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Beschreibung:
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit den im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Aus der DE-PS 1 539 848 ist es bekannt, in einer Preßform ein Metallpulver
( z.B. Silberpulver) und eine Pulvermischung aus einem Metall und einem Metalloxid
(z. B.
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Silber-Kadmiumoxid) zu schichten, zu pressen, und zu einem festen
Block zu sintern. Dieser gesinterte Block wird anschließend in den Rezipienten einer
Vorwärts-Strangpresse eingelegt und durch Strangpressen umgeformt.
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Das Umformen erfolgt dadurch, daß das Verbundmaterial in üblicher
Weise durch einen Preßkanal hindurchgepreßt wird, dessen Querschnitt die Querschnittsform
des umgeformten Halbzeuges bestimmt und ein flaches Rechteck ist, wenn bandförmiges
Halbzeug hergestellt wird. Das so hergestellte bandförmige Halbzeug besitzt einen
gut schweiß-und lötbaren Rücken (z.B. aus Silber) und eine kontaktgebende Schicht
aus einem gut leitfähigen Metall (z.B.
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Silber) und einem darin eingelagerten Metalloxid, z. B.
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Kadmiumoxid. Nachteilig beim Stand der Technik ist, daß das durch
Strangpressen gewonnene Halbzeug einen Rücken aufweist, dessen Dicke über die Länge
des bandförmigen Halbzeugs erheblichen Schwankungen unterworfen ist; diese Dickenschwankungen
haben ihre Ursache darin, daß das Material des Blocks im Rezipienten der Strangpresse
während des Vorwärtsstrangpressens Verwirbelungen unterworfen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strangpresse für den
eingangs genannten Verwendungszweck in der Weise zu verbessern, daß ein bandförmiges,
zwei- oder mehrschichtiges Halbzeug für elektrische Kontakte hergestellt werden
kann, dessen Schichten keine wesentlichen Dickenschwankungen aufweisen. Insbesondere
soll sich die Vorrichtung zur Herstellung solcher Halbzeuge eignen, welche eine
metallische oder überwiegend metallische, insbesondere pulvermetallurgisch hergestellte
und zur Kontaktgabe bestimmte Schicht auf ihrer einen Seite (der Vorderseite) und
eine davon verschieden zusammengesetzte, metallische, schweiß- oder lötbare Schicht
auf ihrer anderen Seite (der Rückseite) aufweisen.
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Diese AUfgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, bei der Herstellung
eines bandförmigen Halbzeugs aus einem Verbundmaterial die Verfahren des Strangpressens
und des Walzplattierens miteinander zu kombinieren, jedoch nicht einfach dadurch,
daß man eine Strangpresse und ein Plattierwalzwerk unabhängig von einander anordnet,
sondern dadurch, daß man ein Plattierwalzwerk in Gestalt eines Plattierwalzenrollenpaares
in die Strangpresse integriert, indem man es unmittelbar vor dem Ausgang des Preßkanals
der Strangpressmatrize anordnet, sodaß der
Preßkanal unmittelbar
in den Walzspalt des Plattierwalzenrollenpaares mündet. Außerdem sind eine oder
zwei Führungseinrichtungen vorgesehen, durch welche ein bzw.
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zwei Metallbänder in den Walzspalt einführbar sind, wo sie mit dem
aus dem Preßkanal austretenden Strang zusammenlaufen und diesem einseitig bzw. beidseitig
aufplattiert werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in der Weise verwendet, daß
in den Rezipienten der Strangpresse ein prismatischer Block oder ein zylindrischer
Bolzen eingelegt wird, welcher nur aus dem Material für eine der Schichten des herzustellenden
Halbzeuges besteht, jedoch nicht das Material enthält, aus welchem die ihm aufzuplattierende(n)
Schicht(en) des herzustellenden bandförmigen Halbzeugs gebildet wird. Letzteres
wird vielmehr gesondert als Band der Pressmatrize der Strangpresse zugeführt, wo
es zwischen dem Ausgang des Presskanals und dem Walzspalt mit dem aus dem Presskanal
austretenden Strang zusammenläuft.
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An dieser Stelle ist der Strangpressvorgang schon beendet, das heißt,
daß durch die Plattierwalzenrollen ein Metallband in gleichbleibender Dicke einem
aus dem Presskanal austretenden Strang, der ebenfalls eine gleichbleibende Dicke
besitzt, aufplattiert wird, sodaß man bei Einhaltung üblicher Walzplattierbedingungen
davon ausgehen kann, daß in dem plattierten, bandförmigen Halbzeug die Schichten
des Bandes über die Länge des Bandes eine gleichbleibende Dicke aufweisen.
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Die Anordnung der Plattierwalzenrollen unmittelbar anschließend an
den Ausgang des Preßkanals hat den Vorteil, daß der Strang noch warm und - abgesehen
von gegebenenfalls im Strang bestimmungsgemäß enthaltenen Metalloxiden - praktisch
oxidfrei ist und deshalb eine für das Walzplattieren optimal vorbereitete Oberfläche
besitzt.
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Dies führt dazu, daß man im Vergleich zu anderen Verfahren der Herstellung
von bandförmigem Halbzeug für elektrische Kontakte aus einem Verbundmaterial eine
deutlich verbesserte Haftung zwischen den Schichten erhält, und zwar insbesondere
in Fällen, in denen der durch Strangpressen umgeformte Strang Metalloxide (vor allem
Kadmiumoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Kupferoxid, Wolframoxid und Molybdänoxid
- jeweils einzeln oder in Kombination) enthält.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung der beiden Plattierwalzenrollen
unmittelbar anschließend an den Ausgang des Preßkanals liegt darin, daß man für
die Walzenrollen keinen eigenen Antrieb benötigt, sondern daß man sie freilaufend
lagern kann. Für den nötigen Bandvorschub sorgt der aus dem Preßkanal austretende
Strang selbst; die Walzenrollen dienen lediglich zum Aufbringen des nötigen Plattierdruckes
und zur Seitenführung des Stranges und des gesondert zugeführten, mit dem Strang
zusammenlaufenden Metallbandes. Das Plattierwalzwerk läßt sich deshalb mit relativ
bescheidenem Aufwand verwirklichen.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Walzenrollen dicht vor dem
Ausgang des Preßkanals liegt darin, daß das gesondert zugeführte Metallband im Kontakt
zur Preßmatrize oder durch einen in der Preßmatrize verlaufenden Zuführkanal hindurch
dem Walzspalt zugeführt wird. Auf diese Weise kann das Metallband durch die ohnehin
beheizte Preßmatrize vorgewärmt und dadurch der Plattiervorgang begünstigt werden.
Vorzugsweise bildet man zu diesem Zweck die Strangpreßmatrize zweiteilig aus, und
zwar in der Weise, daß die Trennfläche zwischen den beiden Matrizenteilen
quer
zum Preßkanal verläuft; den Preßkanal sieht man nur in einem der Matrizenteile vor
und läßt ihn in der Trennfläche enden, und der Mündung des Preßkanals gegenüberliegend
sieht man in dem zweiten Matrizenteil eine Ausnehmung vor, welche zum ersten Matrizenteil
hin offen ist und die beiden Walzenrollen aufnimmt. Dies erlaubt einerseits eine
äußerst kompakte Anordnung des Preßkanals und der Plattierwalzenrollen hintereinander
und ermöglicht andererseits die Ausbildung eines Führungskanals für das Metallband
zwischen den beiden Matrizenteilen, also in der Trennebene zwischen ihnen. Ein derart
angeordneter Führungskanal besitzt entsprechend der Temperatur der Strangpreßmatrize
heiße Kanalwände und führt das Metallband genau dorthin, wo es benötigt wird, nämlich
in den Walzspalt.
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Für das gesondert zugeführte Metallband benötigt man keinen besonderen
Vorschiebeantrieb, vielmehr wird es durch den Strang, welchem es aufplattiert wird,
mitgenommen; es kann also frei von einer Vorratsrolle ablaufen. Vor dem Beginn eines
jeden Plattiervorgangs, noch bevor die Strangpresse in Betrieb genommen wird, führt
man das Metallband bereits von Hand in den Walzspalt ein und zieht es ein Stück
weit durch den Walzspalt hindurch, sodaß der aus der Strangpresse austretende Strang
im Walzspalt auf das dort bereits vorhandene Metallband trifft und es mitnimmt.
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Die Strangpresse ist vorzugsweise als Vorwärtsstrangpresse ausgebildet,
weil in diesem Fall die Ausbildung der Vorrichtung einfacher ist als bei Ausbildung
einer Rückwärtsstrangpresse, denn bei einer Rückwärtsstrangpresse müßten zusammen
mit der Strangpressmatrize auch das Walzwerk und die Zuführeinrichtung für das Metallband
in den Rezipienten hineinbewegt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für die Herstellung
von vollflächig plattiertem, bandförmigem Halbzeug; in diesem Fall besitzt die Plattiermatrize
einen Preßkanal, der wenigstens in seinem Endabschnitt einen rechteckigen Querschnitt
aufweist, und dementsprechend wird ein Metallband zugeführt, welches in der Breite
übereinstimmt mit der Breite des Strangs, welcher aus dem Preßkanal austritt und
welches zweckmäßigerweise durch einen Führungskanal zugeführt wird, dessen Querschnitt
den Querschnitt des zugeführten Bandes nur um soviel übertrifft, wie nötig ist,
um einen ungehinderten Durchlauf des Metallbandes zu gewährleisten.
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Anstatt das gesondert zulaufende Metallband dem aus der Strangpresse
kommenden Strang ganzflächig aufzuplattieren, kann es ihm aber auch in Form eines
schmaleren Streifens aufplattiert werden oder in eine Nut des Stranges eingelegt
und mit dem Strang walzplattiert werden; im ersten Fall benötigt man ein entsprechend
profiliertes Plattierwalzenrollenpaar, im zweiten Fall benötigt man eine Preßmatrize
mit einem Preßkanal, dessen Querschnitt zur Aus-
bildung der Nut
im gepreßten Strang ein um den Querschnitt der Nut vermindertes Rechteck ist.
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Die Erfindung erlaubt nicht nur die Herstellung von zweischichtigem
Halbzeug für elektrische Kontakte, sondern auch von mehrschichtigem Halbzeug. So
läßt sich ein dreischichtiges Halbzeug zum Beispiel dadurch verwirklichen, daß das
Metallband, welches zum Aufplattieren auf den aus der Strangpresse kommenden Strang
in den Walzspalt eingeführt wird, bereits ein Bimetallband ist. Besteht das zugeführte
Metallband aus mehr als zwei Schichten, erhält man mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entsprechend mehrschichtige bandförmige Halbzeuge. Eine weitere Möglichkeit, mehrschichtige
Halbzeuge zu erzeugen, besteht darin, dem aus dem Preßkanal austretenden Strang
beidseitig ein Metallband, welches selbst wiederum aus mehreren Schichten bestehen
kann, aufzuplattieren. In diesem Fall benötigt man lediglich eine weitere Zuführeinrichtung
für das zweite, aufzuplattierende Metallband, wobei die zweite Führungseinrichtung
im Prinzip genauso ausgebildet sein kann wie die erste Führungseinrichtung.
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Im Vergleich zu anderen Verfahren der Herstellung eines bandförmigen
Halbzeuges für elektrische Kontakte aus einem Verbundmaterial hat die erfindungsgemäße
Vorrichtung den Vorteil, daß man in einem einzigen Durchlauf zu Halbzeugen von sehr
großer Länge gelangt, weil man mit sehr hohen Verformungsgraden arbeiten kann, die
mit einer entsprechend großen Längenzunahme - bezogen auf die Ausgangslänge des
in den Rezipienten der Strangpresse eingelegten Blocks beziehungsweise Bolzens -
verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Herstellung
von Halbzeugen, deren kontaktgebende Schicht pulvermetallurgisch hergestellt wird
und selbst nicht gut lötbar oder schweißbar ist, sodaß man einen Rücken aus gut
schweißbarem oder lötbarem Material wie Silber oder Kupfer oder Legierungen davon
benötigt, um solche Kontaktstücke auf einen Kontaktträger auflöten oder aufschweißen
zu können. Solche pulvermetallurgisch hergestellte Kdntaktwerkstoffe sind insbesondere
die Silber/Metalloxid - Werkstoffe und Silber/Graphit - Werkstoffe, welche sich
durch eine geringe Verschweißneigung auszeichnen, sowie Werkstoffe für elektrische
Kontakte in Vakuumschaltern, insbesondere auf der Basis Cu/W oder Cu/Cr.
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Solche Werkstoffe lassen sich mit Vorteil durch Strangpressen herstellen
und die Erfindung macht sich dieses in vorteilhafter Weise zunutze, wobei sie darauf
verzichtet, die gut lötbare oder schweißbare, rein metallische Schicht ebenfalls
durch Strangpressen zu formen, sondern sie in einem begleitenden Walzplattiervorgang
aufbringt, wodurch die geschilderten Vorteile erzielt werden. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ist aber auch wirtschaftlich einsetzbar in der Herstellung von Halbzeugen
für elektrische Kontakte, welche rein metallisch sind und auch allein durch Walzplattierverfahren
nach dem Stand der Technik hergestellt werden können. Der Vorteil gegenüber bekannten
Walzplattierverfahren liegt darin, daß man wegen der hohen möglichen Verformungsgrade
sehr lange Bänder bereits in einem einzigen Durchlauf erhält.
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Der weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die beigefügten schematischen
Zeichnungen, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung illustrieren.
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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, Figur 2 zeigt
als Detail in vergrößertem Maßstab die Preßmatrize der Vorrichtung mit eingesetzten
Walzenrollen im Längsschnitt, Figur 3 zeigt eine Ansicht jenes Teils der Preßmatrize,
welcher den Preßkanal enthält, und zwar mit Blick auf das Ende des Preßkanals, Figur
4 zeigt die Ansicht der Preßmatrize mit Blick auf den Eingang des Preßkanals.
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Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zeigt die wesentlichen Elemente
einer Strangpresse für das Vorwärtsstrangpressen mit einem Aufnehmer oder Rezipienten
(1) für einen Block (2). Der eingelegt Block (2) wird unter Zwischenfügen einer
Preßscheibe (3) durch einen Preßstempel (4) beaufschlagt und gegen eine zweiteilige
Preßmatrize (5) gedrückt, welche mittels eines Matrizenhalters (6) gegen das dem
Preßstempel (4) gegenüberliegende Ende des Rezipienten (1) gedrückt wird und dessen
Aufnahmekammer abschließt.
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Die Preßmatrize enthält in ihrem ersten, unmittelbar an den Rezipienten
angrenzenden Teil (5a) einen Preßkanal (7) mit rechteckigem Querschnitt. Der Presskanal
(7) liegt im Zentrum des ersten Matrizenteils (5a).
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Das zweite Matrizenteil (5b) besitzt eine Ausnehmung (8), welche zum
ersten Matrizenteil (5a) hin offen ist und durch das erste Matrizenteil (5a) abgeschlossen
wird. In dieser Ausnehmung befinden sich zwei Plattierwalzenrollen (9a und 9b),
in deren Walzspalt (10) der Preßkanal (7) einmündet. In dem Vorsehen dieser Walzenrollen
(9a und 9b) unterscheidet sich die Preßmatrize (5) wesentlich von einer herkömmlichen
Preßmatrize.
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Die Drehachsen (11a und 1lb) der beiden Walzenrollen verlaufen parallel
zu den beiden Breitseiten des Querschnitts des Presskanales (7). Um den Preßkanal
(7) möglichst weit in den Walzspalt (10) hineinführen zu können, befinden sich in
der Oberfläche des ersten Matrizenteils (5a), welche an das zweite Matrizenteil
(5b) angrenzt und mithin zugleich die Trennfläche (12) zwischen den beiden Matrizenteilen
(5a und 5b) bildet, teilzylindrische Ausnehmungen (13a und 13b), deren Radius dem
Radius der Walzenrollen (9a und 9b) angepaßt ist; diese Ausnehmungen (13a und 13b)
sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
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In der unteren Hälfte der Trennfläche (12) ist ein flacher Zuführkanal
(14) mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen, durch welchen hindurch ein Metallband
(15) quer zum Preßkanal (7) in die Preßmatrize (5) eingeführt werden kann, bis es
in den Eingriffsbereich der Walzenrolle (9b) gelangt, durch den Spalt zwischen dieser
Walzenrolle (9b) und der Ausnehmung (13b) im ersten Preßmatrizenteil hindurchgezogen
und dabei um 90 Grad umgelenkt wird, wodurch es mit dem Strang (16), welcher aus
dem Preß-
kanal (7) austritt, zusammenläuft und durch den von den
Walzenrollen (9a und 9b) ausgeübten Preßdruck dem Strang (16) einseitig aufplattiert
wird.
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Wenn man einen entsprechenden Zuführkanal (15), wie er in Figur 2
in der unteren Hälfte der Preßmatrize (5) vorgesehen ist, auch in der oberen Hälfte
der Preßmatrize vorsieht, dann ist eine beidseitige Plattierung des Stranges (16)
mit einem Metallband möglich.
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Die Führung des Metallbandes (15) durch die Preßmatrize (5) hindurch
bietet die Möglichkeit, das Metallband vor dem Plattiervorgang anzuwärmen und dadurch
den Plattiervorgang zu begünstigen.
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Der Abstand der beiden Walzenrollen (9a und 9b) voneinander richtet
sich nach der Dicke des Stranges (16) (also nach der Höhe des Preßkanals 7), nach
der Dicke des gesondert zugeführten Metallbandes (15) sowie nach dem Verformungsgrad,
den die Walzenrollen (9a und 9b) bewirken müssen, um eine einwandfreie Plattierung
zu erhalten.
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Die Walzenrollen (9a und 9b) sind freilaufend gelagert, sie werden
durch den Strang (16) angetrieben.
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Der Rezipient (1) und die Preßmatrize (5) sind beheizbar ausgebildet;
die Heizeinrichtungen sind jedoch nicht dargestellt, sie entsprechen dem Stand der
Technik bei Strangpressen.
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Mit der dargestellten Vorrichtung lassen sich zum Beispiel die nachfolgend
aufgeführten Halbzeuge für elektrische Kontakte herstellen: Beispiel 1: Aus einer
Legierung aus 91 Gew.-% Silber und 9 Gew.-% Kadmium wird ein zylindrischer Block
mit einer Länge von 520 mm und einem Durchmesser von 105 mm gegossen und in den
entsprechend zylindrisch ausgebildeten Rezipienten (1) der Vorrichtung eingelegt.
Die Preßmatrize (5) besitzt in zentrischer Anordnung einen Preßkanal, welcher 25
mm breit, 10 mm hoch und 27 mm lang ist. In der Ausnehmung (8) der Preßmatrize (5)
befinden sich Walzenrollen (9a und 9b) mit einem Durchmesser von jeweils 25 mm;
sie bestehen in üblicher Weise aus einem gehärteten Warmarbeitsstahl. Der Abstand
der Walzenrollen (die Höhe des Walzspaltes) beträgt 8 mm.
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Der Bolzen aus der Silber-Kadmiumlegierung wird auf eine Temperatur
von 850 OC vorgewärmt und in den auf eine Temperatur von ungefähr 500 OC angewärmten
Rezipienten eingelegt. Auch die Preßmatrize wird auf eine Temperatur von ungefähr
500 OC angewärmt. Der Preßstempel (4) wird mit einer Geschwindigkeit von 2,5 bis
3 mm/s vorgeschoben, wodurch ein Silber-Kadmium-Strang (16) durch den Preßkanal
(7) hindurchgepreßt wird.
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Das Silberband (15) kann kalt zugeführt werden, es erwärmt sich beim
Durchlauf durch den Zuführkanal (14) in der Preßmatrize. Es ist aber auch möglich,
das Silberband (15) vorzuwärmen.
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Das Strangpressen und Walzplattieren erfolgen unter Schutzgas. Als
Schutzgas eignet sich zum Beispiel Stickstoff oder auch Spaltgas.
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Man erhält auf diese Weise ein bandförmiges Silber-Kadmiumhalbzeug
mit 8 mm Dicke und 25 mm Breite, in welchem das Kadmium nach einem Verfahren der
inneren Oxidation nachträglich in Kadmiumoxid überführt werden kann.
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Beispiel 2: Das Beispiel 1 wird dahingehend abgewandelt, daß anstelle
eines Blocks aus Silber-Kadmium ein Block aus 90 Prozent Silber und 10 Prozent Kadmiumoxid,
welcher pulvermetallurgisch hergestellt wurde, in den Rezipienten (1) eingelegt
wird. Ein Arbeiten unter Schutzgas ist in diesem Fall nicht unbedingt erforderlich,
vielmehr können das Strangpressen und das Walzplattieren an Luft erfolgen. Alternativ
kann auch Stickstoff als Schutzgas verwendet werden.
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Im Übrigen entspricht das Beispiel 2 dem Beispiel 1. Man erhält ein
bandförmiges Halbzeug mit Silber-Kadmiumoxid als kontaktgebender Schicht und mit
Silber als lötbarem Rücken.
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Beispiel 3: Das Beispiel 2 wird dahingehend abgewandelt, daß in den
Rezipienten der Vorrichtung anstelle eines Blocks aus Silber-Kadmiumoxid ein Block
aus 88 Gew.-% Silber und 12 Gew.-% Zinnoxid, welcher pulvermetallurgisch hergestellt
wurde, eingelegt wird. Im Übrigen wird wie im Beispiel 2 gearbeitet.
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Beispiel 4: Abweichend vom Beispiel 2 wird in den Rezipienten (1)
ein Block aus Silber-Graphit mit 3 Gew.-% Graphitgehalt eingelegt, nachdem der Block
auf eine Temperatur von 780 OC vorgewärmt wurde. Das Strangpressen und Walzplattieren
erfolgen unter Stickstoff als Schutzgas.
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Beispiel 5: In Abwandlung des Beispiels 4 wird in den Rezipienten
ein Block aus Kupfer-Graphit mit einem Gehalt von 3 Prozent Graphit eingelegt. Im
Übrigen wird wie im Beispiel 4 gearbeitet.
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In den vorstehenden Beispielen kann anstelle eines Silberbandes auch
ein Band aus einem anderen gut lötbaren Werkstoff zugeführt werden, zum Beispiel
ein Kupferband oder ein Band aus einer hoch schmelzenden Lotlegierung, zum Beispiel
aus Silber mit 28 Prozent Kupfer.
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Die erfindungsgemäßen Halbzeuge können anschließend zur Verbesserung
der Haftung in an sich bekannter Weise einer Diffusionsglühung oder zum Zwecke der
Rekristallisation einer Rekristallisationsglühung unterzogen werden; außerdem ist
es möglich, das Halbzeug in einem Kalibrierwalzwerk zu kalibrieren. Außerdem steht
es dem Fachmann frei, das Halbzeug in seiner Dicke durch nachfolgende Walzvorgänge
zu vermindern, wenn man dünnere Bänder wünscht, als sie durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung geliefert werden.