DE2120858A1

DE2120858A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbundstäben

Info

Publication number: DE2120858A1
Application number: DE19712120858
Authority: DE
Inventors: S Uschioda
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-04-28
Publication date: 1972-03-16
Also published as: GB1274177A; FR2106385A1; SE375029B; FR2106385B1

Description

-C^·' ·''· '-chrumpf 516 Duron
Koenenifroße 20 26.4.1971

S 36

Showa Aluminium Kabushiki Kaisha Osaka / Japan

Verfahren zur Herstellung von Verbundstäben

Priorität: 9. September 1970 Japan Nr. 79794/70

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundstabes aus einem Kern und einer Ummantelung.

Zur Fabrikation von Stromabnehmer-Stangen, die hauptsächlich als Zuleitung für Winden, Laufkräne u. dgl. verwendet werden, geht man von Verbundstäben (Knüppeln) aus. Der Bürsten-Angriff steil der Stromabnehmerstange muß abriebfest sein und natürlich eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben, da die Bürste darauf hin- und herwandert. Die Verbundstäbe werden zur Erzeugung von Stromabnehmerstangen hergestellt, die diesen Anforderungen genügen. Insbesondere wird der Hauptkörper der Stange aus der Ummantelung eines Verbundstabes extrudiert und der Bürsten-Angriffsteil aus seinem Kern, indem beide aus einem Stück miteinander stranggepreßt werden. Der Kern des Verbundstabes für diesen Zweck wird entsprechend aus einer hochverschleißfesten Aluminium-Legierung mit 10 - 25 % Silicium hergestellt.

Die Ummantelung des Stabes kann aus einer der Aluminium-Legierungen 6063, 1100 und EC gemäß Standard der Aluminum Association hergestellt werden. Um ferner einen Aluminiumstab zu erzeugen, dessen Oberfläche integral mit einem

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Hartüberzug verbunden ist, kann der Kern aus Aluminium-Legierung 1100 und die Ummantelung aus Aluminium-Legierung 4043 hergestellt werden. Zur Erzielung einer Aluminiumstange, die mit einer Opfer-Korrosionsschicht auf ihrer Oberfläche versehen ist, kann der Kern aus Aluminium-Legierung 1100 und der überzug aus Aluminiumlegierung 7072 bestehen. Zur Erzeugung eines Verbundstabes nach herkömmlicher Weise wird zuerst die Ummantelung hergestellt, und dann wird ein geschmolzenes Metall für den Kern in eine Bohrung in der Ummantelung gegossen. Dieses Verfahren lässt jedoch nur eine langsame Abkühlung zu. Wenn nun aber eine Aluminium-Legierung mit hohem Silicium-Gehalt als geschmolzenes Metall für den Kern verwendet wird, werden die primären Si-Kristalle unvermeidlich so grob, daß die Strangpreßformen bei der nachfolgenden Extrudierung Schleifspuren erhalten oder beschädigt werden. Ferner wird auch die stranggepreßte Stange selbst eine rauhe Oberfläche erhalten. Hinzu kommt, daß die Verbindung zwischen dem Kern und der Ummantelung unbefriedigend ist, da Luft eingeschlossen wird, wenn das geschmolzene Metall für den Kern in den Hohlstab eingegossen wird.

Hier schafft die Erfindung Abhilfe. Sie will einen Verbundstab schaffen, bei dem der Kern und die Ummantelung vollkommen miteinander verbunden sind, und der ausgezeichnete Eigenschaften aufweist.

Nach der Erfindung wird der Kern zuerst hergestellt. Dadurch ist es möglich, die primären Si-Kristalle kleiner zu halten, d.h. Phosphor während des Giessens zuzugeben oder eine schnelle Abkühlung vorzunehmen.

Auf diese Weise werden Schwierigkeiten vermieden, die auf große primäre Si-Kristalle zurückzuführen sind.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst den Kern herstellt und ihn auf seiner Umfangsfläche mit einer Mehrzahl länglicher Vorsprünge versieht, worauf man den Kern zur Herstellung der Ummantelung mit einem geschmolzenem Metall umgießt und das Metall abkühlen lässt.

Vorzugsweise ordnet man einen stabförmigen Kern in der Mitte einer Form an und lässt das geschmolzene Metall in die Form einlaufen.

Die Vorsprünge können vorzugsweise dreieckigen Querschnitt haben, um das Schmelzen bei dem Ummantelungsvorgang zu erleichtern, sind jedoch nicht notwendigerweise auf diese Form beschränkt.

Obwohl das Ummantelungsverfahren sich sehr wirksam durch halbkontinuierliches Gießen durchführen lässt, kann man auch in Gießformen arbeiten. Ferner kann man die* Stranggießtechnik anwenden, obwohl hier einige Schwierigkeiten bei der Zuführung des Kernes auftreten.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines Kerns mit einer Mehrzahl länglicher Vorsprünge stellt eine befriedigende Verbindung zwischen Kern und Ummantelung sicher, weil die spitzen Enden der Vorsprünge während des Gießvorganges bei der Herstellung der Ummantelung schmelzen und der Kern eine vergrößerte Oberfläche hat. Diese größere Oberfläche dient auch dazu, den Kern in Stand zu setzen, bei der Vorwärmung wirksam Hitze zu speichern, was den Vorteil hat, daß er gut zur Berührung mit dem geschmolzenen Metall für die Ummantelung angepasst werden kann.

Die Erfindung ist im nachstehenden anhand der Zeichnung näher erläutert und dargestellt.

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Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine halbkontinuierliche Gießvorrichtung und zeigt, wie ein Verbundstab nach der- Erfindung hergestellt wird.

Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt nach Linie II-II von Fig. 1, und

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt nach Linie III-III von Fig. 1.

Die Zeichnung veranschaulicht ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die halbkontinuierliche Gießvorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Behälter für geschmolzenes Metall ist mit 1 bezeichnet, Gießausläufe mit 2, ein Träger mit 3, ein Wassermantel mit 4 und Ringbrenner mit 5. Ein Zylinder, _t der in der Mitte des Behälters 1 als Durchgang für den Kern vorgesehen ist, hat das Bezugszeichen 6, das zur Ummantelung dienende geschmolzene Metall 8 und der den Kern 7 umhüllende Mantel 9.

Zur Herstellung des Kernes 7 wird eine Aluminium-Legierung mit 20 % Silicium aufgeschmolzen und durch Zugabe einer Kupfer-Legierung mit 15 % Phosphor auf einen Phosphor-Gehalt von 0,05 % gebracht. Ferner werden zwecks Erzielung feiner Kristalle die primären Silicium-Kristalle durch Abkühlen der Metallform mit Wasser schnell gekühlt. Der so aus der Al-20% Si-Legierung erhaltene Knüppel wird dann in einer Strangpresse zu einem Kern 7 von 85 mm Durchmesser und 5700 mm Länge derart extrudiert, daß er im Querschnitt, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eine Mehrzahl von dreieckigen Vorsprüngen 10 erhält. Die Zahl dieser Vorsprünge 10 beträgt 60 und ihre Höhe 3,05 mm.

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Dieser Kern 7 wird von den Ringbrennern 5 auf eine Temperatur von 400 C vorgewärmt, um ein Verschmelzen zwischen dem Kern 7 und dem Mantel 9 sicherzustellen. An Stelle des Ringbrenners 5 kann auch ein Induktionserhitzer benutzt werden. Die Vorwärmtemperatur beträgt vorzugsweise etwa 350 - 450 C wird jedoch in Abhängigkeit von dem Material des Kernes und des Mantels variiert. Bei weniger als 35O°C wird eine befriedigende Verschmelzung nicht erreicht, während eine Vorerwärmung auf mehr als 45O°C nicht erforderlich ist. Es ist auch schierig, mit einem üblichen Ringbrenner auf eine Temperatur zu kommen, die über diesem Wert liegt.

Der Kern 7 wird, während er wie oben beschrieben nach und nach vorgewärmt wird, durch den Zylinder 6 des Behälters in dem Maße in die Form eingesetzt, wie der Träger 3 abgesenkt wird.

Das in dem Behälter 1 für die Ummantelung bereitete geschmolzene Metall 8 besteht aus Aluminium-Legierung 6063. Das Metall fließt durch die Ausläufe 2 in die Form, so daß der Kern umhüllt wird, und zwar unter folgenden Bedingungen: Gießgeschwindigkeit 100 mm/min

Gießtemperatur 69O&C

Wassermenge 4,0 m /min

Standhöhe des geschmolzenen Metalls 55 mm

ümter Durchführung dieses Gießvorganges zur Ummantelung wurde ein Verbundstab 11 von 177,8 mm Durchmesser und 5700 mm Länge erhalten, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Die spitzen Enden der Vorsprünge 10 des Kernes waren geschmolzen, als sie zur Ummantelung mit dem geschmolzenem Metall 8 in Berührung gebracht wurden, was zu einer festen Verbindung zwischen dem Kern und der Ummantelung führte.

Stromabnehmerstangen wurden aus diesem Verbundstab 11 extrudiert.

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Claims

212085 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundstabes aus einem Kern und einer Ummantelung, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst den Kern (7) herstellt und ihn auf seiner Umfangsfläche mit einer Mehrzahl länglicher Vorsprünge (10) versieht, worauf man den Kern zur Herstellung der Ummantelung (9) mit einem geschmolzenem Metall (8) umgießt und das Metall (8) abkühlen lässt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen stabförmigen Kern (7) in der Mitte einer Form anordnet und das geschmolzene Metall (8) in die Form einlaufen lässt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

man die Vorsprünge (10) an dem Kern (7) durch Strangpressen des Kernes (7) bildet, wobei diese längs entlang des Umfanges des Kernes (7) verlaufen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein allgemein zylindrischer Kern (7) verwendet und die durch Strangpressen gebildeten Vorsprünge (10) allgemein radial nach außen ragen und axial den Umfang des Kernes (7) entlang verlaufen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (10) im senkrechten Querschnitt allgemein dreieckig sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (7) erwärmt wird, bevor er mit dem geschmolzenem Metall (8) umgössen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Form parallel zur Längsr

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achse des Kernes (7) verschiebbar ist und der Boden der Form sowie der Kern (7) in dem Maße abgesenkt werden, wie das geschmolzene Metall (8) zugegossen wird.

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