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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Verwendung
einer Legierung auf Kupferbasis mit einem goldenem Aussehen. Insbesondere
ist die Legierung auf Kupferbasis verwendbar als eine Plattierungsschicht
zum Prägen
von Planchetten, welche für
die Münzgeldprägung verwendet
werden.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die Susan B. Anthony United States
Eindollarmünze
(SBA) ist eine dreischichtige Plattierung mit einem Kern aus einer
Kupferlegierung C110 und Plattierungsschichten aus Kupferlegierung
C713, die an den gegenüberliegenden
Seiten des Kerns verbunden sind. Die Kupferlegierung C110 hat eine
nominelle Zusammensetzung aus 99,95 Gew.-% Kupfer und 0,04 Gew.-%
Sauerstoff und ist allgemein bekannt als elektrolytisches Raffinatkupfer
(ETP). Die Kupferlegierung C713 hat eine Zusammensetzung aus 23,5
Gew.-% bis 26,5 Gew.-% Nickel und dem Rest Kupfer. Die Kupferlegierung
C713 ist allgemein bekannt als Kupfernickel.
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In der SBA Münze stellt der ETP Kupferkern
etwa 50% der Gesamtdicke der Münze
dar und jede der beiden Plattierungsschichten aus Kupfernickel stellt
etwa 25% der Gesamtdicke dar.
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Ein signifikantes Problem mit der
SBA Münze
ist, dass die Münze ein
silbergraues Aussehen hat, welches ähnlich zu der Farbe des United
State Quarters (Vierteldollarmünze)
ist. Da die SBA Münze
und die Vierteldollarmünze,
welche nur 0,25 des Nennwertes der SBA Münze hat, auch hinsichtlich
ihrer Größe und ihres Gewichts ähnlich sind,
ist es nicht ungewöhnlich
für die
SBA Münze,
mit der Vierteldollarmünze
verwechselt zu werden.
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Es ist wünschenswert für die Vereinigten
Staaten, eine Eindollarmünze
zu haben, die leicht von der Vierteldollarmünze zu unterscheiden ist. Die
Prägeanstalt
der Vereinigten Staaten hat vorgeschlagen, dass eine neue Eindollarmünze ein
goldenes Aussehen haben soll.
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Eine Vielzahl von goldfarbenen Materialien
zur Münzprägung sind
bekannt. Das U.S. Patent Nr. 4.401.488 von Prinz et al. offenbart
eine Legierung auf Kupferbasis, die 4 Gew.-% bis 6 Gew.-% Nickel
und 4 Gew.-% bis 6 Gew.-% Aluminium beinhaltet. „Auf Kupferbasis" ist so zu verstehen,
dass die Legierung zumindest 50 Gew.-% des Basismaterials Kupfer
enthält.
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U.S. Patent Nr. 4.330.599 von Winter
et al. offenbart eine Legierung auf Kupferbasis, die 2 Gew.-% bis 3,5
Gew.-% Aluminium und 1 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Silizium beinhaltet.
Eine Vielzahl von golden erscheinenden Kupferlegierungen sind offenbart
in dem U.S. Patent Nr. 5.472.796 von Breedis et al. Die Kupferlegierungen,
offenbart in Patent Nr. 5.472.796, beinhalten die Kupferlegierung
C6155, die eine nominelle Zusammensetzung aus 92 Gew.-% Kupfer,
6 Gew.-% Aluminium und 2 Gew.-% Nickel hat; die Schwedische Krone
hat eine nominelle Zusammensetzung von 89 Gew.-% Kupfer, 5 Gew.-%
Aluminium, 5 Gew.-% Zink und 1 Gew.-% Zinn und das Britische Pfund
hat eine nominelle Zusammensetzung von 70 Gew.-% Kupfer, 24,5 Gew.-%
Zink und 5,5 Gew.-% Nickel.
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Eine zweite Anforderung an eine neue
Eindollarmünze
ist, dass die elektrische Kennzeichnung im Wesentlichen identisch
mit der der SBA Münze
sein muss. Automatische Unterscheider für Münzen, wie man sie beispielswese
in Automaten wiederfindet, verwenden Unterscheider zur Bestimmung
der Echtheit und des Nennwertes einer Münze. Eine Ausführung von
automatischen Unterscheidern für
Münzen,
bezeichnet als ein Wirbelstrommessgerät, positioniert die Münze benachbart
zu einer elektrischen Spule, durch welche ein Wechselstrom fließt. Der
als Erregerstrom bezeichnete Wechselstrom bewirkt, dass Wirbelströme in die
Münze einfließen. Die
Größe und die
Zeitsteuerung der Wirbelströme
ist eine Funktion der elektrischen Leitfähigkeit der Münze. Die
SBA Münze
hat eine elektrische Leitfähigkeit
in querlaufender Richtung (von einer großen, planaren Fläche zu einer
gegenüberliegenden
großen,
planaren Fläche)
von etwa 49% IACS wenn der Erregerstrom bei einer Frequenz von 60
kHz liegt und etwa 6,6 IACS, wenn der Erregerstrom bei einer Frequenz
von 480 kHz liegt.
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IACS bezieht sich auf den „International
Annealed Copper Standard" und
setzt den Wert der Leitfähigkeit
bei 100% IACS mit „reinem" Kupfer bei 20°C fest.
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Das U.S. Patent Nr. 4.525.434 offenbart
Kupferlegierungen, die Mangan, Zink, Nickel und Aluminium beinhalten.
Wahlweise Zusätze
zur Legierung beinhalten Eisen, Kobalt und Zinn. Die beanspruchte
Legierung ist offenbart als weise sie eine gute Widerstandsfähigkeit
gegen Oxidation und einen Nutzwert in Plattierungsträgerstreifen
auf. Die höchste
vorgetragene elektrische Leitfähigkeit
für eine
beanspruchte Legierung beträgt 3,1%
IACS.
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Eine dritte Anforderung an eine neue
Eindollarmünze
ist die Widerstandsfähigkeit
gegen das Anlaufen, um der Münze
zu ermöglichen,
ein goldenes Aussehen für
eine verlängerte
Zeitperiode in der Größenordnung von
Jahren beizubehalten.
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Es wird nicht daran geglaubt, dass
irgendeines der derzeitig erhältlichen,
goldfarbenen Plattierungsmaterialien alle drei der oben genannten
Anforderungen zur Münzprägung erfüllt: ein
goldenes Aussehen, eine elektrische Kennzeichnung ähnlich zu
der der SBA Münze
und eine Widerstandsfähigkeit
gegen Anlaufen. Dementsprechend verbleibt ein Bedarf an solch einem
Material zur Münzprägung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend ist die Verwendung
einer Legierung auf Kupferbasis, die ein goldenes Aussehen hat und
verwendbar für
Münzprägung ist,
eine Aufgabe der Erfindung. Weitere Aufgaben der Erfindung sind, dass
die Legierung auf Kupferbasis eine elektrische Kennzeichnung hat,
welche ähnlich
zu der der Kupferlegierung C713 ist und eine geeignete Widerstandsfähigkeit
gegen Anlaufen besitzt, um ein goldenes Aussehen für eine ausgedehnte
Zeitperiode beizubehalten.
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Es ist ein Merkmal der Erfindung,
dass die Legierung auf Kupferbasis tatsächlich als Plattierungsschicht
verwendet werden kann. Bei Verwendung als Plattierungsschicht ist
der Kern aus entweder Kupfer oder einer Legierung auf Kupferbasis
gebildet, mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit von üblicherweise mehr
als 90% IACS. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird der Kern gebildet aus der Kupferlegierung C110. Die Aufgaben
der vorliegenden Erfindung werden durch die in den Ansprüchen 1 oder 4
offenbarten Merkmale gelöst.
Weitere Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Noch ein weiteres Merkmal der Erfindung
ist, dass die Legierung auf Kupferbasis ein goldenes Aussehen und
eine elektrische Leitfähigkeit
in der Größenordnung
von 5% bis 7% IACS hat. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist,
dass die Legierung auf Kupferbasis Mangan und Zink beinhaltet. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird zwischen 2 Gew.-% und 6 Gew.-% Nickel der Legierung auf Kupferbasis
zugefügt,
um die Widerstandsfähigkeit
gegen Anlaufen zu verbessern.
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Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung,
dass, wenn die Plattierung gebildet wird, der Kern etwa 50% der
Gesamtdicke des Plattierungsmaterials ausmacht und dass jede Plattierungsschicht
etwa 25% der Gesamtdicke ausmacht.
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Unter den Vorteilen der Erfindung
ist, dass die Legierung auf Kupferbasis ein goldenes Aussehen hat und
als Planchette für
die Prägung
von Münzen
in entweder monolithischem Format oder als eine Plattierungsschicht
geeignet ist. Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass die
elektrische Kennzeichnung des Plattierungsmaterials ähnlich ist
zu der der SBA Münze,
gemessen mit einem Wirbelstrommessgerät bei Frequenzen zwischen wenigstens
60 kHz und 480 kHz. Dieser Vorteil ermöglicht die dauerhafte Verwendung
von elektronischen Unterscheidern für Münzen, die sich derzeitig im
Einsatz befinden, die SBA Münze
zu identifizieren.
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Die oben festgelegten Gegenstände, Merkmale
und Vorteile werden durch die Spezifikation und Zeichnungen im Folgenden
offensichtlicher.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
in der Bodendraufsicht eine Planchette, die aus dem Plattierungsmaterial
der Erfindung gebildet ist.
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2 zeigt
graphisch das zweidimensionale CIELAB-Farbdiagramm der Chromatizität und Farbschattierung,
wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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3 zeigt
graphisch den dreidimensionalen Körper des LAB Farbkörpers der
Chromatizität,
Farbschattierung und Helligkeit, wie er aus dem Stand der Technik
bekannt ist.
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4 zeigt
die Planchette aus 1 in
Querschnittsdarstellung.
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5 zeigt
die Verwendung eines Wirbelstrommessgerätes zur Bestimmung der elektrischen
Leitfähigkeit.
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6 zeigt
graphisch ein Colour Measurement Committee (CMC) Ellipsoid der Farbeignung,
wie aus dem Stand der Technik bekannt.
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7 zeigt
graphisch die Legierungen der Erfindung, die in einem ersten CIELAB
Maßstab
mit einem darüber
liegenden CMC El-lipsoid
eingetragen sind.
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8 zeigt
graphisch die Legierungen der Erfindung, dargestellt in einem zweiten
CIELAB-Maßstab mit
einem darüberliegenden
CMC-Ellipsoid.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
in Bodendraufsicht eine plattierte Planchette 10. Die Planchette
ist ein Münzrohling,
der nachträglich
geprägt
ist, um gewünschte
Motive in die vordere und hintere Oberfläche einzuprägen. Der Durchmesser der Planchettenprägung in
die SBA Münze
ist etwa 26,92 mm (1,06 inch) vor dem Versehen mit einem Rand und
etwa 26,42 mm (1,04 inch) nach dem Versehen mit einem Rand und hat
eine nominelle Dicke von 1,65 mm (0,065 inch).
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Die Farbbestimmung kann durch Spektroskopie
oder andere objektive Mittel erfolgen. Instrumente, wie sie beispielsweise
von Hunter Associates Laboratory, Inc. aus Reston, VA, vertrieben
werden, quantifizieren die Farbe hinsichtlich eines Helligkeitsqualitätsmerkmals,
allgemein bezeichnet als „Wert" und zwei chromatischen
Merkmalen, allgemein bezeichnet als „Farbschattierungen" und „Chromatizität".
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Die Farbschattierung ist die Farbwahrnehmung,
die Wiedererkennung eines Objektes als grün, blau, rot, gelb, usw.. Die
Chromatizität
ist die Farbkonzentration und reicht von grau bis zum reinen Farbton.
Der Messwert ist die Helligkeit der Farbe und reicht von weiß bis schwarz.
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Ein Verfahren zur Farbspezifizierung
erfolgt durch einen CIELAB-Maßstab.
CIE bedeutet Commission Internationale de l'Eclairage (International Commission
for Illumination) und LAB steht für den Hunter L, a, b-Maßstab. Wie
in 2 dargestellt, drückt die
CIELAB-Farbkarte die Farbschattierung als eine Kombination eines
a*Wertes und eines b*Wertes aus, die sich bogenförmig über die Farbkarte erstrecken,
mit +a* als rot, –a*
als grün,
+b* als gelb und –b*
als blau. Die Chromatizität
ist ausgedrückt
als ein Wert vom Mittelpunkt des Kreises, mit dem Mittelpunkt (0)
als grau und ± 60
als volle Reichhaltigkeit der angegebenen Farbe. Mit Bezug auf 3 wird der Wert dargestellt
als eine L*Nummer, die sich von weiß nach schwarz erstreckt, so
dass die Kombination von Farbschattierung, Chromatizität und Helligkeit
in einem genau definierten Punkt in einem dreidimensionalen Raum
und einer genau definierten Farbe dargestellt wird.
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Alternativ wird die Farbe der Kupferlegierung
durch den subjektiven Vergleich mit Gold und Goldlegierungen bestimmt.
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Ein gewünschtes goldenes Plattierungsmaterial
hat eine Farbe, die ähnlicher
zu der von Gold oder einer Goldlegierung bis hinab zu 10 Karat Gold
als zu seiner grauen oder silbernen Münze ist. 10 Karat Gold ist im
Wesentlichen 41,7 Gew.-% Gold mit dem Rest aus einem Gemisch aus
Silber und Kupfer.
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4 zeigt
die plattierte Planchette aus 1 in
Querschnittsdarstellung. Die plattierte Planchette hat einen Kern 12,
der eine erste Dicke 14 hat, die durch die beiden gegenüberliegenden
ersten 16 und zweiten 18 Oberflächen
definiert ist.
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Der Kern 12 ist entweder
durch reines Kupfer oder durch eine auf Kupfer basierende Legierung
gebildet, die eine elektrische Leitfähigkeit von über 90%
IACS besitzt. „Basierend" wird verwendet in
seiner üblichen Art
und Weise in der metallurgischen Technik und bedeutet, dass die
Legierung mehr als 50 Gew.-% des Basismetalls, d. h. in dieser Anwendung
mehr als 50 Gew.-% Kupfer, enthält.
Vorzugsweise hat der Kern eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 99% IACS
und höchst
bevorzugt ist der Kern aus der Kupferlegierung C110 gebildet.
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Eine erste Plattierungsschicht 20 hat
eine zweite Dicke 22 und ist an die erste gegenüberliegende Oberfläche 16 gebunden.
Vorzugsweise ist die Bindung eine metallurgische Bindung, wie beispielsweise
eine Plattierung, worin metallische Atome aus zwei Schichten miteinander
verbunden sind. Die Plattierung ist typischerweise ein Ergebnis
des Zusammenwalzens oder explosionsartiger Entstehung.
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Eine zweite Plattierungsschicht 24 mit
einer dritten Dicke 26 ist an der zweiten gegenüberliegenden Oberfläche 18 gebunden.
Wieder ist die Bindung vorzugsweise eine metallurgische Bindung,
wie beispielsweise eine Plattierung.
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Die erste Plattierungsschicht 20 und
die zweite Plattierungsschicht 24 sind beide auf Kupfer
basierende Legierungen, welche Mangan und Zink in wirksamen Mengen
enthalten, um den Plattierungsschichten den Anschein einer golden
erscheinenden Farbe zu verleihen.
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Eine noch bevorzugtere Zusammensetzung
für die
Plattierungsschichten besteht aus 7 bis 10 Gew.-% Mangan, 10 bis
15 Gew.-% Zink und dem Rest Kupfer und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Eine meist bevorzugte nominelle Zusammensetzung besteht aus 8 Gew.-%
Mangan, 12 Gew.-% Zink und dem Rest Kupfer.
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Zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit
gegen Anlaufen können
die erste Plattierungsschicht und die zweite Plattierungsschicht
weiter bis zu 6 Gew.-% Nickel beinhalten und vorzugs weise zwischen
2 und 6 Gew.-% Nickel beinhalten und besonders bevorzugt von 3,5
bis 4,5 Gew.-% Nickel beinhalten. Sofern Nickel beinhaltet ist,
kann der Zinkgehalt erhöht
werden, um ein goldenes Aussehen zu erhalten.
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Am 06. Oktober 1999 veröffentliche
American Metal Market, dass das Münzamt der Vereinigten Staaten
die Legierung des Anmelders mit einer Zusammensetzung aus 77 Gew.-%
Kupfer, 12 Gew.-% Zink, 7 Gew.-% Mangan und 4 Gew.-% Nickel für die äußeren Schichten
für eine
neue Plattierung der US-Eindollarmünze ausgewählt hat.
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Für
beide Ausführungsbeispiele
der vorausgehenden Zusammensetzungen der Plattierungsschichten ist
die elektrische Leitfähigkeit
der Plattierungsschicht zwischen 5% IACS und 7% IACS bei der Messung
mit einem Wirbelstrommessgerät
bei Erregerfrequenzen von zwischen 60 kHz und 480 kHz. Besonders
bevorzugt weist jede Plattierungsschicht eine elektrische Leitfähigkeit
von zwischen 5,1% IACS und 6,1% IACS auf.
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Während
die erste Plattierungsschicht 20 und die zweite Plattierungsschicht 24 nicht
aus derselben chemischen Zusammensetzung bestehen müssen, wird
eine ähnliche
Zusammensetzung bevorzugt und identische chemische Zusammensetzungen
besonders bevorzugt zur Gewährleistung
einer Symmetrie für
den Münzunterscheider.
Ebenfalls sollte die zweite Dicke 22 näherungsweise gleich zu der
dritten Dicke 26 sein. Vorzugsweise stellt die erste Dicke 14 zwischen
40% und 60% der Gesamtdicke der Plattierungsplanchette dar, und
jeweils die erste Plattierungsschicht 20 und die zweite
Plattierungsschicht 24 stellen zwischen 20% und 30% der
Gesamtdicke dar. Eine bevorzugte nominelle Zusammensetzung weist
eine erste Plattierungsschicht mit 25% der Dicke, einen Kern mit
50% der Dicke und eine zweite Plattierungsschicht mit 25% der Dicke
auf.
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Weitere legierende Bestandteile können hinzugefügt werden,
um die Eigenschaften entweder des Kerns oder der Plattierungs schichten
zu beeinflussen. Geeignete Additive für die Plattierungsschicht enthalten Eisen,
Chrom, Aluminium, Zinn und Phosphor. Diese Additive sollten in einer
Menge anwesend sein, die geringer ist als eine Menge, welche den
goldenen Anschein der Plattierungsschicht verschlechtert und die
elektrische Leitfähigkeit
nicht signifikant verändert.
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Nach der Plattierung sollte die transversale
elektrische Leitfähigkeit
(gemessen von der ersten äußeren Oberfläche 28 zur
zweiten äußeren Oberfläche 30)
in etwa gleich der der SBA Münze
sein, und zwar bei Wirbelstromeichmaßerregerfrequenzen von zwischen
60 kHz bis 480 kHz. Bevorzugter ist die querverlaufende elektrische
Leitfähigkeit
des Plattierungsmaterial kleiner gleich 2% IACS und besonders bevorzugt
kleiner gleich 0,5% IACS bei Frequenzen zwischen 60 kHz und 480
kHz. Bei manchen Unterscheidern sollten die oben genannten elektrischen
Leitfähigkeitsmesswerte
bei Messerregerfrequenzen von 10 kHz bis 600 kHz zutreffen.
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Im Hinblick auf 5 ist ein Plattierungsmaterial oder eine
Planchette 10 in Nachbarschaft zu einer elektrischen Spule
angeordnet. Es wird Wechselstrom der gewünschten Frequenz durch die
Spule 32 geleitet, um einen Wirbelstrom in dem Plattierungsmaterial 10 zu
erzeugen. Die Querleitfähigkeit
des Plattierungsmaterials beeinflusst die Impedanz der Spule 32.
Ausgehend von der Impedanz der Spule 32 kann die elektrische Leitfähigkeit
des Plattierungsmaterials bestimmt werden. Jegliche kommerzielle
Wirbelstrommesseinrichtung kann dabei verwendet werden, wie beispielsweise
ein Sigmatest-Messgerät,
hergestellt von Foerster Instruments Inc. in Pittsburgh, PA.
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Sobald eine Planchette aus dem Plattierungsmaterial
ausgestanzt worden ist, wurde die Planchette noch vor dem Prägen angelassen.
Ein geeignetes Anlassprofil liegt bei 700°C für 15 bis 20 min in einer Atmosphäre von 96
Vol.-% Stickstoff und 4 Vol.-% Wasserstoff oder anderen brennbaren
Gasgemischen. Nach dem An lassen kann ein Wassertauchbad verwendet
werden.
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Zur Verringerung der Diffusion des
Kupfers aus dem Kern in die erste und zweite Plattierungsschicht, was
voraussichtlich den goldenen Anschein negativ beeinflussen kann,
können
Sperrschichten (nicht dargestellt) zwischen die erste gegenüberliegende
Oberfläche 16 und
die zweite Plattierungsschicht 20 sowohl wie auch zwischen
die zweite gegenüberliegende
Oberfläche 18 und
die zweite Plattierungsschicht 24 zwischengeordnet werden.
Solche Sperrschichten können
ferromagnetische Materialien beinhalten wie beispielsweise Nickel,
Kobalt und Eisen, sowohl als auch Legierungen davon, welche die
elektrische und magnetische Kennzeichnung des Plattierungsmaterials
beeinflussen. Nicht-ferromagnetische Materialien haben weniger Einfluss auf
die magnetische und elektrische Kennzeichnung des Plattierungsmaterials
und beinhalten Legierungen auf Kupferbasis wie beispielsweise Kupfer
in 20 bis 30 Gew.-%, Nickel und Kupfer in 10 bis 20 Gew.-%, Manganlegierungen.
Wenn eine Sperrschicht verwendet wird, wird die Dicke des Kerns
und die Dicke der Plattierungsschichten angepasst, um die gewünschte transversale
elektrische Leitfähigkeit
beizubehalten.
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Für
den Fall, dass die Planchette während
des Anlassens anläuft,
kann ein geeigneter Aufhellungsprozess angewendet werden, welcher
eine wässrige
35 Vol.-%ige Wasserstoffperoxidlösung
mit einem geeigneten Additiv, genannt MACBright 100, erhältlich von
MacDermid, Waterbury, CT, anwendet. Die Reinigung ist ein zweistufiges
Verfahren.
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Die anfängliche Lösung wird hergestellt unter
Verwendung von 30 Vol.-% des MACBright Produktes mit deionisiertem
oder destilliertem Wasser. Dazu wird Schwefelsäure in einer Menge von 0 bis
0,7 Vol.-% hinzugefügt.
Die Planchette ist entfettet und wird für 30 bis 60 Sekunden unter
Rühren
bei einer Temperatur zwischen 38° und
43°C (100°F und 110°F) eingebracht.
Die Planchette wird dann mit Wasser gespült und für 20 bis 30 Sekunden in eine
5 Vol.-%ige Schwefelsäure
bei Raumtemperatur eingetaucht, gefolgt von einer sorgfältigen Spülung mit
Wasser und danach gegebenenfalls mit einem gegen das Anlaufen wirkenden
Agenz wie beispielsweise Benzotriazol (BTA) beschichtet und mit
heißer
Luft getrocknet.
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Die Hitzebehandlung und die chemische
Behandlung der Legierungen der Erfindung können die Oberflächenchemie
verändern
und die Oberflächenfarbe
beeinflussen, ohne eine nennenswerte Veränderung in den Volumeneigenschaften
der Legierung wie beispielsweise der elektrischen Leitfähigkeit
zu bewirken. Zum Beispiel kann eine Hitzebehandlung und/oder eine
chemische Behandlung den Mangangehalt an den Oberflächen der
Kupferlegierung verringern.
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Die Vorteile der Plattierungsprägelegierung
der vorliegenden Erfindung werden sichtbarer durch die folgenden
Beispiele.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Tabelle 1 zeigt Zusammensetzungen
aus einer Anzahl an Legierungen auf Kupferbasis mit einem goldenen
Aussehen, welche direkt kokillengegossen, heißgewalzt, kaltgewalzt und angelassen
bis auf eine nominelle Dicke von 1, 65 mm (0, 065 inch) wurde. Die
transversale elektrische Leitfähigkeit
der Legierungen auf Kupferbasis wurde unter Verwendung eines Wirbelstrommessgerätes mit
einer Erregerstromfrequenz wie in Tabelle 2 spezifiziert gemessen.
Wie in Tabelle 2 aufgezeigt folgt die transversale elektrische Leitfähigkeit
der Legierungen auf Kupferbasis der vorliegenden Erfindung sehr
eng der der Kupferlegierung C713.
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TABELLE
1
Zusammensetzung in Gew.-%
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TABELLE
2
Leitfähigkeit,
%IACS bei einer Frequenz (kHz)
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Eine Anzahl an Legierungen auf Kupferbasis
mit einem goldenen Aussehen nach Tabelle 1 wurde gleichstromgegossen,
heiß-gewalzt
und weiter kalt-gewalzt und angelassen auf eine für die Haftung
geeignete Dicke. Sie wurden aneinander gebunden als eine 25%/50%/20%
(der Dicke) Dreifachplattierung mit einem C110-Kern. Die Dreifachplattierung wurde
kalt-gewalzt und angelassen auf eine endgültige Dicke von etwa 1,65 mm
(0,065 inch).
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Tabelle 3 zeigt die Zusammensetzungen
dieser Plattierungen zusammen mit einer Anzahl von anderen Plattierungen
und Münzprägungsmaterialien.
Tabelle 4 zeigt die transversale elektrische Leitfähigkeit,
welche unter Verwendung eines Wirbelstrommessgerätes mit einer wie spezifizierten
Erregerstromfrequenz gemessen wurde.
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Beispiel 2
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Die mit 1–35 bezeichneten Kupferlegierungen
mit den nominellen Zusammensetzungen in Gew.-%, wie sie in Tabelle
5 ausgewiesen sind, wurden durch direktes Kokillengießen gegossen
und anschließend durch
Heißwalzen
auf eine Dicke von 12,7 mm (0,5 inch) gebracht, zur Entfernung der
Oxide gefräst
und danach auf 0,76 mm (0,03 inch) kaltgewalzt und poliert, um einen
konstanten Oberflächenzustand
bereitzustellen. Die Legierungsbezeichnungen in Tabelle 5 sind unabhängig von
den Legierungsbezeichnungen in den Tabellen 1 bis 4. Eine ähnliche
Bezeichnung lässt
nicht auf eine ähnliche
Zusammensetzung schließen.
Die als 36 bis 43 bezeichneten Legierungen sind Vergleichslegierungen.
Die Legierung 36 ist 18 karätiges Gold und die Legierung 37 ist
22 karätiges
Gold. Die Legierungen 38 bis 43 sind andere Kupferlegierungen
als angegeben.
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Die Kupferlegierungen wurden danach
unter Verwendung eines UltraScan XE Spektralphotometers, hergestellt
von HunterLab analysiert, und die L, a* und b*-Werte wurden angegeben
(siehe 2). Die Analysebedingungen
waren: ein 10°-Betrachter,
ein D65-Leuchtmittel und die Geometrie des Messinstruments war eine
d/8-Kugel. Die Farbschattierung wurde berechnet mit: Farbschattierung
= Arcustangenz a*/b*und die Chromatizität mit: Chromatizität = (a*2
+ b*2)1/2 Die
Gesamtfarbdifferenz wurde berechnet mit: ΔE*ab =
((ΔL*ab)2 + (Δa*ab)2 + (Δb*ab)2)1/2
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Die durch den Farbmessungsausschuss
Colour Measurement Committee (CMC) der Society of Dyers and Colourists
in England definierte Farbdifferenz wurde ermittelt mit:
ΔEcmc = ((ΔL*/lSL)2 + (ΔC*ab/cSC)2 + (ΔH*ab/SH)2)1/2 mit
ΔL* = L*Probe – L*Standard ΔC*ab = C*abProbe – C*abStandard
C*ab =
(a*2 + b*2)1/2
ΔH*ab = ((ΔE*ab) 2 – (ΔL*) 2 – (ΔC*ab)2)1/2* SL
= 1/2 Länge
des Lichts
SH = 1/2 Länge
der Farbschattierung
SC = 1/2 Länge der Chromatizität
c,
1 = Konstanten mit 1/c = 2/1
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In Übereinstimmung mit den CMC
Standards zeigt 6 ein
Diagramm der a* – b*
-Ebene in dem Farbraum. Die innerhalb des El-lipsoiden liegenden Zusammensetzungen
erscheinen dem Auge als gleichartig (es besteht kein wahrnehmbarer
Unterschied in der Farbe).
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7 zeigt
die Legierungen aus Tabelle 5 als eine Darstellung der a* – b*-Ebene
im Farbraum. Die Zahlen in den Kreisen korrespondieren mit den in
Tabelle 5 bezeichneten Legierungen. Die L*-Achse ist in der Säule auf
der rechten Seite dargestellt. Innerhalb des Ellipsoiden 36 befindliche
Kupferlegierungen erscheinen dem Auge als die gleichartige Farbe.
Die horizontalen Balken 36' in
der Skala auf der rechten Seite korrespondieren mit der Stelle,
an welcher die L*-Achse den El-lipsoid
durchschneidet. Der Ellipsoid verkörpert ΔEcmc = 1.
Dies korrespondiert mit einem Zinkgehalt von 11 bis 12 Gew.-% und
einem Manganbereich von 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% und 4 Gew.-% Nickel.
Zur Verbesserung der Legierungsrezyklierung von Messing in die Legierungen
der vorliegenden Erfindung und zur Senkung der Kosten, kann eine
leichte Anhebung des Zinkgehaltes bis zu ungefähr 14 Gew.-% tolerierbar sein.
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8 zeigt
die Legierungen aus Tabelle 5 als eine Darstellung der a* – b* -Ebene
im Farbraum in einer kleineren Skalierung als in 7, um die Unterschiedlichkeit der Legierungen
der vorliegenden Erfindung gegenüber
Kupfernickel (Legierung 40) darzustellen.
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Die mit 1–35 in Tabelle 5 bezeichneten
1,52 mm (0,06 inch) dicken Kupferlegierungen wurden danach einem
Rekristallisationsanlassen unterworfen und auf eine Dicke von 0,76
mm (0,03 inch) kalt gewalzt. Die elektrische Leitfähigkeit
wurde gemessen und ist in Tabelle 6 dargestellt. Die Legierung wurde
danach für
3 Stunden bei 550°C
angelassen und die Leitfähigkeit
noch mal bestimmt, so wie sie in Tabelle 7 dargestellt ist. Die
Legierungsbezeichnung korrespondiert mit der Tabelle 5 plus 219
(Legierung 1 ist bezeichnet als 220, Legierung 35 ist
bezeichnet als 254 usw.). Die in Tabelle 5 dargelegten Zusammensetzungen
sind nominelle Vorgaben. Tatsächlich
analysierte Zusammensetzungen sind in Tabelle 9 dargestellt.
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Während
sich die Erfindung primär
auf eine bei der Herstellung einer Münzplanchette zweckmäßige Kupferlegierung
bezieht, sind die Legierungen der vorliegenden Erfindung für jegliche
Anwendung bestimmt, in der eine goldene Farbe und eine niedrige
elektrische Leitfähigkeit,
d. h. in einem Bereich von 5% bis 7% IACS, erforderlich ist. Eine
solche geeignete Anwendung ist die als eine monolitische, im Gegensatz
zu einer plattierten, Planchette. Die Planchetten können dazu
verwendet werden, Münzen,
Spielmarken und Casinochips zu prägen.
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Die Kupferlegierungen der vorliegenden
Erfindung sind ebenfalls zweckmäßig als
elektrische Anschlussteile und zu architektonischen oder dekorativen
Zwecken. Architektonische Anwendungen umfassen Türgriffe, Handgriffe, Fußtrittbleche,
Kaminschirme, Absperrgliedhandgriffe, Dusch- und Badabflüsse, Instrumentenabdeckungen
und Material für
Mitarbeiterausweise.
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Im Falle einer Verwendung als ein
Anschlussteil ist die Spannungs-Relaxations-Beständigkeit von besonderer Bedeutung.
Die Spannungsrelaxation ist ein Phänomen, welches auftritt, wenn
eine äußere elastische
Spannung auf ein Stück
Metall einwirkt. Das Metall reagiert durch Entwicklung einer entsprechenden
und entgegengerichteten inneren elastischen Spannung. Wenn das Metall
in der gespannten Position rückbeansprucht
wird, nimmt die innere elastische Spannung als eine Funktion der
Zeit ab. Der graduelle Abbau der inneren elastischen Spannung wird
Spannungsrelaxation genannt und tritt wegen des Austausches der
elastischen Beanspruchung in dem Metall durch plastische oder permanente
Beanspruchung auf. Der Grad der Abnahme der inneren Spannung mit
der Zeit ist eine Funktion der Legierungszusammensetzung, der Legierungstemperung,
der Ausrichtung relativ zu der Verarbeitungsrichtung (z. B. ist
die Längsausrichtung
= die Walzrichtung) und der Einwirktemperatur. Es ist für Anwendungen
als Feder oder Anschlussteil wünschenswert,
den Grad der Abnahme soweit wie möglich zu verringern, d. h.
die Spannungsrelaxationsbeständigkeit zu
erhöhen.
Wie in Tabelle 8 dargelegt, ist der prozentuale Anteil der verbliebenen
Spannung für
die Legierungen der vorliegenden Erfindung besser als von konventionellen
Messinglegierungen.
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Es ist offensichtlich, dass in Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung ein metallischer Verbundstoff bereitgestellt
wird, welcher für
die Münzprägung geeignet
ist und die Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile wie vorangestellt
beschrieben vollständig
erfüllt.
Während
die vorliegende Erfindung in Kombination mit den spezifischen Ausführungsbeispielen
davon beschrieben wurde, versteht es sich, dass viele Alternativen, Modifikationen
und Variationen für
den Fachmann auf dem Gebiet angesichts des Schutzumfanges der nachfolgenden
Ansprüche
offensichtlich sind.
