DE102019130522A1

DE102019130522A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbunddrähten

Info

Publication number: DE102019130522A1
Application number: DE102019130522.5A
Authority: DE
Inventors: Bernd Gehlert; Rolf Paulsen; Marc Rättig
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbunddrähten (9, 14) aus zumindest zwei unterschiedlichen metallischen Materialien (10, 12), das Verfahren aufweisend die chronologisch nacheinander ablaufenden Schritte:A) Bereitstellen zumindest eines ersten Drahts (5), der zumindest eine erste Draht (5) aufweisend ein erstes metallisches Material, und Bereitstellen zumindest eines zweiten Drahts (6), der zumindest eine zweite Draht (6) aufweisend ein zweites metallisches Material,B) Verseilen des zumindest einen ersten Drahts (5) mit dem zumindest einen zweiten Draht (6), wobei der zumindest eine erste Draht (5) und der zumindest eine zweite Draht (6) miteinander verdrillt, geflochten oder gewebt werden oder wobei der zumindest eine zweite Draht (6) um den zumindest einen ersten Draht (5) herum gewickelt, geflochten oder gewebt wird,C) Fügen der verseilten Drähte (5, 6), wobei diese ohne eine durchgängige Zwischenschicht miteinander gefügt werden und wobei beim Fügen der zumindest eine zweite Draht (6) oder der zumindest eine erste Draht (5) und der zumindest eine zweite Draht (6) umgeformt werden.Die Erfindung betrifft auch einen Verbunddraht (9, 14) hergestellt mit einem Verfahren und einen Schleifkontakt oder eine Prüfnadel hergestellt aus einem solchen Verbunddraht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbunddrähten und damit hergestellte Verbunddrähte, insbesondere Manteldrähte. Die Erfindung betrifft auch Schleifkontakte und Prüfnadeln hergestellt aus einem solchen Verbunddraht.
Verbunddrähte kombinieren die Eigenschaften unterschiedlicher Materialien und können daher in unterschiedlichen Bereichen nutzbringend eingesetzt werden. Beispielsweise können Verbunddrähte als Prüfnadeln oder als Schleifdrähte zur Herstellung von Schleifkontakten eingesetzt werden.
Prüfnadeln werden bei der Herstellung von Leistungselektronik, der Kontaktierung von Chips und anderen elektrischen Schaltungen zur Prüfung der Qualität von elektrischen Kontaktierungen eingesetzt (siehe hierzu beispielsweise die US 2014/0266278 A1 und die US 2010/0194415 A1 ). Aktuell werden für sogenannte „Probe Needles“ (Prüfnadeln) Metalle oder Legierungen verwendet, die eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aber auch hohe Härten und Zugfestigkeiten besitzen. Dabei dient die elektrische Leitfähigkeit von reinem Kuper (100% IACS) als Referenz. Silber (Ag) kann zu diesen Zwecken jedoch nicht eingesetzt werden, da es deutlich zu duktil ist und sich die Nadel beim Einsatz verformen würde. Typische Materialien für Prüfnadeln sind alterungsgehärtete Palladium-Silber-Legierungen, die 10% Gold und 10% Platin enthalten und beispielsweise unter den Produktnamen Paliney^® 7 und Hera 648 vertrieben werden. Als Materialien für Folien zur Herstellung von Prüfnadeln werden aber auch PtNi-Legierungen oder Rhodium verwendet. Bei solchen Metallen oder Legierungen, die einen möglichst guten Kompromiss zwischen elektrischer Leitfähigkeit, thermischer Leitfähigkeit, Zugfestigkeit sowie Härte darstellen, beträgt die maximal mögliche elektrische Leitfähigkeit 5% bis 30% IACS.
Neben Prüfnadeln profitieren aber auch andere Anwendungen, wie insbesondere Drähte für Schleifkontakte, von Materialien mit hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten und gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften, wie einer hohen Härte und Zugfestigkeit. Bei Schleifkontakten ist es wichtig, dass einerseits durch die Oberflächen ein geringer Übergangswiderstand verursacht wird und andererseits das Material sich nicht zu schnell abnutzt also abreibt oder erodiert.
Anwendungen wie Prüfnadeln (Probe Needles) oder Schleifdrähte in der Leistungselektronik erfordern neben einer hohen elektrischen Leitfähigkeit auch eine hohe mechanische Festigkeit und Härte. Dabei ist auch die Temperaturbeständigkeit beziehungsweise die Warmfestigkeit von entscheidender Bedeutung.
Die WO 2016/009293 A1 schlägt eine Prüfnadel vor, bei der eine Prüfnadel an deren Spitze aus einem mechanisch harten ersten Material besteht und dessen Rest aus einem zweiten Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit besteht. Ähnliche Prüfnadeln sind auch aus der US 2013/0099813 A1 , der EP 2 060 921 A1 und der US 2012/0286816 A1 bekannt. Nachteilig ist hieran, dass die Prüfnadel über ihre Länge keine homogenen physikalischen Eigenschaften mehr hat und dass die elektrische und thermische Leitfähigkeit aber auch die Zugfestigkeit sehr stark von der Verbindung zwischen den beiden Materialien abhängt. Zudem lässt sich eine niedrige elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich nicht einfach durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit in einem anderen Bereich ausgleichen, da der Strom beide Bereiche passieren muss.
Als Verbunddrähte zur Herstellung von Prüfnadeln oder Schleifdrähten können beispielsweise rundumbeschichtete Drähte eingesetzt werden, die als sogenannte Manteldrähte oder Double-Drähte durch endlos Walzprozesse hergestellt werden können. Beispielsweise können diese im Inneren ein Unedel-Metall, beispielsweise aus einer Cu-Legierung wie CuBe2 aufweisen, ummantelt mit einer Edelmetall-Legierung (beispielsweise Hera238), um für kontakttechnische Anwendungen bei gleitenden Kontakten in Schleifringübertragern oder auch Schaltkontakten in Mikroschaltern eingesetzt werden zu können.
Solche Manteldrähte werden hergestellt, indem Unedelmetall-Stäbe in Edelmetall-Rohre mit einer kurzen Länge von circa 1 m zusammengesteckt werden (Durchmesser circa 10 mm) und anschließend durch mehrfaches Hämmern und Glühen mechanisch verbunden werden. Erst ab einer Länge von etwa 10 m bis 15 m kann ein kontinuierlicher Ziehprozess zum Einsatz kommen.
Durch mehrfaches Hämmern des Rohr-Stab-Verbunds und Glühen in Quarzglasrohren, bei dem das Werkstück im Rohr aufliegt und anschließend zur raschen Abkühlung in ein Wasserbad herausgeschleudert wird, werden kontaktschädigende Fremdpartikel, wie SiO₂, Al₂O₃, Stahl und andere metallische Fremdpartikel auf der Kontaktoberfläche angereichert und eingearbeitet. Bei der Edelmetall-Rohr-Herstellung werden ebenfalls vergleichbare aufwendige und für die Kontaktoberfläche ungünstige Herstellprozesse angewendet.
An dem Übergang zwischen dem inneren Unedelmetall-Stab zur Innenwand des Edelmetall-Rohrs können Kontaminationen, Verunreinigungen und Einschlüsse entstehen, die eine Verbindung der Metalle verschlechtern und die negative Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des so erzeugten Manteldrahts haben. Zudem können auf diese Weise nur zwei unterschiedliche Materialien miteinander verbunden werden. Der Prozess ist zweistufig und daher aufwendig. Mit einem aktuellen Manteldraht-Produktionsprozess ist man zudem an Kurzlängen mit einem Batchgewicht von etwa 1 kg gebunden. Die bei diesen Verfahren in die Kontaktoberfläche eingearbeiteten Fremdpartikel sind die für die Anwendung als Schleifkontakt häufig inakzeptabel.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Möglichkeit für eine kostengünstige Herstellung eines Verbunddrahts gefunden werden. Bevorzugt soll der Verbunddraht durch ein einstufiges Ziehen hergestellt werden können. Ferner soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Eigenschaften von zusätzlichen Materialien in dem Verbunddraht zu kombinieren. Der Verbunddraht soll zur Herstellung von Schleifkontakten und Prüfnadeln geeignet sein.
Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Verbunddrähten aus zumindest zwei unterschiedlichen metallischen Materialien, das Verfahren aufweisend die chronologisch nacheinander ablaufenden Schritte:

A) Bereitstellen zumindest eines ersten Drahts, der zumindest eine erste Draht aufweisend ein erstes metallisches Material, und Bereitstellen zumindest eines zweiten Drahts, der zumindest eine zweite Draht aufweisend ein zweites metallisches Material, das sich von dem ersten metallischen Material unterscheidet,
B) Verseilen des zumindest einen ersten Drahts mit dem zumindest einen zweiten Draht,

C) Fügen des zumindest einen ersten Drahts und des zumindest einen zweiten Drahts, wobei der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht ohne eine vollständig durchgängige Zwischenschicht miteinander gefügt werden, insbesondere miteinander verschweißt werden, und wobei beim Fügen der zumindest eine zweite Draht umgeformt wird oder der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht umgeformt werden.

Unter einem Fügen wird gemäß DIN 8580 eine Fertigung verstanden, bei der zwei oder mehr feste Körper (hier der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht) als Fügeteile mit geometrisch bestimmter Gestalt dauerhaft verbunden werden.
Durch die Umformung wird die äußere geometrische Form des zumindest einen zweiten Drahts oder werden die äußeren geometrischen Formen des zumindest einen ersten Drahts und des zumindest einen zweiten Drahts verändert.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Verfahren einen Schritt D) aufweist, der nach Schritt C) erfolgt: D) Ziehen des Verbunddrahts, der in Schritt C) durch Fügen aus dem zumindest einen ersten Draht und dem zumindest einen zweiten Draht hergestellt wurde, wobei beim Ziehen der Durchmesser des gefügten Verbunddrahts verringert wird, wobei bevorzugt der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht beim Ziehen weiter miteinander gefügt werden, insbesondere miteinander verschweißen, und besonders bevorzugt beim Ziehen ein Manteldraht erzeugt wird, bei dem das zweite metallische Material das erste metallische Material umschließt, besonders bevorzugt koaxial umschließt.
Hierdurch kann ein erfindungsgemäßer Verbunddraht aus dem zumindest einen ersten Draht und dem zumindest einen zweiten Draht erzeugt werden und gleichzeitig die Dicke des Verbunddrahts eingestellt werden. Durch das Ziehen nach dem Fügen wird eine weitere Stärkung des Verbunds zwischen den Materialien des zumindest einen ersten Drahts und des zumindest einen zweiten Drahts sowie aller aneinander liegenden Bereiche und Drähte des zumindest einen ersten Drahts untereinander und des zumindest einen zweiten Drahts untereinander erreicht.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine zweite Draht mehrere zweite Drähte sind, wobei in Schritt C) die mehreren zweiten Drähte miteinander verbunden werden, insbesondere miteinander verschweißen, und/oder der zumindest eine erste Draht mehrere erste Drähte sind, wobei vorzugsweise in Schritt C) die mehreren ersten Drähte miteinander verbunden werden, insbesondere miteinander verschweißen.
Mit einem derartigen Verfahren kann nicht nur ein Verbund zwischen dem zumindest einen ersten Draht und dem zumindest einen zweiten Draht erzeugt werden, sondern der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht können einzeln oder beide derart umgeformt werden, dass sich von einer geraden Form abweichende Verbindungen ergeben und es können auch dickere Bereiche mit größerem Querschnitt als der Querschnitt der verwendeten ersten und zweiten Drähte im Ausgangszustand erzeugt werden. Insbesondere können so Manteldrähte als Verbunddrähte erzeugt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine erste Draht und/oder der zumindest eine zweite Draht beschichtet sind und/oder Manteldrähte oder Verbunddrähte sind, bevorzugt mit einer metallischen Schicht oder einer Graphitschicht beschichtet sind oder mit einer metallischen Schicht ummantelt sind, besonders bevorzugt mit Indium, einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Basis-Legierung beschichtet oder ummantelt sind.
Die Beschichtung kann beispielsweise eine galvanische Beschichtung sein. Dabei wird eine galvanische Goldbeschichtung bevorzugt.
Hierdurch kann die Verbindung des zumindest einen ersten Drahts mit dem zumindest einen zweiten Draht sowie der Drähte und Bereiche der Drähte untereinander beim Fügen und gegebenenfalls beim Ziehen verbessert werden. Zudem können so Verbunddrähte mit verbesserten Eigenschaften hergestellt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass in Schritt A) zumindest ein dritter metallischer Draht oder zumindest eine Kohlenstofffaser bereitgestellt wird, wobei in Schritt B) der zumindest eine dritte Draht oder die zumindest eine Kohlenstofffaser mit dem zumindest einen ersten Draht und dem zumindest einen zweiten Draht verseilt wird, wobei der zumindest eine dritte Draht vorzugsweise aus Indium, einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Basis-Legierung besteht, und wobei in Schritt C) der zumindest eine dritte Draht oder die zumindest eine Kohlenstofffaser mit dem zumindest einen ersten Draht und dem zumindest einen zweiten Draht gefügt werden.
Hierdurch können zusätzliche Materialeigenschaften in dem hergestellten Verbunddraht erzeugt werden. Kohlenstoff und Indium können dabei beispielsweise als Schmiermittel für eine Anwendung des Verbunddrahts als Schleifkontakt eingesetzt werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass in Schritt B) der zumindest eine zweite Draht und der zumindest eine dritte metallische Draht um den zumindest einen ersten Draht herum gewickelt, geflochten oder gewebt werden, wobei der zumindest eine dritte metallische Draht aus einem dritten und anderen metallischen Material als das erste metallische Material und das zweite metallische Material besteht, und in Schritt C) oder nach Schritt C) ein Manteldraht erzeugt wird, bei dem das zweite metallische Material zusammen mit dem dritten metallischen Material das erste metallische Material koaxial umschließt.
Auf diese Weise wird ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Manteldrahts mit einem Mantel aus einem Verbund von zumindest zwei unterschiedlichen metallischen Materialien bereitgestellt. Auf diese Weise können zwei Materialeigenschaften im Mantel kombiniert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen sein, dass in Schritt B) der zumindest eine zweite Draht um den zumindest einen ersten Draht herum gewickelt, geflochten oder gewebt wird und in Schritt C) oder nach Schritt C) ein Manteldraht erzeugt wird, bei dem das zweite metallische Material das erste metallische Material koaxial umschließt.
Auf diese Weise wird ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Manteldrahts bereitgestellt.
Auch kann vorgesehen sein, dass in Schritt A) der zumindest eine erste Draht und/oder der zumindest eine zweite Draht als Drahtbündel mit parallelen oder geflochtenen Einzeldrähten bereitgestellt werden.
Hiermit können auch leichter formbare und damit leichter zu fügende Drähte zur Herstellung des Verbunddrahts verwendet werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht bei der Umformung während des Fügens in Schritt C) miteinander kaltverschweißen, wobei bevorzugt das erste metallische Material und das zweite metallische Material miteinander verschweißen oder eine Beschichtung des zumindest einen ersten Drahts mit dem zumindest einen zweiten metallischen Material kaltverschweißt oder eine Beschichtung des zumindest einen zweiten Drahts mit dem zumindest einen ersten metallischen Material kaltverschweißt.
Hiermit wird auf kostengünstige Weise eine stabile Verbindung zwischen den Materialien des zumindest einen ersten Drahts und des zumindest einen zweiten Drahts erzeugt. Auf gleiche Weise können auch mehrere Drähte des zumindest einen ersten Drahts und des zumindest einen zweiten Drahts sowie gegebenenfalls des zumindest einen dritten Drahts untereinander kaltverschweißt werden. Ebenso kann der gegebenenfalls vorhandene zumindest eine dritte Draht mit dem zumindest einen ersten Draht und/oder dem zumindest einen zweiten Draht durch kaltverschweißen verbunden werden.
Bei erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht, und vorzugsweise gegebenenfalls zumindest ein dritter Draht, in Schritt A) als Drahtrollen bereitgestellt werden, wobei vorzugsweise der erzeugte Verbunddraht nach der Fertigung als Drahtrolle aufgewickelt wird.
Hierdurch können große Mengen des Verbunddrahts erzeugt werden. Der Transport und die Lagerung der Ausgangsdrähte und des Verbunddrahts sowie die Möglichkeit zur Weiterverarbeitung des Verbunddrahts wird hierdurch vereinfacht.
Bevorzugt kann ferner vorgesehen sein, dass der zumindest eine erste Draht und der zumindest eine zweite Draht, und bevorzugt auch zumindest ein gegebenenfalls vorhandener dritter Draht, auf ihrer gesamten Länge miteinander gefügt werden.
Hierdurch wird eine stabile Verbindung der beiden Drähte ermöglicht. Zudem wird so sichergestellt, dass der erzeugte Verbunddraht auf der gesamten Länge homogene physikalische Eigenschaften aufweist.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in Schritt C) verschiedene Bereiche des zumindest einen zweiten Drahts miteinander verbunden werden, insbesondere miteinander verschweißen, und/oder in Schritt C) verschiedene Bereiche des zumindest einen ersten Drahts miteinander verbunden werden, insbesondere miteinander verschweißen.
Hiermit werden nicht nur die beiden unterschiedlichen Drähte miteinander gefügt, sondern auch gleiche Drähte untereinander und ineinander. Dadurch kann eine zusätzliche Umformung der Materialien des zumindest einen ersten Drahts und des zumindest einen zweiten Drahts erreicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mehrere Verbunddrähte, die mit den Schritten A), B) und C) und gegebenenfalls Schritt D) mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, anschließend miteinander verseilt werden, insbesondere miteinander verdrillt, geflochten oder verwoben werden, wobei anschließend die verseilten Verbunddrähte miteinander gefügt und verschweißt werden und bevorzugt zu einem dünneren Durchmesser gezogen werden.
Hierdurch kann ein Verbunddraht mit komplexer innerer Strukturierung hergestellt werden, dessen physikalische und/oder chemische Eigenschaften auf vielfache Weise eingestellt und angepasst werden können.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Prozess des Verseilens und Fügens und gegebenenfalls Ziehens mehrerer Verbunddrähte zumindest einmal wiederholt wird.
Hierdurch kann iterativ ein Verbunddraht mit feiner und komplexer Mikrostrukturierung hergestellt werden, dessen physikalische und/oder chemische Eigenschaften in hoher Variabilität eingestellt und angepasst werden können.
Ferner vorgesehen sein, dass in Schritt C) und gegebenenfalls in Schritt D) nach oder während dem Fügen eine Wärmebehandlung erfolgt, bevorzugt nach dem Fügen ein Glühen, insbesondere ein Rekristallisationsglühen, erfolgt.
Hierdurch können die Materialeigenschaften des Verbunddrahts durch die Wärmebehandlung angepasst werden.
Bevorzugte Verfahren können sich dadurch auszeichnen, dass das Fügen in Schritt C) ohne ein Lot oder einen Klebstoff erfolgt, bevorzugt ohne jegliche Zwischenschicht erfolgt.
Hierdurch wird klargestellt, dass keine zusätzlichen Werkstoffe zum Fügen benötigt werden. Damit wird die Fertigung des Verbunddrahts vereinfacht.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste metallische Material Kupfer oder eine Kupfer-Basis-Legierung ist, insbesondere eine CuBe2-Legierung oder eine Kupfer-Silber-Legierung mit bis zu 30 Gew% Silber und mit bis zu 5 Gew% anderen Metallen, und/oder das zweite metallische Material ein Edelmetall oder eine Edelmetall-Basis-Legierung ist, insbesondere Gold, Platin, Palladium oder eine Gold-Basis-Legierung, eine Platin-Basis-Legierung, eine Palladium-Basis-Legierung, eine Gold-Palladium-Legierung oder eine PdAgCu-Legierung.
Mit diesen Materialien lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstige Verbunddrähte zur Verwendung als Schleifkontakte fertigen.
Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass das Fügen in Schritt C) durch Hämmern, Walzen und/oder Verschweißen oder durch magnetisches Impulsfügen erfolgt.
Mit diesen Methoden lassen sich Verbunddrähte kostengünstig auch in großer Länge fertigen. Das Verfahren des Impulsfügens ist beispielsweise aus dem Artikel „Die elektromagnetische Pulstechnologie: Berührungsloses, kaltes Fügen, auch für Aluminium Mischverbindungen“ von Pablo Pasquale, in Schweiss- und Prüftechnik 01 - 02/2019, Seite 22 bekannt.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden auch gelöst durch einen Verbunddraht hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Verbunddraht zumindest zwei metallische Materialien aufweist, wobei die zumindest zwei metallischen Materialien miteinander verseilt sind und/oder ein erstes Material der zumindest zwei Materialien um ein zweites der zumindest zwei Materialien herum angeordnet ist, und wobei die zumindest zwei metallischen Materialien durch mechanischen Druck miteinander gefügt und verbunden sind.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Material über zumindest eine Fuge entlang einer Längsachse des Verbunddrahts aneinander gefügt und verbunden ist, wobei vorzugsweise die zumindest eine Fuge parallel zur Längsachse verläuft oder spiralförmig um die Längsachse gewunden ist.
Dass das erste Material über zumindest eine Fuge entlang einer Längsachse des Verbunddrahts aneinandergefügt ist, bedeutet insbesondere, dass verschiedene Bereiche des ersten Materials über die zumindest eine Fuge aneinandergefügt sind und so ein zusammenhängendes Material bilden. Die zumindest eine Fuge ist dabei vorzugsweise durch eine Mikrostruktur mittels einer Gefügeanalyse beispielsweise durch Ätzen oder eine Röntgenstrukturanalyse erkennbar. Mit der Röntgenstrukturanalyse können beispielsweise typische Versetzungen und Spannungen in dem ersten Material sichtbar gemacht werden, die für ein mechanisches Fügen und das Verseilen typisch sind. Dabei kann die räumliche Verteilung von Versetzungen, die Art und Orientierung der Versetzungen und deren Menge zur Identifikation verwendet werden. Zudem können an der Oberfläche des gefügten ersten Materials Vertiefungen als Linien an den Fugen erkennbar sein.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden auch gelöst durch einen Schleifkontakt oder eine Prüfnadel hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Verbunddraht, wobei der Schleifkontakt oder die Prüfnadel ein Abschnitt des Verbunddrahts ist.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es durch das Verseilen von Einzeldrähten und anschließendem Fügen gelingt, auf kostengünstige Weise einen Verbunddraht herzustellen, bei dem Materialeigenschaften der Drähte kombiniert werden. Durch die Art des Verseilens kann festgelegt werden, welche Materialien außenliegend und welche innenliegend bei dem Verbunddraht angeordnet sind. Auf diese Weise können überraschenderweise auch Manteldrähte erzeugt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auf einfache und kostengünstige Weise auch möglich, eine größere Anzahl von Materialien miteinander zu kombinieren. Durch einen mehrstufigen Prozess können auch sehr feine Strukturierungen in dem Verbunddraht erzeugt werden. Die Verbunddrähte können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vor allem auch in großen Längen effizient und kostengünstig erzeugt und weiterverarbeitet werden. Auf einfache Weise können zusätzliche Schichten und Stränge in den Verbunddraht eingearbeitet werden und dem Verbunddraht so zusätzliche physikalische Eigenschaften gegeben werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und damit mit dem erfindungsgemäßen Verbunddraht können sich auf die Kontakt-Oberfläche negativ auswirkende Fertigungsprozesse (Kontamination durch Fremdpartikel) vermieden werden. Durch endloses mantelförmiges Verseilen um einen mittig angeordneten Draht können unterschiedliche drahtförmige Materialien, je nach kontakttechnischer Anwendung, mit einander kombiniert werden, insbesondere zu einem Manteldraht.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Verbunddrahts und daraus hergestellter Prüfnadeln oder Schleifdrähte ist eine saubere Endlosfertigung sowie Erzeugung von Manteldrähten mit neuen WerkstoffKombinationen. Außerdem ergibt sich eine Kostenreduktion, da die relativ aufwendige und kostenintensive Rohrherstellung durch einen kontinuierlichen Verseilprozess ersetzt wird.
Die für eine Herstellung mit innerem Stab und äußerem Rohr notwendigen aufwendigen und für die Kontaktoberfläche ungünstigen Herstellprozesse fallen bei reinen kostengünstigeren Endlos-Draht-Ziehprozessen nicht an.
Es können auch Werkstoffe mit schmierenden Eigenschaften während des Verseilprozesses eingearbeitet werden, um das Gleitverhalten bei Schleifkontaktanwendungen zu optimieren. Hierdurch lassen sich neue Anwendungsgebiete für die Verbunddrähte erschließen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee zur Herstellung von Manteldrähten als Verbunddrähten beruht auf einem Endlosprozess zur Herstellung walzplattierter Manteldrähte. Die den Mantel bildenden äußeren Edelmetall-Drähte werden um einen unedlen Draht einlagig oder auch mehrlagig endlos verseilt und anschließend durch Walz- und Ziehprozesse derartig verformt, dass eine haftfeste Verbindung der Edelmetall-Drähte zum unedlen Kerndraht als auch der Edelmetall-Drähte untereinander entsteht.
Der im Zentrum befindliche Draht kann aus einem federharten Werkstoff, zum Beispiel CuBe2 oder einer anderen federharte Cu-Legierung für Schleifkontakte mit federnden Eigenschaften bestehen. Korrosionsbeständige Anschluss-Leitungen von Thermoelementen erfordern flexiblere Eigenschaften des Manteldrahts. Hier kann zum Beispiel Nickel zum Einsatz kommen.
Je nach elektrischer Last bei Schleifkontakten und Umgebungsatmosphäre haben sich verschiedene Werkstoffe zur Übertragung des elektrischen Stroms bewährt. Hochkarätige Goldlegierungen eignen sich besonders zur rauscharmen Übertragung von Signalströmen. Silber-Palladium-Legierungen eignen sich aufgrund ihrer geringeren elektrischen Erosion und geringerem Abbrand zur Übertragung höherer Ströme.
Zur Erhöhung des Anwendungsspektrums bei der Übertragung elektrischer Ströme können verschiedene plattierfähige Werkstoffe kombiniert werden. Bei einlagiger Verseilung nebeneinander oder auch als mehrlagiges Schichtsystem. Ein mehrlagiges Schichtsystem mit unterschiedlichen Werkstoffen in einer Lage ist ebenso denkbar.
Ein weiterer Vorteil der Kombination einer hochkarätigen Goldlegierung mit einer Silber-Palladium-Legierung ist ein reduzierter mechanischer Verschleiß des Kontaktschicht-Systems. Die härtere Silber-Palladium-Legierung wirkt als tragende Komponente, während eine mechanisch weniger stabile Gold-Legierung die Stromführung begünstigt.
Je nach elektrischer oder auch mechanischer Belastung kann in solch einer Kombination der Kontaktwerkstoff mit entsprechend optimaler Eigenschaft zum Einsatz kommen.
Durch die Verseilung können auch Materialien mit schmierender Wirkung zur Verbesserung des Gleitverhaltens und Reduzierung des mechanischen Verschleißes eingearbeitet werden. Hierbei können zum Beispiel Kohlefasern in die Verseilung mit eingearbeitet werden. Andere Werkstoffe mit Festkörper-Schmier-Effekt wie zum Beispiel Indium sind ebenfalls möglich.
Anstatt eines Walzprozesses zur Erzeugung eines ersten Haftverbundes der Ummantelung zum Kerndraht oder auch zusätzlich hierzu kann auch magnetisches Impulsfügen angewendet werden, falls das Walzen mit einen zu geringen Verformungsgrad bei relativ dünnen Drähten keinen ausreichenden Verbund erzeugt.
Es können sowohl runde als auch eckige ummantelte Drähte erzeugt werden.
Im Allgemeinen sind erfindungsgemäße Verbunddrähte bei allen kontakttechnischen Anwendungen, bei denen es einerseits um hohe elektrische Leitfähigkeit und andererseits um gute Federeigenschaften geht, so auch bei kontakttechnischen Elementen wie „Probe Needles“, anwendbar.
Auch eine Anwendung als Schleifkontakte in Schleifringübertragern zur Übertragung des elektrischen Stroms bei Relativbewegung der Kontaktpartner, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, Robotertechnik, Radartechnik sind besonders gut möglich. Zudem können mit dem erfindungsgemäß hergestellten Verbunddraht Anschluss-Drähte für Thermoelemente und „Probe Needles“ zur Kontaktierung von integrierten Schaltungen auf Wafern zur Funktionsprüfung hergestellt werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von vier Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:

1: den Ablauf eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei schematischen Querschnittansichten zweier verseilter Drähte (oben) und eines durch Fügen dieser verseilten Drähte hergestellten Manteldrahts (unten);
2: den Ablauf eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens mit schematischen Querschnittansichten der Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte;
3: den Ablauf eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens mit schematischen Querschnittansichten der Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte, das an das zweite erfindungsgemäße Verfahren angeschlossen sein kann; und
4: eine schematische perspektivische geschnittene Ansicht von sieben miteinander verseilten Drähten vor dem Fügen zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Verbunddraht hergestellt, der als schematische Querschnittansicht in 1 unten dargestellt ist. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbunddraht kann ein Manteldraht sein, insbesondere ein walzplattierter Manteldraht sein. Dazu werden ein erster Draht 1 aus einem ersten Material, beispielsweise ein Unedelmetalldraht, und mehrere zweite Drähte 2 aus einem zweiten Material, beispielsweise ein Edelmetalldraht, miteinander verseilt, so wie dies in 1 oben als schematische Querschnittansicht dargestellt ist. Der erste Draht 1 weist einen größeren Drahtdurchmesser auf, als die mehreren zweiten Drähte 2. Die mehreren zweiten Drähte 2 können beim Verseilen spiralförmig um den ersten Draht 1 herumgewickelt werden (siehe hierzu auch 4). Die Anzahl der verwendeten zweiten Drähte 2 kann von deren Außendurchmesser im Vergleich zum Außendurchmesser des ersten Drahts 1 und von der Steigung der spiralförmigen Umwicklung des ersten Drahts 1 mit den zweiten Drähten 2 abhängen. Im Extremfall kann auch ein einzelner zweiter Draht 2 spiralförmig derart um den ersten Draht 1 gewickelt werden, dass die seitlichen Oberflächen des zweiten Drahts 2 beidseitig auf Stoß aneinander anliegen. Es ist auch möglich, die mehreren zweiten Drähte 2 mehrlagig um den ersten Draht 1 herum zu verseilen, abweichend von der Darstellung in 1 oben.
Neben dem einfachen Wickeln kann zum Verseilen des ersten Drahts 1 mit den mehreren zweiten Drähten 2 auch ein Flechten oder Weben der zweiten Drähte 2 um den ersten Draht 1 angewendet werden. Der erste Draht 1 kann auch ein Bündel mehrerer einzelner Litzen aufweisen.
Das Verseilen erfolgt vorzugsweise endlos. Das bedeutet nicht, dass die Drähte 1, 2 unendlich lang sind, sondern dass mit der Technik grundsätzlich sehr lange Drähte 1, 2 verarbeitbar sind, die auf Spulen aufgewickelt sind und die bei dem Verfahren von den Spulen abgewickelt werden. Bevorzugt kann auch der erzeugte Verbunddraht auf einer Spule als sogenannter Endlos-Verbunddraht aufgewickelt werden. Es ist theoretisch auch möglich, das Zwischenprodukt, nämlich die miteinander verseilten Drähte 1, 2, mit einer Spule aufzuwickeln. Das aufgewickelte Zwischenprodukt kann dann auf einfache Weise mit der Spule transportiert werden und zur weiteren Bearbeitung kann das aufgewickelte Zwischenprodukt wieder von der Spule abgewickelt werden.
Zur Herstellung von Verbunddrähten zur Herstellung von Schleifringübertragern oder von Schaltkontakten in Mikroschaltern oder von Probe-Needles kann als Unedelmetall für den ersten Draht 1 eine Cu-Legierung, insbesondere CuBe2, oder eine andere federharte Cu-Legierung verwendet werden und als Edelmetall für die mehreren zweiten Drähte kann beispielsweise Gold oder eine Gold-Basis-Legierung wie Hera238 verwendet werden.
Zur Herstellung von korrosionsbeständigen Anschluss-Leitungen von Thermoelementen, die flexiblere Eigenschaften des hergestellten Verbunddrahts beziehungsweise Manteldrahts erfordern, kann beispielsweise Nickel als Material für den ersten Draht 1 zum Einsatz kommen.
Nach dem Verseilen des ersten Drahts 1 mit den mehreren zweiten Drähten 2, werden die verseilten Drähte 1, 2 miteinander gefügt. Das Fügen kann beispielsweise durch Hämmern, Walzen und/oder Verschweißen oder durch magnetisches Impulsfügen erfolgen. Zum besseren Verbinden des ersten Drahts 1 mit den mehreren zweiten Drähten 2 können der erste Draht 1 und/oder die zweiten Drähte 2 beschichtet sein, beispielsweise mit Indium oder Graphit. Das Fügen erfolgt vorzugsweise auf der gesamten Länge der verseilten Drähte 1, 2.
Beim Fügen können die Materialien des ersten Drahts 1 und der mehreren zweiten Drähte 2 miteinander verschweißen, insbesondere kaltverschweißen. Die durch Fügen miteinander verbundenen Drähte 1, 2 können gezogen werden, um den Drahtdurchmesser des Verbunddrahts zu verringern und um die Materialien noch inniger miteinander zu verbinden.
Nach dem Fügen und gegebenenfalls vor oder nach dem Ziehen kann der Verbunddraht mit einer Wärmebehandlung behandelt werden. Insbesondere kann ein Glühen erfolgen, insbesondere ein Rekristallisationsglühen zur Optimierung des Materialeigenschaften des Verbunddrahts erfolgen.
Nach dem Fügen und gegebenenfalls dem Ziehen der verseilten Drähte 1, 2 entsteht so der Verbunddraht in Form eines Manteldrahts, bei dem eine innenliegende Seele 3 von einem außen liegenden Mantel 4 umgeben ist, insbesondere koaxial umgeben ist. Der Mantel 4 umschließt dabei die Seele 3. Die Seele 3 besteht aus dem Material des ersten Drahts 1. Der Mantel 4 besteht aus dem Material (oder gegebenenfalls den Materialien) der zweiten Drähte 2. Die Seele 3 und der Mantel 4 können durch Verschweißen, insbesondere durch Kaltverschweißen, miteinander verbunden sein. Ebenso können die einzelnen zweiten Drähte 2 durch Verschweißen, insbesondere durch Kaltverschweißen, miteinander zur Bildung des Mantels 4 verbunden sein.
2 zeigt den Ablauf eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens mit schematischen Querschnittansichten verschiedener Herstellungsstufen. Mehrere erste Drähte 5 aus einem ersten Material werden mit mehreren zweiten Drähten 6 eines zweiten Materials verseilt. Dabei können die ersten Drähte 1 jeweils vollständig von den zweiten Drähten 2 spiralförmig umwickelt werden. Die mit den zweiten Drähten 2 umwickelten ersten Drähte 1 können wiederum umeinander geflochten oder anderweitig verseilt werden. Das auf diese Weise verseilte Drahtbündel 7 kann aufgewickelt werden oder direkt zur weiteren Verarbeitung verwendet werden. Diese Situation ist in 2 ganz oben in der mittleren Reihe gezeigt.
In einem nächsten Verfahrensschritt kann das aus den Drähten 5, 6 verseilte Drahtbündel 7 durch einen Ziehstein 8 gezogen werden. Dadurch wird ein Verbunddraht 9 erzeugt, so wie dies in 2 durch den neben dem oberen senkrechten und dicken Pfeil dargestellten Aufbau angedeutet ist. Die Zugrichtung ist durch den waagerechten Pfeil unter dem Ziehstein 8 angedeutet. Beim Ziehen wird der Durchmesser des Drahtbündels 7 reduziert und durch die dabei auftretenden Kräfte werden die Materialien der ersten Drähte 5 und der zweiten Drähte 6 miteinander verschweißt, insbesondere miteinander Kaltverschweißt. Als Ergebnis erhält man einen kompakten Verbunddraht 9, der aus mehreren Strängen eines inneren Materials 10 und einem umschließenden Material 12 besteht. Das innere Material 10 entspricht dabei dem Material der ersten Drähte 5 und das umschließende Material 12 entspricht dem Material der zweiten Drähte 6. Diese Situation ist in 2 in der mittleren Reihe in der Mitte dargestellt. Der Verbunddraht 9 stellt im Sinne der vorliegenden Erfindung einen Manteldraht dar, bei dem mehrere innere Stränge des inneren Materials 10 koaxial von dem umschließenden Material 12 umgeben sind.
Als nächstes kann der so erzeugte Verbunddraht 9 weiter im Durchmesser reduziert (und dabei in der Länge gestreckt werden), indem ein erneutes Ziehen des Verbunddrahts 9 erfolgt. Hierzu kann der Verbunddraht 9 durch einen weiteren Ziehstein 13 mit einem geringeren Durchmesser als der Ziehstein 8 gezogen werden. Dieser Verfahrensschritt ist in 2 durch den neben dem unteren senkrechten und dicken Pfeil dargestellten Aufbau angedeutet. Die Zugrichtung ist durch den waagerechten Pfeil unter dem Ziehstein 13 angedeutet. Beim Ziehen wird der Durchmesser des Verbunddrahts 9 reduziert und durch die dabei auftretenden Kräfte können die Materialien 10, 12 des Verbunddrahts 9 fester miteinander verschweißt werden, insbesondere miteinander kaltverschweißt werden. Als Ergebnis erhält man einen kompakten gezogenen Verbunddraht 14, der wie auch der ursprüngliche Verbunddraht 9 aus mehreren Strängen eines inneren Materials 10 und einem umschließenden Material 12 besteht. Das innere Material 10 entspricht dabei dem Material der ersten Drähte 5 und das umschließende Material 12 entspricht dem Material der zweiten Drähte 6. Diese Situation ist in 2 in der mittleren Reihe unten dargestellt.
Optional können diese gezogenen Verbunddrähte 14 im Rahmen eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens, das in 3 mit schematischen Querschnittansichten gezeigt ist, weiter verarbeitet werden.
Mehrere der gezogenen Verbunddrähte 14 aus dem inneren Material 10 und dem äußeren Material können miteinander verseilt werden. Dabei können die gezogenen Verbunddrähte 14 grundsätzlich beliebig miteinander verflochten oder verwebt werden. Beispielhaft wird in 3 eine Verseilung analog der Verseilung der Drähte 5, 6 nach 2 oben gezeigt. Das auf diese Weise verseilte Drahtbündel 16 kann aufgewickelt werden oder direkt zur weiteren Verarbeitung verwendet werden. Diese Situation ist in 3 ganz oben in der mittleren Reihe gezeigt.
In einem nächsten Verfahrensschritt kann das verseilte Drahtbündel 16 durch einen Ziehstein 17 gezogen werden. Dadurch wird ein Verbunddraht 18 erzeugt, so wie dies in 3 durch den neben dem oberen senkrechten und dicken Pfeil dargestellten Aufbau angedeutet ist. Die Zugrichtung ist durch den waagerechten Pfeil unter dem Ziehstein 17 angedeutet. Beim Ziehen wird der Durchmesser des Drahtbündels 16 reduziert und durch die dabei auftretenden Kräfte werden die äußeren Materialien 12 der ersten verseilten gezogenen Verbunddrähte 14 miteinander verschweißt, insbesondere miteinander Kaltverschweißt. Als Ergebnis erhält man einen kompakten Verbunddraht 18, der aus einer großen Anzahl von Strängen des inneren Materials 10 und einem umschließenden Material 12 besteht. Diese Situation ist in 3 in der mittleren Reihe in der Mitte dargestellt. Der Verbunddraht 18 stellt im Sinne der vorliegenden Erfindung einen Manteldraht dar, bei dem mehrere innere Stränge des inneren Materials 10 koaxial von dem umschließenden Material 12 umgeben sind.
Als nächstes kann der so erzeugte Verbunddraht 18 weiter im Durchmesser reduziert (und dabei in der Länge gestreckt werden), indem ein erneutes Ziehen des Verbunddrahts 18 erfolgt. Hierzu kann der Verbunddraht 18 durch einen weiteren Ziehstein 19 mit einem geringeren Durchmesser als der Ziehstein 17 gezogen werden. Dieser Verfahrensschritt ist in 3 durch den neben dem unteren senkrechten und dicken Pfeil dargestellten Aufbau angedeutet. Die Zugrichtung ist durch den waagerechten Pfeil unter dem Ziehstein 19 angedeutet. Beim Ziehen wird der Durchmesser des Verbunddrahts 18 reduziert und durch die dabei auftretenden Kräfte können die Materialien 10, 12 des Verbunddrahts 18 fester miteinander verschweißt werden, insbesondere miteinander kaltverschweißt werden. Als Ergebnis erhält man einen kompakten gezogenen Verbunddraht 20, der wie auch der ursprüngliche Verbunddraht 9 aus mehreren Strängen eines inneren Materials 10 und einem umschließenden Material 12 besteht. Das innere Material 10 entspricht dabei noch immer dem Material der ersten Drähte 5 und das umschließende Material 12 entspricht dem Material der zweiten Drähte 6. Diese Situation ist in 3 in der mittleren Reihe unten dargestellt. Auch der Verbunddraht 20 stellt im Sinne der vorliegenden Erfindung einen Manteldraht dar, bei dem mehrere innere Stränge des inneren Materials 10 koaxial von dem umschließenden Material 12 umgeben sind.
Es ist möglich, das Verfahren, so wie es in 3 dargestellt ist, mehrfach zu wiederholen. Die Verteilung des inneren Materials 10 in dem äußeren Material 12 wird dadurch immer feinteiliger.
4 zeigt eine schematische perspektivische geschnittene Ansicht von sieben miteinander verseilten Drähten 22, 24 vor dem Fügen zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein innerer Draht 24 wird hierzu mit sechs äußeren Drähten 22 spiralförmig umwickelt, so wie das in 4 zu dargestellt ist. Die seitlichen Wandungen der äußeren Drähte 22 können dabei auf Stoß aneinander anliegen. Durch ein nachfolgendes Fügen der verseilten Drähte 22, 24 können sowohl die äußeren Drähte 22 untereinander als auch die äußeren Drähte 22 mit dem inneren Draht 24 miteinander verbunden werden. Bevorzugt werden die Drähte miteinander verschweißt, insbesondere kaltverschweißt. Auf diese Weise kann ein Verbunddraht erzeugt werden, bei dem ein Mantel aus den äußeren Drähten 22 eine Seele aus dem inneren Draht 24 umgibt. Der Aufbau ähnelt dann dem Verbunddraht, der in 1 unten gezeigt ist.
Je nach elektrischer Last bei Schleifkontakten und Umgebungsatmosphäre haben sich verschiedene Werkstoffe zur Übertragung des elektrischen Stroms bewährt. Hochkarätige Goldlegierungen eignen sich besonders zur rauscharmen Übertragung von Signalströmen. Silber-Palladium-Legierungen eignen sich aufgrund ihrer geringeren elektrischen Erosion und Abbrand zur Übertragung höherer Ströme.
Zur Erhöhung des Anwendungsspektrums bei der Übertragung elektrischer Ströme können verschiedene Werkstoffe kombiniert werden. Bei einlagiger Verseilung können die Drähte 1, 2, 5, 6 nebeneinander oder auch als mehrlagiges Schichtsystem verseilt werden. Ein mehrlagiges Schichtsystem mit unterschiedlichen Werkstoffen in einer Lage ist ebenso möglich.
Ein weiterer Vorteil der Kombination einer hochkarätigen Goldlegierung mit einer Silber-Palladium-Legierung ist ein reduzierter mechanischer Verschleiß des Kontaktschicht-Systems. Die härtere Silber-Palladium-Legierung wirkt als tragende Komponente, während eine mechanische weniger stabile Gold-Legierung die Stromführung begünstigt.
Je nach elektrischer oder auch mechanischer Belastung kann in solch einer Kombination der Kontaktwerkstoff mit entsprechend optimaler Eigenschaft zum Einsatz kommen.
Durch die Verseilung können auch Materialien mit schmierender Wirkung zur Verbesserung des Gleitverhaltens und Reduzierung des mechanischen Verschleißes eingearbeitet werden. Hierbei können zum Beispiel Kohlefasern in die Verseilung mit eingearbeitet werden. Andere Werkstoffe mit Festkörper-Schmier-Effekt wie zum Beispiel Indium sind ebenfalls möglich.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbunddrähte 9, 14, 18, 20 können als Schleifkontakte in Schleifringübertragern zur Übertragung des elektrischen Stroms bei Relativbewegung der Kontaktpartner, zum Beispiel Windkraftanlagen, Robotertechnik, Radartechnik Anwendung finden. Ferner können die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbunddrähte 9, 14, 18, 20 als Anschluss-Drähte für Thermoelemente und „Probe Needles“ zur Kontaktierung von integrierten Schaltungen auf Wafern zur Funktionsprüfung verwendet werden.
Die in der voranstehenden Beschreibung sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Draht
2: Draht
3: Seele
4: Mantel
5: Draht
6: Draht
7: Drahtbündel
8: Ziehstein
9: Verbunddraht
10: Inneres Material
12: Umschließendes Material
13: Ziehstein
14: Gezogener Verbunddraht
16: Drahtbündel
17: Ziehstein
18: Verbunddraht
19: Ziehstein
20: Gezogener Verbunddraht
22: Draht
24: Draht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0266278 A1 [0003]
US 2010/0194415 A1 [0003]
WO 2016/009293 A1 [0006]
US 2013/0099813 A1 [0006]
EP 2060921 A1 [0006]
US 2012/0286816 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Verbunddrähten (9, 14, 18, 20) aus zumindest zwei unterschiedlichen metallischen Materialien (10, 12), das Verfahren aufweisend die chronologisch nacheinander ablaufenden Schritte: A) Bereitstellen zumindest eines ersten Drahts (1, 5, 24), der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) aufweisend ein erstes metallisches Material, und Bereitstellen zumindest eines zweiten Drahts (2, 6, 22), der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) aufweisend ein zweites metallisches Material, das sich von dem ersten metallischen Material unterscheidet, B) Verseilen des zumindest einen ersten Drahts (1, 5, 24) mit dem zumindest einen zweiten Draht (2, 6, 22), wobei der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) miteinander verdrillt, geflochten oder gewebt werden oder wobei der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) um den zumindest einen ersten Draht (1, 5, 24) herum gewickelt, geflochten oder gewebt wird, C) Fügen des zumindest einen ersten Drahts (1, 5, 24) und des zumindest einen zweiten Drahts (2, 6, 22), wobei der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) ohne eine vollständig durchgängige Zwischenschicht miteinander gefügt werden, insbesondere miteinander verschweißt werden, und wobei beim Fügen der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) umgeformt wird oder der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) umgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt D) aufweist, der nach Schritt C) erfolgt: D) Ziehen des Verbunddrahts (9, 14, 18, 20), der in Schritt C) durch Fügen aus dem zumindest einen ersten Draht (1, 5, 24) und dem zumindest einen zweiten Draht (2, 6, 22) hergestellt wurde, wobei beim Ziehen der Durchmesser des gefügten Verbunddrahts (9, 14, 18, 20) verringert wird, wobei bevorzugt der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) beim Ziehen weiter miteinander gefügt werden, insbesondere miteinander verschweißen, und besonders bevorzugt beim Ziehen ein Manteldraht erzeugt wird, bei dem das zweite metallische Material das erste metallische Material umschließt, besonders bevorzugt koaxial umschließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) mehrere zweite Drähte (2, 6, 22) sind, wobei in Schritt C) die mehreren zweiten Drähte (2, 6, 22) miteinander verbunden werden, insbesondere miteinander verschweißen, und/oder der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) mehrere erste Drähte sind, wobei vorzugsweise in Schritt C) die mehreren ersten Drähte miteinander verbunden werden, insbesondere miteinander verschweißen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und/oder der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) beschichtet sind und/oder Manteldrähte oder Verbunddrähte (9, 14, 18, 20) sind, bevorzugt mit einer metallischen Schicht oder einer Graphitschicht beschichtet sind oder mit einer metallischen Schicht ummantelt sind, besonders bevorzugt mit Indium, einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Basis-Legierung beschichtet oder ummantelt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A) zumindest ein dritter metallischer Draht oder zumindest eine Kohlenstofffaser bereitgestellt wird, wobei in Schritt B) der zumindest eine dritte Draht oder die zumindest eine Kohlenstofffaser mit dem zumindest einen ersten Draht (1, 5, 24) und dem zumindest einen zweiten Draht (2, 6, 22) verseilt wird, wobei der zumindest eine dritte Draht insbesondere aus Indium, einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Basis-Legierung besteht, und wobei in Schritt C) der zumindest eine dritte Draht oder die zumindest eine Kohlenstofffaser mit dem zumindest einen ersten Draht (1, 5, 24) und dem zumindest einen zweiten Draht (2, 6, 22) gefügt werden, wobei bevorzugt in Schritt B) der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) und der zumindest eine dritte metallische Draht um den zumindest einen ersten Draht (1, 5, 24) herum gewickelt, geflochten oder gewebt werden, wobei der zumindest eine dritte metallische Draht aus einem dritten und anderen metallischen Material als das erste metallische Material und das zweite metallische Material besteht, und in Schritt C) oder nach Schritt C) ein Manteldraht erzeugt wird, bei dem das zweite metallische Material zusammen mit dem dritten metallischen Material das erste metallische Material koaxial umschließt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B) der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) um den zumindest einen ersten Draht (1, 5, 24) herum gewickelt, geflochten oder gewebt wird und in Schritt C) oder nach Schritt C) ein Manteldraht erzeugt wird, bei dem das zweite metallische Material das erste metallische Material koaxial umschließt, und/oder in Schritt A) der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und/oder der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) als Drahtbündel mit parallelen oder geflochtenen Einzeldrähten bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22) bei der Umformung während des Fügens in Schritt C) miteinander Kaltverschweißen, wobei bevorzugt das erste metallische Material und das zweite metallische Material miteinander verschweißen oder eine Beschichtung des zumindest einen ersten Drahts (1, 5, 24) mit dem zumindest einen zweiten metallischen Material kaltverschweißt oder eine Beschichtung des zumindest einen zweiten Drahts (2, 6, 22) mit dem zumindest einen ersten metallischen Material kaltverschweißt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Draht (1, 5, 24) und der zumindest eine zweite Draht (2, 6, 22), und bevorzugt auch zumindest ein gegebenenfalls vorhandener dritter Draht, auf ihrer gesamten Länge miteinander gefügt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbunddrähte (9, 14, 18, 20), die mit den Schritten A), B) und C) und gegebenenfalls Schritt D) nach einem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt wurden, anschließend miteinander verseilt werden, insbesondere miteinander verdrillt, geflochten oder verwoben werden, wobei anschließend die verseilten Verbunddrähte (16) miteinander gefügt und verschweißt werden und bevorzugt zu einem dünneren Durchmesser gezogen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt C) und gegebenenfalls in Schritt D) nach oder während dem Fügen eine Wärmebehandlung erfolgt, bevorzugt nach dem Fügen ein Glühen, insbesondere ein Rekristallisationsglühen, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste metallische Material Kupfer oder eine Kupfer-Basis-Legierung ist, insbesondere eine CuBe2-Legierung oder eine Kupfer-Silber-Legierung mit bis zu 30 Gew% Silber und mit bis zu 5 Gew% anderen Metallen, und/oder das zweite metallische Material ein Edelmetall oder eine Edelmetall-Basis-Legierung ist, insbesondere Gold, Platin, Palladium oder eine Gold-Basis-Legierung, eine Platin-Basis-Legierung, eine Palladium-Basis-Legierung, eine Gold-Palladium-Legierung oder eine PdAgCu-Legierung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen in Schritt C) durch Hämmern, Walzen und/oder Verschweißen oder durch magnetisches Impulsfügen erfolgt.
Verbunddraht (9, 14, 18, 20) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verbunddraht (9, 14, 18, 20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbunddraht (9, 14, 18, 20) zumindest zwei metallische Materialien (10, 12) aufweist, wobei die zumindest zwei metallischen Materialien (10, 12) miteinander verseilt sind und/oder ein erstes Material der zumindest zwei Materialien (10, 12) um ein zweites der zumindest zwei Materialien (10, 12) herum angeordnet ist, und wobei die zumindest zwei metallischen Materialien (10, 12) durch mechanischen Druck miteinander gefügt und verbunden sind.
Schleifkontakt oder Prüfnadel hergestellt aus einem Verbunddraht (9, 14, 18, 20) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der Schleifkontakt oder die Prüfnadel ein Abschnitt des Verbunddrahts (9, 14, 18, 20) ist.