DE602005005598T3

DE602005005598T3 - Verkupfertes Aluminium Strangkabel und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE602005005598T3
Application number: DE602005005598.3T
Authority: DE
Inventors: epouse Allaire Isabelle Michel; Louis Salvat
Original assignee: F S P - One; Fsp - One
Current assignee: F S P - One; Fsp - One
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: EP1647996A9; CN1760993B; ATE390694T1; ES2259944T1; US7105740B2; DE602005005598D1; PL1647996T3; EP1647996B9; EP1647996B1; DE05356180T1; TW200626746A; DE602005005598T2; EP1647996A1; US20060102368A1; FR2876493A1; FR2876493B1; TWI391525B; CN1760993A; EP1647996B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Leitern aus Aluminium oder aus einer Legierung von verkupfertem und vernickeltem Aluminium. Sie betrifft die Herstellung spezieller elektrischer Kabel, die mindestens einen Leiter mit einer Seele aus Aluminium oder aus einer Legierung von Aluminium enthalten, die mit einer Schicht aus Kupfer beschichtet ist, die ihrerseits mit einer Schicht aus Nickel beschichtet ist.
In der folgenden Beschreibung und den Patentansprüchen bezeichnet das Wort ”Aluminium” im breiten Sinne Aluminium und dessen Legierungen. Das Wort ”Leiter” bezeichnet einen elektrisch leitfähigen Körper mit langgestreckter Form, dessen Länge groß ist in Bezug zu seinem Querschnitt und der generell in Form eines Drahtes ist.
Elektrische Leiter auf Basis von Aluminium werden zum Transport von elektrischer Energie weit verwendet. Elektrische Drähte und Kabel mit einer Seele aus Aluminium können eine Beschichtung aus isolierenden Materialien aufweisen und Drähte oder einheitliche Einzeldrähte können zur Bildung der leitfähigen Seele eines Kabels zusammengefügt werden.
Beim Transport und der Verteilung von elektrischer Energie können Leiter aus Aluminium im Rohzustand verwendet werden, d. h. ohne spezielle Behandlung der Oberfläche des Leiters. Gleichwohl hat man bereits vorgeschlagen, Leiter aus Aluminium mit einer Schicht aus Nickel zu versehen, um die elektrischen Kontakteigenschaften zu verbessern.
Elektrische Kabel mit Litzen von Drähten aus mit Nickel beschichtetem Aluminium wurden bereits verwendet, beispielsweise bei Anwendungen der Luftfahrt. Man findet mehr als zehn Kilometer in manchen aktuellen Linienflugzeugen.
Im Vergleich mit einer traditionellen Lösung von Kabeln mit einer Seele aus Kupfer hat Aluminium den Vorteil einer Verringerung des Gewichtes: bei gleichem elektrischen Widerstand hat ein Leiter aus Aluminium ungefähr die Hälfte des Gewichtes eines Leiters aus Kupfer.
Trotz der Gewichtseinsparung sind die Anwendungen von Leitern aus Aluminium in der Luftfahrtindustrie dennoch klein geblieben, insbesondere aufgrund einer geringeren Leitfähigkeit, einer geringeren Reißfestigkeit, weniger guten Flexibilitätseigenschaften, der Anwesenheit von nicht leitenden Oxiden an der Oberfläche des Leiters und von Schwierigkeiten der Industrialisierung.
Das Dokument DE 196 33 615 A1 beschreibt die Verwendung eines Drahtes aus Aluminium, der eine Beschichtung aus Kupfer hat, auf die eine äußere Schicht von Nickel aufgebracht ist.
Das Dokument FR 2 083 323 beschreibt ein Kabel für ein Luftfahrzeug, das Drähte aus Aluminium mit einer Beschichtung aus Kupfer hat, die ihrerseits mit einer Schicht aus Nickel beschichtet ist. Jeder Leiter ist durch eine oder mehrere Schichten aus Kunststoffmaterial isoliert.
Die obigen Dokumente präzisieren nicht die Dicke und den Widerstand der Schicht aus Nickel noch den Vorteil und die Mittel, um gleichzeitig eine ausreichende Leitfähigkeit zu garantieren, eine ausreichende Bruchlast und eine ausreichende Flexibilität für die Verwendung unter schwierigen Konditionen und einer aggressiven Atmosphäre.
Das Dokument US 3,915,667 A lehrt einen Leiter aus Aluminium mit einer internen Beschichtung aus Zinn oder Zink zu beschichten, danach mit einer Schicht auf Basis von Kupfer, darauf mit einer Beschichtung aus Nickel und schließlich darauf mit einer äußeren Schicht aus Zinn oder Silber. Die Zwischenschicht aus Nickel hat eine Dicke, die ungefähr zwischen 2,5 μm und 12,7 μm liegt. Weder der Vorteil einer widerstandsfähigen Oberflächenschicht aus Nickel, noch die Mittel, sie zu realisieren, sind beschrieben.
Auf dem Gebiet von Kabeln mit kleinem Durchmesser besteht ein Bedarf, den Kompromiss zwischen der Leitfähigkeit des Kabels, seiner Bruchlast und seiner Flexibilität derart zu verbessern, daß die Bedingungen der Verwendung von Kabeln erfüllt werden, die durch nicht-lineare und relativ lange Leitungskanäle geführt werden müssen, ohne das Risiko einer Beschädigung oder eines Blockierens. Darüber hinaus besteht ein Bedarf eines Langzeitschutzes solcher Kabel gegen das Auftreten von nicht leitenden Oxiden an der Oberfläche unter strengen Anwendungsbedingungen, beispielsweise beträchtlichen und wiederholten Temperaturschwankungen, aggressiven Atmosphären. Auch besteht ein Bedarf, eine gute elektrische Verbindung der Leiter sicherzustellen, ohne ihre Struktur durch mechanische Belastung zu beeinträchtigen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Struktur mehrsträngiger Kabel für das Leiten von elektrischem Strom vorzuschlagen, die gleichzeitig einen geringen elektrischen Widerstand, eine gute Flexibilität, eine ausreichend große Bruchlast, gute Eigenschaften eines elektrischen Kontaktes, gute Antikorrosionseigenschaften bei einer Langzeitverwendung unter aggressiven Bedingungen und gute Eigenschaften zum Absorbieren mechanischer Belastungen bei elektrischer Verbindung aufweist.
Ein Problem ist es, insbesondere eine schützende Oberflächenschicht aus Nickel zu schaffen, die eine zufriedenstellende Qualität hat, sowohl hinsichtlich einer Dichtigkeit und hinsichtlich einer Haftung auf der unteren Schicht des Leiters, die jedoch nicht wesentlich die anderen Eigenschaften des Leiters beeinträchtigt, wie z. B. die elektrische Leitfähigkeit, die Flexibilität, das Gewicht, die Bruchlast.
Eine Schwierigkeit ist es, die kontinuierliche, haftende und dichte Schicht aus Nickel mit geringen Kosten industriell herzustellen. Hierfür schlägt die Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 vor.
Der Kontinuitätstest in einem Bad aus Polysulfid ist durch die Norm ASTM B298 durch die Organisation American Society for Testing and Materials festgelegt.
Details dieses Kontinuitätstest in einem Bad aus Polysulfid sind in der folgenden Beschreibung erläutert.
Der Schritt d) ist insbesondere kritisch. Während dieses Schrittes kann die Temperatur des Elektrolysebades zwischen 55°C und 65°C gehalten bleiben, wobei der pH-Wert des Elektrolysebades zwischen 2,3 und 3,0 gehalten bleibt, die Stromdichte zwischen 10 und 16 Ampère pro Quadratdezimeter (A/dm²) liegt und die Konzentration von Nickel unter 140 Gramm pro Liter im Elektrolysebad ist, was es erlaubt in genauerer Art, einen Leiter herzustellen, der den Test des Schutzes im Bad aus Polysulfid mit der oben beschriebenen optischen Prüfung besteht.
Dieses Vorgehen erlaubt insbesondere das Auftreten von Oxiden auf den Grenzflächen zwischen den Schichten zu vermeiden, insbesondere unter der Schicht aus Nickel, von Oxiden, die anschließend während des Ziehens anfällig sind, Diskontinuitäten in der Oberflächenschicht aus Nickel hervorzurufen und damit die schützenden Eigenschaften und die des Kontaktes dieser Schicht zu verringern.
Bei dem Schritt h) des Glühens unter neutralem Gas kann das neutrale Gas vorzugsweise Stickstoff sein.
Und in Ergänzung kann während des Schrittes h) des Glühens unter neutralem Gas die Temperatur bei ungefähr 250°C während einer Dauer von mindestens zwei Stunden gehalten sein.
Um den Prozess zu optimieren, kann man während des Schrittes d) vorsehen, daß die Temperatur des Elektrolysebades bei ungefähr 60°C liegt, wobei der pH-Wert des Elektrolysebades bei ungefähr 2,4, die Stromdichte bei ungefähr 15 bis 16 Ampère pro Quadratdezimeter (A/dm²) ist.
Vorzugsweise kann das Verfahren einen vorhergehenden Schritt a₀) des Kalibrierens des Rohdrahtes aus verkupfertem Aluminium hinsichtlich Abmessung und hinsichtlich Härte enthalten.
Nach einem solchen Schritt des Kalibrierens a₀) hat der Rohdraht aus verkupfertem Aluminium zum Beispiel eine Bruchlast von unterhalb oder gleich etwa 20 Dekanewton pro Quadratmillimeter (daN/mm²) und eine Längung von ungefähr zwischen 2 und 3%. Auf diese Weise vermeidet man auch während des Ziehens das Auftreten von Lücken oder Diskontinuitäten in der Oberflächenschicht aus Nickel.
In vorteilhafter Weise während des Schrittes c) kann das Bad aus Amidoschwefelsäure eine Konzentration von ungefähr 40 Gramm pro Liter haben.
Der Anfangsdurchmesser des Rohdrahtes aus verkupfertem Aluminium liegt ungefähr zwischen 1,2 und ungefähr 0,8 mm. Die Abscheidung von Nickel bewirkt sich gemäß einer Dicke von ungefähr 10 bis ungefähr 15 μm. Und der endgültige Durchmesser des Drahtes aus verkupfertem und vernickeltem Aluminium liegt ungefähr zwischen 0,51 mm und ungefähr 0,20 mm.
Vorzugsweise kann der Schritt b) des Entfettens des Drahtes folgende Schritte enthalten:

b1) Entfetten des Rohdrahtes mittels Ultraschall,
b2) Bearbeiten des Rohdrahtes mittels einer anodischen Entfettung in einem Bad, das Natron und Tenside enthält,
b3) Spülen des Rohdrahtes mit demineralisiertem Wasser.

Bei Drähten mit einem Durchmesser von weniger oder gleich 0,25 mm führt man den Schritt g) des Verseilens vor dem Schritt h) des Glühens durch. Umgekehrt führt man bei Drähten mit größerem Durchmesser vorzugsweise den Schritt h) des Glühens vor dem Schritt g) des Verseilens durch.
Weitere Ziele, Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von speziellen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen, von denen:
die 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Querschnittes eines Drahtes mit einer Seele aus Aluminium, erhalten durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung;
die 2 ist ein Querschnitt einer Litze mit 19 Drähten von echtem konzentrischem Typ;
die 3 ist ein Querschnitt einer Litze mit 19 Drähten des einheitlichen konzentrischen Typs;
die 4 ist ein Querschnitt einer Litze mit 7 Drähten;
die 5 ist eine perspektivische Ansicht im Querschnitt eines Rohdrahtes aus verkupfertem Aluminium, verwendet in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung;
die 6 ist eine allgemeine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Herstellung des Drahtes der 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
die 7 ist eine schematische Ansicht der Station des Vernickelns bei der Einrichtung der 6;
die 8 zeigt zwei Schritte eines Prozesses des Testens, die die Kontrolle der Qualität des erhaltenen Drahtes gestatten;
die 9 ist eine Ansicht eines Drahtes von guter Qualität, der dem Test unterworfen wurde; und
die 10 ist eine Ansicht eines Drahtes von schlechter Qualität, der dem Test unterworfen wurde.
Man betrachtet zunächst die 1, die die Struktur eines Leiterdrahtes 1 erhalten durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Man unterscheidet eine Seele 2 aus Aluminium, die mit einer Zwischenschicht 3 aus Kupfer beschichtet ist, die ihrerseits mit einer Oberflächenschicht 4 aus Nickel beschichtet ist.
Das Aluminium, das die Seele 2 bildet, kann reines Aluminium oder eine Legierung von Aluminium sein. Man könnte eine Legierung von 99,5% von Aluminium vorziehen, die höchstens 0,10% von Silizium und höchstens 0,40% von Eisen hat.
Bei Anwendungen für die Luftfahrtindustrie oder die Automobilindustrie kann der Draht einen endgültigen Gesamtdurchmesser D_F aufweisen, der ungefähr zwischen 0,51 mm und ungefähr 0,20 mm liegt. Andere Werte des Durchmessers könnten gleichwohl verwendet werden in Abhängigkeit von den gewünschten Charakteristiken.
Das Kupfer der Zwischenschicht 3 kann vorzugsweise 15 Volumen% des Drahtes darstellen. Dies führt zu einem Draht, der die folgenden Eigenschaften hat: eine Dichte bei 20°C Umgebungstemperatur von 3,60 Kilogramm pro Kubikdezimeter, einen Widerstandswert von 2,78 10^–8 Ohm pro Meter, eine Leitfähigkeit von 60% bis 64% IACS, generell von 62% IACS, eine Bruchlast von 138 Newton pro Quadratmillimeter und eine minimale Streckgrenze von 6%.
Um gleichzeitig eine zufriedenstellende Flexibilität und eine ausreichende Leitfähigkeit dank eines großen Querschnittes zu realisieren, sind die oben genannten Drähte als Litze durch herkömmliche Techniken zur Bildung von Kabeln zusammengesetzt.
Beispielsweise kann man, wie in 2 dargestellt, eine Litze 5 mit 19 Drähten, wie dem Draht 1, realisieren mit einer konzentrischen Struktur der Litze, wobei die Schichten alternierende Richtung haben. Nach einem anderen Beispiel gemäß der 3 hat man eine Litze 6 mit 19 Drähten, wie dem Draht 1, hergestellt, mit einer einheitlichen Struktur der Litze, wobei die Schichten dieselbe Richtung haben.
Umgekehrt vermeidet man eine Struktur des Typs einheitlich hexagonal, die eine elektrische Verbindung am Ende des Kabels schwieriger oder fehlerhafter macht.
Strukturen mit kleinerem Querschnitt können Litzen 7 mit sieben Einzeldrähten enthalten, mit einem zentralen Einzeldraht 7a und sechs Umfangs-Einzeldrähten 7b–7g, wie in 4 dargestellt ist. Der zentrale Einzeldraht 7a kann aus einer Legierung von vernickeltem Kupfer sein, während die Umfangs-Einzeldrähte 7b–7g aus verkupfertem und vernickeltem Aluminium sind, wie der Draht 1 der 1. Man realisiert auch gemischte Litzen 7, bei denen man mit dieser Struktur die Bruchlast vergrößert und gleichzeitig die Leitfähigkeit verringert, zum Nachteil des Gewichtes.
Bei dem Draht der 1 muß die Dicke E der Oberflächenschicht 4 des Nickels oberhalb von 1,3 μm sein, mangels dessen man feststellt, daß die Oberflächenschicht 4 von Nickel nicht ausreichend kontinuierlich ist, um einen wirksamen Schutz der Zwischenschicht 3 von Kupfer sicherzustellen. Es ist nicht vorteilhaft, eine Schicht von Nickel herzustellen, deren Dicke größer als ungefähr 3 μm ist, da dies in ungünstiger Weise die anderen Eigenschaften des Leiters beeinflußt, wie die elektrische Leitfähigkeit, die Flexibilität, die Bruchlast, und dies die Geschwindigkeit der Herstellung des Leiters wesentlich reduziert. Vorzugsweise wird die Dicke E der Oberflächenschicht 4 von Nickel zwischen ungefähr 2 μm und ungefähr 3 μm sein und ein guter Kompromiss wird mit einer Oberflächenschicht 4 erhalten, deren Dicke E gleich ungefähr 2,3 μm ist.
In der Praxis wird man Kabel herstellen, die unterschiedliche Anzahlen von Drähten und Litzen in Abhängigkeit von der Produktpalette haben.
Bei einem ersten Beispiel kann ein Kabel 7 Litzen mit jeweils 10 oder 15 Drähten haben, wobei die Drähte einen einheitlichen Durchmesser von ungefähr 0,51 mm haben.
Gemäß einem zweiten Beispiel schafft man ein Kabel, das sieben Litzen mit jeweils 19 Drähten hat, wobei die Drähte einen einheitlichen Durchmesser von ungefähr 0,275 mm haben.
Gemäß einem dritten Beispiel schafft man ein Kabel, das eine Litze mit 61 Drähten mit einem Durchmesser von ungefähr 0,32 mm hat.
Gemäß einem anderen Beispiel enthält das Kabel eine Litze mit 37 Drähten von ungefähr 0,32 oder 0,25 mm.
Gemäß einem anderen Beispiel enthält das Kabel eine Litze mit 19 Drähten von ungefähr 0,30 oder ungefähr 0,25 oder ungefähr 0,20 mm, gemäß einer Struktur der 2 oder 3.
Schließlich sind Kabel mit geringerem Querschnitt mit einem zentralen Draht 7a aus einer Legierung von vernickeltem Kupfer hergestellt, das von sechs Drähten 7b–7g aus verkupfertem und vernickeltem Aluminium mit einem Durchmesser von 0,25 oder 0,20 mm umgeben ist.
Die Litzen können anschließend mit einer isolierenden Schicht aus Polyimid oder einer äußeren Schicht aus Polytetrafluorethylen bedeckt sein.
Für die Herstellung eines Drahtes 1, wie in 1 dargestellt, ging man von einem Rohdraht 8 aus verkupfertem Aluminium von größerem Durchmesser D_I aus, wie in 5 dargestellt, wobei der Durchmesser D_I des Rohdrahtes 8 zwischen dem 2- und 5-fachen endgültigen Durchmesser D_F, der für den Draht gewünscht wird, lag, beispielsweise bei ungefähr 0,8 bis ungefähr 1,2 Millimeter. Dies hat eine schnelle, industriell ökonomische Behandlung gestattet.
Man hat den Rohdraht 8 gemäß einem Verfahren behandelt, das in den 6 und 7 dargestellt ist.
Der Rohdraht 8 war aus einer Seele 8a aus Aluminium hergestellt, der mit einer Oberflächenschicht 8b aus Kupfer beschichtet ist, wobei das Kupfer 15 Volumen% des Gesamten darstellt.
Man betrachtet jetzt die 6, die schematisch die generelle Struktur einer Einrichtung zur Herstellung eines Drahtes nach einem Verfahren der Erfindung zeigt.
Der Rohdraht 8 läuft zunächst durch eine Ultraschallvorrichtung 9, die eine erste Entfettung durchführt. Der Draht passiert anschließend einen Behälter 10 zum anodischen Entfetten, der ein anodisches Entfetten in einem Bad 11 durchführt, das beispielsweise Natron oder aktive Tenside enthält. Auf diese Weise stellt man sicher, daß die Oberfläche des Drahtes frei von Oxiden ist. Die Anwesenheit solcher Oxide wäre für das spätere Drahtziehen ungünstig.
Der Draht passiert anschließend eine Spülvorrichtung 12, die ein Spülen des Drahtes mit demineralisiertem Wasser durchführt.
Der Draht passiert dann einen Behälter 13, der eine Amidoschwefelsäure 14 enthält. Die Konzentration der Amidoschwefelsäure kann vorzugsweise bei ungefähr 40 Gramm pro Liter liegen. Man bewirkt damit eine Behandlung der Oberfläche der Schicht aus Kupfer, was das spätere Anhaften des Nickels begünstigt.
Der Draht passiert dann eine Vorrichtung 15 zum elektrolytischen Abscheiden des Nickels, die ein geeignetes Abscheiden einer Oberflächenschicht aus Nickel bewirkt. Die Vorrichtung wird detaillierter in Bezug auf 7 beschrieben. Der Draht passiert sodann eine zweite Spüleinrichtung 16, die den Draht mit demineralisiertem Wasser spült.
Der Draht passiert dann eine Vorrichtung 17 zum Drahtziehen, in der man ein Drahtziehen in reinem Öl bis zu einem endgültigen Durchmesser durchführt, d. h. in einer Produktpalette eines Durchmessers von ungefähr 0,51–0,20 mm.
Generell vollzieht sich das Drahtziehen mit einer Geschwindigkeit, die von den vorhergehenden Behandlungsschritten verschieden ist. Es ist daher notwendig, eine Zwischenstation vorzusehen, in deren Verlauf der Draht als Bobine konditioniert wird nach dem Schritt des Spülens in der Spülvorrichtung 16 und man streicht den Draht mit einem Film aus reinem Öl ein, der ihn bis zur späteren Behandlung des Drahtziehens schützt.
Am Ausgang der Vorrichtung 17 zum Drahtziehen passiert der Draht einen Ofen 18, dem eine Quelle von neutralem Gas 19, wie z. B. Stickstoff, zugeordnet ist, in welchem der Draht einem Glühen unter Stickstoff bei ungefähr 240°C während einer Dauer von ungefähr zwei Stunden unterworfen wird. Man erhält damit am Ausgang einen Draht 1, wie er in 1 dargestellt ist.
Das durch das Verfahren erhaltene Resultat kann von der Dimension und der Struktur des Rohdrahtes 8 abhängen. Um sich von eventuellen Streuungen der Dimension und der Struktur freizumachen, kann man in vorteilhafter Weise einen vorhergehenden Schritt des Kalibrierens des Rohdrahtes 8 durchführen, um ihm geeignete und konstante Dimension und Härte zu geben. Man kann in vorteilhafter Weise einen Rohdraht bevorzugen, der eine Bruchlast von kleiner oder gleich ungefähr 20 daN pro mm² aufweist und eine Längung von ungefähr zwischen 2 und 3% mit einer konstanten Dimension, die gemäß der Produktpalette von Durchmessern gewählt ist, die zwischen dem dreifachen und fünffachen des endgültigen Durchmessers des Drahtes liegt.
Man betrachtet jetzt 7 für die Beschreibung der Vorrichtung 15, die den Schritt des Abscheidens der Schicht aus Nickel mittels Elektrolyse realisiert.
Die Vorrichtung enthält einen inneren Überlaufbehälter 20, der das Elektrolysebad 21 enthält, das sich, wie durch den Pfeil 22 angezeigt, in einen äußeren Behälter 23 entleert, der den inneren Behälter 20 enthält. Die in den äußeren Behälter 23 gesammelte Flüssigkeit wird durch Leitungen 24 eines Lagergefäßes 25 geleitet, von dem die Flüssigkeit in den inneren Behälter 20 durch eine Pumpe 26 und eine Leitung 27 zurückgeführt wird. Eine Reserve von metallischem Nickel 28 ist in dem inneren Behälter 20 im Inneren des Elektrolysebades 21 angeordnet. Der Rohdraht 8 wird quer zu dem inneren Behälter 20 verschoben und geführt in mehreren Passagen und tritt nach Abscheidung einer Schicht von Nickel auf seiner Oberfläche aus. Die Reserve von Nickel 28 ist elektrisch mit einem positiven Pol eines elektrischen Generators 29 verbunden, dessen negativer Pol mit dem Draht 8 verbunden ist.
Das Elektrolysebad 21 enthält Nickelsulfamat in wässriger Lösung. Gute Resultate erfordern permanent die Konzentration des Elektrolysebades 21 zu kontrollieren. Man sieht daher vor, den Lagerbehälter 25 mit einer Wasserversorgung 30, einer Ablaufleitung 31, mit einer Amidoschwefelsäure-Quelle 32 zu verbinden. Man kontrolliert den pH-Wert des Elektrolysebades 21 durch einen pH-Wert-Sensor 33, der auf einen Regler wirkt, der die Tätigkeit von entsprechenden Ventilen steuert zum Ablassen einer Menge von Flüssigkeit aus dem Elektrolysebad 21 durch die Ablassleitung 31, um Wasser von der Wasserversorgung 30 zuzuführen und um Amidoschwefelsäure durch die Quelle 32 für Amidoschwefelsäure hinzuzufügen.
Bei den durchgeführten Versuchen wurde der pH-Wert des Elektrolysebades in vorteilhafter Weise zwischen ungefähr 2,3 und ungefähr 3,0 und bevorzugt nahe 2,4 gehalten.
Man hat auch die Temperatur des Elektrolysebades 21 mittels eines Temperatursensors 34 und mittels einer Heizung 35 geregelt, damit das Elektrolysebad beispielsweise bei einer Temperatur von ungefähr 60°C ist.
Die Konzentration des Nickelsulfamats in dem Elektrolysebad 21 wurde auf niedrigem Niveau gehalten, beispielsweise unterhalb von 140 Gramm pro Liter Nickel. Bei einem Fehler würde die Oberflächenschicht von Nickel zu hart sein und man hätte eine schlechte Unterstützung beim anschließenden Drahtziehen.
Der elektrische Generator 29 ist zum Regeln der Stromdichte der Elektrolyse ausgebildet. Bei realisierten Versuchen war die Stromdichte der Elektrolyse vorteilhafterweise in einem Wertebereich zwischen 10 und 16 A/dm² gehalten; vorzugsweise zwischen 15 und 16 A/dm².

Als Beispiel werden nachfolgend Resultate einiger Versuche gezeigt, die unter verschiedenen Bedingungen des elektrolytischen Abscheidens erhalten wurden und die eine zufriedenstellende oder nicht zufriedenstellende Qualität des erhaltenen Drahtes anzeigen, wobei j die Stromdichte ist:

Probe	J	pH	Ergebnis
1	14	2,5	gut
2	14	2,95	akzeptabel
3	14	3,2	schlecht
4	14	3,55	schlecht
5	20	2,5	schlecht
6	22	2,5	schlecht
7	17	2,5	schlecht
8	11,2	2,5	akzeptabel
9	8,4	2,5	schlecht

Eine Schwierigkeit war es, die Qualität ”gut”, ”akzeptabel” oder ”schlecht” der Beschichtung von Nickel, die mit dem Verfahren erhalten wurde, zu bestimmen.
Man hat mit Erfolg einen Test im Bad von Polysulfid gemäß der Norm ASTM B298 mit einem speziellen optischen Verfahren angewandt, das ein globales Resultat der Kontrolle der Qualität der Beschichtung erbringt, indem man die eventuellen Lücken oder Mikrofissuren der Beschichtung von Nickel betrachtet.
Wie in 8 dargestellt, ist eine Probe des Drahtes 1 vollständig entfettet durch Eintauchen in eine geeignete organische Lösung 36, wie z. B. Benzol, Trichlorethylen oder eine Mischung aus Äther und Alkohol für mindestens 3 Minuten. Er wurde anschließend herausgenommen und getrocknet durch Abwischen mit einem weichen und sauberen Tuch. Man muß dann eine Probe des Drahtes 1 in dem Tuch halten, bis zur Durchführung des Tests, und man muß vermeiden, es mit der Hand zu berühren.
Man stellt dann eine konzentrierte Lösung von Polysulfid her, indem man Kristalle von Natriumsulfid in demineralisiertem Wasser auflöst bis zur Sättigung bei ungefähr 21°C und indem man ausreichend Schwefelblüte hinzufügt, um eine vollständige Sättigung zu erhalten, was durch die Anwesenheit eines Überschusses von Schwefel verifiziert wird, wenn die Lösung für mehr als 24 Stunden stehen gelassen wurde. Die Testlösung wurde durch Auflösen eines Teiles der konzentrierten Lösung in demineralisiertem Wasser erhalten, bis zu einer spezifischen Dichte von 1,142 bei 15,6°C. Die Testlösung von Schwefelpolysulfid muß eine ausreichende Stärke haben, um einen Teil des Kupferdrahtes in 5 Sekunden vollständig zu schwärzen. Die Testlösung wird als nicht verbraucht angesehen, wenn sie ein Kupferstück schwärzen kann.
Gleichzeitig stellt man eine Lösung von Chlorwasserstoffsäure her, indem man kommerziell erhältliche Chlorwasserstoffsäure in destilliertem Wasser auflöst, bis zum Erreichen einer Dichte von 1,088, gemessen bei 15,6°C. Ein Teil der Chlorwasserstoffsäure-Lösung mit einem Volumen von 180 Milliliter wird als erschöpft betrachtet, wenn sie innerhalb von 45 Sekunden nicht mehr die Entfärbung von Silber bei einem Eintauchen in das Polysulfid unterbinden kann.
Zum Testen des Drahtes taucht man die Probe des Drahtes 1 mit einer Länge von mindestens 114 mm für 30 Sekunden in ein Bad 37 von Polysulfid, das die Lösung von Schwefelpolysulfid erhält, die oben beschrieben wurde, die bei einer Temperatur zwischen 15,6°C und 21°C gehalten ist.
Nachfolgend spült man die Probe des Drahtes 1 mit demineralisiertem Wasser 38 und man trocknet ihn mit einem weichen und sauberen Tuch.
Man taucht sofort die Probe des Drahtes 1 für 15 Sekunden in eine Lösung 39 von Chlorwasserstoffsäure, die oben beschrieben wurde, bis man sie vollständig mit demineralisiertem Wasser 40 wäscht und sie mit einem weichen und sauberen Tuch trocknet.
In weniger als zwei Stunden nach dieser Behandlung prüft man die Probe des Drahtes 1, beispielsweise mit einer binokularen Lupe 41 mit einer Vergrößerung × 10. Man richtet keine Aufmerksamkeit auf die Zonen am Ende der Probe des Drahtes 1, d. h. die Zonen von mindestens 12,7 mm an jedem Ende.
Eine Probe des Drahtes 1, die von einem Draht mit guter Qualität entnommen ist, die in der Photographie der 9 dargestellt ist, zeigt keine sichtbare Markierung eines Angriffes der unteren Schicht des Kupfers durch das Bad des Polysulfid. Man vertritt die Meinung, dass eine Markierung eines Angriffes sichtbar ist, wenn sie eine Fläche von mindestens 0,02 mm² bei einer Vergrößerung × 10 aufweist (entsprechend einem Fleck mit einer Seitenlänge von 0,01 mm bei Vergrößerung 1).
Im Gegensatz hierzu hat eine Probe des Drahtes, die einem defekten Draht entnommen ist, wie in der Photographie der 10 dargestellt, dunkle Zonen 42, die der Beweis für einen Fehler der Dichte der Oberflächenschicht von Nickel sind, die sich bei einem Angriff des darunter benachbarten Kupfers durch das Bad von Polysulfid erzeugen lassen. Auf diese Weise wurden die Drähte der Proben der obigen Tabelle geprüft.
Die elektrischen Leiter erhalten durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise bei allen Typen von Anwendungen benutzt werden, die einen guten Kompromiss zwischen der Leitfähigkeit, der Bruchfestigkeit, der Flexibilität, des Gewichtes und des Langzeitschutzes erfordern, insbesondere in der Luftfahrtindustrie, in Automobilen und in allgemeiner Form bei allen Typen von Fahrzeugen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, die ausdrücklich beschrieben wurden, sondern sie umfasst auch diverse Varianten und Verallgemeinerungen, die im Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche enthalten sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters des Typs Aluminiumkabel, wobei dieser Leiter aus mindestens einer Litze auf Basis von leitenden Drähten (1) mit einer Seele (2) aus Aluminium besteht, die mit einer Zwischenschicht (3) aus Kupfer beschichtet ist, die ihrerseits mit einer Beschichtung (4) aus Nickel beschichtet ist, wobei im besagten Leiter: – die Beschichtung (4) aus Nickel eine Dicke (E) zwischen ca. 1,3 μm und 3 μm hat, – die Beschichtung (4) aus Nickel eine Kontinuität hat, die ausreicht, einem Kontinuitätstest in einem Bad aus Polysulfid (37) für mindestens 30 Sekunden zu widerstehen, ohne Angriffszonen (42) von sichtbarem Kupfer bei einer Vergrößerung von × 10 erscheinen zu lassen, Verfahren bei welchem man ein Herstellverfahren für einen verkupferten und vernickelten Aluminiumdraht vorsieht, das folgende Schritte enthält: a) Bereitstellen eines Rohdrahtes (8) mit einer Seele aus Aluminium (8a), die mit einer Schicht aus Kupfer (8b) beschichtet ist, die 10 Volumen% bis 20 Volumen% darstellt, mit einem Durchmesser (D_I), der zwischen dem zweifachen und dem fünffachen des endgültigen Durchmessers (D_F), der für den Draht gewünscht wird, liegt, b) Entfetten des Rohdrahtes (8), c) Behandeln mit einer Ätzung des Rohdrahtes (8) mit Sulfaminsäure (14), d) Abscheiden einer Schicht aus Nickel mittels Elektrolyse in einem Elektrolysenbad (21) aus wässrigem Nickelsulfamat auf den Rohdraht (8), die Temperatur des Elektrolysebades (21) zwischen ca. 55°C und 65°C gehalten bleibt, der pH-Wert des Elektrolysebades (21) zwischen ungefähr 2,3 und 3,0 gehalten bleibt, die Stromdichte (j) zwischen 10 und 16 A/dm² liegt, die Konzentration von Nickel unter ca. 140 Gramm pro Liter im Elektrolysebad (21) ist, e) Spülen des erhaltenen Drahtes mit demineralisiertem Wasser, f) Ziehen des erhaltenen Drahtes in reinem Öl bis zum endgültigen Durchmesser, g) Verseilen mehrerer so erhaltener Drähte zu Bündeln von Drähten, h) Unterziehen eines Glühens unter neutralem Gas.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrittes h) des Glühens unter neutralem Gas das neutrale Gas Stickstoff ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrittes h) des Glühens unter neutralem Gas die Temperatur während einer Dauer von mindestens ungefähr zwei Stunden bei ungefähr 250°C liegt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrittes d) die Temperatur des Elektrolysebades (21) bei ungefähr 60°C liegt, der pH-Wert des Elektrolysebades (21) bei ungefähr 2,4, die Stromdichte bei ungefähr 15 bis 16 A/dm² ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen vorhergehenden Schritt a₀) des Kalibrierens des Rohdrahtes (8) aus verkupfertem Aluminium hinsichtlich Abmessung und hinsichtlich Härte enthält.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem eventuellen Schritt des Kalibrierens a₀) der Rohdraht (8) aus verkupfertem Aluminium eine Bruchlast von unterhalb oder gleich etwa 20 daN/mm² hat und eine Längung von ungefähr zwischen 2 und 3%.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schrittes c) das Bad aus Sulfaminsäure eine Konzentration von ungefähr 40 Gramm pro Liter hat.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangsdurchmesser (D_I) des Rohdrahtes (8) aus verkupfertem Aluminium zwischen ungefähr 1,2 und 0,8 mm liegt, die Abscheidung von Nickel sich gemäß einer Dicke von ungefähr 10 bis 15 μm bewirkt, der endgültige Durchmesser des Drahtes (1) aus verkupfertem und vernickeltem Aluminium zwischen ungefähr 0,51 mm und 0,20 mm liegt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) des Entfettens des Drahtes enthält: b1) Entfetten des Rohdrahtes (8) mittels Ultraschall, b2) Bearbeiten des Rohdrahtes (8) mittels einer anodischen Entfettung in einem Bad (11), das Natron und Tenside enthält, b3) Spülen des Rohdrahtes (8) mit demineralisiertem Wasser.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Drähten mit einem Durchmesser von weniger oder gleich 0,25 mm man den Schritt g) des Verseilens vor dem Schritt h) des Glühens durchführt, während man bei Drähten mit größerem Durchmesser den Schritt h) des Glühens vor dem Schritt g) des Verseilens durchführt.