DE3405478A1

DE3405478A1 - Metallisches flachprofil, insbesondere metallband

Info

Publication number: DE3405478A1
Application number: DE19843405478
Authority: DE
Inventors: Hans W. Dipl.-Ing. 5190 Stolberg Brinkmann
Original assignee: Stolberger Metallwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Stolberger Metallwerke GmbH and Co KG
Priority date: 1984-02-16
Filing date: 1984-02-16
Publication date: 1985-08-22

Description

Stoiberger Metallwerke GmbH & Co. KG

• Sto 1 09.02.1984

Metallisches Flachprofil; insbesondere Metallband

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Flachprofil, insbesondere Band, aus einem einheitlichen metallischen Werkstoff mit durch äußere Einwirkung veränderbaren technologischen Eigenschaften.

Metallische Profile, wie Stangen, Rohre, Bleche oder Bänder aus Eisen- oder Nichteisenmetallen,finden die unterschiedlichste Anwendung. Sokönnen diese Profile unmittelbar, d. h. in ihrer Halbzeugform, eingesetzt werden", sie können aber auch einem Weiterverarbeitungs- oder -bearbeitungsprozeß unterworfen werden. Während es im ersten Fall darauf ankommt, daß das Halbzeug

z. B. über den gesamten Querschnitt und/oder die Länge gleiche technologische Eigenschaften, wie Federeigenschaften, thermische oder elektrische Leitfähigkeit, Biege- oder Umformfähigkeit, Bruchfestigkeit, Dehnung usw. mitbringen muß, sind die an die weiter zu verarbeitenden Profile gestellten Forderungen bzw. dieJUeraus hergestellten Produkte oft ganz andere.

So werden z. B. aus flachen metallischen Bändern, etwa in Stanz- oder Trennverfahren, Fertigteile hergestellt, die an unterschiedlichen Stellen verschiedene Funktionen zu erfüllen haben. Im Falle von Kontaktelementen für elektrische Zwecke muß beispielsweise das Material an der Kontaktstelle für die Erzeugung und Aufrechterhaltung des notwendigen Kontaktdruckes Federeigenschaften aufweisen, während es für das abgekehrte Ende des Kontaktelements oft auf gute Montagefähigkeit und Biegbarkeit, also gerade nicht

auf Federeigenschaften des Werkstoffs ankommt. -

JEine^Losung des Problems wird darin gesehen, daß man die oft einander ent-" gegengerichteten Forderungen durch."Kombination unterschiedlicher Werkstoffe "zu erfüllen versucht. Hierzu werden ζ. B. Elemente unterschiedlicher technologischer Eigenschaften der verschiedensten Formen, etwa durch Schweißen, Löten oder Kleben, mechanisch miteinander verbunden. Abgesehen davon, daß der fertigungstechnische Aufwand zum Teil erheblich ist, sind die Verbindungsstellen oft Schwachpunkte, sei -es, daß-sie korrosionsanfällig sind, sei es, daß sie eine geringere Festigkeit gegenüber ihrer Umgebung aufweisen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu .finden, an das Fertigprodukt gestellte Forderungen hinsichtlich besonderer Eigenschaften bereits bei der Herstellung des Vormaterials zu berücksichtigen. -

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das metallische Flachprofil über den Querschnitt Gebiete oder Zonen aufweist, die bei gleichem Werkstoff wie die benachbarten Bereiche oder Zonen von diesen unterschiedliche technologische Eigenschaften aufweisen. Auf diese Weise können z. B. Kontaktelemente lediglich durch Spalten oder Trennen des Flachprofils oder durch Ausstanzen hergestellt werden, bei denen die eine Seite als Federelement und die andere als Steckelement für den Stromanschluß gebraucht wird. Werden stabförmige Kontaktelemente mit bestimmten Härteeigenschaften an den Enden gefordert, kann z. B. ein Bereich geringerer Härte im mittleren Bereich dazu dienen, durch leichtes Biegen dieses Kontaktelement der äußeren Umgebung anzupassen, ohne daß gesonderte Schweiß-, Lot- oder Klebarbeiten erforderlich sind. Das gleiche gilt für den Fall, daß durch Falten von elektrischen Kontakt gebenden Teilen Steckanschlüsse herzustellen sind.

Aber nicht nur auf die unterschiedliche Härte kommt es an. So sind unter technologischen Eigenschaften auch die Biege- oder Umformfähigkeit, die Bruchfestigkeit, Streckgrenze oder Dehnung des Materials zu verstehen. Wesentlich ist in allen diesen Fällen, daß die'Eigenschaften des Werkstoffes durch äußere Einwirkung veränderbar ist.

Dabei spielt der Werkstoff des Flachprofils, das vorzugsweise ein Metallband ist, zunächst einmal eine untergeordnete Rolle. Als Werkstoffe für die Zwecke __der"1irfindung sind demnach geeignet Eisen und Eisenlegierungen, Aluminium - sowie Aluminiumlegierungen.-A-Is-besonders vorteilhaft haben sich allerdings das Kupfer und seine Legierungen erwiesen. Das liegt vor allem in dem weiten Einsatzbereich z. B. für elektrische und nichtelektrische Zwecke, an der problemlosen Ver- und Bearbeitungsfähigkeit~sowie der verhältnismäßig einfachen Herstellung entsprechend der Erfindung ausgebildeter Flachprofile.>

Der Einsatz von Flachprofilen nach o&r Erfindung bzw. daraus hergestellten Fertigteilen ist vielfältig. Vom Einsatzgebiet sowie den dort gestellten Forderungen ist es letzten Endes aber abhängig, wo sich z. B. in einem endlos .-hergestellten Band, aus dem in einer nachgeschalteten Arbeitsstufe durch Trennen, Spalten oder Stanzen Bauelemente hergestellt werden, die Bereiche oder Zonen unterschiedlicher technologischer Eigenschaften befinden müssen. So kann es mitunter zweckmäßig sein, wenn in Durchführung der Erfindung diese Bereiche oder Zonen in Achsrichtung des Profils in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung streifenförmig verlaufen. Diese Streifen können mittig angeordnet sein, sie können aber-auch einen oder beide Randbereiche erfassen.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist die, die Bereiche oder"Zonen unterschiedlicher technologischer Eigenschaften quer zur Achsrichtung des Profils in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung streifenförmig verlaufen zu ■ lassen. Schließlich kann man auch, um besonderen Forderungen gerecht zu werden, die Bereiche über den Querschnitt des Profils punkt- oder flächenförrnig in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung verteilen.

Für die Herstellung nach der Erfindung ausgebildeter metallischer Flachprofile ist eine kontinuierliche Fertigung vorzuziehen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Flachprofile zu Bunden gewickelte Metallbänder, etwa auf Kupferbasis, sind. In diesem Fall hat es sich in Weiterführung des Erfindungsgedankens als zweckmäßig erwiesen, daß die Veränderung der technologischen Eigenschaften . bestimmter Bereiche oder Zonen gegenüber ihrer Umgebung durch eine Temperaturbehandlung dieser Bereiche oder Zonen erreicht wird. Dabei geht man zweckr./ttin von einem zu behandelnden Flachprofil, beispielsweise Kupfer- oder Bronzcb.ind,

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aus, das nach Umformung die geforderten technologischen Eigenschaften des z. B. härteren Bandteils über die gesamte-Breite aufweist. Zur Erzielung _-eines gewünschten weicheren Zustands in bestimmten Bereichen des Bandes - kann das Band kontinuierlich auch mit gleichbleibender Geschwindigkeit an δ einer Vorrichtung zur Temperaturbehandlung, etwa zum Weichglühen bestimmter Bereiche, vorbeigeführt werden.

Da die Vorbereitung des Bandes bzw. die Änderung durch Werkstoffauswahl und/ oder Zusammensetzung eingestellter Eigenschaften in kontinuierlichem Durchlauf zu erfolgen hat, spielt nicht nur die Art der Behandlung, sondern auch die Energiedichte eine entscheidende Rolle. Vorteilhaft ist es deshalb, wenn man zur Änderung der technologischen Eigenschaften bestimmter Bereiche auf eine

- Elektronenstrahlbehandlung zurückgreift, die Behandlung also beispielsweise mittels gebündelter Laserstrahlen durchführt. Vorteilhaft ist hierbei, daß die teilweise Strukturveränderung durch einen Glühprozeß auf einen sehr kleinen Bereich der Bandoberfläche beschränkt werden kann. Außerdem können mit einem Laserstrahl wegen seiner besonderen Eigenschaften, wie hohe Leistungsdichte, schmale Wärmeeinbringzone, berührungslose Energieübertragung, wesentlieh genauere Maßtoleranzen verwirklicht werden.

Die hohe Leistungsdichte der Laserstrahlen ermöglicht in einfacher Weise gerade auch die Erzeugung von Bereichen oder Zonen, die nur punkt- oder flächenförmig auf bzw. im Metallband angeordnet sind.

Insbesondere, wenn es nicht so sehr auf eine scharfe Abgrenzung der Zonen oder Bereiche unterschiedlicher technologischer Eigenschaften ankommt, sind auch andere Behandlungsverfahren oft vorteilhaft. So kann eine Änderung auch durch eine Ultraschallbehandlung vorgenommen werden, durch eine Beflammung mit Hilfe eines Flammstrahlbrenners oder durch eine Widerstandsglühung, etwa mittels geeigneter Rollenelektroden.

Desweiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Behandlung des Metallbandes zur Veränderung vorgegebener Eigenschaften in einer definierten 3G Atmosphäre mit oxidierenden, reduzierenden oder inerten Gasen vorzunehmen. Auch eine Behandlung im Vakuum, beispielsweise zwischen 0,06 und 6 mbar, kann von Vorteil sein, wenn Bereiche bestimmter technologischer Eigenschaften geschaffen werden sollen.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 - 5 als Ausführungsbeispiele dargestellten Herstellung eines Bandes aus einer Kupfer-Zinn-Legierung als Ausgangsmaterial für- die Weiterverarbeitung näher erläutert.

Das von einem nicht dargestellten Bandvorrat abgezogene Bronzeband 1 in einer Breite von z. B. 50 - 100 mm und einer Dicke von 0,1 - 1,5 mm wird, wie aus der Fig. 1 ersichtlich, zur Erzeugung eines,Streifens 2 aus einer Zone mit gegenüber dem Ausgangszustand verminderter Härte einer Temperaturbehandlung, d. h. einer .partiellen Weichglühung unterworfen. Hierzu dient eine Schutzgaskammer 3, in der der Strahl eines Lasers· 4 konzentriert auf das Band 1 gerichtet wird und zur Erwärmung bis zur Rekristallisationsglühung von z. B. 500 - 600 C führt. Um zu erreichen , daß lediglich der von Laser getroffene Bereich, nicht aber die angrenzenden Bandbereiche- einen unerwünschten Härteverlust erleiden, sind Kühlbacken 5 und 6 vorgesehen, die die zu schützenden Bandflächen abdecken. Zur intensiven Kühlung des kontinuierlich abgezogenen Metallbandes 1 kann z. B. auch flüssiger Stickstoff verwendet werden.

Abweichend von der Fig. 1 zeigt die Fig. 2 ein Verfahren, bei dem quer zur Achsrichtung des Bandes 7 angeordnete Bereiche 8 veränderter technologischer Eigenschaften vorgesehen sind. In diesem Fall wird das z. B. 2 bis 10 mm breite und 0,05 bis 0,15 mm dicke Kupferband in der Schutzgaskammer 9.einem das Band quer zur Durchlaufrichtung erwärmenden Laser 10 ausgesetzt. Die Kühlvorrichtungen 11 und 12 halten während der zonenweisen Temperaturbehandlung, ggf. auch unterhalb der Rekristallisationstemperatur, den Einfluß des Laserstrahls von den benachbarten Bereichen fern.

In den Fig. 3 und 4 sind Metallbänder 13 und 14 z. B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung dargestellt, die vorzugsv/eise nach den Verfahren entsprechend den Fig. 1 und 2 punkt- oder flächenförmige Bereiche 15 und 16 mit gegenüber den Eigenschaften des Ausgangsmaterials geänderten technologischen Eigenschaften aufweisen.

Eine v/eitere Ausführungsform der Erfindung zeigt schließlich die Fig. 5. In diesem Fall wird das aus einer Kupferlegierung bestehende, etwa 4C0 bis 500 mm -breite und 1,0 bis 2,0 mm dicke Band im Durchlauf in die Schutzgaskammer 18 eingebracht und im jeweiligen Bandkantenbereich einer Temperaturbehandlung

unterworfen. Hierzu geeignet ist ζ. B. eine Widerstandsglühung, wobei zur Stromzuführung die Rollenelektroden 20 und 21 dienen. Auf diese Weise ent-

^stehen im Band 17 längsverlaufende Zonen 22 und 23 mit veränderten Eigenschaften. Die Kühlvorrichtung 19 vermeidet eine erhöhte Erwärmung der benachbarten Bereiche.

Die nach den Ausführungsbeispielen Ibis 5 behandelten Metallbänder können auch mittels anderer bekannter Mittel einer Temperaturbehandlung unterworfen werden. Mögliche Anwendungen finden hierzu eine oder mehrere Gasflammen, der Lichtbogen, insbesondere der Plasmalichtbogen oder auch die induktive Erwärmung. Desgleichen kann man die Behandlung unter Vakuum vorsehen, wobei sich Drücke im Bereich zwischen 0,06 und 6, vorzugsweise 0,1 und 1,0 mbar,. als am

- geeignetesten erwiesen haben.

- Leerseite -

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Claims

Stoibergyke QnbH & CtrriCG

,09.02.1984

¹ " . ■ Patentansprüche
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.1. Flachprofil, insbesondere Band, aus einem einheitlichen metallischen Werkstoff mit durch äußere Einwirkung veränderbaren technologischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachprofil über den Querschnitt Gebiete oder Zonen aufweist, die bei gleichem Werkstoff wie die benachbarten Bereiche oder Zonen von diesen unterschiedliche technologische Eigenschaften aufweisen.

2^,-Elachpcofil._nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche oder ,.,Zonen unterschiedlicher technologischer Eigenschaften in Achsrichtung des Profils in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung streifenförmig verlaufen.

^^ 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche oder

i^Zonen-tmVerschiedlicher technologischer Eigenschaften quer zur Achsrichtung des Profils in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung streifenförmig . verlaufen.

4. Flachprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche oder Zonen unterschiedlicher technologischer Eigenschaften über den Querschnitt punkt- oder flächenförmig, regelmäßig öder unregelmäßig angeordnet sind.

5. Flachprofil nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dieWandstärke 0,03 - 3,0, vorzugsweise 0,05 - 2,0 mm, beträgt.

6. Verfahren zur Herstell ung„_eines Flachprofils nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der technologischen Eigenschaften bestimmter Bereiche oder Zonen gegenüber ihrer Umgebung durch eine Temperaturbehandlung dieser Bereiche oder Zonen erreicht wird. _ .

7. Verfahren zur Herstellung eines Flachprofils nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der technologisehen Eigenschaften bestimmter Bereiche oder Zonen gegenüber ihrer Umgebung durch eine Ultraschallbehandlung dieser Bereiche oder Zonen erreicht wird. .

8. Verfahren zur Herstellung eines Flachprofils nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der technologisehen Eigenschaften bestimmter Bereiche oder Zonen durch eine Elektronenstrahl behandlung dieser Bereiche oder Zonen erreicht wird. ·

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bestimmter Bereiche oder Zonen mittels hoher Energiedichte vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet,

daß die Behandlung bestimmter Bereiche oder Zonen in einer Schutzgasatmospäre . vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die "Behandlung bestimmter Bereiche oder Zonen im Vakuum vorgenommen wird.

25.12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum einen Druck zwischen 0,06 und 6 mbar, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 mbar, aufweist.

13. Verwendung eines Flachprofils dünner Wandstärke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur Herstellung federnder Steck-, Klemm- oder Schneidelemente.