DE1930654A1 - Verbunddraht und seine Herstellung - Google Patents

Description

Ühida're Limited in Dublin/Irland

Verbunddraht und seine Herstellung

Die Erfindung bezieht sieh auf Verbunddrähte, ^ie z.B. für elektrische Leitungen Verwendung finden, die notwendigerweise aus einem Liaterial, wie z.B.Aluminium, das eine verhHl+rAppäßig geringe Zugfestigkeit besitzt, in Verbindung mit einem Material von verhältnismäßig hoher Zug- · festigkeit, beispielsweise Stahldraht, bestehen, und somit in der Lage sind, relativ großen Belastungen zu widerstehen, denen sie im Gebrauch unterworfen sind.

Jolche Verbundrähte wurden auf verschiedene 'Arten herge- ■ s ι eilt',- von denen keine sich als völlig befriedigend erwies.

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So wurden Verbunddrähte durcli Umgeben eines dtahldrahtes als Kern rait einer Anzahl -Aluminiumdrähte erzeugt, beispielsweise sechs Drähten um einen kern gleichen Durchmessers. Solche Verbundrähte sind einer Korrosion unterworfen,' wenn■.'■■■■ Luft und feuchtigkeit zwischen die- Einzeldrahte eindringenkann. Selbst- wenn der Stahlkern galvanisiert und eingefettet wird, kann noch Korrosion auftreten aufgrund :1er :-.. Ivanischen Viirlcung zwischen dem Zink void dein. Aluniniu::..,- Die, . Oberfläche des Aluminiums unterliegt dem Lochfraß, insbesondere wenn, sie der Einwirkung des .oeewassers ausgesetzt ist, obgleich dies nicht kritisch 1st, solange der Querschnitt des Aluminiums verhältnismäßig groß bemessen v.'ird. Versuche, die Drähte mit Polyvinylchlorid oder dgl. zu uneben, ui;. sie gegen Korrosion und eine galvanische Einwirkung zu schützen, erhöhten die Kosten und führten gleichzeitig zu eine^.' etwas sperrigen Produkt. V/eiterhin traten Probleme aufgrund von Fehlern in dem Überzug oder dgl. auf, ebenso vd.e dann, wenn zwei solche Drahtstücke miteinander vereinigT. worden sollten.

Eine Art Verbunddraht, die sehr vorteilhaft wür^, insbesondere für den Gebrauch als elektrischer Leiter, könnte" aus einem Ketallkern hoher Zugfestigkeit, wie 2.3. Stahldraht, bestehen, um den konzentrisch herum und vorzugsweise damit in engem Kontakt ein Überzug aus einen L.etall niedrigerer Zugfestigkeit, wie z.B. Aluminium,von der erforderlichen Stärke aufgebracht ist, urn die gewünschte elektrische Leit—' fähigkeit zu ergeben. Der G-esamtdurchmessei eines solchen Leiters würde-'minimal im Verhältnis zu seiner' ausgesetzten Oberfläche sein. Durch die Erfindung wird ein Yerbur.i.dra-it geschaffen, der einen inneren zur- Verstärkung dienenden Metallkern hoher Zugfestigkeit, beispielsweise einen .Stahl·- draht, aufweist, welcher von einer-längsverlaufenden äußeren-Schicht geringerer Zugfestigkeit, beispielsweise aus Aluminium,

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umgeben- ist,. wobei der Querschnitt der ScHo>>t ^mindest das Vierfache desjenigen des Kernes beträgt. Vorzugsweise stehen die,Querschnitte der Schicht und des Kernes im-Verhältnis von. 5:1 bis .7^1, insbesondere um 6:1. .

Bei einer- bevorzugten Ausführungsfom besteht die Schicht aus einem längsverlaufenden Lie tails treif en, der dicht um den llern herumgelegt ist, so daß er mit der Oberfläche desselben oder einer zuvor darauf aufgebrachten Beschichtung in engem Kontakt steht.

Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines solchen Verbunddrahtes.vor, bei dem ein im wesentlichen trogförndger Metallstreifen gebildet wird, auf dessen

Grund ein i'etalldraht höherer Zugfestigkeit gebracht wird, bei - '"■'--.. .. . .- -. . ■■-.

und/dem die Bänder des trogförmigen Streifens um den Draht herum geschlossen werden.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ier Einfachheit halber das luetall des fernes als Stalil und dasjenige äer Schicht als Aluminium bezeichnet, obgleich die Erfindung sich selbstverständlich nicht auf die Verwendung dieser Materialien beschränkt, b'o -zönnte die Schicht auch aus einer Aluir.inium- oder Kupferlegierung, beispielsweise mit .Kadmium, bestehen.

Dieser verbesserte .Verbunddraht kann auf verschiedene V/eise. hergestellt vnQriei-, G-emliß einer erfindungsgemäßen Art kann dies geschehen, inde:s zunächst ein Streifen von geeigneter Querschnittsform aus Aluminium gebildet wird, die es. erlaubt, ihn urn den Stahldraht herumzufalten, anschließend der Stahldrsht-ih'den Streifen eingelegt wird, der Streif en um den .,. otahläraht hervr., gefaltet wird, un diesen einzuschließen,

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und schließlich, die gesamte Anordnung aus Aluminium und Stahldraht nachbehandelt wird, um die Außenfläche des Aluminiums zu glätten und seinen Querschnitt zu vermindern.» Zu einer solchen nachbehandlung kann ein Drücken, Walzen oder Ziehen wie auch eins Kombination solcher Vorgänge gehören. Auf diese Weise wird das Aluminium fest mit dem Stahldraht verbunden und bildet einen, soliden und dauerhaften Überzug auf dem Draht, der einer außerordentlich guten Platierung entsprechen mag. In einigen Fällen oder Anwendungen jedoch kann das Eingehen einer solchen Verbindung des Aluminiumstreif ens mit dem Stahldraht tiberflüssig oder sogar unerwünscht sein. Es kann sein, daß der Stahldraht beispielsweise durch Galvanisieren oder Aufbringen eines Aluminiumüberzuges gegen Korrosion geschützt werden soll, bevor der Aluminiumstreifen aufgebracht wird, oder daß er sogar mit einer Schutzschicht aus Kunststoff oder dgl» umgeben wird. Insbesondere wenn der Draht so geschützt wird, kann sich ein festes Verbinden der Ränder des Aluminiumstreifens erübrigen. Anderenfalls können die zusammentreffenden Ränder des Streifens miteinander durch Schweißung, Lotung oder dgl. verbinden '-ί^·

Wie gesagt, kann die Herstellung eines solchen Drahtes erfindungsgemäß auf verschiedene Weise erfolgen. Bei einem Herstellungsverfahren wird der Aluminiumstreifen durch Schlitzen einer Aluminiumstange (Beispielsweise in einem Walz- oder sonstigen Formvorgang) gebildet, das längs einer radialen Ebene jedoch nicht bis zu einer solchen Tiefe erfolgt, daß die Stange in zwei halbkreisförmige Stücke zerlegt würde, wonach der Draht in den Grund des Schlitzes eingelegt und die geschlitzte Stange um den Draht herum geschlossen wird, um diesen einzuschließen; zuletzt kann die Stange zusammen mit dem Draht durch eine Matrize gezogen

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oder auf sonstige Weise mechanisch bearbeitet werden, um das' Aluminium um den Draht herum zu schrumpfen und die Schließung des Schlitzes zu vollenden. An Stelle des Ziehens durch eine Matrize oder eine Anzahl von Matrizen kann auch j ein Walz- oder Drückvorgang treten. ί

Bei einer anderen Herstellungsweise wird eine Aluminiumstange, die vorher flachgewalzt sein kann oder nicht, zu einem sichelartigen Querschnitt verformt, wiederum durch Ziehen in eine Form gebracht, bei welcher eine Seite im wesentlichen halbkreisförmig ist, während die andere Seite trogartig ausgewölbt ist, der Stahldraht in den Trogquerschnitt eingelegt und die Seiten des letzteren darüber geschlossen. Darauf erfolgt die Behandlung des so gebildeten Drahtes, um seinen Querschnitt in die endgültige kreisförmige Form zu bringen. Zwischen beliebigen Ziehschritten kann das Aluminium weich^geglüht werden, falls dies erwünscht ist.

Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine Herstellung des Verbunddrahtes, bei welcher die Stahldraht in eine Aluminiumstan^e oder einen Aluminiumstreifen (der durch Walzen, Gießen oder Fließpressen erzeugt sein kann) eingelegt wird, worauf das Aluminium um den Stahldraht herumgöschlossen wird. Vielmehr kann der Stahldraht bereits bei der Herstellung der Aluminiumschicht in diese eingebracht werden, indem er fortlaufend durch die Fließpressmatrizen hindurchgeführt wird, aus denen das Aluminium dann bereits mit dem eingeschlossenen Stahlkern hervortritt. '

Um die Haftfähigkeit zwischen dem Stahlkern und der Aluminiumschicht zu verbessern, kann es vorteilhaft sein_? einen

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Stahldraht zu verwenden, dessen Oberfläche bewusst aufge-" * rauht, kordiert oder gekerbt wurde. Zusätzlich kann der Stahldraht galvanisiert, mit Aluminium beschichtet, eloxiert oder sonstwie gegen Korrosion geschützt und daraufhin mit einem Flußmittel versehen sein, bevor die Aluminiumumhüllung aufgebracht wird, um eine möglichst innige Verbindung des Aluminiums mit dem Stahldraht zu erreichen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, -die Außenfläche des Aluminiumüberzuges aufzurauhen, mit Vorsprängen oder Kerben zu versehen, beispielsweise indem man den vorgebildeten Verbunddraht zwischen entsprechend profilierten V/alzen hindurchführt. Das Master kann beispielsweise schraubenlinienartig oder gewellt sein. Es kann während des Fließpressens des Aluminiums oder während des Hindurchtrittes des Verbunddrahtes durch Matrizen im Zuge der Herstellung erzeugt werden. Der so behandelte Ver^unddraht kann verbesserte aerodynamische Eigenschaften gegenüber außen glatten Drähten von gleicher Stärke und Strorabelastbarkeit besitzen, bei denen häufig Vibrationsprobleme zu beobachten sind, sofern sie außen ausgespannt werden.

Einige erfindungsgeiaäße Herstellungsverfahren des Verbunddrahtes sind nachfolgend anhand der Figuren im einzelenen beschrieben, die mehr oder weniger schematisch gehalten sind.

Figur 1 zeigt das Grundkonzept einer Anlage für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbunddrahtes unter Verwendung von Walzvorgängen;

die Figuren 2 bis 6 sind vergrößerte Qu^r--_foanit⁺f', aus denen das Walzenpro-fil hervorgeht!

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Figur 7 sseigt eine abgewandelte Ausführungsform für die Sehließwaises

die Figuren δ und 9 zeigen schematische Ausschnitte einer Anlage zur Herstellung des Verbunddrahtes im Pließpressverfalirenf

die Figuren 10 Mb 12 sind vergrößerte Querschnitte des ÄluminiumprofilSj wie es durch, die Matrizen gebildet wii*d und

die Figuren 13 "bis 18 sind Querschnitte der Aluminiumstange nach aufeinanderfolgenden Walz- und Brücksehritten.

In Figur 1 ist- zu erkennen» wie das St algenmaterial 1 aus Aluminium von einer Trommel 2 mittels Zuführungsrollen 3 abgewickelt und zwischen Formwalzen 4 hindurchgeführt wird, die eine erste Pormgabe oder Kalibrierung des Stangenmaterials bewirken, wie dies in Figur 2 angegeben ist. Weiter läuft das Stangenmaterial 1 zwischen Walzepaaren 5_f 6 und 7 hindurch, die, wie aus den Figuren 3, 4 und 5 ersichtlich, geformt sind. Die Walzen 5 flachen das Stangenmaterial 1 ab und erteilen ihm gleichzeitig ein konkaves Profil« Die Walzen 6 geben dem so gebildeten Streifen ein ausgesprochen V-förmiges Profil, während die Walzen 7 dasselbe in ein U-förmiges von im wesentlichen gleichbleibender Wandstärke umwandeln, dessen Boden halbkreisförmig geformt ist, wobei sein Innendurchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des einzulegenden Stahldrahtes und sein Außendurchmesser demjenigen des fertigen Verbunddrahtes entspricht.

Bei Verlassen der Walzen 7 läuft der.so gebildete t^r06artige Streifen zu der Stelle, v/o der Stahlaraht 10 von einer Trommel 9 her eingegeben wird, und zusammen mit diesem

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weiter zu den Schließwaleen 11, die, wie aus Figur 6 hervorgeht, die Ränder 12 des U-förraigen Trogprofils um den Draht 10 herum schließen, der dabei fest gepresst wird. Die Walzen 11 verlässt der Verbunddraht mit dem erwünschten Endprofil. Obigeich die aneinanderschließenden Ränder 12 des Aluminiumstreifens, falls erwünscht, durch den Schließyorgang fest miteinander vereinigt werden können, verdient es den Vorzug, zwischen ihnen zunächst einen geringen Spalt 13 bestehen zu lassen. Dieser erleichtert ein Verschweißen, durch welches der Draht 10 dann vollkommen umschlossen wird, sodaß Luft und Feuchtigkeit keinen Zutritt finden.

Figur 7 zeift eine geringfügig abgewandelte Gestalt der Schließwalzen 11, von denen in diesem Falle vier zusammenwirken, um den Aluminiumstreifen 1 um den Draht 10 herum zuschließen, wobei nun ein genau definierter Spalt 13 für den nachfolgenden Schweißvorgang oder dgl. entsteht. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, ein dünnes, klebendes Kunststoffband.in den Spalt 13 einzuführen und daraufhin den Verbunddraht durch ein weiteres Taar Schließwalzen ähnlich den Walzen 11 aus Figur 6 hindurchzuführen_f um in einem letzten Drückvorgang das Kunststoffband in den Spalt 13 einzuschließen und diesen damit hermetisch zu verschließen.

Es ist bemerkenswert, daß mit dem beschriebenen Verfahren der Verbunddraht kontinierlich. hergeatellt werden kann, solange nur der Vorrat der Trommeln 2 und 9 ausreicht.

Die Figuren 8 bis 12 zeigen ein abgewandeltes Herstellungsverfahren, bei welchem die Formgabe des Aluminiums durch Fließpressen anstatt Walzen erfolgt.

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Figur 8 zeigt, wie eine Stange 21, deren Querschnitt in Figur 10 wiedergegeben ist, durch eine Matrize 22 mittels eines Kolbens 19 ausgepresst wird, der in für das Strangpressen bekannter Weise auf eine erhitzte Aluminiummasse 20 einwirkt. Das extrudierte trogförmige Aluminiumprofil kann zur zeitweiligen lagerung auf einer Trommel aufgewunden oder aber unmittelbar der nächsten Station zugeführt werden, wo der Draht 23 eingeführt wird. Figur 9 zeigt die trogförmige Aluminiumstange 1, die von einer Trommel durch einen Führungsblock 26, in welchem der Draht 23 von der Trommel 25 mittels eines Führungsgliedes 28 (Figur 11) auf den Grund/Trogprofils gedrückt wird, hindurchläuft, und wie die Stange 21 mit dem Draht 23 darauf zusammen durch eine Schließmatrize 27 hindurchläuft, wo die Aluminiumiimhüllung um den Draht 23 herum nach Figur 12 geschlossen wird und der Verbunddraht seine endgültige Glättung und Kalibrierung erfährt.

Falls erwünscht, kann die Formgabe und Aufbringung der Aluminiumumhüllung auch teilweise durch Fließpressen und teilweise durch Walzen oder Stranggießen erfolgen. Geeignete Phasen für ein solches Vorgehen sind in den Figuren 13 bis 18 gezeigt. Figur 13 lässt den Querschnitt des ursprünglich zugeführten Aluminium-Stangenmaterials erkennen. Dieses . wird durch Ziehen durch eine erste Matrize geglättet und kalibriert, wie aus Figur 14 ersichtlich. Daraufhin erfolgt eine Abflachung zu der in Figur 15 gezeigten Form durch Hindurchführung zwischen Walzen, wie dies im wesentlichen bereits in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde. Ein weiterer Walzensatz stellt schließlich das in Figur 16 gezeigte Profil her, worauf das Aluminiummaterial durch eine Matrize hindur-chläuft, die ihm Form und Abmessungen nach Figur 17 erteilt. Nun wird, wie bereits beschrieben,

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_βder Stahldraht auf den Grund der Srogförm gebracht, worauf der Streifen 10 unter Verwendung einer weiteren Matrize, die dem Streifen die Form nach Figur 18 erteilt, um den Draht 1. herum geschlossen wird.

Wie aus der vorausgehenden Beschreibung hervorgeht, lässt die Erfindung eine fortlaufende Herstellungsweise zu, deren Einzelheiten variieren können. Beispielsweise kann der Stahldraht in die Aluminiumumhüllung bereits während deren Herstellung in einem konzentrischen Strangpreß- oder Stranggießvorgang eingebracht werden. Das sogenannte "Senkrechtgießen'¹ ("down-casting"), wie es bereits für die kontinuierliche Herstellung von Stangenmaterial aus Aluminium Verwendung findet, eignet sich auch für'die Einführung des Stahldrahtes in einem Gießvorgang, wonach der so gebildete Verbundstrang unmittelbar, wie beschrieben, einem V/alz- oder Ziehvorgang unterzogen werden kann. Falls erwünscht, kann der Aluminium st rang auch mit einem trogförmigen Querschnitt gegossen werden, um erst anschließend den otahldraht aufzunehmen. Dieser letztere kann in den trqeförmigen Strang kontinuierlich eingeführt werden, dessen Ränder anschließend um den Draht herum geschlossen werden, worauf der Verbunddraht bzw. -Strang dem erforderlichen Walz- und/oder Ziehvorgang unterworfen wird, um den Aluminiumquer schnitt zu reduzieren und die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit zusammen mit dem dauerhaften Verschluß des Stahldrahtes innerhalb der AluminiWüumhüllung zu erzielen.

Durch die Erfindung wird die Möglichkeit, den Stahldraht ι mit einem korrosionsbeständigen Material zu überziehen, beispielsweise durch Galvanisieren, Aluminiumbesehichten, Emaillieren oder Überziehen mit einem Kunststoff oder dgl.,

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vor Aufbringen der Huminiumumhüllung keineswegs ausgeschlossen·

Ein elektrischer Leiter für Energieübertragungssysteme kann vorteilhaft erweise dadurch gebildet werden_? daß eine Anzahl erfindungsgemäßer Verbunddrähte aus Aluminium und Stahl miteinander verzwimt werden. Ein solcher Leiter besitzt die Strombelasttoarlceit in' Verbindung mit der Zugfestigkeit und anderen Eigenschaften_s die erforderlich sind, um allen Ansprüchen zu genügen.

Der Stahlkern eines erfindungsgemäßen Verbunddrahtes kann aus einem einzigen Draht oder aus einem Drahtseil bestehen. Selbstverständlich kommen auch andere zweckmäßige Anwendungen als diejenige für die elektrische Energieübertragung in Frage.

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Claims (1)

1. Pat e η t a η s ρ r ü e h e

   1. J Verbunddraht mit einem inneren, zur Verärkung dienenden Metallkern von hoher Zugfestigkeit,

   beispielsweise Stahldraht, der von einer längsverlaufenden äußeren Umhüllung aus einem Material geringerer Zugfestigkeit, beispielsweise Aluminium, umschlossen ist, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Umhüllung (1, .21) um den Kern (10, 23) mit einer Stärke gebildet ist, daß ihr Querschnitt zumindest das vierfache des Querschnittes des Kernes beträgt.

   2. Verbunddraht nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t, daß der Kern(10, 23) von der Umhüllung (1, 21) stramm umschlossen ist.

   3· Verbunddraht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

   g e Ic e η η ζ e i c h η e t, daß der Kern zunächst in einer dichten Umhüllung, beispielsweise aus Kunststoff, Aluminium oder dgl., umgeben ist oder daß er eloxiert ist.

   4 -. Verbunddraht nach einem der vorhergehenden

   Ansprüche, dadurch ' ρ ok e η η ζ e i c Ii η e t, daß die L--iihüllung (1) aus einem längs-verXaufenden oteifen besteht, der satt um den Kern (10) herum gefaltet ist, ue mit diesem bzw. einem vorher darauf aufgebrachten Überzug, einen engen Kontakt zu ergeben.

   5. Verbunddraht nach Anspruch. - _r dadurch g e -

   k e η η ζ e i c h η e t, daß "die ILlngsverlaufenden Ränder (12)

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   -13-des Streifens (1) durch Schweißung verschlossen sind. j

   6. Verbunddraht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die längsverlaufenden Ränder (12) des Streifens (1) durch ein Bindemittel verschlossen

   sind. ' ■ -

   7. Verbunddraht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Oberfläche des Kernes (10, 23) aufgerauht, kordiert oder gekerbt ist.

   8. Verbunddraht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächender Umhüllung (1, 21) aufgerulaht, mit Vorsprüngen versehen oder gekerbt sind.

   9. Verfahren zur Herstellung eines Verbunddrahtes,

   dadurch gekennz eichnet, daß ein Metallstreifen (1, 21) von im wesentlichen trogförmigem Querschnitt gebildet wird, daß ein Metalldraht (10, 23) höherer Zugfestigkeit als derjenigen des Streifens auf den Grund des Trogquerschnittes eingegeben wird und daß die Ränder (12) des trogförmigen Metallstreifens um den Metalldraht geschlossen werden.

   10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (12) des trogförmigen IJetallstreifens beim Falten um den Draht (10)* durch Drücken J satt gegeneinander gepresst werden.

   '11. Verfahren nach Anspruch 9? dadurch gekennz eichnet, daß die Ränder (12) des trogförmigen iietallstreifens beim Falten um den Draht (10) einen Abstand erhalten und der dazwischenliegende Spalt (13) durch ochweißen verschlossan wird.

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   12. Verfahren nach Anspruch 9-, dadurch g e — kennss e i c h η e t, daß die Ränder (12) des trogförmigen Metallstreifens beim Falten um den Draht (10) einem Abstand erhalten, daß in den dazwischenliegenden Spalt (13) ein Bindemittel eingebracht wird und daß der Spalt daraufhin durch Drücken weiter geschlossen wtttI,

   1-3» . " Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennz eich.net, daß zunächst ein im wesentlichen flacher Metallstreifen (1) gebildet wird, der anschließend zu einem trogförmigen Querschnitt verformt wird.

   14. Verfahren nach Anspruch I.3, dadurch g ekenn.zeichnet, daß der flache Metallstreifen (1) durch Walzen einer Metallstange erzeugt '.vird.

   15» - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der trogförmige Metallstreifen (21) ganz oder teilweise durch Strangpressen oder Stranggießen erzeugt wird.

   ΐ6. Verfahren zur Herstellung eines Verbunddrahtes, dadurch gekennz eichnet, daß der Kern in die Umhüllung zugleich mit deren Herstellung eingebracht- wird, indem Stahldraht kont inui erliidi/eine Strangpressmatrize oder eine Stranggießkokille hindurchgeführt wird, aus welcher er zusammen mit der Umhüllung als Verbundäraht hervortritt .

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