DE3929287C2

DE3929287C2 -

Info

Publication number: DE3929287C2
Application number: DE3929287A
Authority: DE
Inventors: Reiner 3506 Helsa De Seitz
Original assignee: Interlot 3436 Hessisch Lichtenau De GmbH
Current assignee: Interlot 3436 Hessisch Lichtenau De GmbH
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1989-09-04
Publication date: 1993-05-27
Also published as: WO1991003356A1; EP0441926A1; US5463886A; DE3929287A1; JPH04501536A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Lötstäben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kupferlegierungen der angegebenen Zusammensetzung spielen als Hartlote in der Löttechnik eine ganz besondere Rolle. Kupfer-Phosphor- und Kupfer-Silber-Phosphor-Legierungen werden wegen ihrer niedrigen Schmelzpunkte und ihrer Leichtflüssigkeit besonders bevorzugt. Gebräuchliche Kupferlegierungen sind nach DIN 8513 beispielsweise LCU-P6 (6% Phosphor, Rest Kupfer) und LCU-P8 (8% Phosphor, Rest Kupfer). Ebenfalls gebräuchlich sind Kupfer-Silber-Legierungen mit einem Silberanteil zwischen 2 und 15 Gewichtsprozent (Rest Kupfer, gegebenenfalls mit Spuren von Zinn, Zink und Blei).

Sowohl die phosphorhaltigen als auch die silberhaltigen Lötlegierungen verursachen bei der Herstellung der Löt stäbe, die durch Ablängen von Drähten hergestellt werden, erhebliche Probleme. Während das phosphorhaltige Lötmaterial mit steigendem Phosphorgehalt zunehmend spröder wird, ist das silberhaltige Lötmaterial zwar relativ duktil, aber nur langsam fließfähig, so daß die Verformungsgeschwindigkeit begrenzt ist. Sowohl die Sprödigkeit als auch die langsame Verformungsgeschwindig keit stellen Hindernisse bei einer wirtschaftlichen Her stellung der Lötstäbe dar, denn diese müssen aus einem Block entsprechend großen Querschnitts durch Strangpressen zu Drähten geringeren Querschnitts verformt werden, deren Durchmesser bzw. Querschnitt nachfolgend noch durch Walzen und/oder Ziehen verringert werden muß.

Bei den derzeit angewandten Herstellungsverfahren werden fertig legierte zylindrische Blöcke, die auch als "Preß bolzen" bezeichnet werden, mit einer Länge von 300 mm, einem Durchmesser von 83 mm und einem Gewicht von etwa 11,8 kg auf Temperaturen zwischen 550 und 600°C erwärmt und mittels einer Strangpresse gleichzeitig zu mehreren Einzeldrähten mit der gewünschten End-Abmessung verformt, wobei je nach dem Drahtquerschnitt zwischen etwa 10 und 20 Einzeldrähte gleichzeitig erzeugt werden. Die von der Strangpresse abzuziehenden Drahtbündel sind jedoch sehr schwierig zu handhaben und machen einen großtechnischen Einsatz nahezu unmöglich. Bereits beim Strangpressen müssen Materialverluste von mehr als 5% in Kauf genommen werden.

Weitere Materialverluste entstehen bei der Weiterverar beitung. So sind die abgezogenen Drahtstränge mehr oder weniger stark durch Materialhaftung miteinander verbunden, so daß sie sich nur als Drahtbündel weiterverarbeiten lassen. Sie werden durch Scheren oder Stanzen auf handels übliche Stablängen von beispielsweise 385 oder 500 mm abgelängt. Die durch den Schnitt durch ein ganzes Draht bündel erzeugten Einzelstäbe können hinsichtlich der Schnittqualität keineswegs als zufriedenstellend angesehen werden. Infolgedessen entstehen beim Schneiden weitere Materialverluste, die etwa 10% des eingesetzten Materials betragen.

Im Anschluß daran müssen die abgelängten und mit einer dunklen Oxidhaut versehenen Stäbe in verdünnter Schwefelsäure gebeizt, anschließend mit Wasser gespült und nach dem Spülen mit Holzspänen getrommelt werden, damit sie wieder ein metallisch blankes Aussehen erhalten. Auch dieser Vorgang ist äußerst aufwendig, da insbesondere im Hinblick auf die Umweltschutzbestimmungen komplizierte Verfahren für die Entsorgung der Schwefelsäure- und Sulfatlösung angewandt werden müssen.

Obwohl die weiter oben beschriebenen Materialverluste nur vorübergehend entstehen, da die Legierung durch Einschmel zen wiedergewonnen werden kann, stellt dieses "Recycling" jedoch einen ganz enormen Kostenfaktor dar, der nicht ohne weiteres an den Endverbraucher weitergegeben werden kann. Letztendlich aber stellt auch das Wiedereinschmelzen wegen des erforderlichen Energiebedarfs eine Umweltbelastung dar, die es zu vermeiden gilt.

Nun hat man aber auch bereits den Weg beschritten, durch Strangpressen Drähte größeren Durchmessers herzustellen und diese nachfolgend durch Walzen und/oder Ziehen im Quer schnitt zu verringern und hierbei beispielsweise auch prismatische Querschnitte zu erzeugen wie beispielsweise quadratische Querschnitte. Diese Maßnahmen sind aber außerordentlich aufwendig, und zwar bei dem Phosphor-Kup fer-Lot wegen der großen Sprödigkeit und beim Silber-Kup fer-Lot wegen der langsamen Fließgeschwindigkeit.

So gibt beispielsweise das Buch von Dr. Ing. Kurt Dies "Kupfer und Kupferlegierungen in der Technik", Springer- Verlag, 1967, auf den Seiten 655ff. an, daß sich das System Kupfer-Phosphor durch Warmwalzen, Warmpressen oder Schmieden verformen läßt, allerdings nur, solange diese Formgebungsarbeiten im reinen α-Gebiet stattfinden. Nach dem Zustandsschaubild Kupfer-Phosphor auf Seite 656 endet die α-Phase allerdings bereits bei einem Phosphoranteil von etwa 2 Gewichtsprozent.

Die Eutektikale des Systems Kupfer-Phosphor liegt bei 714°C, und der Autor meint weiterhin, daß hoch phosphorhaltige Legierungen ca 200°C unter der Eutektikalen verarbeitet werden müssen. Bei einem Phos phorgehalt von 8% liege mithin die günstigste Preßtempe ratur zwischen 500 und 530°C. Hierbei leide das Verfahren allerdings an einem erheblichen Formänderungswiderstand.

Nun ist aber mit dem Strangpreßvorgang gemäß den einlei tenden Ausführungen die Herstellung von Lötstäben keines wegs beendet. Auf Seite 659 des gleichen Buches findet sich der Hinweis, daß sich Legierungen des Systems Kupfer-Phos phor mit einem Phosphorgehalt über 31% nicht mehr auf dem üblichen Wege durch Ziehen kaltverformen lassen.

Der Autor Dr. Dies gibt auf Seite 660 weiterhin an, daß eine gepreßte eutektische Kupfer-Phosphor-Legierung mit beispielsweise 8,5% Phosphor bei Temperaturen oberhalb 200°C gut verformbar sind, so daß die Legierung bei 300 bis 400°C zu dünnen Bändern für Lötfolien warmgewalzt werden können.

Mit diesen Angaben allein ist jedoch weder die wirtschaft liche Herstellung von Lötfolien, noch von Lötdrähten möglich. So ist es beispielsweise außerordentlich schwierig, das Ausgangsmaterial für die Lötfolien in einem Ofen auf entsprechende Temperaturen aufzuheizen und nachfolgend innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs auszuwalzen, da ein inniger Wärmekontakt des sehr gut wärmeleitfähigen Lötmaterials zur Umgebung und zu den Walzen des Walzwerks besteht, die nicht auf entsprechende Temperaturen aufgeheizt werden können.

Durch die US-A-19 54 168 sind Lötmaterialien mit Phosphor anteilen zwischen 6 und 9% bekannt. Ausgehend von der Erkenntnis, daß sich solche Lötmaterialien schwer verformen lassen, wenn der Phosphoranteil bei 6% und darüber liegt, hat der Erfinder vorgeschlagen, Kupfer mit einer Kupferle gierung zu mischen, die etwa 15% Phosphor enthält. Der Gesamtgehalt an Phosphor soll jedoch über 2,5% und unter 6% liegen. Die betreffende Legierung wird zu Platten vergossen und in zahlreichen Stichen mit entsprechender Zwischenerhitzung auf Temperaturen von 350 bis 600°C bis zu Blechen von etwa 0,5 mm Dicke heruntergewalzt. Durch das Zerschneiden der dünnen Bleche in Streifen entsteht eine Art "Lametta". Die Herstellung von Lötstäben aus praktisch endlosen Lötdrähten ist nicht offenbart. Erst recht ist keine im wesentlichen kontinuierliche Verfahrensführung beschrieben.

Darüber hinaus ist das bekannte Verfahren zur Herstellung von Lötfolien wegen des ungünstigen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen extrem energieaufwendig und insbe sondere die relativ hohen Walztemperaturen liegen bereits in einem Bereich, bei dem eine merkliche Oxidation der Oberfläche stattfindet.

Durch die Zeitschrift "Chemical Abstracts", 1981, Band 94, Seite 269, Zitat 94:212902m ist es bekannt, Kupfer-Silber- Basis-Legierungen für Lötzwecke mit 15% Silber und 5% Phosphor aus einem Gußblock bei 500°C zu 3 mm dicken Bändern herunterzuwalzen. Auch dieses Verfahren ist wegen der Oxidation mit dem Mangel behaftet, daß die Zwischen produkte in Schwefelsäure gebeizt werden müssen, obwohl die Walztemperatur noch deutlich unterhalb von 540°C liegt. Auch mit diesem bekannten Verfahren können keine Lötstäbe aus einem praktisch endlosen Lötdraht hergestellt werden.

Der Aufsatz von Yiu/Sheppard "Deformation of Cu-P alloys at high temperatures" in "Materials Science and Technology", März 1985, Band 1, Seiten 209-219, enthält im wesent lichen nur Testergebnisse bezüglich der Verformbarkeit von Kupfer-Phosphor-Legierungen bei hohen Temperaturen. Es heißt bereits in dem vorgeschalteten Absatz, daß eine "Superplastizität" nur stattfinden kann, wenn die geringere Alpha-Korngröße stabil ist und die Temperatur und die Umformgeschwindigkeit innerhalb bestimmter Grenzen liegen. Daraus läßt sich schließen, daß es keineswegs auf der Hand gelegen hat, geeignete Verfahrensparameter für die Her stellung von Lötstäben zu finden.

Der Aufsatz von Hilbrans/Stenger "Herstellung und Verwen dung von Halbzeug aus Kupfer" in der Zeitschrift der Metallgesellschaft AG, Mitt. Arbeitsbereich, N. F. Heft 11, 1968, Seiten 23 bis 46, liegt abseits vom erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Literaturstelle befaßt sich nicht mit der Herstellung von Lötstäben, sondern nahezu ausnahmslos mit der Herstellung von Kupferdraht, bei dem die elektrische Leitfähigkeit im Vordergrund steht. Soweit der Zusatz von Phosphor beschrieben ist, handelt es sich nur um außerordentlich geringe Zusätze, die der Desoxidation dienen sollen. Da der Phosphor jedoch den Sauerstoff binden und zusammen mit diesem aus der Schmelze entfernt werden soll, verbleibt allenfalls der Desoxidationsüberschuß in der Schmelze, der jedoch so klein zu halten ist, daß die elektrische Leitfähigkeit nicht beeinträchtigt wird. Die angegebenen Wärmeverformungstemperaturen sollen optimal in einem Bereich von 800 bis 900°C liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein weit gehend kontinuierlich durchführbares Verfahren zum Her stellen von Lötstäben der eingangs beschriebenen Zusammen setzung anzugeben, das wirtschaftlich durchführbar ist und bei einem Minimum an Ausschuß zu Lötstäben einwandfreier Beschaffenheit führt, und zwar sowohl hinsichtlich der geometrischen Form (Schnittkanten) als auch hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit (metallisch blank). Insbe sondere soll dabei die bisher übliche Säurebehandlung der Zwischenprodukte entfallen, die umweltbelastend ist und/oder zu Entsorgungsproblemen der Beizlösungen führt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Der Endquerschnitt wird auf Grund der Anforderungen des Lötprozesses gewählt; Lötdrähte oder Lötstäbe gibt es mit rundem und prismatischem (quadratischem) Querschnitt. Bei rundem Stabquerschnitt sind Durchmesser von 1,5-2,0-2,5- 3,0 und 4,0 üblich. Bei einem quadratischen Querschnitt sind Kantenlängen des Quadrats in der gleichen Größenord nung üblich.

Durch das Merkmal a) wird erreicht, daß der einzelne Draht problemlos weiterverarbeitet werden kann, d. h. es treten nicht die bei der Verarbeitung von Drahtbündeln großer Drahtzahl bekannten Probleme auf wie Querverbindungen oder Quetschungen an den Schnittstellen.

Durch das Merkmal b) wird erreicht, daß nicht nur das durch das Strangpressen härter gewordene Material wieder erweicht wird, vielmehr wird auch die Drahtoberfläche durch das Abschreckmedium (üblicherweise Wasser) sehr weitgehend gegen eine Oxidation geschützt, und zwar nicht nur deswe gen, weil durch den Abschreckvorgang die für eine Oxidation erforderliche Temperatur sehr rasch unterschritten wird, sondern vor allem deswegen, weil durch den beim Abschrecken gebildeten Wasserdampf die oxidierende Atmosphäre von dem Draht ferngehalten wird.

Die Verfahrensschritte a) und b) sind daher unmittelbar miteinander verknüpft.

Ob nun im Anschluß an den Verfahrensschritt b) das Zwi schenprodukt aufgewickelt und zwischengelagert oder unmit telbar mittels der Verfahrensschritte c) und d) weiterver arbeitet wird, hängt von den Auslegungsdaten derjenigen Vorrichtungen ab, in denen die Verfahrensschritte c) und d) ausgeführt werden. Üblicherweise wird jedoch der abge schreckte Draht aufgewickelt und zwischengelagert.

Die Merkmale c) und d) sind wiederum in ihrem unmittelbaren Zusammenwirken zu sehen, d. h. der kontinuierlich auf die Einlauftemperatur des Reduzierwalzwerks aufgeheizte Draht wird unmittelbar anschließend und mit gleicher Geschwin digkeit dem Reduzierwalzwerk zugeführt und darin ebenso kontinuierlich in mehreren (mindestens drei) Walzstufen mit einem Verformungsgrad je Walzstufe von maximal 25% auf den gewünschten Querschnitt heruntergewalzt.

Ein solches "Reduzierwalzwerk" wird in besonders vorteil hafter Weise aus sogenannten Kocks-Blöcken ausgeführt, bei denen auf das Walzgut drei Einzelwalzen einwirken, die unter Winkeln von 120 Grad um die Achse des Walzguts herum verteilt sind. Die einzelnen Blöcke haben dabei solche Walzenprofile, daß sie abwechselnd runde und polygonale Walzquerschnitte erzeugen. Einzelheiten solcher Walzwerke sind jedoch Stand der Technik, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf erübrigt.

Am Ende des Herstellprozesses wird der Draht alsdann mittels einer Schere oder Stanze in Stäbe mit den ge wünschten Längen unterteilt und ohne weitere Nachbehandlung, insbesondere auch ohne das lästige und umweltbelastende Beizen verpackt.

Das Herstellverfahren ist dabei im Hinblick auf Endprodukte unterschiedlicher Durchmesser und Querschnitte außeror dentlich flexibel, da der stranggepreßte Draht stets den gleichen Durchmesser haben kann. Es ist dann lediglich durch das Zuschalten einzelner Walzwerksblöcke möglich, die gewünschten Durchmesser und Querschnitte einzustellen. Die Werkzeugkosten für die teuren Matrizen der Strangpresse reduzieren sich dadurch erheblich. Auch der Ausschuß wird drastisch reduziert, und zwar von beispielhaft 25% bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik auf unter 2% beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Dadurch werden Umweltbelastung und Recycling-Kosten ganz drastisch vermindert.

Der Draht am Ende des Verfahrensschritts d) kann dabei bereits den endgültigen Querschnitt aufweisen. Es ist jedoch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung möglich, ein solches Produkt in mindestens einer weiteren Walzstufe auf einen kleineren Endquerschnitt herunterzuwalzen. Zu diesem Zweck wird das am Ende des Verfahrensschritts d) erhaltene Produkt zwischengelagert und vor der Weiterverarbeitung in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen 100 und 280°C erwärmt und aus dem erwärmten Zustand heraus abgezogen und möglichst unmittelbar der mindestens einen weiteren Walzstufe zugeführt.

Wie bereits gesagt, soll der durch den Verfahrensschritt d) herunterzuwalzende Draht möglichst unmittelbar vor dem Einlaufen in das Reduzierwalzwerk auf eine Temperatur innerhalb des angegebenen Bereichs aufgeheizt werden. Dies geschieht in ganz besonders vorteilhafter Weise dadurch, daß man das Aufheizen durch kontinu ierliches Hindurchleiten des Drahtes durch im Abstand angeordnete elektrische Kontaktrollenpaare durchführt, wobei der Draht vom Heizstrom durchflossen wird. Dadurch ist nicht nur ein äußerst intensives Aufheizen des Drahtes innerhalb einer sehr kurzen Wegstrecke möglich, sondern das letzte Kontaktrollenpaar kann auch unmittelbar vor dem Reduzierwalzwerk angeordnet werden, so daß Wärme verluste und eine Oxidation auf minimale Werte gesenkt werden können. Ein konduktiver Erwärmungsprozeß läßt sich auch auf sehr elegante und präzise Weise regeln, nämlich dadurch, daß bei konstantem Abstand der elektrischen Kontaktrollen die Isttemperatur des Drahtes am Ende der konduktiven Heizstrecke gemessen, mit einer Solltemperatur verglichen und eine etwaige Differenz einer Regeleinrichtung zur Regelung der elek trischen Leistungszufuhr zugeführt wird.

Nun ist es natürlich zweckmäßig, die am Einlauf des Redu zierwalzwerks vorhandene Drahttemperatur auch vor dem Einlauf in jeden Walzwerksblock innerhalb des genannten Bereichs zu halten. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit seiner kontinuierlichen Verfahrensführung deswegen besonders einfach zu bewerkstelligen, weil sich der Draht in jedem einzelnen Walzenblock durch die Verfor mungsarbeit zusätzlich erwärmt, so daß es genügt, den Draht in oder zwischen den Walzstufen auf eine Temperatur inner halb des genannten Bereichs von 200 bis 280°C, insbeson dere von 215 bis 250°C abzukühlen. Dies geschieht entweder durch eine entsprechende Kühlung der Walzen, die bekannt lich in einem innigen Wärmekontakt mit dem Draht stehen, oder durch zwischen den Walzstufen angeordnete Kühlein richtungen.

Die kontinuierliche Verfahrensführung erstreckt sich dabei üblicherweise auf die Materialmenge eines Blocks mit einer Länge von 300 mm, einem Durchmesser von 83 mm und einem Gewicht von 11,7 kg. Daraus läßt sich ein endloser Einzel draht mit einem Durchmesser von 4,8 ±0,1 mm und einer Länge von etwa 85 m herstellen.

Die Kontinuität der Verfahrensführung läßt sich jedoch gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung noch dadurch weiter steigern, daß beim Strangpressen des Blocks am Ende des Preßvorgangs eines Blocks in der Preßform vor der Matrize ein Preßrest stehengelassen wird, und daß ein der Matrize abgekehrter Volumensanteil des Preßrestes vor dem Einführen eines nachfolgenden Blockes abgetrennt wird, worauf der nachfolgende Block durch eine Heißverschweißung mittels des Preßstempels mit dem in der Preßform verblie benen Volumensanteil des Preßrestes vereinigt wird.

Erfahrungsgemäß sammeln sich nämlich im Preßrest während des Preßvorgangs Verunreinigungen an, und zwar bevorzugt in den äußeren Randzonen bzw. in dem dem Preßstempel zuge kehrten Teil des Preßrests. Die Erfahrung hat gezeigt, daß man beim praktisch vollständigen Auspressen des Preßrests Drähte erhält, die auf der äußeren Oberfläche eine schup penförmige Struktur haben, sprödbrüchig sind und sich praktisch nicht mehr auswalzen lassen. Dadurch, daß man den betreffenden Teil des Preßrestes abtrennt und verwirft, bleibt die Reinheit des Lötmaterials sehr weitgehend auch bei einer kontinuierlichen Verfahrensführung erhalten.

Die Abtrennung eines definierten Preßrestes läßt sich in besonders vorteilhafter und einfacher Weise dadurch er reichen, daß der Preßrest vor der Matrize eine Durchmesserabstufung aufweist, wobei der größere Durchmesser dem Preßstempel zugekehrt ist, und daß der Volumensanteil des Preß restes mit dem größeren Durchmesser vor der Heißverschweißung abgetrennt wird. Die Trennstelle liegt dabei an der Stelle des Durchmesser sprungs. Dadurch liegen die Verunreinigungen im äußeren Bereich des Volumensanteils mit dem größeren Durchmesser, und der durchzutrennende Querschnitt entspricht nur dem kleineren Durchmesser des in der Preßform verbleibenden Volumensanteils. Hierdurch wird sicher zwischen reinem und verunreinigtem Material unterschieden. Das Anschweißen des neuen Blocks geschieht bei dem nachfolgenden Preßvorgang automatisch und problemlos, wobei sich das Spiel wieder holt, daß sich die Verunreinigungen in dem neuerdings stehen bleibenden Preßrest ansammeln.

Die durch den vorstehenden Vorgang bedingte Diskontinuität bei der Herstellung des Einzeldrahtes ist jedoch auf diesen Teil des Verfahrens beschränkt, da der Einzeldraht auf eine Haspel aufgewickelt wird. Durch das Aufspulen, Zwischenla gern und Wiederabspulen läßt sich jedenfalls auf der Seite des Reduzierwalzwerks über die gesamte Drahtlänge ein kontinuierlicher Reduzierprozeß durchführen. Dadurch werden auch die sogenannten "Anfahrverluste" relativ verringert, die bei jedem Einführen eines neuen Drahtabschnitts dadurch entstehen, daß die nicht zwischen den Kontaktrollen ge führte vordere Drahtlänge kalt ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist diese Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 16.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegen standes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Variationsmöglichkeiten werden nachfolgend an Hand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Verfahrensschema über die Verfahrensführung von der Vorwärmung des Blocks bis zum Aufwickeln des stranggepreßten Einzeldrahtes,

Fig. 2 ein Verfahrensschema über die Verfahrensführung mit der konduktivem Beheizung des Drahtes und der Reduzierung des Drahtquerschnitts bis zum Aufwickeln des gewalzten Drahtes,

Fig. 3 die wesentlichen Teile einer Strangpresse für die Herstellung des Einzeldrahtes,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine einzelne Stufe des Reduzierwalzwerks (einen sogenannten Kocks-Block), und

Fig. 5 ein Verfahrensschema für die Verfahrensführung bei einer sich gegebenenfalls anschließenden weiteren Reduzierung und Profilierung des Drahtquerschnitts.

In Fig. 1 ist ein einzelner Block 1 dargestellt, der über eine automatische Beschickungsvorrichtung 2 einem Ofen 3 zugeführt wird, der als sogenannter Stoßofen ausgeführt ist und in dem eine Reihe von Blöcken 1 auf die erforderliche Strangpreß-Temperatur aufgeheizt wird. Am Ausgang des Ofens 3 befindet sich eine Zuführeinrichtung 4 für die Zufuhr einzelner Blöcke zu einer Strangpresse 5. Diese Strangpresse besitzt einen Matrizenhalter 6, der teilweise von einem Gehäuse 7 verdeckt ist und eine Führungsbuchse 8, die mit den einzelnen erwärmten Blöcken 1 beschickt wird.

Weiterhin besitzt die Strangpresse am entgegengesetzten Ende einen Preßzylinder 9 mit einem Preßkolben 10, der mit einem Preßstempel 11 verbunden ist. Weitere Einzelheiten der Strangpresse 5 werden anhand der Fig. 3 noch näher erläutert.

Die Strangpresse 5 erzeugt einen Draht 12, der unmittelbar nach dem Austritt aus der Strangpresse einer Abschreckvor richtung 13 zugeführt wird, durch die der Draht unter einer Reihe von Abschreckbrausen 14 hindurchgeführt wird.

Nachfolgend wird der Draht 12 durch eine Geschwindigkeitsmeß vorrichtung 15 hindurchgeführt, deren elektrisches Ausgangs signal über eine Leitung 16 einer Regelanordnung 17 zuge führt wird, die den nicht näher gezeigten Antriebsmotor einer Aufwickelvorrichtung 18 regelt. Dort wird ein erster Drahtwickel 19 erzeugt, der einem Zwischenlager zugeführt wird. Hat der erzeugte Draht 12 bereits den endgültigen Durchmesser, so tritt an die Stelle der Aufwickelvorrich tung 18 eine Ablängvorrichtung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 5 noch näher erläutert wird.

Fig. 2 zeigt den Drahtwickel 19 auf einer Abwickelvorrichtung 19a nach einer Zwischenlagerung. Der Draht 12 wird vom Drahtwickel 19 abgezogen und zunächst zu Reinigungszwecken einer Bürstenstation 20 zugeführt, die eine hier nicht gezeigte Absaugvorrichtung aufweist. Während des Bürstens wird der Draht 12 durch mit konstanter Geschwindigkeit angetriebene Rollen 21 geführt, die ein Richtwalzwerk darstellen.

An die Bürstenstation 20 schließt sich eine Heizstation 22 an, die als konduktive Erwärmungsanlage ausgeführt ist. Die Heizstation besitzt mehrere Kontaktrollenpaare 23, 24, 25 und 26, die an die Ausgangsklemmen eines Niederspannungstrans formators angeschlossen sind. Durch eine entsprechende Schaltung wird zwischen den Kontaktrollenpaaren 23 und 24 sowie zwischen den Kontaktrollenpaaren 25 und 26 jeweils eine Strecke gebildet, in der der Draht 12 vom Heizstrom durchflossen wird. Hierbei bildet der Draht selbst den Heizwiderstand. Durch einen hier nicht gezeigten Temperatur sensor kann in Verbindung mit einer gleichfalls nicht gezeigten Regelanordnung die Heizleistung so geregelt werden, daß der Draht 12 am Ausgang der Heizstation 22 stets die gleiche Temperatur aufweist.

Der Heizstation 22 ist eine Rotationsschere 27 unmittelbar nachgeschaltet. Diese dient dazu, nach dem Einführen eines neuen Drahtabschnitts das vordere Ende abzutrennen, das nicht aufgeheizt werden kann und infolgedessen dem nachgeschalteten Reduzierwalzwerk 28 nicht zugeführt werden darf. Zu diesem Zweck wird auch die Rotationsschere zweckmäßig temperaturgesteuert angetrieben, d. h. der Anfang des neu zugeführten Drahtabschnitts wird solange in kurze Teilabschnitte zerlegt, bis die vorgeschriebene Einlauftemperatur des Reduzierwalzwerks erreicht ist.

Das Reduzierwalzwerk 28 besteht aus insgesamt 7 Walzwerksblöcken 29 bis 35, die jeweils so eingestellt sind, daß der Drahtquerschnitt in jedem Walzwerksblock um maximal 25% gegenüber dem Querschnitt in dem vorausgegangenen Walzwerksblock reduziert wird. Um hierbei eine optimale Querschnittsveränderung zu erzielen, werden die Walzquerschnitte abwechselnd rund und dreikantig gewählt, eine Maßnahme, die an sich bekannt ist und daher nicht näher erläutert wird.

Die Zahl der jeweils zugeschalteten Walzwerksblöcke richtet sich nach dem angestrebten Querschnitt des Drahtes am Ausgang des Reduzierwalzwerks. Es ist also nicht in jedem Falle erforderlich, auch die letzten Walzwerksblöcke zuzuschalten. Dem Reduzierwalzwerk 28 ist eine Endstufe 38 nachgeschaltet, die für die Herstellung besonders kleiner Drahtdurchmesser dient. Von dieser Endstufe 36 wird der Draht 12 einer weiteren Aufwickelvorrichtung 37 zugeführt. Falls der Draht in diesem Stadium bereits seinen Endquerschnitt erreicht hat, kann die Aufwickelvor richtung 37 auch durch eine Ablängvorrichtung ersetzt werden, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist.

In Fig. 3 sind die wesentlichen Teile der Strangpresse 5 dargestellt, nämlich der Matrizenhalter 6 mit einer eingesetzten Matrize 38, die Führungsbuchse 8, in die ein vorgewärmter Block 1 eingelegt ist (durch gestrichelte Umrißlinien dargestellt) und der Preßstempel 11, der durch ein auswechselbares Preßstück 39 verlängert ist.

Die Matrize 38 ist in eine koaxiale Matrizenbohrung 40 mit dem Durchmesser D_H eingesetzt. Der Durchmesser D_M der hier nicht näher bezeichneten Matrizenöffnung entspricht dem Drahtdurchmesser.

Auf seinem Außenumfang ist der Matrizenhalter von einem elektrischen Heizwiderstand 41 umgeben, der nach außen hin von einer nicht näher bezeichneten Wärmedämmung umgeben ist. Dadurch ist es möglich, Matrizenhalter und Matrize auf eine isotherme Temperatur aufzuheizen. Auf der dem Preßstempel 11 zugekehrten Seite besitzt der Matrizenhalter 6 eine Kegelfläche 42, auf die eine komplementäre Kegelfläche 43 in der Führungsbuchse 8 aufsetzbar ist, so daß diese Führungsbuchse gegenüber der Matrizenbohrung 40 exakt zentriert wird.

Die Führungsbuchse 8 besitzt einen Innendurchmesser D_B. Die Durchmesserabstufung ist dabei so getroffen, daß zwischen dem Innendurchmesser D_B der Führungsbuchse und dem Durchmesser D_H der Matrizenbohrung 40 eine erste Durchmesserdifferenz besteht. Zwischen dem Durchmesser D_H der Matrizenbohrung und dem Durchmesser D_M der Matrizenöffnung besteht eine zweite Durchmesserdifferenz. Sobald mittels des Preßstempels 11 der größte Teil des Blocks 1 in Form des Drahtes 12 durch die Matrizenöffnung ausgetreten ist, verbleibt in der Preßform ein Preßrest 44 mit abgestuften Durchmessern. Der kleinere Durchmesser entspricht dem Durchmesser D_H der Matrizenbohrung 40, während der größere Durchmesser dem Innendurchmesser D_B der Führungsbuchse entspricht. Dadurch werden zwei voneinander abgrenzbare Volumensanteile gebildet. In dem der Matrize abgekehrten Volumensanteil (mit dem größeren Durchmesser) befinden sich die Verunreinigungen des Blocks 1. Infolgedessen wird dieser Volumensanteil mittels eines Stanzmessers 45 von dem anderen Volumensanteil abgetrennt, der in der Matrizenbohrung verbleibt. Der abgescherte Volumensanteil wird verworfen und einem Recycling-Verfahren zugeführt.

Wird nunmehr die Führungsbuchse 8 wieder an den Matrizenhalter 6 angesetzt, so kann ein neuer Block 1 mittels des Preßstempels 11 gegen den verbliebenen Volumensanteil des Preßrestes 44 verschoben werden, mit dem er während des Pressens eine Heißverschweißung eingeht. Das Strangpreßverfahren wird auf diese Weise quasi-kontinuierlich gestaltet, ohne daß sich Verunreinigungen bis zum Ende der Mehrfach-Chargierung ansammeln können.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch alle Achsen eines Walzwerksblocks, im vorliegenden Falle des Walzwerks blocks 29 des Reduzierwalzwerks 28. Die einzelnen Walzen 29a, 29b und 29c sind mit ihren Hauptebenen äquidistant auf den Umfang des Drahtes 12 verteilt. In diesem Walzwerksblock wird aus dem runden, vorgeheizten Drahtquerschnitt zunächst - wie dargestellt - ein Dreiecksprofil erzeugt. Infolgedessen haben die Walzen zylindrische Arbeitsflächen. Der Antrieb sämtlicher Walzen erfolgt über ein Vorgelege 46, wobei zwei der Walzen noch über Kegelradpaare 47 und 48 angetrieben werden.

In Fig. 5 ist ein elektrisch beheizter Vorwärmofen 49 dargestellt, in dem mehrere Drahtwickel 50 vorgewärmt werden, die in der Aufwickelvorrichtung 37 hergestellt worden sind. Von diesem Vorwärmofen wird der aus dem Draht 12 hervorgegangene Draht 12a einem weiteren Reduzierwalzwerk 51 zugeführt, zu dem im vorliegenden Falle vier Walzwerksblöcke gehören, die jedoch im einzelnen nicht näher bezeichnet sind. Durch eine Rotationsschneidvorrich tung 52 wird der Draht in einzelne Stäbe 12c vorgegebener Länge zerlegt, die über eine Abzugsvorrichtung 53 einer hier nicht gezeigten Verpackungsstation zugeführt werden.

Wie bereits gesagt, sind der Vorwärmofen 49 und das weitere Reduzierwalzwerk 51 eine Zusatzeinrichtung, die dann zum Einsatz kommt, wenn besonders dünne Lötstäbe erzeugt werden sollen. Sofern bereits das Endprodukt der Anordnung nach Fig. 2 die gewünschten Querschnittsabmessungen besitzt, treten dort an die Stelle der Aufwickelvorrichtung 37 die Rotationsschneidvorrichtung 52 und die Abzugsvorrichtung 53 nach Fig. 5.

Beispiel

In einer Anlage mit den Einzelheiten nach den Fig. 1 bis 5 wurden aus Blöcken mit einem Durchmesser von 83 mm, einer Länge von 300 mm und einem Gewicht von 11,8 kg Lötstäbe mit einem quadratischen Querschnitt von 2,0 mm×2,0 mm und einer Länge von 385 mm hergestellt. Am Ausgang des Ofens 3 hatten die Blöcke eine mittlere Temperatur von 600°C. Auch der Matrizenhalter 6 war auf eine Temperatur von 600°C aufgeheizt. Die Matrize 38 besaß eine solche (runde) Matrizenöffnung, daß der stranggepreßte Draht einen Durchmesser von 4,8 ±0,1 mm besaß. Die Preßgeschwindigkeit wurde dabei derart gewählt, daß die Drahtgeschwindigkeit 35 m/min betrug.

In der Abschreckvorrichtung 13 wurde der Draht durch Wasserbrausen in der Weise abgeschreckt, daß die Drahttemperatur am Ausgang der Abschreckvorrichtung bei etwa 200°C lag. Der Draht wurde in der Aufwickelvorrich tung 18 mit der bereits genannten Geschwindigkeit aufgewickelt. Es wurden nacheinander 20 Blöcke zum Einsatz gebracht, so daß sich eine gesamte Drahtlänge von 1700 m ergab. Bei jedem einzelnen Preßvorgang wurde ein Volumensanteil des Preßrestes mit einem Gewicht von etwa 0,8 kg verworfen, so daß von jedem Block etwa 11,0 kg zu Draht mit einer für die Weiterverarbeitung geeigneten Qualität gepreßt wurden.

Der zwischengelagerte Drahtwickel 19 wurde alsdann einer Vorrichtung nach Fig. 2 zugeführt und zunächst in der Bürstenstation 20 gebürstet. Alsdann wurde der Draht mit einer Geschwindigkeit von 35 m/min der Heizstation 22 zugeführt, an deren Ausgang er eine mittlere Temperatur von etwa 200°C besaß. Dies war auch die Einlauftemperatur für das Reduzierwalzwerk 28. In den ersten beiden Walzwerks blöcken 29 und 30 wurde der ursprünglich runde Draht zunächst auf prismatische Querschnitte heruntergewalzt. Im dritten Walzwerksblock 31 erhielt der Draht einen runden Querschnitt von 3,5 mm. In weiteren Versuchen wurden runde Drahtquerschnitte mit Durchmessern von 3,0 mm und 2,5 mm erzeugt, und zwar am Ausgang der Walzwerksblöcke 33 und 35. In den Walzwerksblöcken 32 und 34 wurde der zuvor runde Drahtquerschnitt wieder auf einen prismatischen (dreiec kigen) Drahtquerschnitt heruntergewalzt.

Durch Kühlung der Walzen wurde die Drahttemperatur auf ca. 200°C gehalten.

Die einzelnen Drähte 12 unterschiedlichen Durchmessers wurden alsdann in der Aufwickelvorrichtung 37 abgelegt.

Die einzelnen Drahtwickel 50 aus der Aufwickelvorrichtung 37 wurden alsdann einer Vorrichtung nach Fig. 5 zugeführt. Zunächst wurden die Drehwickel 50 auf eine Temperatur von etwa 200°C aufgeheizt, bei der der Draht mühelos abgezogen werden konnte. Danach wurden aus Drähten runden Querschnitts mit Durchmessern von 3,5-3,0-2,5 und 2,0 mm im Reduzierwalzwerk 51 Vierkantdrähte von jeweils 3 × 3 mm², 2,5 × 2,5 mm², 2 × 2 mm² und 1,5 × 1,5 mm² Querschnitt erzeugt. Diese wurden schließlich in der Rotationsschneidvorrichtung 52 in Stablängen von 385 mm zerlegt.

Es zeigte sich in allen Fällen, daß das Verfahren völlig störungsfrei lief, und zu geraden, metallisch blanken Lötstäben mit einwandfreien Schnittflächen führte.

Die Versuche wurden mit Lotlegierungen gemäß der nachste henden Tabelle durchgeführt. In allen Fällen ergaben sich einwandfreie Ergebnisse hinsichtlich der geforderten Spezifikationen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Lötstäben aus Kupfer- Phosphor- oder Kupfer-Silber- oder Kupfer-Phosphor- Silber-Legierungen mit einem Kupferanteil von mindestens 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise von mindestens 80 Gewichtsprozent, durch Verformen einer entsprechenden Kupferlegierung aus einem Block zu einem Draht bei Temperaturen unterhalb der Eutektikalen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Strangpressen des Blocks bei einer Blocktempera tur von 540 bis 680°C zu einem einzelnen Draht mit einem maximalen Durchmesser von 10 mm,
b) Abschrecken des aus der Strangpresse austretenden Drahtes auf eine Temperatur unterhalb von 250°C,
c) kontinuierliches Zuführen des Drahtes zu einer Heizzone und Aufheizen auf eine Temperatur zwischen 200 und 280°C als Einlauftemperatur für ein unmittelbar nachfolgendes Reduzierwalzwerk,
d) kontinuierliches Herunterwalzen des Drahtes in mindestens drei Walzstufen mit einem Verformungs grad je Walzstufe von maximal 25% auf den gewünschten Querschnitt und
e) Ablängen des Drahtes mit Endquerschnitt in einzelne Lötstäbe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpressen des Blocks bei einer Blocktemperatur von 580 bis 620°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken des aus der Strangpresse austretenden Drahtes auf eine Temperatur unterhalb von 200°C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht in der Heizzone auf eine Temperatur zwischen 215 und 250°C aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt des Verfahrensschritts d), wenn noch kein Endquerschnitt vorliegt, zwischengelagert wird und vor der Weiterverarbeitung in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen 100 und 280°C erwärmt und aus dem erwärmten Zustand heraus abgezogen und möglichst unmittelbar der mindestens einer weiteren Walzstufe zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßgeschwindigkeit, derart gewählt wird, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Drahtes unterhalb 50 m/min, vorzugsweise unterhalb 40 m/min beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Durchmesser des stranggepreßten Drahtes zu 6 mm gewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht zwischen dem Abschrecken und dem Zuführen zur Heizzone aufgewickelt, zwischengelagert und wieder abgewickelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen durch kontinuierliches Durchleiten des Drahtes durch im Abstand angeordnete elektrische Kontaktrollen ausgeführt wird, wobei der Draht vom Heizstrom durchflossen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht in oder zwischen den Walzstufen auf eine Temperatur zwischen 200°C und 280°C abgekühlt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht in oder zwischen den Walzstufen auf eine Temperatur zwischen 215°C und 250°C abgekühlt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Strangpressen des Blocks am Ende des Preßvorgangs eines Blocks in der Preßform ein Preßrest stehen gelassen wird, und daß ein der Matrize abgekehrter Volumenanteil des Preßrestes vor dem Einführen eines nachfolgenden Blocks abgetrennt wird, worauf der nachfolgende Block durch eine Heißverschweißung mittels des Preßstempels mit dem in der Preßform verbleibenden Volumenanteil des Preßrestes vereinigt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßrest vor der Matrize eine Durchmesserab stufung aufweist, wobei der größere Durchmesser dem Preßstempel zugekehrt ist, und daß der Volumenanteil des Preßrestes mit dem größeren Durchmesser vor der Heißverschweißung abgetrennt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrizenhalter mit der Matrize in der Preßform durch eine Heizeinrichtung isotherm auf annähernd der Blocktemperatur gehalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem Abstand der elektrischen Kontaktrollen die Isttemperatur des Drahtes am Ende der Heizstrecke gemessen, mit einer Solltemperatur verglichen und eine etwaige Differenz einer Regeleinrichtung zur Regelung der elektrischen Leistungszufuhr zugeführt wird.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 8 und 9 mit einem Vorwärmofen für die Blöcke und mit einer nachgeschalteten Strang presse, gekennzeichnet durch folgende Einrichtungen

a) eine unmittelbar hinter der Strangpresse (5) aufgestellte Abschreckvorrichtung (13) für den erzeugten Draht (12),
b) eine Geschwindigkeitsmeßvorrichtung (15) für die Messung der Drahtgeschwindigkeit,
c) eine von der Geschwindigkeitsmeßvorrichtung (15) geregelte Aufwickelvorrichtung (18) für den Draht,
d) eine Abwickelvorrichtung (19a) für den Draht,
e) eine Heizeinrichtung (22) mit Kontaktrollen (23, 24, 25, 26) für die Durchleitung eines Heizstroms durch den Draht,
f) ein der Heizeinrichtung (22) nachgeschaltetes Reduzierwalzwerk (28) mit mindestens drei Walzstufen, und
g) eine Ablängvorrichtung (52).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine dem Reduzierwalzwerk (28) nachgeschaltete weitere Aufwickelvorrichtung (37) für den Draht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Vorwärmofen (49) für den zwischengelagerten Draht (12a) und ein weiteres, dem Vorwärmofen (49) nachgeschaltetes Reduzierwalzwerk (51) für die Erzeugung des Endquerschnitts des Drahts (12, 12a).

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform der Strangpresse (5) einen Matrizenhalter (6) aufweist, der mit einer Heizeinrichtung (41) versehen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Strangpresse (5) zwischen dem Innendurchmesser (D_B) einer zur Preßform gehörenden Führungsbuchse (8) und dem Durchmesser (D_H) einer die Matrize (38) aufnehmenden Matrizenbohrung (40) des Matrizenhalters (6) eine erste Durchmesserdifferenz (D_B-D_H) vorhanden ist und
daß zwischen dem Durchmesser (D_H) der Matrizenbohrung (40) und dem Durchmesser (D_M) der Matrizenöffnung eine zweite Durchmesserdifferenz (D_H-D_M) vorhanden ist.