DE2147410A1 - Verfahren zur herstellung einer stromschiene - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer Stromschiene Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer aus einem Aluminium-Grundkörper bestehenden Stromschiene mit auf dem Grundkörper angeordneter, eine Gleitfläche bildender Schicht aus verschleissbeständigem Werkstoff und ein Erzeugnis dieses Verfahrens.
• Stromschienen dieser Art dienen der Uebertragung elektrischen Stromes zu einem Verbraucher wie einer elektrisch betriebenen Bahn, einem Hebezeug oder ähnlichen mit elektrischer Energie betriebenen Einrichtungen, die mittels eines Abnehmers Strom von der Schiene zu einem in ihnen angeordneten Verbraucher, wie einem Elektromotor, abnehmen.
• An Stromschienen werden neben hier weniger interessierenden statischen, mechanisch-technologische und elektrische Anfor derungen gestellt. So wird von einer Stromschiene gefordert, dass sie bei guter elektrischer Leitfähigkeit eine hohe Verschleissbeständigkeit aufzuweisen habe. Werkstoffe, die beiden Forderungen gerecht werden, scheiden aus preislichen Gründe zur Herstellung von Stromschienen aus. Hiervon ausgehend. bot sich nur die Herstellung von Stromschienen als Verbundkörper, bestehend aus einem elektrisch gut leitenden und einem abriebsbeständigen Verbundkörperbestandteilß an.
• Es sind Verbundkörper dieser Art bekannte die aus einem elektrisch gut leitenden, statisch tragenden, aus Aluminium bestehenden Grundkörper mit einem Einsatz aus verschleissbeständigem Material, wie beispielsweise Stahl, bestehen. Die Verfahren zur Herstellung dieser Stromschienen sind aufgrund einer Vielzahl von Verfahrensschritten wie beispielsweise dem Strangpressen des Grundkörpers, Pressen oder Walzen des verschleissbeständigen Verbundkörperbestandteiles, Zusammenfügen dieser Teile mit nachträglichem Richten und Kontrollieren einer Anlage der Verbundkörperbestandteile aneinander, kompliziert und teuer. Diese Art der Herstellung, die im wesentlichen aus einem Kaltzasammenfügen vorgeformter Teile besteht, trägt bei Werkstoffen der genannten Art einer, einem Warmzusammenfügen der Verbundkörperbestandteile entgegenstehenden und sich auf die elektrische Leitfähigkeit abträglich auswirkenden metallurgiscilen Schwierigke lt Rfschnung. Die Schwierigkeit besteht darin, dass beim Warmzusa;Ienfügen von Metallen in der genarnten wie auch einer anderen Art sich eine spröde, elektrisch schlecht leitende intermetallische Schicht bildet, die, da sie einen elektrischen Uebergangswiderstand mit entsprechender Wärmeentwicklung darstellt, in ihrer Ausdehnung nicht konstant bleibt, sondern die elektrisclle Leitfähigkeit ständig verschlechternd sich vergrössert.
• Zur Scllaffung eines vereinfachten Ilerstellverfahrens zur Bildung von Gegenständen der genannten Art geht die Erfindung vom Warnzusammenfügen aus und die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten werden dadurch beseitigt, dass der verschleissbeständige Werkstoff vorgeformt und teilweise in flüssigem Zustand auf den Grundkörper aufgebracht und gleichzeitig der Wärme-Inhalt des verschleissbeständigen Werkstoffes rasch über den Grundkörper abgeleitet wird. Die Bildung der intermetallischen Schicht wird ohne Beeinträchtigung der Haftung der Verbundkörperbestandteile aneinander vermieden, wenn der Wärme-Inhalt des verschleissbeständigen Werkstoffes rasch, d. h.
• unter Konstanthaltung der Grundkörper-Temperatur vor Eintritt des Verbundvorganges, vorgenommen wird.
• Das Verfahren nach der Erfindung ist dahingehend vorteilhaft ausgestaltet, dass die Schicht durch Pressen oder nach einer anderen Weiterbildung durch Walzen aufgebracht wird.
• Sollten metallurgische oder konstruktive Bedenken der Anwendung eines-hohen Wärmegefälles zur Verbindung der Verbundkörperbestandteile entgegenstehen, so ist das Verfahren dahingehend vorteilhaft ausgestaltet, dass vor Aufbringung des verschleissbeständigen Werkstoffes eine am Grundkörper und am verschleissbeständigen Werkstoff gut haftende und eine Diffusion des verschleissbeständigen Werkstoffes in den Grundkörper oder umgekehrt verhindernde Zwischenschicht aufgetragen wird.
• Mit der Zwischenschicht wird eine andere als in Verbindung mit dem Stand der Technik beschriebene intermetallische Verbindung gebildet, die im Gegensatz zu der bekannten nicht spröde und elektrisch gut leitfähig ist, wenn zur Bildung der Zwischenschicht Nickel, eine Nickel-Aluminium-Legierung, Zinn, Zink, Silber, Kupfer oder Legierungen dieser Metalle verwendet wird, die sowohl mit dem verschleissbeständigen Werkstoff, also Stahl, wie auch mit dem Aluminium eine intermetallische Verbindung eingehen, die aber nicht die genannten abträglichen Eigenschaften aufweisen.
• Die Aufbringung einer Zwischenschicht schliesst für den Vereinigungsvorgang die Anwendung erhöhter Temperatur nicht aus, sondern sie erlaubt die Auswahl von in metallurgischer oder konstruktiver Hinsicht fUr den Vereinigungsvorgang optimaler Temperaturen. So kann bis nahe dem.Schmelzpunkt des aufzubringenden bandförmig oder andersartig vorgeformten, verschleissbeständigen Verbundkörper-Bestandteiles dieser mit einer Zwischenschicht versehen werden. Es ist auch möglic, vor Auftragen des verschleissbeständigen Werkstoffes am Grundkörper die Zwischenschicht aufzutragen.
• Die Dicke der Zwischenschicht, die gemäss einer Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung zwischen 5 - 300/ betragen kann, richtet sich im wesentlichen nach den an die verschleissbeständige Schicht gerichteten Anforderungen, wie Lebensdauer bei vorgegebenem Reibungskoeffiienten und Frequenz der Reibvorgänge, hierbei zulässiger SchiehtenstSrken-Toleranz, welche die Stärke der Schicht bestimmen. Die bei steigender Stärke der Zwischenschicht zunehmenden thermischen Beanspruchungen erfordern einen sicheren intermetallischen Verbindungsmechanismus, der Beanspruchungen dieser Art aufzunehmen und abzubauen in der Lage ist.
• Zur Vereinfachung des Investitionsaufwandes zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Werkstoffe der Zwischenschicht durch Planm-Spritzen oder Spraywelding aufgebracht werden. Unter Flammspritzen werden alle Auftragsarten für Metall verstanden, die geschmolzenes Metall Uber einen Trägergasstrahl zur Aufbringung gelangen lassen. Hierbei kann die Schmelzung durch chemische oder elektrische Energie erfolgen, also im Falle letzterer Energieart durch einen Licht bogen oder durch Hochfrequenz. Im Falle der Erfindung ist bevorzugt, dass die Werkstoffe der Zwischenschicht in einem Lichtbogen erschmolzen und mittels eines Plasmastrahles, d. h. eines ionisierten hocherhitzten Trägergasstrahles aufgetragen werden.
• Eine nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Stromschiene, bestehend aus einem aus Aluminium oder einer seiner Legierungen bestehenden, statisch tragenden Grundkörper mit einer aus verschleissbeständigem Werkstoff bestehenden Auflage, kennzeichnet sich dadurch, dass die Auflage mit dem Grundkörper durch eine metallische Verbindung vereinigt ist.
• In einer Weiterbildung ist der Gegenstand dahingehend vorteilhaft ausgestaltet, dass die metallische Verbindung aus einer am Grundkdrper und an der Auflage haftenden Zwischenschicht besteht.
• Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung anhand der in Fig. 1 gezeigten Stromschiene näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen zur Bildung einer Stromschiene 10 bestimmten, aus Aluminium gebildeten Profilstrang, der aus einem kastenförmigen Hohlprofil 11 und einem mit dem kastenförmigen Hohlprofil 11 verbundenen T-Profil 12 besteht. Das kastenförmige Hohlprofil 11 weist drei zur Abnahme von Strom geeignete Seiten 13, 14 und 15 auf, die je nach Bedarf eine Schicht aus verschleissbeständigem Werkstoff 19 tragen. Der Flansch 17 ist zur beidseitigen Halterung der Stromschiene 10 gedacht.
• Je nach Ausbildung des Abnehmers 18 wird der durch die Strom schiene 10 fliessende Strom entweder von der Seite 13, den Seiten 13 und 14, der Seite 15 oder Kombinationen hiervon abgenommen. Aufgrund des Reibeingriffes zwischen dem aus einem verschleissbeständigen Werkstoff bestehenden Abnehmer 18 und der aus Aluminium oder einer seiner Legierungen geformten Stromschiene 10 würde letztere unverhältnismässig schnell aufgrund der für diese Zwecke unzulänglichen Verschleissfestigkeit eine Dimensionsänderung erfahren, die einen möglichst luftspaltfreien Uebergang zwischen Stromschiene 10 und Abnehmer 18 des Stromes ausschliesst. Hiergegen schafft die mit der Seite 15 verbundene Schicht 19 aus verschleissbeständigem Werkstoff Abhilfe, wobei je nach Bedarf auch die Seiten 13 und 14 in ähnlicher Art und Weise beschichtet sein können. Die Schicht 19 besteht aus einem bandförmig oder ähnlich vorgeformten Körper, der unter Beachtung folgender Mittel mit der Stromschiene 10 vereinigt wird. Der bandförmig vorgeformte Körper wird erhitzt und zum Erreichen des Zieles der Erfindung wird eine Seite des vorgeformten Körpers, die in Anlage mit der Stromschiene 10 kommen soll, beispielsweise induktiv so erhitzt, dass sie in einer dünnen Schicht in flüssigen Zustand übergeht, woraufhin sofort der Vereinigungsvorgang unter gleichzeitiger schneller Wärmeabfuhr einsetzt, wobei das Wärmegefälle so gehalten ist, dass die Temperatur der Strom schiene 10 annähernd wie vor dem Vereinigungsvorgang beibehal ten wird. Durch Anbringung besonderer Kühleinrichtungen an der Stromschiene 10 kann, wenn es angezeigt ist, der Wärmefluss von der Vereinigung an der Seite 15 zur Stelle der Ableitung der Wärme noch beschleunigt werden. Die Vereinigung der Stromschiene 10 mit der bandförmig vorgeformten verschle beständigen Schicht 19 kann durch Pressen oder bei einer kontinuierlichen Fertigung durch Walzen vorgenoe werden. Stehen der Anwendung eines hohen Wärmegefälles metallurgische oder konstruktive Bedenken entgegen, so kann eine Zwischen schicht 20 vorgesehen werden. Die Zwischenschicht 20 wird entweder auf die Seite der vorgeformten Schicht 19 aufgebracht, die der zur Abnahme von Strom geeigneten Seite 15 der Stromschiene 10 nach dem Vereinigungsvorgang zugewandt ist, oder es besteht die Möglichkeit, die Zwischenschicht 20 vor dem Vereinigungsvorgang auf die Seite 15 oder bei Bedarf auf die Seiten 13 und 14 aufzutragen. Es ergeben sich auch gute Resultate bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit des so hergesteilten Körpers, wenn die Zwischenschicht vor dem Pressen oder Walzen sowohl auf die vorgeformte Schicht 19 als auch auf die entsprechenden zur Abnahme von Strom geeigneten Seiten 13, 14 oder 15 aufgetragen wird. Wie bereits erwähnt, stehen der Anwendung der Zwischenschicht 20 erhöhte Temperaturen, und zwar bis zum Schmelzpunkt einer Lage der Seite der Schicht 19, die zur Vereinigung mit der Stromschiene 10 bestimmt ist, nicht entgegen. Sozusagen ist die Anwendung der Zwischenschicht 2u ein ilittel, um für den Vereinigungsvorgang hinsichtlich des zu erzeugenden Gegenstandes metallurgisch und technologisch optimale Bedingungen erzeugen zu können.
• Die Zwischenschicht 20 ist durch Flammspritzen odqr Spraywelding aufbringbar. Bevorzugt wird die Aufbringung der Zwischenschicht 20 mittels eines Plasmabrenners, indem der Werkstoff der Zwischenschicht aufgeschmolzen und mit Hilfe eines ionisierten Trägergasstrahles auf den zu beschichtenden Gegenstand aufgetragen wird.
• Zweckmässigerweise wird die Schicht aus verschleissbeständigem Werkstoff 19 in einer Stärke von 0,3 - 2 mm aufgetragen.

Claims (12)

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Stromschiene aus einem Aluminium-/(;rundkörper mit einer auf dem Grundkörper angeordneten, eine G leitfläche bildenden Schicht aus versch I eissbeständi gem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleissbeständige Werkstoff vorgeformt und teilweise in flüssigem Zustand auf den Grundkörper aufgebracht und gleichzeitig der Wärmeinhalt des verschleissbeständigen Werkstoffes rasch über den Grundkörper abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht durch Pressen aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht durch Walzen aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringung des verschleissbeständigen Werkstoffes eine am Grundkörper und am verschleissbeständigen Werkstoff gut haftende und eine Diffusion des verschleissbeständigen Werkstoffes in den Grundkörper oder umgekehrt verhindernde Zwischenschicht aufgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringung des verschleissbeständigen Werkstoffes auf dem verschleissbeständigen Werkstoff die Zwischenschicht aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Auftragen des verschleissbeständigen Werkstoffes auf den Grundkörper die Zwischenschicht aufgetragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht aus Nickel, aus einer Nickel-Aluminium-Legierung, aus Zinn, Zink, Silber, Kupfer oder Legierungen dieser lRetålle aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht in einer Dicke von 5 bis 300fit aufgetragen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe der Zwischenschicht durch Flammspritzen oder Spraywelding aufgebracht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffe der Zwischenschicht in einem Lichtbogen erschmolzen und mittels eines Plasmastrahles aufgetragen werden.

11. Stromschiene aus einem statisch tragenden Grundkörper aus Aluminium oder einer seiner Legierungen mit einer aus verschleissbeständigem Werkstoff bestehenden Auflage, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (19) mit dem Grundkörper (11,12) durch metallische Verbindung. vereinigt ist.

12. Stromschiene nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verbindung aus einer am Grundkörper (11,12) und an der Auflage (19) haftenden Zwischenschicht (20) besteht.

Lee L e e r s e i t e