DE102013004592A1

DE102013004592A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Litzen

Info

Publication number: DE102013004592A1
Application number: DE102013004592.4A
Authority: DE
Inventors: Helmut Lämmermann; Bernd Lohmüller
Original assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-18
Also published as: WO2014139670A2; WO2014139670A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Litzen (3), welche wenigstens zwei Drähte (2) aus einem metallischen Material, insbesondere einer Kupferlegierung, aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist, die auch mehrfach und/oder in einer anderen Reihenfolge als angegeben ausgeführt werden können: – gegebenenfalls Erwärmen der Drähte (2) mittels einer Wärmebehandlungseinrichtung (30) zur Steigerung der möglichen Materialdehnung bzw. Verformbarkeit, – Verlitzen der Drähte (2) mittels einer Verlitzeinrichtung (40) an wenigstens einem Verlitzpunkt (45.1, 45.2), – Beeinflussen des Querschnitts (16) der Litze (3) mittels wenigstens einer, insbesondere als Ziehstein ausgebildeten, Querschnittsbeeinflussungseinrichtung (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Litzen, insbesondere zur Herstellung von Litzen aus wenigstens zwei Drähten aus einem metallischen Material. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
In Kraftfahrzeugen werden vielfach elektrische Leitungen verbaut. Häufig kommen dabei Leitungen aus kunststoffummantelten Kupferlegierungslitzen zum Einsatz. In den letzten Jahren ist die Gesamtlänge der in einem Kraftfahrzeug verbauten Leitungen dieser Art um ein Vielfaches angestiegen. Gleichzeitig sind die Qualitätsanforderungen an den „Kabelbaum” von Fahrzeugen gestiegen.
Von den Leitungsherstellern wird daher erwartet, Leitungen zur Verfügung zu stellen, welche den komplexen Anforderungen der Automobilhersteller gerecht werden. Unter diesen Vorgaben ist bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Litzen insbesondere die Ausschussrate bei der Herstellung von Leitungen verhältnismäßig hoch. Beispielsweise können die Drähte während der Verlitzung reißen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Litzen zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Litzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 9 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Schutz. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Litzen, welche wenigstens zwei Drähte aus einem metallischen Material, insbesondere einer Kupferlegierung, aufweisen, vorgeschlagen.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf, die auch mehrfach und/oder in einer anderen Reihenfolge als angegeben ausgeführt werden können:

– gegebenenfalls Erwärmen der Drähte mittels einer Wärmebehandlungseinrichtung zur Steigerung der möglichen Materialdehnung bzw. Verformbarkeit,
– Verlitzen der Drähte mittels einer Verlitzeinrichtung an wenigstens einem, insbesondere zwei, Verlitzpunkten,
– Beeinflussen des Querschnitts der Litze mittels wenigstens einer, insbesondere als Ziehstein ausgebildeten, Querschnittsbeeinflussungseinrichtung.

Dadurch wird vorzugsweise ein geringerer Querschnitt der Litze erreicht. So kann vorteilhafterweise bei gleich bleibenden elektrischen Eigenschaften und/oder höheren mechanischen Festigkeiten der Litze erreicht werden.
Zusätzlich oder alternativ kann vorteilhafterweise eine Ausschussrate bei der Herstellung von Litzen reduziert werden und/oder eine kostengünstigere und/oder einfachere Herstellung von Litzen erreicht werden.
Unter einer Wärmebehandlung ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Entspannungsglühen und/oder ein Rekristallisationsglühen zu verstehen. Eine solche Wärmebehandlung kann im Sinne der Erfindung insbesondere als letzter Verfahrensschritt vor dem Verlitzen durchgeführt werden.
Unter einer Verlitzeinrichtung ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Verlitzmaschine zu verstehen, bei welcher eine vorbestimmte Anzahl Drähte an einem Verlitzpunkt, vorzugsweise mittels eines Rotationsbügels, verlitzt wird. Die Verlitzeinrichtung ist bzw. weist vorliegend auf insbesondere eine Einfachschlagverlitzmaschine mit einem Verlitzpunkt oder eine Doppelschlagverlitzmaschine mit zwei Verlitzpunkten.
Ein Querschnitt einer Litze ist im Sinne der Erfindung insbesondere durch einen Umfang bestimmt, welcher sich aus den, bezüglich eines Mittelpunkts der Litze radial außen in der Querschnittsebene liegenden Punkten der außen liegenden Drähte der Litze sowie aus den diese Punkte verbindenden Streckenabschnitten (im Sinne einer konvexen Hülle) ergibt. Insbesondere ist ein solcher Querschnitt einer Litze dann eine Fläche, welche ein solcher Umfang umspannt. Vorzugsweise ist die Querschnittsebene eines solchen Querschnitts orthogonal zu einer Längsachse der Litze.
Unter einem „Beeinflussen” des Querschnitts einer Litze ist vorliegend insbesondere ein Reduzieren bzw. Senken, ein Anpassen, Ausgleichen und/oder bleibendes Formändern des Querschnitts, insbesondere des Flächeninhalts des Querschnitts, der Litze zu verstehen. Dadurch kann als Ziel eine definierte Festigkeit des Produktes eingestellt werden.
Insbesondere wenn mittels des Verfahrens der Querschnitt der Litze, insbesondere dessen Flächeninhalt, reduziert bzw. gesenkt und/oder ausgeglichen wird, kann vorteilhafterweise ein geringerer Außendurchmesser bzw. Außenumfang der Litze erreicht werden.
Durch das Beeinflussen des Querschnitts der Litze kann vorteilhafterweise ein so genannter „Crowning-Effekt” verringert bzw. vermieden werden, bei dessen Auftreten ein zentraler Draht der Litze aufgrund der Verlitzung (beispielsweise bei einer 6 + 1 Litze) in der fertigen Litze eine größere Länge aufweist als die Außendrähte (dieser Effekt wird beispielsweise beim Abschneiden des Produktes sichtbar, da die äußeren Drähte einen weiteren Weg haben als der wenigstens eine innere Draht).
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die in ihrem Querschnitt beeinflusste, insbesondere in ihrer Querschnittsfläche reduzierte, Litze mittels einer Ummantelungseinrichtung mit einem Mantel, insbesondere aus einem Kunststoff, ummantelt.
Dadurch können vorteilhafterweise bauraumeffiziente, elektrisch isolierte Leitungen geschaffen werden, welche insbesondere den Anforderungen an elektrische Niedervoltleitungen im Kraftfahrzeugbau gerecht werden.
Im Sinne der Erfindung kann eine Litze insbesondere durch Extrusion, vorzugsweise eines Kunststoffes, ummantelt werden. Vorliegend werden dazu insbesondere Kunststoffe wie PVC, VPE oder andere zur Isolierung übliche Kunststoffe verwendet.
Unter einer Ummantelung ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine elektrische und/oder eine mechanische Isolierung zu verstehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Querschnitt der Litze bei dem Verlitzen, insbesondere während des Verlitzens, an dem Verlitzpunkt mittels einer der Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen beeinflusst, insbesondere in der Fläche reduziert bzw. gesenkt und/oder ausgeglichen.
Dadurch können insbesondere vorteilhafterweise die Arbeitsschritte des Verlitzens und des Beeinflussens des Litzenquerschnitts in kostengünstiger und/oder einfacher Art und Weise zusammengelegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Querschnitt der Litze nach dem Verlitzen mittels wenigstens einer, insbesondere zwei, Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen angepasst, welche insbesondere vor, nach und/oder anstatt einer Abziehscheibe und/oder einer Umlenkrolle der Verlitzeinrichtung angeordnet ist.
Dadurch kann insbesondere vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass die Beeinflussung des Querschnitts der Litze als letzter Verfahrensschritt vor einem eventuellen Ummanteln der Litze erfolgt, wodurch insbesondere dem Effekt der Beeinflussung zuwiderlaufende Faktoren, wie beispielsweise die weitere Förderung der Litze während ihrer Herstellung, minimiert werden.
Unter „vor” bzw. „nach” ist im Sinne dieser Weiterbildung insbesondere „im Drahtfluss direkt vor” bzw. „im Drahtfluss direkt nach” zu verstehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die Drähte mittels einer Drahtzieheinrichtung auf einen vorbestimmten Durchmesser gezogen.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine Kosten sparende Integration mehrerer Arbeitsschritte bei der Herstellung von Litzen bzw. eine Kosten sparende Bevorratung mit Ausgangsdraht nur eines oder weniger verschiedene Durchmesser erreicht werden.
Gemäß verschiedenen bevorzugten Ausführungen weist die Litze drei, sechs, sieben (insbesondere 6 + 1, sprich mit einem zentralen Draht), acht, elf, sechzehn oder neunzehn Drähte auf. Auch eine andere Mehrzahl an Drähten liegt im Rahmen der Erfindung.
Unter einer Drahtzieheinrichtung ist im Sinne der Erfindung insbesondere eine Einrichtung zu verstehen, mittels welcher langgestrecktes Gut, insbesondere Draht, vorzugsweise mit einer Kupferlegierung, welches einen bestimmten Ausgangsdurchmesser d' aufweist, solange, vorzugsweise mittels eines Gleitziehverfahrens, bearbeitet wird, bis ein vorbestimmter Durchmesser d < d' (welcher insbesondere im Wesentlichen einem vorbestimmten Durchmesser der Drähte der Litze entspricht) erreicht ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die Drähte an wenigstens zwei Ziehelementen, insbesondere Ziehsteinen, der Drahtzieheinrichtung gezogen.
Dabei kann gemäß einer bevorzugten Ausführung die Wärmebehandlungseinrichtung bezüglich der Bewegung der Drähte zwischen diesen beiden Ziehelementen angeordnet sein.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine feinere Einstellbarkeit der Wärmebehandlung der Drähte gewährleistet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die Drähte mittels der Wärmebehandlungseinrichtung auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher eine Teilrekristallisation des metallischen Materials der Drähte erfolgt bzw. erfolgen kann.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine einfache, feine und/oder genaue Einstellung von möglicher Dehnung und Festigkeit (und/oder eines Verhältnisses dieser beiden Größen) des Drahtmaterials erreicht werden.
Unter einer Teilrekristallisation ist im Sinne der Erfindung ein Vorgang zu verstehen, bei welchem das Gefüge des Drahtwerkstoffes aufgrund der durch die Wärmebehandlung eingebrachten Wärmeenergie, insbesondere in Abhängigkeit der Zeitdauer der Wärmebehandlung und/oder der dabei auftretenden Temperaturgradienten, bereits teilweise (d. h. insbesondere in Teilbereichen), jedoch nicht ganz (d. h. insbesondere nicht in allen Teilbereichen), verändert wird.
Vorzugsweise findet die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich statt, in dem das Gefüge des Drahtwerkstoffes derart teilweise rekristallisiert ist, dass geringfügige Änderung der Temperatur(en), -gradienten und/oder Zeitdauer der Wärmebehandlung zu größeren Änderungen von möglicher Dehnung und Festigkeit des Drahtmaterials führen, als dies in anderen Temperaturbereichen der Fall wäre.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Querschnittsbeeinflussungseinrichtung wenigstens eine Ausnehmung auf, durch welche die Drähte bzw. die Litze geführt werden, wobei die Ausnehmung einen vorbestimmten Ziehwinkel β aufweist, und wobei die Ausnehmung insbesondere eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner ist als eine Querschnittsfläche eines Umkreises, insbesondere einer konvexen Hülle, der Litze, bevor sie durch die Ausnehmung geführt wird.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine verbesserte Geradheit und/oder Drallfreiheit der Litze erreicht werden. Dadurch kann vorteilhafterweise eine verbesserte Weiterverarbeitung der Litze ermöglicht werden.
Zusätzlich oder alternativ kann dadurch vorteilhafterweise eine vorbestimmte Zugspannung, ein vorbestimmter Verformungsgrad und/oder ein vorbestimmtes Verhältnis dieser beiden Größen zueinander im Sinne einer verbesserten möglichen Dehnung und/oder Festigkeit genauer eingestellt werden.
Beispielsweise beträgt eine typische Querschnittsfläche einer 6 + 1 Litze in etwa 0,13 mm², sodass in einer solchen Ausführungsform die Ausnehmung der Querschnittsbeeinflussungseinrichtung eine Querschnittsfläche von weniger als 0,13 mm² aufweisen kann.
Unter einem vorbestimmten Ziehwinkel β der Ausnehmung der Querschnittsbeeinflussungseinrichtung ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Winkel zu verstehen, in welchem sich die Ausnehmung in Richtung der Bewegung der Drähte bzw. der Litze durch die Querschnittsbeeinflussungseinrichtung, insbesondere konisch, verjüngt.
Durch die Auswahl einer Querschnittsbeeinflussungseinrichtung, insbesondere eines Ziehsteins, mit einem geeigneten Wert des Ziehwinkels β (insbesondere zwischen 0° und 45°) kann das Ergebnis der Querschnittsbeeinflussung, insbesondere hinsichtlich zu erreichender Festigkeiten bzw. Verformbarkeiten und/oder bezüglich erreichbarer Geradheit und/oder Drallfreiheit, verbessert werden.
Durch die Gestaltung einer Ausnehmung einer, vorzugsweise als Ziehstein ausgebildeten, Querschnittsbeeinflussungseinrichtung kann insbesondere ein Zugspannungswert vorbestimmt werden, welcher bei einem Durchlauf der Litze durch die Ausnehmung auf die Litze wirkt.
Durch die Gestaltung einer Ausnehmung einer, vorzugsweise als Ziehstein ausgebildeten, Querschnittsbeeinflussungseinrichtung kann insbesondere ein Verformungsgrad der Litze bzw. der Drähte der Litze vorbestimmt werden.
Insbesondere können eine vorbestimmte Zugspannung, ein vorbestimmter Verformungsgrad, der Ziehwinkel β und/oder ein minimaler Durchmesser der Ausnehmung der Querschnittsbeeinflussungseinrichtung aufeinander abgestimmt sein/werden, sodass eine gewünschte Festigkeitsänderung in der Litze bzw. in den Drähten der Litze eintritt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden wenigstens ein, insbesondere alle, Drähte bzw. die Litze, insbesondere auf wenigstens eine, insbesondere je Draht bzw. Litze eine, dazu vorgesehene Spule, zwischengepuffert, insbesondere aufgespult bzw. aufgewickelt, nachdem sie wenigstens einen der Schritte des Verfahrens, insbesondere Drahtziehen, Erwärmen und/oder Verlitzen, durchlaufen haben.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine kostengünstigere, einfachere und/oder flexiblere Durchführung des Verfahrens ermöglicht werden
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Litzen vorgeschlagen, welche wenigstens zwei Drähte aus einem metallischen Material aufweisen.
Dabei weist die Vorrichtung eine Wärmebehandlungseinrichtung zur Erwärmung der Drähte und eine Verlitzeinrichtung zur Verlitzung der Drähte an einem Verlitzpunkt auf, wobei jeder Draht durch die Wärmebehandlungseinrichtung und die Verlitzeinrichtung führbar ist.
Zusätzlich weist die Vorrichtung wenigstens eine, insbesondere als Ziehstein ausgebildete, Querschnittsbeeinflussungseinrichtung auf, welche eingerichtet ist, den Querschnitt der Litze zu beeinflussen.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine geringere Querschnittsfläche der Litze bei gleich bleibenden elektrischen Eigenschaften und/oder höheren mechanischen Festigkeiten der Litze erreicht werden.
Zusätzlich oder alternativ kann vorteilhafterweise eine Ausschussrate bei der Herstellung von Litzen reduziert werden und/oder eine kostengünstigere und/oder einfachere Herstellung von Litzen erreicht werden.
Eine Querschnittsbeeinflussungseinrichtung ist vorliegend insbesondere dazu vorgesehen, ein Reduzieren bzw. Senken, Anpassen, Ausgleichen und/oder bleibendes Formändern des Querschnitts der Litze bzw. dessen Flächeninhalt zu bewirken.
Insbesondere wenn mittels des Verfahrens die Querschnittsfläche einer Litze reduziert bzw. gesenkt und/oder ausgeglichen wird, kann vorteilhafterweise ein geringerer Außendurchmesser bzw. Außenumfang der Litze erreicht werden. Dadurch wird beim Extrudieren weniger Isolationsmaterial benötigt, was zu Einsparungen führt.
Durch das Beeinflussen des Querschnitts der Litze kann vorteilhafterweise ein so genannter „Crowning-Effekt” verringert bzw. vermieden werden, bei dessen Auftreten ein zentraler Draht aufgrund der Verlitzung (beispielsweise bei einer 6 + 1 Litze) in der fertigen Litze eine größere Länge aufweist als die Außendrähte.
Die Vorrichtung kann auch zwei oder mehrere Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen aufweisen, wobei insbesondere eine der Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen an dem Verlitzpunkt, und wenigstens eine weitere Querschnittsbeeinflussungseinrichtung nach dem Verlitzen angeordnet ist.
Alternativ können alle Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen nach dem Verlitzen angeordnet sein, insbesondere im Bereich der Abziehscheiben, wobei auch wenigstens eine oder alle Abziehscheiben durch die Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen ersetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführung weist die Querschnittsbeeinflussungseinrichtung wenigstens eine Umlenkrolle auf, mittels welcher die Litze um einen vorbestimmten Winkel α umlenkbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Litze an einer der Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen um den vorbestimmten Winkel α umgelenkt. Dadurch kann vorteilhafterweise eine kostengünstigere bzw. einfachere Durchführung des Verfahrens erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Ummantelungseinrichtung auf, mittels welcher die in ihrem Querschnitt beeinflusste Litze mit einem Mantel, insbesondere aus einem Kunststoff, ummantelbar ist.
Dadurch können insbesondere vorteilhafterweise bauraumeffiziente, elektrisch isolierte Leitungen geschaffen werden, welche insbesondere den Anforderungen an elektrische Niedervoltleitungen im Kraftfahrzeugbau gerecht werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine der Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen an dem Verlitzpunkt angeordnet.
Dadurch können insbesondere vorteilhafterweise die Arbeitsschritte des Verlitzens und des Beeinflussens des Litzenquerschnitts in kostengünstiger und/oder einfacher Art und Weise zusammengelegt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Verlitzeinrichtung einen Rotationsbügel bzw. einen Rotor auf, welcher zur Führung der Litze eingerichtet ist, wobei an einem, dem Verlitzpunkt fernen, Ende des Rotationsbügels wenigstens eine Querschnittsbeeinflussungseinrichtung angeordnet ist, vorzugsweise vor, nach und/oder anstatt einer Abziehscheibe bzw. einer Umlenkrolle der Verlitzeinrichtung.
Dadurch kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass die Beeinflussung des Querschnitts der Litze als letzter Verfahrensschritt vor einem eventuellen Ummanteln der Litze erfolgt, wodurch insbesondere dem Effekt der Beeinflussung zuwiderlaufende Faktoren, wie beispielsweise die weitere Förderung der Litze während ihrer Herstellung minimiert werden.
Unter „vor” bzw. „nach” ist im Sinne dieser Weiterbildung insbesondere „im Drahtfluss direkt vor” bzw. „im Drahtfluss direkt nach” zu verstehen.
Unter einem Rotationsbügel ist im Sinne der Erfindung insbesondere das Bauteil bzw. die Baugruppe zu verstehen, welche in bekannten Verlitzmaschinen als Rotationsbügel oder Rotor bezeichnet wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Querschnittsbeeinflussungseinrichtung wenigstens eine Ausnehmung auf, durch welche die Drähte bzw. die Litze führbar sind, wobei die Ausnehmung einen vorbestimmten Ziehwinkel β aufweist, und wobei die Ausnehmung insbesondere eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner ist als eine Querschnittsfläche eines Umkreises, insbesondere einer konvexen Hülle, der Litze vor deren Führung durch die Ausnehmung.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine verbesserte Geradheit und/oder Drallfreiheit der Litze erreicht werden. Dadurch kann vorteilhafterweise eine verbesserte Weiterverarbeitung der Litze ermöglicht werden.
Zusätzlich oder alternativ kann dadurch vorteilhafterweise eine vorbestimmte Zugspannung, ein vorbestimmter Verformungsgrad und/oder ein vorbestimmtes Verhältnis dieser beiden Größen zueinander im Sinne einer guten Dehnbarkeit und/oder Festigkeit genauer eingestellt werden.
Durch die Auswahl einer Querschnittsbeeinflussungseinrichtung, insbesondere eines Ziehsteins, mit einem geeigneten Wert des Ziehwinkels β (insbesondere zwischen 0° und 45°) kann das Ergebnis der Querschnittsbeeinflussung, insbesondere hinsichtlich zu erreichender Festigkeiten bzw. Verformbarkeiten und/oder bezüglich erreichbarer Geradheit und/oder Drallfreiheit, verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Drähte ein Kupfermaterial auf. Insbesondere weisen die Drähte wenigstens eine Kupferlegierung, bevorzugt eine CuMg-Legierung oder eine CuAg-Legierung oder eine CuSn-Legierung, auf.
Dadurch kann insbesondere vorteilhafterweise eine höhere Festigkeit der Litze bei guter Verarbeitbarkeit erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung zusätzlich eine Drahtzieheinrichtung zum Ziehen der Drähte auf einen vorbestimmten Durchmesser auf, wobei jeder Draht durch die Drahtzieheinrichtung, die Wärmebehandlungseinrichtung und die Verlitzeinrichtung führbar ist.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine Kosten sparende Integration mehrerer Arbeitsschritte bei der Herstellung von Litzen bzw. eine Kosten sparende Bevorratung mit Ausgangsdraht nur eines oder weniger verschiedener Durchmesser erreicht werden.
Merkmale, welche in der Beschreibung im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren und seinen Weiterbildungen dargestellt sind, sind im Sinne der Erfindung auch als Merkmale und damit mögliche Weiterbildungen der vorliegenden Vorrichtung zu verstehen. Merkmale, welche in der Beschreibung im Zusammenhang mit der vorliegenden Vorrichtung und ihren Weiterbildungen dargestellt sind, sind im Sinne der Erfindung auch als Merkmale und damit mögliche Weiterbildungen des vorliegenden Verfahrens zu verstehen.
Beispielhafte Ausführungen von erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Herstellung von Litzen ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen in Zusammenhang mit den Figuren, welche im einzelnen – teils schematisch – zeigen:
1: eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Litzen mit einer als Ziehstein ausgebildeten Querschnittsbeeinflussungseinrichtung, die an einem ersten Verlitzpunkt angeordnet ist, in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht;
2: das Detail B der Vorrichtung gemäß 1 mit Darstellungen der Schnitte B1-B1 und B2-B2;
3: eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Litzen mit zwei als Ziehstein ausgebildeten Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen, die jeweils zwischen der Abziehscheibe und einer Umlenkrolle angeordnet ist, in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht; und
4: das Detail D der Vorrichtung gemäß 3 mit Darstellungen der Schnitte D1-D1 und D2-D2;
In 1 ist eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Herstellung von Litzen 3 mit einer als Ziehstein ausgebildeten Querschnittsbeeinflussungseinrichtung 10, die an einem ersten Verlitzpunkt 45.1 angeordnet ist, in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht dargestellt.
Dabei sind ein Verfahren und eine Vorrichtung 1 zur Herstellung der Litze 3 von den Drahtspulen 4 bis zu der Litzenwickelspule 7 dargestellt, an welcher die Litze 3 in einem nichtummantelten Zustand aufgewickelt wird. Ein eventueller späterer Verfahrensschritt, bei welchem die Litze 3 beispielsweise zur mechanischen und/oder elektrischen Isolierung mit einem Kunststoff ummantelt wird, ist in den Figuren nicht dargestellt.
1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung 1 zur Herstellung einer Litze 3 aus sieben Drähten 2 in Mehrdrahttechnik. Um eine bessere Übersichtlichkeit der Darstellung zu gewährleisten, sind in den Figuren teilweise nur drei dieser Drähte 2a, 2b, 2c dargestellt.
Aus den Drahtspulen 4 werden die Drähte 2 (Material: Kupfer-Magnesium-Legierung), welche einen deutlich größeren Durchmesser (beispielsweise 1,35 mm) als den für die Litzendrähte vorbestimmten Durchmesser (beispielsweise 0,15 mm) aufweisen, über Umlenkrollen 5.1 der Drahtzieheinrichtung 50 zugeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Ausgangsdrähte 2 eine mögliche Dehnung von ca. 30% sowie eine Bruchspannung von ca. 270–340 N/mm² auf.
Die Drahtzieheinrichtung 50 weist mehrere Ziehstufen auf, von denen in 1 exemplarisch zwei Ziehstufen 51, 52 dargestellt sind. Die Führung der Drähte 2 durch die Ziehstufen 51, 52 erfolgt mittels der Führungsscheiben 55.1, 55.2, 55.3.
Die Ziehstufen 51, 52 sind jeweils als ein Ziehstein ausgebildet, wobei dieser Ziehstein für jeden zu ziehenden Draht 2a, 2b, 2c eine Ziehausnehmung aufweist.
An jeder der Ziehstufen 51,52 wird der Durchmesser der Drähte 2 reduziert, so dass nach Durchlaufen aller Ziehstufen der vorbestimmte Durchmesser für die Drähte 2 der Litze 3, hier beispielsweise 0,15 mm, erreicht wird/ist.
Nach dem Drahtziehen sind die Drähte kaum mehr dehnbar und weisen eine Bruchfestigkeit von deutlich über 550 N/mm² auf.
Nach dem Durchlaufen der Drahtzieheinrichtung 50 werden die Drähte 2 der Wärmebehandlungseinrichtung 30 zugeführt, in welcher die Drähte wärmebehandelt werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Drähte 2 einem Rekristallisationsglühen unterzogen, und dazu je nach für die Drähte verwendeter Kupferlegierung auf 400–600°C erwärmt bzw. angeglüht.
Beim Rekristallisationsglühen werden die bei der Kaltverformung hervorgerufenen Gitterverzerrungen und Gitterverspannungen wieder beseitigt. Die Kaltverfestigung und Zähigkeitsreduzierung wird aufgehoben.
In anderen Ausführungsbeispielen ist auch eine Erwärmung auf niedrigere oder höhere Temperaturen bzw. die Durchführung einer anderen Wärmebehandlung denkbar.
Durch die Gefügeänderung während der Wärmebehandlung wird die mögliche Dehnung der Drähte 2 auf ca. 3–5% gesteigert, die Bruchfestigkeit sinkt auf ca. 500–550 N/mm².
Über weitere Umlenkrollen 5.2, 5.3 werden die Drähte 2 nun dem Verlitzpunkt 45 zugeführt, an dem eine als Ziehstein 10 ausgeführte Querschnittsbeeinflussungsinrichtung angeordnet ist.
Der Ziehstein 10 weist eine Ausnehmung 11 auf, welche in Richtung der Drahtbewegung bis zum Verlitzpunkt 45 konisch zuläuft, und sich nach dem Verlitzpunkt 45 wieder konisch erweitert. Am Verlitzpunkt 45 weist die Ausnehmung einen minimalen Durchmesser auf.
Die Drähte 2 werden diesem minimalen Querschnitt der Ausnehmung 11 zugeführt, wodurch sie einander immer näher kommen, bis sie sich vor oder an dem Verlitzpunkt 45 berühren.
Wie schnell bzw. plötzlich diese Annäherung der Drähte, bis sie einander berühren, erfolgt, ist insbesondere von dem konischen Ziehwinkel β der Ausnehmung 11 abhängig.
Wie stark die Litze 3 in Ihrem Querschnitt beeinflusst wird, hängt insbesondere von der Wahl des minimalen Querschnitts der Ausnehmung 11 ab.
Je nach Wahl des Ziehwinkels β und/oder des minimalen Querschnitts der Ausnehmung 11 erreicht die, in Ihrem Querschnitt beeinflusste, Litze 3 verschiedene Werte für die Festigkeit und mögliche Dehnung bzw. Verformbarkeit. Durch eine geeignete Kombination von Ziehwinkel β und minimalem Querschnitt können vorteilhafterweise gewünschte Werte für Festigkeit und/oder mögliche Dehnung bzw. Verformbarkeit eingestellt werden.
Im Sinne dieses Ausführungsbeispiels ist von einer Litze 3 die Rede, sobald sich die Drähte 2 berühren.
An dem minimalen Durchmesser der Ausnehmung 11 wird der Querschnitt der Litze 3 ausgeglichen und/oder seine Fläche reduziert bzw. gesenkt. Dieser Verfahrensschritt findet in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Verlitzen im eigentlichen Sinne statt, bei welchem durch den Rotationsbügel 41 der Verlitzeinrichtung 40 die einzelnen Drähte umeinander geschlungen werden.
Der Ziehstein 10 dreht sich in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Rotationsbügel. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist er bezüglich dieser Drehachse drehfest angeordnet.
So entsteht bereits am Verlitzpunkt eine Litze 3, deren Drähte 2a–g mit dem gesamten Querschnitt 17 deutlich enger gepackt sind, als dies der Fall wäre, wenn die Verlitzung ohne Beeinflussung durch den Ziehstein 10 stattgefunden hätte. Dieser Verfahrensschritt ist detailliert auch in 2 dargestellt
2 zeigt das Detail B der Vorrichtung 1 gemäß 1 mit Darstellungen der Schnitte B1-B1 und B2-B2. Die Litze bewegt sich in Richtung des unbezeichneten Pfeils.
Bei der Reduzierung des Querschnitts der Litze 3 auf den Querschnitt 17 werden insbesondere Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten 2a–g beseitigt, die einzelnen Drähte 2a–g durch bleibende Formänderung an den gemeinsamen Berührpunkten näher aneinander bzw. ineinander gepresst und/oder, wenigstens die äußeren, einzelnen Drähte 2 in einer Art weiterem Ziehvorgang in ihrem Durchmesser reduziert (siehe Schnitte B1-B1 und B2-B2).
Diese einzelnen Effekte der Querschnittsbeeinflussung können an unterschiedlichen Stellen entlang der Drähte bzw. der Litze unterschiedlich kombiniert eintreten, abhängig von der Beschaffenheit und der Konfiguration der herangeführten Drähte 2a–g zueinander.
Anschließend wird die Litze 3 an der Umlenkrolle 5.4 um einen Winkel α umgelenkt, und insbesondere einer Weiterverarbeitung zugeführt.
Nach Durchlaufen des Ziehsteins 10 weist die Litze eine Bruchfestigkeit von ca. 670 N/mm² sowie eine mögliche Dehnung von 1–3% auf. Beide Werte werden den Anforderungen der Automobilindustrie an Leitungen aus Kupferlegierungslitzen gerecht.
In 1 ist weiterhin dargestellt, dass die Litze 3 entlang des Rotationsbügels 41, durch die Ösen 42 geführt wird. An den Abziehscheiben 6.1 und 6.2 wird die Litze 3 so umgelenkt, dass sie anschließend auf die Litzenwickelspule 7 gewickelt werden kann.
In 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Herstellung von Litzen 3 mit einer zwei als Ziehstein ausgebildeten Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen 10.1, 10.2, die jeweils zwischen der Abziehscheibe 6 und einer Umlenkrolle 5.5 bzw. 5.6 angeordnet ist, in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht dargestellt.
Die Vorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß 1 insbesondere durch die Anordnung der Ziehsteine 10.1 und 10.2. Diese sind in dem Ausführungsbeispiel nach 3 nicht an dem Verlitzpunkt 45.1 angeordnet, sondern im Drahtfluss nach einem zweiten Verlitzpunkt 45.2 und vor der Litzenwickelspule 7.
Nachfolgend wird zu diesem Ausführungsbeispiel nur der Ziehstein 10.2 beschrieben. Die Gestaltung des Ziehsteins 10.1 ist analog, jedoch vorzugsweise mit einem minimalen Querschnitt bzw. Durchmesser der Ausnehmung 11.1, welcher größer ist als der der Ausnehmung 11.2.
Die Ausnehmung 11.2 des Ziehsteins 10.2 läuft auch in diesem Ausführungsbeispiel in Richtung der Litzenbewegung mit einem Ziehwinkel β konisch zu bis zu einem minimalen Querschnitt bzw. Durchmesser und erweitert sich anschließend wieder konisch.
Der Querschnittsbeeinflussungseinrichtung 10.2 werden in diesem Ausführungsbeispiel bereits verlitzte Drähte 2, also eine Litze 3, zugeführt.
Diese kann jedoch über die Länge der Litze an unterschiedlichen Querschnitten der Litze unterschiedlich eng gepackte Drähte 2 aufweisen, wobei insbesondere an großen Längenanteilen der Litze (vor Durchlaufen des Ziehsteins 10.2) Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten 2a–g auftreten. Dies ist in dem Schnitt D1-D1 in der 4 dargestellt.
Diese Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten sind im allgemeinen vor Durchlaufen des Ziehsteins 10.1 größer, können jedoch auch nach Durchlaufen dieses Ziehsteins 10.1 noch vorhanden sein.
4 zeigt das Detail D der Vorrichtung gemäß 3 mit Darstellungen der Schnitte D1-D1 und D2-D2.
Vor dem Durchlaufen der Ausnehmung 11 des Ziehsteins 10 weist die Litze 3 einen größeren Querschnittsdurchmesser 16, danach einen kleineren Querschnittsdurchmesser 17 auf (siehe Schnitte D1-D1 und D2-D2). Bei dem Ausgleichen und/oder Reduzieren bzw. Senken des Querschnittsdurchmessers 16 der Litze 3 auf den Querschnittsdurchmesser 17 werden insbesondere Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten 2a–g beseitigt, die einzelnen Drähte 2a–g durch bleibende Formänderung an den gemeinsamen Berührpunkten näher aneinander bzw. ineinander gepresst (siehe Schnitt D2-D2) und/oder wenigstens die äußeren, einzelnen Drähte 2 in einer Art weiterem Ziehvorgang in Ihrem Durchmesser reduziert.
Diese einzelnen Effekte der Querschnittsbeeinflussung können an unterschiedlichen Stellen entlang der Litze unterschiedlich kombiniert eintreten, abhängig von der Beschaffenheit und der Konfiguration der Drähte 2a–g an einer bestimmten Stelle im Querschnitt der herangeführten Litze 3 zueinander.
Wie schnell bzw. plötzlich die Litze 3 in Ihrem Querschnitt beeinflusst wird, ist insbesondere von dem konischen Ziehwinkel β der Ausnehmung 11.2 abhängig.
Wie stark die Litze 3 in Ihrem Querschnitt beeinflusst wird, hängt insbesondere von der Wahl des minimalen Querschnitts der Ausnehmung 11.2, der jedoch insbesondere kleiner als der minimale Querschnitt der Ausnehmung 11.1 ist, ab.
Je nach Wahl des Ziehwinkels β und/oder des minimalen Querschnitts der Ausnehmung 11.2 erreicht die, in Ihrem Querschnitt beeinflusste, Litze 3 verschiedene Werte für die Festigkeit und mögliche Dehnung bzw. Verformbarkeit. Durch eine geeignete Kombination von Ziehwinkel β und minimalem Querschnitt können vorteilhafterweise gewünschte Werte für Festigkeit und/oder mögliche Dehnung bzw. Verformbarkeit eingestellt werden.
Anschließend wird die Litze 3 an der Umlenkrolle 5.6 um einen Winkel α umgelenkt, und vorzugsweise der Litzenwickelspule 7 zugeführt. Die Litze bewegt sich in Richtung des unbezeichneten Pfeils.
In der Vorrichtung können auch zwei oder mehrere Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen 10 angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Querschnittsbeeinflussungseinrichtung 10 an Position B (wie in 1) angeordnet sein und gleichzeitig zusätzliche Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen 10.1 und/oder 10.2 an Position D (wie in 3).
In den Figuren sind die Verfahrensschritte des Drahtziehens mittels der Drahtzieheinrichtung 50, der Wärmebehandlung in der Wärmebehandlungseinrichtung 30 und des Verlitzens in der Verlitzeinrichtung 40 direkt hintereinander, das heißt direkt „inline”, dargestellt.
Weitere Ausführungsbeispiele, sowohl bezüglich des Verfahrens als auch bezüglich der Vorrichtung, bei denen alle oder einzelne Drähte 2 bzw. die Litze 3 zwischen einzelnen der in dem vorherigen Absatz dargestellten Verfahrensschritten auf Spulen aufgespult/aufgewickelt werden, d. h. zwischengepuffert werden, sind im Rahmen der Erfindung vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Herstellung von Litzen
2: Draht
3: Litze
4: Drahtspule
5: Umlenkrolle
6: Abziehscheibe
7: Litzenwickelspule
10: Ziehstein (Querschnittsbeeinflussungseinrichtung)
11: Ausnehmung des Ziehsteins
15: Querschnittsdurchmesser der Drähte vor der Verlitzung
16: Querschnittsdurchmesser der Litze vor der Ausnehmung
17: Querschnittsdurchmesser der Litze nach der Ausnehmung
30: Wärmebehandlungseinrichtung
40: Verlitzeinrichtung
41: Rotationsbügel
42: Ösen
50: Drahtzieheinrichtung
51: erste Ziehstufe
52: zweite Ziehstufe
55: Führungsscheiben
56: Ziehstein der ersten Ziehstufe
57: Ziehstein der zweiten Stufe
α: Umlenkwinkel
β: Ziehwinkel der Ausnehmung der Querschnittsbeeinflussungseinrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Litzen (3), welche wenigstens zwei Drähte (2) aus einem metallischen Material, insbesondere einer Kupferlegierung, aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist, die auch mehrfach und/oder in einer anderen Reihenfolge als angegeben ausgeführt werden können: – gegebenenfalls Erwärmen der Drähte (2) mittels einer Wärmebehandlungseinrichtung (30) zur Steigerung der möglichen Materialdehnung bzw. Verformbarkeit, – Verlitzen der Drähte (2) mittels einer Verlitzeinrichtung (40) an wenigstens einem Verlitzpunkt (45.1, 45.2), – Beeinflussen des Querschnitts (16) der Litze (3) mittels wenigstens einer, insbesondere als Ziehstein ausgebildeten, Querschnittsbeeinflussungseinrichtung (10).
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die in ihrem Querschnitt (17) beeinflusste Litze (3) mittels einer Ummantelungseinrichtung mit einem Mantel, insbesondere aus einem Kunststoff, ummantelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Querschnitt (15, 16) der Litze (3) bei dem Verlitzen an dem Verlitzpunkt (45.1) mittels einer der Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen (10) beeinflusst wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Querschnitt (16) der Litze (3) nach dem Verlitzen mittels wenigstens einer Querschnittsbeeinflussungseinrichtung (10) angepasst wird, welche insbesondere vor, nach oder anstatt einer Abziehscheibe (6) der Verlitzeinrichtung (40) angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drähte (2) mittels einer Drahtzieheinrichtung (50) auf einen vorbestimmten Durchmesser gezogen werden.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (2) mittels der Wärmebehandlungseinrichtung (30) auf eine Temperatur erwärmt werden, bei welcher eine Teilrekristallisation des metallischen Materials der Drähte (2) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsbeeinflussungseinrichtung (10) wenigstens eine Ausnehmung (11) aufweist, durch welche die Drähte (2) bzw. die Litze (3) geführt werden, wobei die Ausnehmung (11) einen vorbestimmten Ziehwinkel β aufweist, und wobei die Ausnehmung (11) insbesondere eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner ist als eine Querschnittsfläche eines Umkreises der Litze (3), bevor sie durch die Ausnehmung (11) geführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Draht 2 bzw. die Litze 3, insbesondere auf wenigstens eine dazu vorgesehene Spule, zwischengepuffert, insbesondere aufgespult bzw. aufgewickelt, wird, nachdem er bzw. sie wenigstens einen der Schritte des Verfahrens durchlaufen hat.
Vorrichtung (1) zur Herstellung von Litzen, welche wenigstens zwei Drähte (2) aus einem metallischen Material aufweisen, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) aufweist – eine Wärmebehandlungseinrichtung (30) zur Erwärmung der Drähte (2), – eine Verlitzeinrichtung (40) zur Verlitzung der Drähte (2) an wenigstens einem Verlitzpunkt (45.1, 45.2), wobei jeder Draht (2) durch die Wärmebehandlungseinrichtung (30) und die Verlitzeinrichtung (40) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine, insbesondere als Ziehstein ausgebildete, Querschnittsbeeinflussungseinrichtung (10) aufweist, welche eingerichtet ist, den Querschnitt (16) der Litze (3) zu beeinflussen.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Ummantelungseinrichtung aufweist, mittels welcher die in ihrem Querschnitt (17) beeinflusste Litze (3) mit einem Mantel, insbesondere aus einem Kunststoff, ummantelbar ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Querschnittsbeeinflussungseinrichtungen (10) an dem Verlitzpunkt (45.1) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verlitzeinrichtung (40) einen Rotationsbügel (41) aufweist, welcher zur Führung der Litze (3) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einem, dem Verlitzpunkt (45.1) fernen, Ende des Rotationsbügels (41) wenigstens eine Querschnittsbeeinflussungseinrichtung (10) angeordnet ist, vorzugsweise vor, nach und/oder anstatt einer Abziehscheibe (6) der Verlitzeinrichtung (40).
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsbeeinflussungseinrichtung (10) wenigstens eine Ausnehmung (11) aufweist, durch welche die Drähte (2) bzw. die Litze (3) führbar sind, wobei die Ausnehmung (11) einen vorbestimmten Ziehwinkel β aufweist, und wobei die Ausnehmung (11) insbesondere eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner ist als eine Querschnittsfläche (15, 16) eines Umkreises der Litze (3) vor deren Führung durch die Ausnehmung (11).
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (2) ein Kupfermaterial aufweisen.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) zusätzlich aufweist – eine Drahtzieheinrichtung (50) zum Ziehen der Drähte (2) auf einen vorbestimmten Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Draht (2) durch die Drahtzieheinrichtung (50), die Wärmebehandlungseinrichtung (30) und die Verlitzeinrichtung (40) führbar ist.