DE1527875B2 - Verfahren und Einrichtung zum Ummanteln eines zylindrischen Metallkernes mit einem Metallummantelungsstreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Ummanteln eines bewegten zylindrischen Metallkerns mit mindestens einem kontinuierlich zugeführten Metallummantelungsstreifen, bei dem die Partner an den zu verbindenden Oberflächen unter Materialabnahme gereinigt werden, worauf die Partner unter Herumlegen des Ummantelungsstreifens um den Kern mittels Walzen zusammengepreßt und so metallurgisch miteinander verbunden werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum kontinuierlichen Ummanteln eines bewegten zylindrischen Kerns mit einem Ummantelungsstreifen unter metallurgischem Verbinden der beiden Partner mit einer mechanischen Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Oberfläche des Kerns und mit einer Walzvorrichtung, um den Ummantelungsstreifen um den Kern herumzulegen und die beiden Partner zusammenzupressen.

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, um Aluminium,

ίο Aluminiumlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen mit einem plattierten Draht, aus Stahl, Nickel, Wolfram od. dgl. durch Druckschweißen (Walzplattieren) zu verbinden. Durch Anwendung von Druck ergibt sich dann ein metallurgischer Verbund der beiden Partner. Das Verfahren ist dabei dadurch charakterisiert, daß der Kern vor dem Verbund mit einem dünnen Überzug aus einem Metall versehen wird, das von dem Metall der beiden Partner verschieden ist und einen größeren Diffusionskoeffizienten als die Metalle der Partner aufweist. Ferner wird der Kern auf eine Temperatur unterhalb seiner Rekristallisationstemperatur erwärmt. Der Überzug wird dann dadurch hergestellt, daß ein Raumtemperatur aufweisender Aluminiumstreifen in einem Walzenstuhl auf den Kern aufgepreßt wird. Durch die Erwärmung des Kerndrahtes soll die Bildung eines die Verbunddiffusion verhindernden Oxidfilms vermieden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kerndraht aus Stahl, der durch Eintauchen mit einer Zinkschicht überzogen wird. Im Abstand vor dem Zusammenpressen, und zwar bei dem Kerndraht vor der Erwärmungszone, wird der Oberfläche der beiden Partner durch Drahtbürsten gereinigt und und aufgerauht. Um beim Aluminiumstreifen die Neubildung von Oxid zu vermeiden, ist die Betriebsgeschwindigkeit sehr hoch. Soweit Aluminiumoxid entsteht, soll diese Schicht durch entsprechend hohe Stärkereduzierung aufgerissen werden. Bei diesem bekannten Verfahren ist es also »-notwendig den Kerndraht erst mit einem besonderen Metallüberzug zu versehen und ihn dann zu erwärmen.

Außerdem ist zum Zerbrechen des sich stets in Luft bildenden Aluminiumoxidfilms eine verhältnismäßig große Stärkereduktion des Aluminiumstreifens erforderlich (GB-PS 9 20 468).

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird ein hartes Stahlband mit einem weichen Aluminiumband metallurgisch verbunden. Dabei werden beide Bänder an den späteren Verbundflächen durch Kratzbürsten aufgerauht und von Oxiden und Schmutz befreit. Die Bänder werden nach dieser Vorbereitung so schnell wie möglich aneinandergelegt und gewalzt, um eine erneute Oxidation auf ein Mindestmaß zu beschränken. Die erneute Oxidbildung, insbesondere des Aluminiumbandes, soll dann dadurch in ihrer Wirkung herabgesetzt werden, daß das Aluminiumband erheblich gestreckt wird, während das Stahlband nicht wesentlich verformt werden und entsprechend hart sein soll. Durch den Abrieb- und Abschürfeffekt des Aluminiums auf Stahl durch das Walzen soll dann die Oberfläche des Stahls gereinigt und ein neuer Oxidfilm auf dem Aluminium zerstört werden. Die dabei entstehende Erwärmung soll dann das Plattieren bewirken, ohne daß eine zusätzliche Erwärmung erforderlich ist. Dieses Verfahren vermeidet also die erneute Bildung von Aluminiumoxid gar nicht und ist nur dort zu verwenden, wo der Aluminiumpartner relativ zum anderen Partner eine erhebliche Längung erfahren kann (DT-PS 9 77 022).

Ein weiteres bekanntes Verfahren befaßt sich eben-

falls mit dem Überzug eines Stahlstreifens mit einem Aluminiumstreifen. Um einen guten Verbund zu erreichen, wird der Stahlstreifen mit einer Kupferschicht überzogen. Dieses Zweischichtmaterial wird dann so weit erwärmt, bis der Kupferüberzug einen flüssigen Zustand erreicht. Anschließend wird der vorher durch eine Drahtbürste gereinigte Aluminiumstreifen auf das geschmolzene Kupfer gedruckt und dann das Dreischichtmaterial durch ein Walzenpaar zusammengepreßt (US-PS 27 35 170).

Falls nun zwischen einem oder mehreren Kupferstreifen und einem zylindrischen Aluminiumkern ein Verbund durch Walzen in fester Phase hergestellt werden soll, kann nicht wie beim Verbund zweier Streifen eine genügend hohe Querschnittsreduktion angewandt werden, um den stabilen, sich normalerweise auf Aluminium bildenden Oxidfilm zu zerbrechen, so daß eine Verbundberührung zwischen reinem Kupfer und reinem Aluminium erzielt wird. Es ist daher erwünscht, vor dem Verbund den Aluminiumoxidfilm zu entfernen. Dieses Aluminiumoxid läßt sich auf chemischem Weg nur schwierig in einer Reduktionsatmosphäre zu AIuminium chemisch reduzieren. Daher scheidet ein solches Verfahren von vornherein aus. Wird, wie das schon intern versucht wurde — ohne Stand der Technik zu sein —, das Oxid mechanisch durch Abschaben, Abspachteln, Abkratzen od. dgl. entfernt, so bildet es sich rasch wieder. Wenn beispielsweise nach einem solchen mechanischen Entfernen die Druckanwendung zwecks Dickenreduktion nur eine Sekunde lang nicht erfolgt, so bildet sich in dieser Zeit das Oxid schon in einer solchen Menge wieder, daß es den Verbund wesentlich, wenn nicht vollständig verhindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen zylindrischen Kern aus Aluminium ohne erhebliehe Querschhittsreduktion des letzteren unmittelbar mit einem aus Streifenmaterial gebildeten Kupfermantel metallurgisch durch Druck zu verbinden und einen "~ drahtartigen Körper zu schaffen, der in seinen mechanischen Eigenschaften einem entsprechenden massiven Körper aus Kupfer entspricht, jedoch wesentlich billiger als ein solcher Körper ist. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der aus Aluminium bestehende, mit einem Kupferstreifen zu ummantelnde Kern auf dem ganzen Umfang mittels eines ringförmigen Schabewerkzeugs abgeschabt wird und daß die reine Kernoberfläche nach dem Schaben bis zum Zusammenpressen durch eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird.

Günstig ist dabei, wenn die Zeitdauer der Bewegung des Kernes von der Schabestelle bis zur Druckstelle auf ein Minimum herabgesetzt wird, und zwar durch Verkleinerung des Abstandes dieser Stellen und/oder Erhöhen der Geschwindigkeit des Kerns.

Die eingangs erwähnte Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zum Ummanteln eines bewegten zylindrischen Aluminiumkerns mit mindestens einem Kupferstreifen ein den gesamten Umfang des Aluminiumkerns im wesentlichen gleichmäßig spanabhebend bearbeitendes, stillstehendes ringförmiges Schabewerkzeug angeordnet ist, daß zwischen diesem Schabewerkzeug und dem Walzeneinzug des Gestells zusammen mit Abdichtflanschen einen geschlossenen Raum für eine Schutzgasatmosphäre bildet und daß eine Führungsvorrichtung zum Zuführen des Ummantelungsstreifens in den Raum zwischen Schabewerkzeug und Walzvorrichtung angebracht ist.

Günstig ist es dabei, wenn das Schabewerkzeug dicht vor der Preßvorrichtung angeordnet ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 2 einen schematischen Teilquerschnitt gemäß Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt durch das fertige Erzeugnis.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Druckwalzenpaar eines in der üblichen Weise schematisch dargestellten Walzenstuhls bezeichnet, der dazu dient, Metalle auszuwalzen und einen Preßdruck sowie einen querschnittsvermindernden Druck auzuüben. Wie in F i g. 2 dargestellt, sind die Druckwalzen mit ungefähr halbkreisförmigen Umfangsrillen 3 versehen, die zur Einführung von flachen Kupferstreifen 5 auf entgegengesetzten Seiten eines drahtförmigen Aluminiumkerns 7 in den Walzeneinzug 2 dienen. Die Dimensionen des Aluminiumkerns und der Kupferstreifen sind so bemessen, daß die Rillen der Druckwalzen die Streifen quer um den Aluminiumkern herum biegen und der gesamte Querschnitt der Partner unter Druck reduziert wird, so daß ein Verbund in fester Phase zwischen dem Kupfer und dem Aluminium dann geschaffen wird, wenn deren Oberflächen genügend rein sind. Darunter wird verstanden, daß nicht nur grobe Verunreinigungen von ihren Berührungsflächen entfernt wurden, sondern auch den Verbund behindernde Filme wie Oxide u. dgl.

Mit 9 ist ein Ziehwerkzeug bezeichnet, das als Reaktion auf die Einziehwirkung des Walzenpaars 1 einen Gegenzug ausübt. Dieses Ziehwerkzeug bewirkt ferner eine Streckung und Kalibrierung des Aluminiumkerns 7. Ferner führen vier Führungsrollen 11, von denen drei dargestellt sind, den Aluminiumkern 7 vom Ziehwerkzeug 9 zum Einzug 2 des Walzenpaars 1.

In F i g. 1 bedeutet die mit 13 bezeichnete Punktierung des Aluminiumkerns 7 den normalen, hochstabilen und fest haftenden Oxidfilm, der sich leicht auf reinem Aluminium bildet. Um diesen Oxidfilm 13 zu entfernen, wird so nahe wie möglich beim Walzenpaar 1 ein ringförmiges Schabewerkzeug 15 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Oxidfilm vom Aluminiumkern abgeschabt werden kann. In der nachstehend beschriebenen Konstruktion ist eine solch dichte Anbringung möglich. Das Schabewerkzeug 15 ist in der Winkelaussparung vorgesehen, die zwischen gegabelten Armen eines Gestells 17 gebildet ist. Das Gestell 17 hat zwei Anschlußrohre 19 mit Abdichtflanschen 21, die gegen Randzonen der Walzen des Walzenpaares 1 vor dem Walzeneinzug 2 anliegen. Zwischen den Abdichtflanschen 21 und den Walzen ist ein Abdichtmittel 4 vorgesehen. Mit 23 sind Umlenkrohre bezeichnet, an denen jeweils ein Einlaßrohr 25 und im Winkelabstand hierzu ein Verbindungsrohr 27 angebracht ist, die jeweils mit einem der Anschlußrohre 19 verbunden sind. In beiden Umlenkrohren ist je eine Umlenkrolle 29 untergebracht, denen durch das Einlaßrohr 25 je ein Streifen Kupfer 5 zugeführt wird, die von dort über die Umlenkvorrichtung 23 zum Verbindungsrohr 27 und von dort zum Walzeneinzug 2 und durch an ihm angebrachte Anschlußrohre 29 laufen. Die Rohre 19, 27, 23, 25 einer Gruppe sind jeweils in Kommunikation miteinander.

Die Verbindungsrohre 27 weisen je eine Gaseinlaßöffnung 31 zur Einführung eines Reduziergases wie Wasserstoff auf, das durch die Rohre 27,23 und 25 nach oben bzw. unten und sodann durch eine bei 33 vorgese-

hen Gasauslaßöffnung fließt. Das Anschlußrohr 19 weist ferner eine Gaseinlaßöffnung 35 auf, in welche gegebenenfalls eine inerte Atmosphäre wie Helium eingeführt werden kann. Ist eine solche inerte Atmosphäre nicht vorhanden, so kann den Anschlußrohren 19 eine Reduzieratmosphäre durch die Verbindungsrohre 27 zugeleitet werden.

Mit 37 sind elektrische Kontaktbürsten für die Kupferstreifen 5 bezeichnet. Die Kontaktbürsten 37 liegen in getrennten Stromkreisen, in denen Stromquellen 39 mit veränderlicher Spannung vorhanden sind. In diesen Stromkreisen liegen die Umlenkrollen 29, wobei die zwischen den Kontaktbürsten 37 und den Umlenkrollen 29 liegenden Teilstücke der Kupferstreifen 5 den Stromkreis schließen, wobei diese Teilstücke erwärmt werden.

Die Umlenkrollen 29 und das Walzenpaar 1 könnten auch an andere Anschlußstellen im Stromkreis derart angeschlossen werden, daß zwischen den Kontaktbürsten 37 und den Umlenkrollen 29 Wärme erzeugt wird.

In diesem Zusammenhang wird auf die US-PS 30 95 500 verwiesen, wo ähnliche Heizverfahren beschrieben sind.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wie folgt: Die Kupferstreifen werden durch Beizen, Drahtbürsten od. dgl. gereinigt, um grobe Verunreinigungen einschließlich Oxiden zu entfernen. Eine Drehung des Walzenpaars 1 in Pfeilrichtung bewirkt ein Einziehen der Kupferstreifen 5 und des Aluminiumkerns 7 in den Walzeneinzug 2. Die Kupferstreifen laufen in erwärmtem Zustand zwischen den Kontaktbürsten 37 und den Einlaßrohren 25 durch Luft, wo restliches Öl und andere Verunreinigungen oxidiert werden. Daraufhin durchlaufen die Kupferstreifen 5 die Rohre 25, 23, 27 und 19, wobei die Oxide chemisch reduziert werden. Der'Aluminiumkern 7 kann Raumtemperatur oder eine Temperatur bis 150° C haben. Die Erwärmung ist auch zur Steuerung der mechanischen Eigenschaften der Kupferstreifen 5 vor dem Verbund von Vorteil. In den Rohren 27 und 19 kann eine gewisse Abkühlung erfolgen, wenn nicht Vorkehrungen für einen zusätzlichen Stromdurchfluß getroffen sind. Das Walzenpaar 1 preßt die Kupferstreifen 5 um den abgeschabten Aluminiumkern 7, nachdem dieser durch das einen Gegenzug bewirkende Ziehwerkzeug 9 und das kreisförmige Schabwerkzeug 15 gezogen wurde. Die oxidfreien, reinen Oberflächen des Kupfers und Aluminiums werden unter Reduktion des Querschnitts zusammengepreßt, wodurch sich zwischen den Partnern 7 und 5 ein Verbund in fester Phase ergibt. Der sich dabei ergebende, am Rand austretende Abfall wird abgepreßt und fällt ab oder kann durch Schaben entfernt werden. Die Form des fertigen Erzeugnisses ist bei 41 in F i g. 3 dargestellt. Das fertige Erzeugnis kann noch erwärmt werden, um den Verbund zu verbessern.

In den Anschlußrohren 19 tritt keine Neubildung von Aluminium- oder Kupferoxidfilmen auf, da dort eine reduzierende oder inerte Atmosphäre herrscht. Falls kein inertes Gas in die Anschlußrohre 19 eingeführt wird, fließt diesen Wasserstoff aus dem Verbindungsrohr 27 zu. Ferner ist ersichtlich, daß das Schabwerkzeug 15 so dicht am Waizeneinzug 2 liegt, daß der Weg des Aluminiumkerns vom Werkzeug zum Walzeneinzug sehr kurz ist.

Das ringförmige Schabwerkzeug 15 entfernt das ganze Aluminiumoxid und andere Verunreinigungen und schafft eine reine Aluminiumoberfläche, gegen die die gereinigten Oberflächen der Kupferstreifen am Walzeneinzug angelegt werden.

Eine vorteilhafte Anordnung besteht darin, daß die elektrische Erwärmung der Kupferstreifen 5 schon in einer erheblichen Entfernung vom Walzeneinzug 2 beendet werden kann. Es besteht also eine Verweilzeit, während der die Kupferstreifen etwas abkühlen oder vor ihrem Eintritt in den Walzeneinzug auf einer konstanten Temperatur gehalten werden können. Dadurch können die Kupferstreifen auf eine Temperatur gebracht werden, bei der die Entfernung des Kupferoxids durch Erwärmen erleichtert wird, ohne daß der in den Walzeneinzug eintretende Streifen heiß ist. Bei der bisher erfolgten elektrischen Erwärmung war im Gegensatz hierzu die Anordnung so, daß die Erwärmung unmittelbar am Walzeneinzug dadurch stattfand, daß der Stromkreis durch das Walzenpaar 1 geschlossen wurde, so daß keine Verweilzeit ohne Erwärmung vorhanden war.

Es versteht sich, daß nur die Außenseite der Kupferstreifen 5 eine Reinigung erfordert, d. h. die Seite der Streifen, die nicht mit den Umlenkrollen 29 in Berührung kommt. Daher befinden sich die Verbundflächen der Streifen 5 bei ihrem Lauf über die Umlenkrollen 29 außen, bleiben während ihres Laufs bis zum Walzeneinzug 2 rein und sind keiner erneuten Verunreinigung unterworfen.

Ein weiterer Vorteil besteht in den großen, in F i g. 1 angedeuteten Winkeln A, unter denen die Rohre 27 angebracht sind. Dadurch entsteht ein beträchtlicher,

" dicht am Walzeneinzug 2 liegender Raum, in welchem das Schabwerkzeug 15 zwischen den Anschlußrohren 19 untergebracht werden kann. Da das Schabwerkzeug 15 eine Einlaßöffnung für beide Anschlußrohre 19 bildet, unterliegt der abgeschabte Aluminiumkern vor seinem Eintritt in den Waizeneinzug 2 keiner wesentlichen Neubildung von Oxid. Selbst wenn keine Schutzgasatmosphäre in den Anschlußrohren 19 verwendet wird, bewirken die großen Winkel A und die Möglichkeit, das Schabwerkzeug 15 so dicht an den Walzeneinzug 2 zu bringen, daß der reine Aluminiumkern zwischen dem Schabvorgang und dem Verbundvorgang nur einen sehr kurzen Weg zurücklegen muß. Sind daher die Walzen beispielsweise 18 cm im Durchmesser, so ergibt sich praktisch ein minimaler Abstand von 7 cm. Bei einer normalen Durchlaufgeschwindigkeit von 15,25 m pro Minute ist die zwischen dem Abschaben und dem Verbund liegende Zeit von der Größenordnung von 0,30 Sekunden. Diese Zeit ist so kurz, daß eine wesentliche Neubildung von Aluminiumoxid auf dem reinen Aluminium selbst dann verhindert wird, wenn Luft in die Anschlußrohre 19 eintreten könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Ummanteln eines bewegten zylindrischen Metallkernes mit mindestens einem kontinuierlich zugeführten Metallummantelungsstreifen, bei dem die Partner an den zu verbindenden Oberflächen unter Materialabnahme gereinigt werden, worauf die Partner unter Herumlegen des Ummantelungsstreifens um den Kern mittels Walzen zusammengepreßt und so metallurgisch miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Aluminium bestehende, mit einem Kupferstreifen zu ummantelnde Kern auf dem ganzen Umfang mittels eines ringförmigen Schabewerkzeuges abgeschabt wird und daß die reine Kernoberfläche nach dem Schaben bis zum Zusammenpressen durch eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Bewegung des Kernes von der Schabestelle bis zur Druckstelle auf ein Minimum herabgesetzt wird, und zwar durch Verkleinerung des Abstandes dieser Stellen und/oder Erhöhen der Geschwindigkeit des Kerns.

3. Einrichtung zum kontinuierlichen Ummanteln eines bewegten zylindrischen Kerns mit einem Ummantelungsstreifen unter metallurgischem Verbinden der beiden Partner mit einer mechanischen Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Oberfläche des Kerns und mit einer Walzvorrichtung, um den Ummantelungsstreifen um den Kern herumzulegen und die beiden Partner zusammenzupressen, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ummanteln eines Aluminiumkerns mit mindestens einem Kupferstreifen ein den gesamten Umfang des Aluminiumkerns im wesentlichen gleichmäßig spanabhebend bearbeitendes, stillstehendes ringförmiges Schabewerkzeug (15) angeordnet ist, daß zwischen diesem Schabewerkzeug (15) und dem Walzeneinzug (2) das Gestell (17) zusammen mit Abdichtflanschen (21) einen geschlossenen Raum für eine Schutzgasatmosphäre bildet und daß eine Führungsvorrichtung (25, 23, 27) zum Zuführen des Ummantelungsstreifens in den Raum zwischen Schabewerkzeug (15) und Walzvorrichtung (1) angebracht ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schabewerkzeug (15) dicht vor der Walzvorrichtung (1) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (25, 23, 27) je Kupferstreifen (5) mit einem Zufuhrrohr (27) für Schutzgas versehen ist.