mit ungefähr 0,1 % Zinn, 0,1 % Zink und 0,1 % Aluminium. Mit dieser Legierung wird eine Festigkeit erreicht, die ca. 8 % über der von Reinkupfer liegt. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 78 % IACS. Da diese Legierung kein Silber enthält, stellt sie eine besonders kostengünstige Alternative dar. Because of elements Zn and Al, this alloy is a cost effective alternative. Sample No. 7 is a copper alloy containing about 0.1% tin, 0.1% zinc and 0.1% aluminum. With this alloy, a strength is achieved, which is about 8% higher than that of pure copper. The electrical conductivity is 78% IACS. Since this alloy contains no silver, it represents a particularly cost-effective alternative.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kupferlegierung mit folgender Zusammensetzung [in Gewichts-%]: 1. Copper alloy with the following composition [in% by weight]:
jeweils 0,05 bis 0,5 % von mindestens drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht,  from 0.05 to 0.5% of at least three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
2. Kupferlegierung gemäß Anspruch 1 mit folgender Zusammensetzung [in Gewichts-%]: 2. Copper alloy according to claim 1 having the following composition [in% by weight]:
jeweils 0,05 bis 0,5 % von drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht,  0.05 to 0.5% of three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
3. Kupferlegierung gemäß Anspruch 2 mit folgender Zusammensetzung [in Gewichts-%]: 3. Copper alloy according to claim 2 having the following composition [in% by weight]:
jeweils 0,06 bis 0,3 % von drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht,  in each case 0.06 to 0.3% of three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
4. Kupferlegierung gemäß Anspruch 3 mit folgender Zusammensetzung [in Gewichts-%]: 4. Copper alloy according to claim 3 having the following composition [in% by weight]:
jeweils 0,06 bis 0,15 % von drei Elementen aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, 0.06 to 0.15% of three elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and AI exist,
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
5. Kupferlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 5. Copper alloy according to one of claims 1 to 4, characterized
gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewichtsanteile jeweils zweier Legierungselemente aus der Gruppe, die aus Ag, Ni, Zn, Sn und AI besteht, maximal 1 ,5 beträgt.  in that the ratio of the weight proportions of each of two alloying elements from the group consisting of Ag, Ni, Zn, Sn and Al is at most 1.5.
6. Kupferlegierung gemäß einem der Ansprüche 2 oder 5 mit folgender Zusammensetzung [in Gewichts-%]: 6. Copper alloy according to one of claims 2 or 5 having the following composition [in% by weight]:
Ag: 0,06 bis 0,5 %  Ag: 0.06 to 0.5%
Ni: 0,06 bis 0,5 %  Ni: 0.06 to 0.5%
Zn: 0,06 bis 0,5 %  Zn: 0.06 to 0.5%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
7. Kupferlegierung gemäß Anspruch 6 mit folgender Zusammensetzung [in Gewichts-%]: 7. Copper alloy according to claim 6 having the following composition [in% by weight]:
Ag: 0,06 bis 0,15 %  Ag: 0.06 to 0.15%
Ni: 0,06 bis 0,15 %  Ni: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus der Optionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
8. Kupferlegierung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5 mit folgender Zusammensetzung [in Gewichts-%]: Ag: 0,06 bis 0,15 % 8. Copper alloy according to one of claims 4 or 5 having the following composition [in% by weight]: Ag: 0.06 to 0.15%
Sn: 0,06 bis 0,15 %  Sn: 0.06 to 0.15%
Ni: 0,06 bis 0,15 %  Ni: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus derOptionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Kupferlegierung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5 mit folgenderCopper alloy according to one of claims 4 or 5, with the following
Zusammensetzung [in Gewichts-%]: Composition [in% by weight]:
Ag: 0,06 bis 0,15 %  Ag: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
AI: 0,06 bis 0,15 %  AI: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus derOptionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Kupferlegierung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5 mit folgenderCopper alloy according to one of claims 4 or 5, with the following
Zusammensetzung [in Gewichts-%]: Composition [in% by weight]:
Sn: 0,06 bis 0,15 %  Sn: 0.06 to 0.15%
Zn: 0,06 bis 0,15 %  Zn: 0.06 to 0.15%
AI: 0,06 bis 0,15 %  AI: 0.06 to 0.15%
Rest Cu sowie unvermeidbare Verunreinigungen,  Balance Cu and unavoidable impurities,
optional 0,01 bis 0,2 % von einem oder mehreren Elementen aus derOptionally 0.01 to 0.2% of one or more elements of the
Gruppe, die aus Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb besteht. Group consisting of Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Stromführendes Konstruktionsteil aus einer Kupferlegierung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das A copper alloy current-carrying structural part according to one of the preceding claims, characterized in that the
Konstruktionsteil mittels eines urformtechnischen Verfahrens hergestellt ist. Käfigläufer aus einer Kupferlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Käfigläufer mehrere Leiterstäbe und zwei Kurzschlussringe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstäbe und die Construction part is produced by a urformtechnischen method. A copper alloy squirrel cage rotor according to any one of claims 1 to 10, wherein the squirrel cage rotor comprises a plurality of conductor bars and two shorting rings, characterized in that the conductor bars and the
Kurzschlussringe einstückig gegossen sind. Short-circuit rings are cast in one piece.
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