DE1103709B

DE1103709B - Verfahren zum Herstellen von Halbzeug aus Kupfer durch elektrolytische Abscheidung

Info

Publication number: DE1103709B
Application number: DEE14529A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Carl Hermann Weeber; Dipl-Ing Dr Hermann Schunck
Original assignee: ELMORE S METALL AG
Current assignee: ELMORE S METALL AG
Priority date: 1957-08-12
Filing date: 1957-08-12
Publication date: 1961-03-30
Also published as: US2975110A; CH365226A; GB868286A; FR1200988A

Description

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches rationelles Verfahren zu entwickeln, mit dem man nach dem bekannten Elmore-Verfahren, mit welchem bis jetzt nur Hohlzylinder hergestellt wurden, Vollzylinder herstellen kann, welche sich zur direkten Weiterverarbeitung zu Halbzeug auf der Strangpresse eignen, so daß das Umschmelzen des nach dem Elmore-Verfahren hergestellten Kupfermaterials und sein Vergießen zu Blöcken und Brammen unterbleiben kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren erhält dadurch eine besondere technische Bedeutung, daß das nach dem Elmore-Verfahren hergestellte Kupfermaterial ohne weitere Nachbehandlung eine ungewöhnlich hohe elektrische Leitfähigkeit von 59 bis 60 Siemenseinheiten (Ohm"¹ mm-²·m) besitzt, besonders rein ist und gute mechanische Eigenschaften zeigt.

Die hohe elektrische Leitfähigkeit ist für die Herstellung von elektrischen Apparaten, z. B. Dynamomaschinen, Motoren, Transformatoren usw., von Bedeutung, bei der man sich bis jetzt mit Kupfermaterial von 57 bis 58 SE begnügen mußte. Zum Beispiel kann man infolge der hohen Leitfähigkeit nicht nur die Leiterquerschnitte kleiner, sondern auch dementsprechend die Eisenwege kürzer machen. Man kann aber dadurch auch noch andere Vorteile, z. B. auf dem Gebiet der Hochfrequenztechnik, erzielen, welche den elektrotechnischen Fachleuten bekannt sind.

Die große Reinheit und das sehr homogene Gefüge bei guten mechanischen Werten ist z. B. beim Bau von chemischen Apparaten von Bedeutung.

Die günstigen Eigenschaften des Elmore-Kupfers würden aber verlorengehen, wenn man das Material einschmelzen und zu Bolzen, Brammen u. dgl. vergießen müßte.

Das Elmore-Verfahren beruht darauf, daß während der elektrolytischen Abscheidung eine Achat- oder Glaskugel unter einem kleinen Druck von etwa 1 kg (auf einer Fläche von etwa 5 bis 10 mm², spezifischer Druck 0,1 bis 0,2 kg/mm²) über das Material gleitet. Dadurch erfolgt die Materialabscheidung in einer besonders günstigen feinkörnigen Form, welche die hohen Werte der elektrischen Leitfähigkeit, die große Reinheit und die guten mechanischen Eigenschaften bewirkt. Der genaue Mechanismus, durch welchen die *5 günstige Steuerung des Kristallwachstums erfolgt, ist nicht bekannt, eine Kaltverformung kommt bei dem niedrigen spezifischen Druck nicht in Frage. Das Kupfer wird auf einen leitenden, besonders präparierten Kathodenkern, der sich nach der Beendigung der Elektrolyse wieder herausziehen läßt, niedergeschlagen. Da das Kupfergewicht, das man in der Zeiteinheit niederschlagen kann, der Rohroberfläche proportional ist, ist nur die Herstellung von Rohren mit größerem Durch-

von Halbzeug aus Kupfer

durch elektrolytische Abscheidung

Anmelder:

Elmore's Metall -Aktiengesellschaft,
Schladern/Sieg

Dipl.-Ing. Carl Hermann Weeber, Schladern/Sieg,

und Dipl.-Ing. Dr. Hermann Schuncfc, Bonn,

sind als Erfinder genannt worden

messer wirtschaftlich. Die Herstellung von engen Rohren, die in Arndt, Technische Elektrochemie, 1929, S. 383/384, erwähnt wird, ist nach dem heutigen Stand der Technik unwirtschaftlich und wird daher in der Praxis auch nicht durchgeführt.

Außer dem Elmore-Verfahren sind auch noch andere Verfahren bekannt, um auf elektrolytischem Weg Kupferrohre oder auch Kupferstangen herzustellen. Auch nach diesen Verfahren ist nur die Herstellung von Rohren oder Stangen mit größerem Durchmesser wirtschaftlich. Diese Verfahren unterscheiden sich vom Elmore-Verfahren dadurch, daß die Rohre in- oder außerhalb des Elektrolysebades partiell, z. B. auf einer Spirallinie, unter hohem Druck kalt verformt werden, wobei durch eine anschließende Glühung eine Verfeinerung des ursprünglich groben Korns erreicht werden soll. Demgegenüber weist das Elmore-Verfahren, das beim erfindungsgemäßen Verfahren angewendet wird, den Vorteil auf, daß die dichte Struktur des Kupfermaterials bereits während der elektrolytischen Abscheidung ohne Nachbehandlung erreicht wird.

Die Herstellung von elektrischem Leitungsmaterial, z. B. für elektrische Maschinen, Transformatoren, Kabel, Spulen für Induktionsheizungen u. dgl., ist sowohl aus elektrolytisch hergestellten Rohren oder Stangen als auch aus Blöcken, Brammen oder Drahtbarren usw. möglich, die durch Gießen aus geschmolzenem Elektrolytkupfer hergestellt wurden. Das letztere Verfahren ist bei weitem das billigste, und daher werden mindestens 99% allen Kupferhalbzeugs bisher auf diesem Weg hergestellt. Nur unter besonderen Umständen, wie ungewöhnlich große Durchmesser und

109 538/481

Wandstärken, große Stückgewichte ohne Schweißnähte, kommt die elektrolytische Herstellung in Frage. Eine neue Grundlage für die elektrolytische Herstellung ergab nun die Feststellung, daß die nach dem Elmore-Verfahren hergestellten Kupferzylinder eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit haben als die durch Gießen aus geschmolzenem Elektrolytkupfer hergestellten Bolzen, Brammen und Drahtbarren.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand daher darin, ein Verfahren ausfindig zu machen, das für die Elmore-Elektrolyse genügend große Durchmesser ergibt, andererseits Formate liefert, die mit den vorhandenen Einrichtungen zu Profilen, Drähten, Bändern und Blechen weiterverarbeitet werden können.

Erfindungsgemäß kann das auf folgendem Weg erreicht werden:

Aus einem in üblicher Weise nach dem Elmore-Verfahren erhaltenen Hohlzylinder bzw. Rohr von möglichst großer Wandstärke werden Längsstreifen ausgeschnitten, die z. B. durch Abdrehen abgerundet und als Kathodenkerne nach dem gleichen Verfahren weiterverkupfert werden, worauf sie durch Strangpressen zu Stangen und weiter durch Ziehen zu elektrischem Leitungsdraht verarbeitet werden.

An Stelle von einem Längsstreifen aus einem Hohlzylinder geht man insbesondere bei der kontinuierlichen Herstellung von Halbzeug aus Kupfer von einem Vollzylinder aus reinem Elmore-Kupfer aus, der aus einem Vollzylinder von größerem Durchmesser durch Reduktion auf einer Strangpresse oder einem Reduzierwalzwerk hergestellt worden ist. Auf diesen Kern wird nach dem Elmore-Verfahren Kupfer aufgetragen, bis ein Vollzylinder von wesentlich größerem Durchmesser entstanden ist.

Von diesem wird ein dem Kernvolumen entsprechender Teil in der Strangpresse oder dem Reduzierwalzwerk wieder auf den Durchmesser des Kathodenkerns reduziert, um daraus Kathodenkerne für die weitere elektrolytische Herstellung von Vollzylindern zu erhalten. Der andere Teil, der das in der Elektrolyse auf den Ausgangskern aufgetragene Material darstellt, dient zur Herstellung des Halbzeugs, z. B. für Stangen, Rohre, Walzplatinen oder Profile, durch Bearbeitung auf einer Strangpresse.

Ganz allgemein kann man das neue Verfahren zur Herstellung von elektrischem Leitungsmaterial überall da anwenden, wo aus dem unter mechanischer Oberflächenbehandlung erhaltenen Elektrolytkupfer die direkte Herstellung von Leitermaterial möglich ist und hohe Leitfähigkeitswerte verlangt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten elektrischen Leiter haben erhebliche technische Bedeutung, da es hiermit erstmals gelungen ist, die Leitfähigkeit des reinen Kupfers in der Praxis voll auszunutzen. Seit Jahrzehnten war man der Ansicht, daß für technische Zwecke die Leitfähigkeit des Kupfers nicht über 58 SE gesteigert werden könnte. Es ist daher überraschend, daß es auf die erfindungsgemäße, einfache Weise gelingt, Leitermaterial herzustellen, das diesen als Optimum angesehenen Wert bis zu mehr als 2 Einheiten vermehrt. Durch Anwendung des neuen Verfahrens gelingt es, elektrische Leiter zu erhalten, die der Leitfähigkeit des Silbers mit etwa 62 SE nahekommen, wodurch eine bedeutende Materialersparnis bei elektrischem Leitungsmaterial erreicht werden kann, zugleich mit einer Vereinfachung der Herstellung. Durch Venvendung des erfindungsgemäß erhaltenen Leitermaterials mit hoher Leitfähigkeit läßt sich daher bei gleichbleibender Strombelastung eine Verringerung des Drahtquerschnitts bis zu 5% erreichen, wodurch sich erhebliche Verringerungen des Gewichts, z. B. bei Transformatoren, erreichen lassen, da man hierbei auch das Gewicht der Eisenteile vermindern kann. Da der Umschmelzungsvorgang bei der Herstellung des elektrischen Leitermaterials in Fortfall kommt, sind die damit verbundenen Gefahren der Verunreinigung, z. B. durch Aufnahme von Sauerstoff oder Material aus den Schmelztiegeln, mit Sicherheit ausgeschaltet. Bei der technischen Durchführung des Schmelzens von Kupfer läßt sich nämlich eine solche Verunreinigung nie ganz vermeiden. Geringe Spuren anderer Substanzen können aber bereits eine merkliche Verschlechterung der Leitfähigkeit verursachen.

Beispiel 1

Aus einem in üblicher Weise nach dem Elmore-Verfahren hergestellten Hohlzylinder von 600 mm lichter Weite, einem Außendurchmesser von 840 mm und einer Länge von 4 m werden Segmente herausgeschnitten, welche auf einer Drehbank als Vollzylinder auf einen Durchmesser von etwa 120 mm abgedreht werden.

Die so erhaltenen Vollzylinder werden nun in der Elektrolyse als rotierende Kathodenkerne angeordnet und auf ihnen unter kontinuierlicher Glättung der Oberfläche so lange Kupfer aufgetragen, bis ihre Durchmesser dem Strangpressenrezipienten entsprechen, der eine Weite von 200 mm aufweisen möge. Die Vollzylinder werden in Längen, die für die Strangpresse passen, z. B. von 600 mm, zerschnitten und auf der Strangpresse und gegebenenfalls durch Ziehen zu der gewünschten Form reduziert.

Beispiel 2

Für die kontinuierliche Durchführung des Verfahrens werden die nach Beispiel 1 erhaltenen 600 mm langen Vollzylinder auf der Strangpresse auf 140 mm Durchmesser und 1220 mm Länge reduziert und diese Vollzylinder als Kathodenkern für die erneute Kupferabscheidung verwendet. Die daraus erfindungsgemäß erhaltenen Vollzylinder mit größeren Durchmessern werden wieder in Längen, die für die Verarbeitung passen, zerschnitten. Ein Teil wird erneut für die Herstellung des Kathodenkerns für nachfolgende elektrolytische Abscheidung verwendet, während der andere Teil für die Strangpresse zur Herstellung von Halbzeug, wie Stangen, Rohre mit rundem oder anderem Querschnitt, Walzplatinen, Drahtbarren od. dgl., zur Verfügung steht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbzeug aus Kupfer durch elektrolytische Abscheidung, wobei der Kupferniederschlag während der Abscheidung durch Achate geglättet wird (Elmore-Verfahren), dadurch gekennzeichnet, daß aus einem auf diese Weise hergestellten dickwandigen Rohr Längs-

^ßo streifen aus der Wand geschnitten werden, die abgerundet und als Kathodenkern nach dem gleichen Verfahren weiter verkupfert werden, worauf sie durch Strangpressen zu Stangen und weiter durch Ziehen zu elektrischem Leitungsdraht verarbeitet werden.

2. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem durch Strangpressen oder Schrägwalzen erhaltenen Vollzylinder aus Elmore-Kupfer als Kathodenkern weiteres Kupfer nach dem Elmore-Verfahren auf-

5 6

getragen wird, bis ein Vollzylinder von wesentlich Herstellung von Vollzylindern verwendet wird,

größerem Durchmesser entstanden ist, der dann während der andere Teil zu Halbzeug verarbeitet

verarbeitet wird. wird.

3. Kontinuierliche Durchführung des Verfahrens

nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

5 In Betracht gezogene Druckschriften:

erhaltene Vollzylinder oder ein Teil davon durch Arndt, Technische Elektrochemie, 1929,

Strangpressen oder Walzen wieder auf den Aus- S. 383/384;

gangsdurchmesser reduziert wird, daraus ein Teil Curtis, High-frequency Induction Heating, 1950,

als Kathodenkerne für die weitere elektrolytische S. 20.

ι 109 538/481 3.61