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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Leiter eines elektrischen Drahts
und einen isolierten Draht, und im Einzelnen betrifft sie einen
Leiter eines elektrischen Drahts und einen isolierten Draht, die
sich als elektrische Drähte im Automobilsektor eignen.
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STAND DER TECHNIK
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Als üblicher
Isolierdraht in Fahrzeugen wie Automobilen und in elektrischen/elektronischen
Geräten wird verbreitet ein isolierter Draht verwendet,
der einen Leiter enthält, der durch Verlitzen einer Vielzahl
von Elementdrähten aus Reinkupfer, wie Garkupfer, hergestellt
ist.
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In
letzter Zeit hat sich die Leistung von Fahrzeugen, wie Automobilen,
und von elektrischen/elektronischen Geräten rasch verbessert,
wodurch die Anzahl der vielen dort verwendeten Steuerkreise und
anderen Komponenten zunimmt, und gleichzeitig mit dieser Zunahme
nimmt auch die Anzahl der dort verwendeten Isolierdrähte
zu.
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Auf
dem Automobilsektor ist unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung
eine Verringerung des Gewichts der Fahrzeuge erwünscht.
Als Beitrag zur Verringerung des Gewichts der Fahrzeuge wurde daher versucht,
das Gewicht der Isolierdrähte zu verringern. Eine Veringerung
des Gewichts eines üblichen Isolierdrahts wurde beispielsweise
dadurch erreicht, dass der Durchmesser des in ihm enthaltenen Leiters
verkleinert wurde, weil der übliche Isolierdraht eine ausreichende
Strombelastbarkeit hat.
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Problematisch
ist jedoch, dass die Festigkeit des Isolierdrahts abnimmt, wenn
man den Durchmesser des Leiters verkleinert. Folglich wurde versucht,
die Festigkeit des Isolierdrahts einschließlich des Leiters
mit geringerem Durchmesser zu verbessern.
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In
der ungeprüften
japanischen
Offenlegungsschrift 2004-207079 wird beispielsweise ein
Leiter für einen elektrischen Draht in Automobilen offenbart,
der durch Verlitzen einer Vielzahl von Elementdrähten aus Edelstahl
in Kombination mit einem Elementdraht aus Kupfer hergestellt wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
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Wenn
jedoch der durch Verlitzen der Elementdrähte aus Edelstahl
in Kombination mit dem Elementdraht aus Kupfer hergestellte Leiter über
längere Zeit Feuchtigkeit ausgesetzt ist, kann es in dem
Leiter zur Bimetallkorrosion kommen. Außerdem lassen sich
der Edelstahl und das Kupfer in dem Leiter bei einer Wiederverwertung
des Isolierdrahts nur schwer trennen, weil Edelstahl und Kupfer
in dem Leiter Eisenmaterial bzw. Nichteisenmetallmaterial sind,
so dass das Problem auftritt, dass der Isolierdraht schwer als Eisenmaterial
wiederzuverwerten ist. Gleichzeitig tritt das Problem auf, dass
sich der Isolierdraht wegen des geringen Reinheitsgrads des Nichteisenmetalls
auch nur schwer als Nichteisenmetall wiederverwerten lässt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Leiter für
einen elektrischen Draht und einen Isolierdraht bereitzustellen,
die ein ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit haben und
sehr gut wiederzuverwerten sind, und die Festigkeit des Leiters
und des Isolierdrahts zu verbessern, die durch die Verringerung
des Gewichts und die Reduktion des Durchmessers abnimmt.
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MITTEL ZUR LÖSUNG
DES PROBLEMS
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Zur
Lösung dieser Aufgaben und entsprechend dem Zweck der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Leiter gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Litzendraht,
der einen ersten Elementdraht aus Reinkupfer und einen zweiten Elementdraht
aus einer Kupferlegierung umfasst.
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In
diesem Fall liegt die Querschnittsfläche des ersten Elementdrahts
prozentual zur Querschnittsfläche des Leiters zweckmäßig
im Bereich von 10 bis 90%.
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Die
Kupferlegierung hat vorzugsweise einen Ni-Gehalt von 1,5 bis 4,0
Masse-%, einen Si-Gehalt von 0,4 bis 0,6 Masse-% und enthält
als Rest im Wesentlichen Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.
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Alternativ
enthält die Kupferlegierung vorzugsweise ein oder mehr
Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend
aus Sn, Ag, Mg und Zn, wobei der Gesamtgehalt der ein oder mehr
Elemente 0,15 bis 1,0 Masse-% beträgt, und als Rest im
Wesentlichen Cu und unvermeidbare Verunreinigungen.
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Der
Leiter wird besonders bevorzugt in einem Dünndraht verwendet,
dessen Leiter eine Querschnittsfläche von 0,5 mm2 oder weniger hat.
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Der
Leiter kann außerdem konzentrisch verdichtet sein.
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Ein
Isolierdraht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst den oben beschriebenen Leiter.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Der
Leiter gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der den Litzendraht aus dem ersten Elementdraht
aus Reinkupfer und dem zweiten Elementdraht aus Kupferlegierung
umfasst, hat im Vergleich mit einem herkömmlichen Leiter,
der einen Litzendraht nur aus Elementdrähten aus Reinkupfer
enthält, eine bessere Festigkeit. Folglich lässt
sich die durch die Verringerung des Gewichts und die Reduktion des
Durchmessers verminderte Festigkeit des Leiters gemäß der
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verbessern. Weil Reinkupfer außerdem eine bessere elektrische
Leitfähigkeit als eine Kupferlegierung hat, kann die zulässige
Strombelastung des Leiters der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung höher sein, weil der Leiter
einen geringeren Leiterwiderstand hat als ein Leiter, der einen
Litzendraht nur aus Elementdrähten aus Kupferlegierung
enthält.
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Die
Differenz im Normalpotenzial des Reinkupfers, aus dem der erste
Elementdraht hergestellt wird, und der Kupferlegierung, aus der
der zweite Elementdraht hergestellt wird, ist klein, so dass es
selbst dann, wenn der Leiter über längere Zeit
Feuchtigkeit ausgesetzt ist, nicht ohne Weiteres zu einer Bimetallkorrosion kommt,
und dementsprechend besitzt der Leiter eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
Da der erste Elementdraht und der zweite Elementdraht außerdem
jeweils aus einem Material auf Basis von Kupfer bestehen, kann der
Leiter ohne Trennung als Material auf Kupfergrundlage wieder aufbereitet
werden, und dementsprechend lässt sich der Leiter sehr
gut wiederverwerten.
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Wenn
die Querschnittsfläche des ersten Elementdrahts prozentual
zur Querschnittsfläche des Leiters im Bereich von 10 bis
90% liegt, hat der Leiter in diesem Fall den Vorteil, dass er bessere
Festigkeit und ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit
hat.
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Wenn
die Kupferlegierung einen Ni-Gehalt von 1,5 bis 4,0 Masse-%, einen
Si-Gehalt von 0,4 bis 0,6 Masse-% und als Rest im Wesentlichen Cu
und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, hat der Leiter
den Vorteil, dass er bessere Festigkeit und ausgezeichnete elektrische
Leitfähigkeit hat.
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Wenn
die Kupferlegierung alternativ ein oder mehr Elemente enthält,
die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Ag,
Mg und Zn, wobei der Gesamtgehalt der ein oder mehr Elemente 0,15
bis 1,0 Masse-% beträgt, und der Rest im Wesentlichen Cu
und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, hat der Leiter
den Vorteil, dass er bessere Festigkeit und ausgezeichnete elektrische
Leitfähigkeit hat.
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Da
der Leiter in einem Dünndraht verwendet werden kann, dessen
Leiter eine Querschnittsfläche von 0,5 mm2 oder
weniger hat, lässt sich das Gewicht des Isolierdrahts,
beispielsweise im Automobilsektor, verringern.
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Wenn
der Leiter außerdem konzentrisch verdichtet ist, ist der
Abstand zwischen den Elementdrähten kleiner. Bei gleichem
Querschnitt lässt sich also der Durchmesser des verdichteten
Leiters verringern.
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Da
der Isolierdraht gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung also den oben beschriebenen Leiter enthält,
hat der Isolierdraht eine hohe Festigkeit und ist gegen Abnutzung
durch Korrosion beständig. Deshalb wird der Isolierdraht
zweckmäßig als Dünndraht verwendet, dessen
Leiter beispielsweise eine Querschnittsfläche von 0,5 mm2 oder weniger hat. Daher kann die Verwendung
des Isolierdrahts beispielsweise im Automobilsektor zur Verringerung
des Gewichts der Fahrzeuge beitragen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A bis 1D sind
Schnittansichten von Leitern gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Leiter
jeweils aus sieben Elementdrähten bestehen;
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2A bis 2D sind
Schnittansichten von Leitern gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Leiter
aus neunzehn Elementdrähten bestehen;
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3A bis 3D sind
Schnittansichten der in 1A bis 1D gezeigten
Leiter, wobei die Leiter konzentrisch verdichtet sind; und
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4A bis 4C sind
Schnittansichten von Leitern gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Leiter
konzentrisch verdichtet sind.
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BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Es
folgt nun eine ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. In der folgenden Beschreibung gibt der
Prozentsatz des Gehalts eines jeden einzelnen Elements Masse-% an.
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Der
Leiter gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hergestellt, indem man einen ersten
Elementdraht aus Reinkupfer und einen zweiten Elementdraht aus einer
Kupferlegierung verlitzt. Der Leiter besteht aus ein oder mehr ersten
Elementdrähten und ein oder mehr zweiten Elementdrähten.
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Das
Reinkupfer, aus dem der erste Elementdraht besteht, hat eine Reinheit
von 99,9% oder mehr, und Beispiele hierfür sind Garkupfer,
sauerstofffreies Kupfer und phosphordesoxidiertes Kupfer. Dabei
ist Garkupfer wegen seines niedrigen Preises bevorzugt, und sauerstofffreies
Kupfer ist deswegen bevorzugt, weil es nicht so leicht zur Wasserstoffversprödung
führt, weil das Kupfer nur eine winzige Menge Sauerstoff
enthält.
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Als
erster Elementdraht aus Reinkupfer wird vorzugsweise ein Kupferdraht
nach JIS C3102 für elektrische Verwendungszwecke
verwendet.
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Die
Kupferlegierung, aus der der zweite Elementdraht besteht, unterliegt
keiner besonderen Einschränkung, und Beispiele sind eine
Cu-Ni-Si-Legierung und eine Kupferlegierung, die Sn, Ag, Mg oder
Zn enthält.
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Die
Cu-Ni-Si-Legierung hat vorzugsweise einen Ni-Gehalt von 1,5 bis
4,0%, einen Si-Gehalt von 0,4 bis 0,6% und als Rest im Wesentlichen
Cu und unvermeidbare Verunreinigungen. Besonders bevorzugt hat die
Cu-Ni-Si-Legierung einen Ni-Gehalt von 2,0 bis 3,0% und einen Si-Gehalt
von 0,4 bis 0,6%.
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Wenn
nämlich der Ni-Gehalt kleiner als 1,5% ist oder der Si-Gehalt
kleiner als 0,4% ist, kann der Vorteil der besseren Festigkeit des
Leiters verschwinden. Wenn andererseits der Ni-Gehalt größer
als 4,0% ist oder der Si-Gehalt größer als 0,6%
ist, kann der Leiterwiderstand des Leiters zunehmen, so dass die
zulässige Strombelastung des den Leiter enthaltenden Drahts
abnehmen kann und der Draht dementsprechend nicht ohne Weiteres
als Leistungsdraht verwendet werden kann.
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Die
Sn, Ag, Mg oder Zn enthaltende Kupferlegierung kann nur eines dieser
metallischen Elemente enthalten und als Rest im Wesentlichen Cu
und unvermeidbare Verunreinigungen. Alternativ kann die Kupferlegierung
mehr als eines dieser metallischen Elemente enthalten und als Rest
im Wesentlichen Cu und unvermeidbare Verunreinigungen. Der Gesamtgehalt
der der Kupferlegierung zugesetzten ein oder mehr metallischen Elemente
liegt vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 1,0 Masse-%.
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Wenn
nämlich der Gesamtgehalt kleiner als 0,15 Masse-% ist,
kann der Vorteil der besseren Festigkeit des Leiters verschwinden.
Wenn der Gesamtgehalt andererseits größer als
1,0 Masse-% ist, kann der Leiterwiderstand des Leiters zunehmen,
so dass die zulässige Strombelastung des den Leiter enthaltenden
Drahts abnehmen kann und der Draht dementsprechend nicht ohne Weiteres
als Leistungsdraht verwendet werden kann.
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Der
Leiter ist eine Kombination aus einem ersten Elementdraht und einem
zweiten Elementdraht. Wenn der Anteil des Elementdrahts aus Reinkupfer
in der Kombination größer ist, lässt
sich die elektrische Leitfähigkeit des Leiters ohne Weiteres
verbessern, während die Festigkeit des Leiters abnehmen
kann. Wenn andererseits der Anteil des zweiten Elementdrahts aus
der Kupferlegierung in der Kombination größer
ist, nimmt leicht die Festigkeit des Leiters zu, während
seine elektrische Leitfähigkeit abnehmen kann. Folglich kombiniert
man die ersten und zweiten Elementdrähte vorzugsweise so,
dass sowohl die elektrischen Leitfähigkeit als auch der
Vorteil der besseren Festigkeit berücksichtigt werden.
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Der
Anteil des ersten Elementdrahts wird durch die Querschnittsfläche
des ersten Elementdrahts prozentual zur Querschnittsfläche
des Leiters ausgedrückt. Die Querschnittsfläche
des ersten Elementdrahts gibt die Querschnittsfläche der
ein oder mehr ersten Elementdrähte insgesamt an.
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Die
Querschnittsfläche des ersten Elementdrahts prozentual
zur Querschnittsfläche des Leiters liegt vorzugsweise im
Bereich von 10 bis 90% und besonders bevorzugt im Bereich von 40
bis 70%. Wenn nämlich die Querschnittsfläche des
ersten Elementdrahts prozentual zur Querschnittsfläche
des Leiters kleiner als 10% ist, kann der Leiterwiderstand des Leiters
zunehmen, so dass die zulässige Strombelastung des den
Leiter enthaltenden Drahts abnehmen kann und der Draht dementsprechend
nicht ohne Weiteres als Leistungsdraht verwendet werden kann.
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Wenn
der Anteil andererseits größer als 90% ist, kann
der Vorteil der besseren Festigkeit des Leiters verschwinden.
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Der
Leiter hat unter Berücksichtigung einer zulässigen
Strombelastung des Drahts, wenn er beispielsweise als Leistungsdraht
verwendet wird, vorzugsweise eine elektrische Leitfähigkeit
von 45% IACS oder mehr. Außerdem hat der Leiter unter Berücksichtigung
der Festigkeit des Leiters vorzugsweise eine Zugfestigkeit von 300
MPa oder mehr und eine Bruchdehnung von 5% oder mehr.
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Die
Querschnittsfläche des gesamten Leiters unterliegt keiner
besonderen Einschränkung und beträgt vorzugsweise
0,5 mm2 oder weniger. Durch Reduktion des
Durchmessers des Leiters lässt sich nämlich eine Verringerung
des Gewichts erreichen. Außerdem kann die Festigkeit wegen
des Vorteils der besseren Festigkeit auch bei kleinerem Durchmesser
erhalten bleiben. Es ist zu beachten, dass 0,5 mm2 eine
nominale Querschnittsfläche ist.
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Die
Anzahl der Elementdrähte und die Querschnittsfläche
eines jeden Elementdrahts unterliegen keiner besonderen Einschränkung.
Wesentlich ist nur, dass Anzahl und Querschnittsfläche
wie oben beschrieben unter Berücksichtigung des Anteils
des ersten Elementdrahts gewählt werden sollten, und dann
sollten die ersten und zweiten Elementdrähte miteinander
kombiniert werden.
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Wenn
zwei oder mehr zweite Elementdrähte in dem Leiter enthalten
sind, können die zweiten Elementdrähte gleichartig
sein und aus Kupferlegierungen mit derselben Zusammensetzung bestehen,
oder die zweiten Elementdrähte können unterschiedliche
Elementdrähte sein, die aus Kupferlegierungen unterschiedlicher Zusammensetzung
bestehen.
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Als
nächstes folgt nun unter Bezug auf die 1A bis 4C eine
Beschreibung speziellerer Leiteraufbauten. Im Übrigen ist
in den 1A bis 4C vorauszusetzen,
dass die Querschnittsflächen der ersten Elementdrähte
und der zweiten Elementdrähte alle gleich groß sind.
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In
den 1A bis 1D sind
Leiter gezeigt, die jeweils aus sieben Elementdrähten bestehen.
In diesem Fall ist es nur wesentlich, dass jeder Leiter wenigstens
einen ersten Elementdraht und wenigstens einen zweiten Elementdraht
enthält. Bevorzugt enthält jeder Leiter zwei bis
fünf erste Elementdrähte.
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Der
in 1A gezeigte Leiter 10a ist eine Kombination
aus fünf ersten Elementdrähten 12 und
zwei zweiten Elementdrähten 14. Die ersten Elementdrähte 12 sind
in der Mitte angeordnet, und die zweiten Elementdrähte 14 sind
symmetrisch zu den ersten Elementdrähten 12 angeordnet.
Der in 1B gezeigter Leiter 10b ist
eine Kombination aus vier ersten Elementdrähten 12 und
drei zweiten Elementdrähten 14. Einer der ersten
Elementdrähte 12 ist in der Mitte angeordnet,
und die anderen drei ersten Elementdrähte 12 und
die drei zweiten Elementdrähte 14 sind abwechselnd
so angeordnet, dass sie den ersten Elementdraht 12 in der Mitte
umgeben.
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Der
in 1C gezeigte Leiter 10c ist eine Kombination
aus drei ersten Elementdrähten 12 und vier zweiten
Elementdrähten 14. Einer der zweiten Elementdrähte 14 ist
in der Mitte angeordnet, und die drei ersten Elementdrähte 12 und
die anderen drei zweiten Elementdrähte 14 sind
abwechselnd so angeordnet, dass sie den zweiten Elementdraht 14 in
der Mitte umgeben. Der in 1D gezeigte
Leiter 10d ist eine Kombination aus einem ersten Elementdraht 12 und
sechs zweiten Elementdrähten 14. Der erste Elementdraht 12 ist
in der Mitte angeordnet, und die sechs zweiten Elementdrähte 14 sind
so angeordnet, dass sie den ersten Elementdraht 12 in der
Mitte umgeben.
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In
den 2A bis 2D sind
Leiter gezeigt, die jeweils aus neunzehn Elementdrähten
bestehen. Es ist nur wesentlich, dass jeder Leiter wenigstens zwei
erste Elementdrähte 12 und wenigstens zwei zweite
Elementdrähte 14 enthält. Bevorzugt enthält
jeder Leiter sechs bis fünfzehn erste Elementdrähte.
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Der
in 2A gezeigte Leiter 20a ist eine Kombination
aus fünfzehn ersten Elementdrähten 12 und vier
zweiten Elementdrähten 14. Einer der zweiten Elementdrähte 14 ist
in der Mitte angeordnet, drei der ersten Elementdrähte 12 und
die anderen drei zweiten Elementdrähte 14 sind
abwechselnd so angeordnet, dass sie den zweiten Elementdraht 14 in
der Mitte umgeben, und die anderen zwölf ersten Elementdrähte 12 sind
so angeordnet, dass sie wiederum diese ersten und zweiten Elementdrähte 12 und 14 umgeben.
Der in 2B gezeigte Leiter 20b ist
eine Kombination aus dreizehn ersten Elementdrähten 12 und
sechs zweiten Elementdrähten 14. Einer der ersten
Elementdrähte 12 ist in der Mitte angeordnet,
die sechs zweiten Elementdrähte 14 sind so angeordnet,
dass sie den ersten Elementdraht 12 in der Mitte umgeben,
und die anderen zwölf ersten Elementdrähte 12 sind
so angeordnet, dass sie wiederum diese zweiten Elementdrähte 14 umgeben.
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Der
in 2C gezeigte Leiter 20c ist eine Kombination
aus zwölf ersten Elementdrähten 12 und
sieben zweiten Elementdrähten 14. Einer der zweiten
Elementdrähte 14 ist in der Mitte angeordnet,
die anderen sechs zweiten Elementdrähte 14 sind
so angeordnet, dass sie den zweiten Elementdraht 14 in
der Mitte umgeben, und die zwölf ersten Elementdrähte 12 sind
so angeordnet, dass sie wiederum diese zweiten Elementdrähte 14 umgeben.
Der in 2D gezeigte Leiter 20d ist
eine Kombination aus sechs ersten Elementdrähten 12 und
dreizehn zweiten Elementdrähten 14. Einer der
zweiten Elementdrähte 14 ist in der Mitte angeordnet, sechs
der zweiten Elementdrähte 14 sind so angeordnet,
dass sie den zweiten Elementdraht 14 in der Mitte umgeben,
und die sechs ersten Elementdrähte 12 und die
anderen sechs zweiten Elementdrähte 14 sind abwechselnd
so angeordnet, dass sie wiederum diese zweiten Elementdrähte 14 umgeben.
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Außerdem
kann der Leiter konzentrisch verdichtet sein. Die konzentrische
Verdichtung kann vorzugsweise erfolgen, indem man den Leiter in
verlitztem Zustand durch eine Verdichtungsdüse laufen lässt.
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In
den 3A bis 3D sind
Leiter gezeigt, die jeweils aus sieben Elementdrähten bestehen
und konzentrisch verdichtet sind. Die Kombinationszahlen und die
Anordnung der ersten Elementdrähte 12 und der zweiten
Elementdrähte 14 der in den 3A bis 3D gezeigten
Leiter sind die gleichen wie die der in den 1A bis 1D gezeigten
Leiter. Außerdem haben die Querschnittsflächen
der Elementdrähte der in den 3A bis 3D gezeigten
Leiter die gleiche Größe wie die der in den 1A bis 1D gezeigten
Leiter.
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Im
Vergleich mit den in den 1A bis 1D gezeigten
Leitern 10a bis 10d ist der Abstand zwischen den
Elementdrähten bei jedem der in den 3A bis 3D gezeigten
Leiter 30a bis 30d durch die konzentrische Verdichtung
kleiner. Folglich haben die konzentrisch verdichteten Leiter 30a bis 30d jeweils
insgesamt einen kleineren Durchmesser.
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In
den 4A bis 4C sind
Leiter gezeigt, die jeweils aus elf Elementdrähten bestehen
und konzentrisch verdichtet sind. Der in 4A gezeigte
Leiter ist eine Kombination aus acht ersten Elementdrähten 12 und
drei zweiten Elementdrähten 14. Die drei zweiten
Elementdrähte 14 sind in der Mitte angeordnet,
und die acht ersten Elementdrähte 12 sind so angeordnet,
dass sie die zweiten Elementdrähte 14 in der Mitte
umgeben. Der in 4B gezeigte Leiter 40b ist
eine Kombination aus vier ersten Elementdrähten 12 und
sieben zweiten Elementdrähten 14. Drei der zweiten
Elementdrähte 14 sind in der Mitte angeordnet,
und die vier ersten Elementdrähte 12 und die anderen
vier zweiten Elementdrähte 14 sind abwechselnd
so angeordnet, dass sie die zweiten Elementdrähte 14 in
der Mitte umgeben.
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Der
in 4C gezeigte Leiter 40c ist eine Kombination
aus drei ersten Elementdrähten 12 und acht zweiten
Elementdrähten 14. Die drei ersten Elementdrähte 12 sind
in der Mitte angeordnet, und die acht zweiten Elementdrähte 14 sind
so angeordnet, dass sie die ersten Elementdrähte 12 in
der Mitte umgeben. Bei den in den 4A bis 4C gezeigten
Leitern ist der Abstand zwischen den Elementdrähten ähnlich
wie bei den in den 3A bis 3D gezeigten
Leitern durch die konzentrische Verdichtung verkleinert.
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Die
Anordnung der ersten Elementdrähte 12 und der
zweiten Elementdrähte 14 ist nicht auf die in
den 1A bis 4C gezeigten
Anordnungen beschränkt, aber bevorzugt sind die ersten
Elementdrähte 12 und die zweiten Elementdrähte 14,
wie in den 1A bis 4C gezeigt,
in den jeweiligen Leitern in symmetrischen Positionen angeordnet.
Auf diese Weise wird der Vorteil der besseren Festigkeit aufgrund
der zweiten Elementdrähte 14 nämlich
ausgewogen über den gesamten Leiter erreicht. Außerdem
sind Anzahl der Elementdrähte des Leiters und Kombinationszahl
aus ersten Elementdrähten 12 und zweiten Elementdrähten 14 nicht
auf die der in den 1A bis 4C gezeigten
Leiter beschränkt.
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Obwohl
in den 1A bis 4C vorausgesetzt
wird, dass die Querschnittsflächen der ersten Elementdrähte 12 und
der zweiten Elementdrähte 14 alle gleich groß sind,
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Bevorzugt ist auch, dass sich die Querschnittsflächen der
ersten Elementdrähte 12 voneinander unterscheiden
und dass sich die Querschnittsflächen der zweiten Elementdrähte 14 voneinander
unterscheiden. Bevorzugt ist jedoch auch, dass die ersten Elementdrähte 12 Querschnittsflächen
gleicher Größe haben, die zweiten Elementdrähte 14 Querschnittsflächen
gleicher Größe haben und sich die Querschnittsflächen
der ersten Elementdrähte 12 von denen der zweiten
Elementdrähte 14 unterscheiden.
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Als
Nächstes folgt die Beschreibung eines Beispiels zur Herstellung
des oben beschriebenen Leiters.
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Der
erste Elementdraht, der den Leiter bildet, wird vorzugsweise hergestellt,
indem Elektrolytkupfer geschmolzen und zur Herstellung eines Walzdrahts
gegossen und gewalzt wird. Dann wird der Walzdraht kalt verarbeitet,
so dass er den gewünschten Durchmesser erhält.
Gießen und Walzen erfolgt vorzugsweise kontinuierlich mit
einer Strangguss- und Walzmaschine.
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Der
zweite Elementdraht wird, wenn er aus einer Cu-Ni-Si-Legierung besteht,
vorzugsweise hergestellt, indem man ein geschmolzenes Metall einer
Kupferlegierung, die so gebildet ist, dass jeder Bestandteil den
gewünschten prozentualen Anteil hat, rasch erstarren lässt,
das geschmolzene Metall zur Herstellung des Walzdrahts kalt walzt
und den Walzdraht dann kalt so bearbeitet, dass er den gewünschten
Durchmesser hat. Das rasche Erstarren des geschmolzenen Metalls
der Kupferlegierung erfolgt vorzugsweise mit einer taktweise arbeitenden
Stranggussmaschine, in der eine wassergekühlte Ziehdüse
verwendet wird.
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Wenn
der zweite Elementdraht alternativ aus einer Kupferlegierung besteht,
die Sn, Ag, Mg oder Zn enthält, wird er bevorzugt hergestellt,
indem Elektrolytkupfer geschmolzen wird, dem geschmolzenen Elektrolytkupfer
ein Metall wie Sn zugegeben wird, so dass das Metall den gewünschten
prozentualen Anteil hat, das Elektrolytkupfer zu einem Walzdraht
gegossen und gewalzt wird, und der Walzdraht dann kalt so bearbeitet wird,
dass er den gewünschten Durchmesser hat. Ähnlich
wie bei dem ersten Elementdraht können Gießen und
Walzen kontinuierlich erfolgen, vorzugsweise mit einer Strangguss-
und Walzmaschine. Zu diesem Zeitpunkt kann dem Elektrolytkupfer
das zuzusetzende Metall kontinuierlich zugegeben werden, so dass
das Metall beim Stranggießen den gewünschten prozentualen
Anteil hat.
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Der
Leiter wird hergestellt, indem man den so hergestellten ersten und
zweiten Elementdraht, deren Kombinationszahl so gewählt
ist, dass die ersten und zweiten Elementdrähte die gewünschten
Anteile haben, verlitzt. Außerdem kann der so hergestellte
Leiter, falls nötig, zur abschließenden Raffination
wärmebehandelt werden.
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Die
Wärmebehandlung zur abschließenden Raffination
kann mit verschiedenen Arten von Erweichungsöfen erfolgen.
Der Erweichungsofen unterliegt keiner besonderen Einschränkung,
solange der Leiter die gewünschte Eigenschaft erhält.
Der Erweichungsofen kann ein Erweichungsofen zum Chargenbetrieb sein,
oder es kann ein kontinuierlich arbeitender Erweichungsofen sein.
Beispiele für einen Erweichungsofen zum Chargenbetrieb
sind Erweichungsöfen nach Art eines Glockenofens. Beispiele
für kontinuierlich arbeitende Erweichungsöfen
sind leitende kontinuierliche Erweichungsöfen, kontinuierliche
Rohrerweichungsöfen und kontinuierliche Hochfrequenzerweichungsöfen.
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Als
nächstes folgt die Beschreibung eines Isolierdrahts gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der
Isolierdraht gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hergestellt, indem man den oben
beschriebenen Leiter mit einem Isolationsmaterial ummantelt. Das
Isolationsmaterial kann aus einer Schicht oder aus zwei oder mehr
Schichten gebildet sein. Wenn die Isolatorschicht aus zwei oder
mehr Schichten gebildet ist, können die Schichten gleich
oder verschieden sein.
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Beispiele
für das Isolationsmaterial sind Polyvinylchlorid, Polyethylen,
Polypropylen und Fluorharze wie PFA-Harz, ETFE-Harz (Ethylentetrafluorethylen-Copolymer)
und FEP-Harz (fluoriertes Ethylenpropylen). Die Dicke des ummantelnden
Isolationsmaterials unterliegt keiner besonderen Einschränkung.
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Dem
Isolationsmaterial können je nach Bedarf verschiedene Zusatzstoffe
zugegeben werden. Beispiele für die Zusatzstoffe sind Antioxidanzien,
Metalldeaktivatoren und Verarbeitungshilfen (z. B. Schmiermittel,
Wachs).
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Der
oben beschriebene Isolierdraht kann durch Extrusionsbeschichten
des Leiters mit den Bestandteilen des Isolationsmaterials hergestellt
werden, vorzugsweise mit einer üblichen Strangpressmaschine,
wobei die Bestandteile vorzugsweise mit einem üblichen
Kneter, wie einem Banbury-Mischer, einem Druckmischer und einer
Walze, durchgeknetet werden.
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Beispiel
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Es
folgt nun eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit ausdrücklichem
Bezug auf Beispiele; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
hierrauf beschränkt.
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Herstellung eines Kupferdrahts
für elektrische Verwendungszwecke
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Ein
Kupferdraht für elektrische Verwendungszwecke wurde hergestellt,
indem Elektrolytkupfer geschmolzen und mit einer Strangguss- und
Walzmaschine zu einem Walzdraht mit 8 mm Durchmesser gegossen und
gewalzt wurde. Anschließend wurde der Walzdraht zu einem
Draht mit dem gewünschten Durchmesser kaltgezogen.
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Herstellung von Drähten
aus Cu-Ni-Si-Legierungen
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Drähte
aus Kupferlegierungen mit dem gewünschten Durchmesser wurden
jeweils wie folgt hergestellt. Geschmolzenes Metall einer Kupferlegierung,
die so gebildet war, dass jeder Bestandteil den in Tabelle 1 gezeigten
gewünschten prozentualen Anteil aufwies, wurde mit einer
taktweise arbeitenden Stranggussmaschine, in der eine wassergekühlte
Ziehdüse verwendet wurde, rasch erstarren gelassen, und
es wurde ein Walzdraht mit 24 mm Durchmesser erhalten. Dann wurde
der Walzdraht kaltgewalzt und es wurde ein Walzdraht mit 8 mm Durchmesser
erhalten. Dann wurde der Walzdraht kaltgezogen, so dass ein Kupferlegierungsdraht
mit dem gewünschten Durchmesser erhalten wurde.
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Herstellung von Drähten aus Kupferlegierungen
mit Sn, Ag, Mg oder Zn
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Kupferlegierungsdrähte
mit dem gewünschten Durchmesser wurden jeweils wie folgt
hergestellt. Elektrolytkupfer wurde geschmolzen, und während
dem Elektrolytkupfer kontinuierlich ein Zusatzelement zugegeben
wurde, so dass das Element den in Tabelle 1 gezeigten gewünschten
prozentualen Anteil aufwies, wurde das Elektrolytkupfer mit einer
Gießwalzmaschine stranggegossen und gewalzt, so dass ein
Walzdraht mit 8 mm Durchmesser erhalten wurde. Dann wurde der Walzdraht
kaltgezogen, so dass ein Kupferlegierungsdraht mit dem gewünschten
Durchmesser erhalten wurde.
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Beispiel 1
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Der
Leiter nach Beispiel 1 wurde hergestellt, indem drei Kupferdrähte
für elektrische Verwendungszwecke und vier Drähte
aus Cu-Ni-Si-Legierung verlitzt wurden und die verlitzten Drähte
zur Raffination 8 Stunden bei 440°C wärmebehandelt
wurden. Der hergestellte Leiter wurde mit den weiter unten beschriebenen Messverfahren
auf Zugfestigkeit, Bruchdehnung und elektrische Leitfähigkeit
getestet. Außerdem wurde die Korrosionsbeständigkeit
des Leiters auf Basis der Differenz der Normalpotenziale der Materialien
bewertet, aus denen der Leiter hergestellt war, und auch die Wiederverwertbarkeit
des Leiters wurde auf Basis der Materialien bewertet, aus denen
der Leiter hergestellt war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Beispiel 2
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Der
Leiter nach Beispiel 2 wurde hergestellt, indem zwei Kupferdrähte
für elektrische Verwendungszwecke und fünf Drähte
aus Cu-Ni-Si-Legierung verlitzt wurden und die verlitzten Drähte
zur Raffination 8 Stunden bei 400°C wärmebehandelt
wurden. Test und Bewertung des Leiters erfolgten wie in Beispiel
1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Beispiel 3
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Der
Leiter nach Beispiel 3 wurde hergestellt, indem dreizehn Kupferdrähte
für elektrische Verwendungszwecke und sechs Drähte
aus Cu-Ni-Si-Legierung verlitzt wurden und die verlitzten Drähte
zur Raffination 8 Stunden bei 380°C wärmebehandelt
wurden. Test und Bewertung des Leiters erfolgten wie in Beispiel 1.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Beispiele 4 bis 7
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Die
Leiter nach den Beispielen 4 bis 7 wurden jeweils hergestellt, indem
drei Kupferdrähte für elektrische Verwendungszwecke
und vier Kupferlegierungsdrähte, die wie in Tabelle 1 gezeigt
ein Zusatzelement enthielten, verlitzt wurden und die verlitzten
Drähte zur Raffination 8 Stunden bei 380°C wärmebehandelt
wurden. Test und Bewertung der Leiter erfolgten wie in Beispiel
1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Der
Leiter nach Vergleichsbeispiel 1 wurde hergestellt, indem sieben
Kupferdrähte für elektrische Verwendungszwecke
verlitzt wurden und die verlitzten Drähte kontinuierlich
erweicht wurden. Test und Bewertung des Leiters erfolgten wie in
Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 2
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Der
Leiter nach Vergleichsbeispiel 2 wurde hergestellt, indem acht Kupferdrähte
für elektrische Verwendungszwecke und ein Edelstahldraht
verlitzt wurden und die verlitzten Drähte kontinuierlich
erweicht wurden. Test und Bewertung des Leiters erfolgten wie in
Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 3
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Der
Leiter nach Vergleichsbeispiel 3 wurde hergestellt, indem sieben
Kupferlegierungsdrähte, die die in Tabelle 1 gezeigten
Zusatzelemente enthielten, verlitzt wurden und die verlitzten Drähte
zur Raffination 8 Stunden bei 480°C wärmebehandelt
wurden. Test und Bewertung des Leiters erfolgten wie in Beispiel
1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 4
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Der
Leiter nach Vergleichsbeispiel 4 wurde hergestellt, indem sieben
Kupferlegierungsdrähte, die das in Tabelle 1 gezeigte Zusatzelement
enthielten, verlitzt wurden. Der Leiter wurde nicht wärmebehandelt.
Test und Bewertung des Leiters erfolgten wie in Beispiel 1. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Zugfestigkeit
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Die
Zugfestigkeit wurde mit einem üblichen Zugfestigkeitsprüfgerät
bestimmt. Eine Zugfestigkeit von 300 MPa galt als bestanden.
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Bruchdehnung
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Die
Bruchdehnung wurde mit einem üblichen Zugfestigkeitsprüfgerät
bestimmt. Eine Bruchdehnung von 5% oder mehr galt als bestanden.
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Elektrische Leitfähigkeit
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Die
elektrische Leitfähigkeit wurde mit einer Messbrücke
bestimmt. Eine elektrische Leitfähigkeit von 45% IACS (International
Annealed Copper Standard) oder mehr galt als bestanden.
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Tabelle
1 zeigt, dass alle Leiter der Vergleichsbeispiele bei einigen der
Bewertungspunkte Zugfestigkeit, Bruchdehnung, elektrische Leitfähigkeit,
Korrosionsbeständigkeit und Wiederverwertbarkeit nicht
bestehen.
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Genauer
gesagt besteht der Leiter von Vergleichsbeispiel 1 nur aus den Kupferdrähten
für elektrische Verwendungszwecke, so dass er eine schlechte
Zugfestigkeit besitzt, wenngleich er ausgezeichnete Bruchdehnung,
elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit
hat und sehr gut wiederzuverwerten ist. Der Leiter von Vergleichsbeispiel
2 besteht aus Kupferdrähten für elektrische Verwendungszwecke
und dem Edelstahldraht, so dass er wegen der verschiedenartigen
Metalle schlecht wiederverwertet werden kann, wenngleich er eine
ausgezeichnete Zugfestigkeit aufweist. Der Leiter von Vergleichsbeispiel
2 hat außerdem eine schlechte Korrosionsbeständigkeit,
weil die Differenz im Normalpotenzial des Leiters groß ist.
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Der
Leiter von Vergleichsbeispiel 3 besteht nur aus Kupferlegierungsdrähten,
so dass er wegen des hohen elektrischen Widerstands eine schlechte
elektrische Leitfähigkeit besitzt, wenngleich er ausgezeichnete Zugfestigkeit
aufweist. Der Leiter von Vergleichsbeispiel 4 besteht ebenfalls
nur aus Kupferlegierungsdrähten, so dass er, weil er nicht
wärmebehandelt wurde, eine schlechte Bruchdehnung hat,
wenngleich er ausgezeichnete Zugfestigkeit aufweist.
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Dagegen
zeigt sich, dass die Leiter der vorliegenden Beispiele sowohl hinsichtlich
Zugfestigkeit als auch Bruchdehnung, elektrischer Leitfähigkeit,
Korrosionsbeständigkeit und Wiederverwertbarkeit sehr gut sind.
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Es
wird also gezeigt, dass man durch zweckmäßiges
Verlitzen einer Kombination aus Kupferdrähten für
elektrische Verwendungszwecke und Kupferlegierungsdrähten
einen Leiter mit ausgezeichneter Zugfestigkeit erhalten kann, wobei
Bruchdehnung und elektrische Leitfähigkeit angemessen erhalten
bleiben, was sich durch Verlitzen nur von Drahtleitern für
elektrische Verwendungszwecke auf herkömmliche Art nicht
erreichen lässt. Es zeigt sich außerdem, dass
die Leiter der vorliegenden Beispiele eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
haben, weil die Differenz der Normalpotenziale von Kupfer und Kupferlegierungen
klein ist, und dass die Leiter außerdem hervorragend wiederverwertet
werden können, weil sie jeweils aus Materialien auf Kupferbasis
bestehen und ohne Trennung als Materialien auf Kupfergrundlage wieder
aufbereitet werden können.
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Deshalb
lässt sich, wenn man bei dem Isolierdraht eine Verringerung
des Gewichts und eine Reduktion des Durchmessers erreicht, indem
man den Leiter der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
in einem Isolierdraht mit kleinem Durchmesser verwendet, wie beispielsweise
einem Draht mit einer nominalen Querschnittsfläche von
0,5 mm2 oder weniger, auch die wegen der
Verringerung des Gewichts und der Reduktion des Durchmessers verminderte
Festigkeit des Isolierdrahts verbessern.
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Die
obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung dient lediglich der Veranschaulichung und
der Beschreibung; sie ist jedoch nicht so zu verstehen, dass sie
erschöpfend ist oder die vorliegende Erfindung auf die
genau offenbarte Form einschränkt, und es sind Modifikationen
und Abwandlungen möglich, solange diese nicht von den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung abweichen.
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Zusammenfassung
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Offenbart
werden ein Leiter eines elektrischen Drahts und ein Isolierdraht,
die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen und
sehr gut wiederzuverwerten sind, und deren durch Verringerung des
Gewichts und Reduktion des Durchmessers verminderte Festigkeit verbessert
ist. Der Leiter enthält einen Litzendraht, der einen ersten
Elementdraht aus Reinkupfer und einen zweiten Elementdraht aus einer
Kupferlegierung enthält. Die Querschnittsfläche
des ersten Elementdrahts prozentual zur Querschnittsfläche
des Leiters liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 90%. Beispiele
für die Kupferlegierung sind eine Cu-Ni-Si-Legierung und
eine Kupferlegierung, die Sn, Ag, Mg oder Zn enthält. Der
Leiter kann konzentrisch verdichtet sein. Der Isolierdraht wird
durch Ummantelung des Leiters mit einem Isolator hergestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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