EP1801250B1

EP1801250B1 - Migrationsarme Bauteile aus Kupferlegierung für Medien oder Trinkwasser führender Gewerke

Info

Publication number: EP1801250B1
Application number: EP05028153.4A
Authority: EP
Inventors: Winfried Reif; Dirk Opalla; Katrin Müller
Original assignee: Viega Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Viega Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: ES2651345T3; PL1801250T3; JP5330645B2; US20070158004A1; JP2007169790A; EP1801250A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Bauteils für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke.
Metallische Werkstoffe zur Herstellung von Bauteilen für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke, beispielsweise Fittings, Armaturen, Rohre, Pressverbinder, Dach- oder Ablaufrinnen unterliegen, insbesondere wenn die Gewerke für die Trinkwasserversorgung vorgesehen sind, besonderen Anforderungen. Zunächst ist hier die Korrosionsbeständigkeit des metallischen Werkstoffes zu nennen, da die beispielsweise mit dem Trinkwasser in Kontakt stehenden Bauteile auch bei langjährigem Einsatz nicht korrodieren sollten. Gleichzeitig sollten die eingesetzten Metalle eine geringe Migrationneigung von Metall-Ionen in das Medium zeigen, d.h. die Menge der an das Medium abgegebenen Metall-Ionen sollte sehr gering sein. Bei Trinkwasserleitungen sind vor allem gesundheitsgefährdende Metall-Ionen, beispielsweise Blei- oder Nickel-Ionen, problematisch.
Im Hinblick auf ein einfaches Herstellverfahren entsprechender Bauteile sollte die verwendete Kupferlegierung der Bauteile nicht nur einfach und wirtschaftlich zu gießen sein, sondern die daraus gegossenen Bauteile sollten auch einfach mechanisch bearbeitet werden können. Da die Bauteile gegossen und anschließend häufig mechanisch spanabhebend bearbeitet werden, sollten die Bauteile insbesondere eine gute Zerspanbarkeit aufweisen. Ferner müssten die hergestellten Bauteile den üblichen mechanischen Beanspruchungen standhalten.
Üblicherweise werden heutzutage hoch kupferhaltige Buntmetall-Legierungen, wie Bronze oder Rotguss, zur Herstellung der Medien führenden Bauteile von beispielsweise Gas- oder Trinkwasserleitungen eingesetzt. Bei einer konventionellen Rotguss-Legierung sind Hauptlegierungsbestandteile neben Kupfer etwa 1,5 bis 11 Gew.-% Zinn sowie 1 bis 9 Gew.-% Zink. Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit können daneben auch Blei und Nickel in einer Rotguss-Legierung enthalten sein. Beispielsweise enthält die Rotguss-Legierung CuSn5Zn5Pb5 zwischen 4 bis 6 Gew.-% Zinn, Zink und Blei bei einem Nickel-Gehalt von bis zum 2,0 Gew.-% und einem Phosphor-Gehalt von bis zu 0,1 Gew.-%. Dieser Werkstoff zeichnet sich zwar durch eine gute Gießbarkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit aus. Problematisch ist jedoch, dass Blei- und Nickel-Ionen aus der Rotguss-Legierung durch Migration in das Medium, insbesondere in das Trinkwasser, abgegeben werden. Es ist daher zu erwarten, dass zukünftig niedrigere Grenzwerte für die Abgabe von Metall-Ionen, insbesondere Blei und Nickel, an das Trinkwasser, durch die bisher üblicherweise verwendeten Rotguss-Legierungen nicht mehr eingehalten werden können.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP-1 045 041 sind bereits bleifreie Bauteile von Medien, insbesondere Trinkwasser, führenden Gewerken bekannt, welche aus einer Kupferlegierung mit bis zu 79 Gew.-% Kupfer, 2 bis 4 Gew.-% Silizium und als Rest Zink bestehen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die aus der genannten europäischen Patentanmeldung bekannten Bauteile im Hinblick auf ihre Korrosionsbeständigkeit verbesserungswürdig sind.
Die bekannten Bauteile Medien führender Gewerke bestehend aus einer bleifreien Kupferlegierung sowie bestehend aus bisher eingesetzten Rotguss-Legierungen weisen darüber hinaus den Nachteil auf, dass diese nur mit großem Aufwand mechanisch umformbar sind. Beispielsweise sind Kalt- und/oder Warmumformungen nur sehr eingeschränkt oder gar nicht möglich. Daher wurden die Bauteile in der Regel gegossen und anschließend zum Endprodukt mechanisch zerspanend bearbeitet. Hieraus resultieren relativ hohe Kosten für die Herstellung von entsprechenden Bauteilen für Medien führende Gewerke, da einerseits die Ausbeuten bei dem zumeist verwendeten Gießverfahren systembedingt beschränkt sind. Andererseits bieten die bisher verwendeten Arbeitsschritte wenig Potential zur Rationalisierung oder Automatisierung.
Aus der schweizer Patentschrift CH 148195 ist die Verwendung einer Kupfer-Silizium-Zink-Legierung als Lagermetall bekannt, welche Kalt- oder Warmumformungen unterzogen werden kann. Gleiches gilt auch für die deutsche Patentschrift DE 721 917 .
Das deutsche Patent DE 103 08 778 B3 schlägt eine Kupferlegierung vor, die neben den Hauptlegierungsbestandteilen Kupfer, Zink und Silizium bis zu 2 Gew.-% Zinn, 0,3 Gew.-% Eisen, Kobalt, Nickel und Mangan sowie bis zu 0,5 Gew.-% Silber, Aluminium, Arsen, Antimon, Magnesium, Titan und Zirkonium zulässt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde die Verwendung von Bauteilen für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke vorzuschlagen, welche korrosionsbeständiger sind, auf einfache und wirtschaftliche Weise herstellbar sind und eine geringe Migration von Metallionen in das Medium, beispielsweise von Blei- und Nickelionen in das Trinkwasser, aufweisen.
Die oben hergeleitete Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung eines Bauteils gelöst, welches mit einem Verfahren hergestellt ist, bei welchem ein Barren oder eine Stange aus einer Kupferlegierung stranggegossen wird, wobei die Kupferlegierung folgende Legierungsbestandteile in Gew.-% aufweist: $2 % \leq Si \leq 4, 5 %,$
$1 % \leq Zn \leq 17 %,$
$0, 05 % \leq Mn \leq 2 %,$
unvermeidbare Begleitelemente in Summe max. 0,5 Gew.-%, vorzugsweise in Summe max. 0,3 Gew.-%, Rest Kupfer und
der Barren oder die Stange zur Herstellung des Bauteils mindestens einer Kalt- und/oder Warmumformung unterzogen wird.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile nicht nur besonders gute Migrationswerte und eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Trinkwasser aufweisen, sondern darüber hinaus die geforderten mechanischen Eigenschaften für ihre Verwendung in Medien führenden Gewerken besitzen. Durch die Warm- als auch Kaltumformung wird das Gefüge der erfindungsgemäßen Bauteile viel dichter als das der bisher gegossenen und anschließend spanabhebend hergestellten Bauteile. Hieraus resultiert zusätzlich eine Verbesserung des Migrationsverhaltens sowie der Korrosionsbeständigkeit.
Die Herstellkosten der Bauteile für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zudem effektiv gesenkt werden, da die bisher verwendeten Verfahren, vornämlich das Gießen und ein anschließendes, zerspanendes Bearbeiten, wie beispielsweise Fräsen, Bohren oder Drehen, aufgrund der geringen Automatisierungsmöglichkeiten und der höheren Ausschussquoten beim Gießen deutlich kostenintensiver sind. Denkbar ist natürlich auch, anstelle des Stranggießens andere mögliche Gießverfahren zur Herstellung des Barrens oder der Stange einzusetzen, wobei das Stranggießen bei hohen Stückzahlen als das wirtschaftlichere Gießverfahren angesehen wird.
Der erfindungsgemäße Silizium-Gehalt von 2 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% der verwendeten Kupferlegierung gewährleistet einerseits ein insgesamt sehr gutes Migrationsverhalten, insbesondere von in der Kupferlegierung eventuell vorhandenen Blei- und Nickelverunreinigungen in das Trinkwasser. Andererseits beeinflusst der Si-Gehalt auch die mechanische Festigkeit der Kupferlegierung. Zunächst wird bei einem Si-Gehalt von weniger als 2 Gew.-% die migrationshemmende Eigenschaft von Silizium abgeschwächt. Bei Siliziumgehalten größer als 4,5 Gew.-% steigt zwar die Festigkeit der Kupferlegierung an, die Dehnbarkeit der Kupferlegierung ist dann, insbesondere im Hinblick auf die spätere mechanische Umformbarkeit, zu gering.
Um die geforderte Korrosionsbeständigkeit der Bauteile zu erreichen, wird der Zinkgehalt auf maximal 15 Gew.-% beschränkt. Ein Mindestgehalt von 1 Gew.-% Zink garantiert dagegen ein Mindestmaß an Zerspanbarkeit der Bauteile, sofern diese zusätzlich spanabhebend bearbeitet werden müssen.
Ein Mangan-Gehalt von mindestens 0,05 Gew.-% verbessert die Gefügestruktur der erfindungsgemäß hergestellten Bauteile hin zu feinerem Gefüge und beeinflusst das Erstarrungsverhalten der Kupferlegierung beim Gießen positiv. Die Obergrenze von 2 Gew.-% Mangan berücksichtigt, dass auch Mangan in das Trinkwasser migriert und zulässige Grenzwerte nicht überschritten werden. Das feine Gefüge der Kupferlegierung der Bauteile bewirkt zudem eine verbesserte Kalt- oder Warmumformbarkeit der gegossenen Barren oder Stangen.
Mit der Beschränkung der Verunreinigungen auf in Summe maximal 0,5 Gew.-% wird erreicht, dass die Migration unvermeidbarer Legierungsbestandteile beispielsweise in das Trinkwasser auf das notwendige Minimum beschränkt wird. Eine weitere Verbesserung der Migrationseigenschaften der hergestellten Bauteile im Hinblick auf unvermeidbare Begleitelemente der verwendeten Kupferlegierung wird durch eine Beschränkung der Anteile der unvermeidbaren Begleitelemente auf in Summe maximal 0,3 Gew.-% erreicht.
In Bezug auf die Verwendung der Bauteile für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke ist darüber hinaus denkbar, Kornfeinungsmaterialien der verwendeten Kupferlegierung zuzufügen, um durch ein feineres Gefüge die Umformeigenschaften während der Herstellung der Bauteile zu verbessern bzw. Schwankungen von mechanischen Eigenschaften bei den hergestellten Bauteile zu verringern. Als Kornfeinungsmaterial kommt beispielsweise die Zugabe von geringen Mengen Bor, beispielsweise 0,001 bis 0,5 Gew.-%, in Betracht. Es können aber auch andere Kornfeinungsmaterialien zur Verbesserung der Gefügestruktur verwendet werden.
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform, weist die verwendete Kupferlegierung zusätzlich den folgenden Anteil des Legierungsbestandteils Zink in Gew.-% auf: $5 % \leq Zn \leq 15 % .$
Da durch die Verringerung des Zn-Gehalts die Zerspanbarkeit sinkt, jedoch mit zunehmendem Zn-Gehalt die Umformbarkeit der Bauteile abnimmt, wird mit einem Zn-Gehalt von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% ein guter Kompromiss zwischen Umformbarkeit und Zerspanbarkeit erfindungsgemäß hergestellten Bauteilen erzielt. Die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile können demnach nicht nur Kalt- und/oder Warmumformungen unterzogen werden, sondern auch spanabhebend bearbeitet werden.
Einen Kompromiss zwischen guter Festigkeit bei gleichzeitig ausreichenden Dehnungswerten in Kombination mit guten Migrationswerten der hergestellten Bauteile wird, gemäß einer nächsten Ausführungsform, dadurch erzielt, dass die Kupferlegierung für Silizium den folgenden Legierungsanteil in Gew.-% aufweist: $2, 8 % \leq Si \leq 4 % .$
Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausführungsform wird ein Kompromiss zwischen feinem Gefüge und geringer Migration von Manganbestandteilen in das Trinkwasser durch die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile dadurch erreicht, dass der Legierungsbestandteil Mn folgenden Anteil in Gew.-% aufweist: $0, 2 % \leq Mn \leq 0, 6 % .$
Schließlich kann die Migration von Nickel- und/oder Bleiionen in das Trinkwasser dadurch vermieden werden, dass die erfindungsgemäß verwendete Kupferlegierung kein Nickel und/oder Blei enthält.
Die Korrosionsbeständigkeit kann dagegen dadurch gesteigert werden, dass die verwendete Kupferlegierung einen Kupfer-Gehalt von mindestens 80 % aufweist.
Wird, gemäß einer nächsten Ausführungsform, aus dem Barren oder der Stange unter Verwendung eines Strangpressens ein dickwandiges Rohr oder eine Vollstange hergestellt, können Halbzeuge für die Kalt- und/oder Warmumformung auf einfache Weise zur Verfügung gestellt werden.
Vorzugsweise wird das dickwandige Rohr anschließend kaltgezogen, so dass durch dieses einfache Verfahren maßhaltige Rohre mit wenigen Verfahrensschritten zur Verfügung gestellt werden können. Wie bereits oben erwähnt, weist das so hergestellte Rohr auch eine höhere Gefügedichte als beispielsweise gegossene und spanend bearbeitete Rohre auf, da es bei der Kaltumformung, wie auch bei einer Warmumformung, zu einer deutlichen Verdichtung des Gefüges und einer Verringerung der Porosität des stranggegossenen Gefüges kommt.
Ausgehend von diesen dickwandigen Rohren ist es, gemäß einer weiteren Ausführungsform, vorteilhaft, wenn das kaltgezogene Rohr durch ein Innenhochdruckumformen(IHU)-Verfahren umgeformt wird. Hierdurch können komplexe, migrationsarme Fittings, beispielsweise T-Stücke, wirtschaftlich hergestellt werden.
Wird das kaltgezogene Rohr oder das nach dem IHU-Verfahren umgeformte Rohr in mindestens einem weiteren Umformschritt einem Biegen, Aufweiten, Reduzieren, Rollieren, Verdicken, Bördeln und/oder weiteren IHU-Schritten mit oder ohne Zwischenglühung zwischen den einzelnen Umformschritten unterzogen, können auch komplexere Bauteile mit Gewinden, Flanschen, etc. auf einfache Weise hergestellt werden.
Dickwandigere Bauteile für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke werden schließlich auf einfache Weise dadurch hergestellt, dass die hergestellten, dickwandigen Rohre oder Vollstangen zumindest warmgepresst oder in mehreren Schritten gesenkgeschmiedet werden. Beim Warmpressen wird im Gegensatz zum Gesenkschmieden das Bauteil in einem Verfahrensschritt warmumgeformt. Beim Gesenkschmieden erfolgt die Warmumformung in mehreren einzelnen Verfahrensschritten. Aufgrund der guten Warmumformbarkeit der verwendeten Kupferlegierung kann gegenüber dem bisherigen Verfahren, Gießen und anschließendes spanabhebendes Bearbeiten, zusätzlich eine erhebliche Steigerung der Ausbeute an Gutteilen in der Produktion erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird der Barren nach dem Stranggießen zur Herstellung von Blechen mit oder ohne Zwischenglühung warm- und/oder kaltgewalzt und die Bleche anschließend mindestens einem weiteren Kalt- oder Warmumformschritt unterzogen. Damit können auch warm- und/oder kaltgewalzten Bleche als Ausgangsprodukte zur Herstellung von Fittings, Armaturen, Rohren, Pressverbindern, Dach- oder Ablaufrinnen herangezogen werden, so dass ein erhebliches Rationalisierungspotential bei der Herstellung der Bauteile eröffnet wird. Auch hier ist denkbar, das Stranggießverfahren durch andere Gießverfahren, beispielsweise Sand- oder Kokillenguss, zur Herstellung eines Barrens zu ersetzen.
Vorzugsweise wird aus dem warm- und/oder kaltgewalzten Blech ein längsnahtgeschweißtes Rohr hergestellt, welches entweder als Bauteil direkt oder als Halbzeug für weitere Umformschritte verwendet werden kann. Das längsnahtgeschweißte Rohr kann mit oder ohne Zusatzwerkstoff längsnahtgeschweißt werden und weiteren mechanischen Umformverfahren, beispielsweise einem IHU-Verfahren, einem Biegen, Aufweiten, Reduzieren, Rollieren, Verdicken und/oder Bördeln unterzogen werden.
Werden die Bleche oder das längsnahtgeschweißte Rohr einem Tiefziehen unterzogen, so können auf einfache Art und Weise beispielsweise Endkappen hergestellt werden.
Wie bereits ausgeführt, weisen erfindungsgemäße Bauteile eine sehr geringe Migration der problematischen Nickel- und Blei-Ionen in das Trinkwasser auf. Ferner können sie rationell und wirtschaftlich hergestellt werden, so dass die Herstellkosten erheblich reduziert werden. Schließlich weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile, welche mindestens einem Warm- und/oder Kaltumformschritt unterzogen wurden, aufgrund der Kalt- und/oder Warmumformungen ein wesentlich dichteres Gefüge mit einer geringeren Porosität auf. Hieraus resultiert im Vergleich zu den konventionell durch Gießen und anschließendes Spanabheben hergestellten Bauteilen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit sowie Dichtheit der Bauteile. Durch eine verbesserte Korrsionsbeständigkeit werden gleichzeitig die Migrationswerte verbessert.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke oder die erfindungsgemäßen Bauteile für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die den
Patentansprüchen 1 und 14 nachgeordneten Patentansprüchen sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1: in einem Diagramm einen Vergleich zwischen der in das Trinkwasser abgegebenen Menge an Blei-Ionen von Bauteilen hergestellt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie eines konventionell hergestellten Bauteils aus einer Rotguss-Legierung,
Fig. 2: in einem Diagramm die Menge der in das Trinkwasser abgegebenen Nickel-Ionen der Bauteile des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und der konventionellen Bauteile aus Fig. 1,
Fig. 3: in einem Diagramm die Menge der in das Trinkwasser abgegebenen Kupfer-Ionen des Bauteils des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und des konventionellen Bauteils aus Fig. 1,
Fig. 4: in einem Diagramm die Menge der in das Trinkwasser abgegebenen Zink-Ionen des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und des konventionellen Bauteils aus Fig. 1 und
Fig. 5a bis d: perspektivische Ansichten von vier weiteren Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Bauteilen Medien oder Trinkwasser führender Gewerke.

In Fig. 1 ist in einem Diagramm die Menge des in das Trinkwasser abgegebenen Bleis und dessen zeitlicher Verlauf dargestellt. Die Messung erfolgte gemäß der DIN-Norm DIN 50931-1 über 26 Wochen. Die DIN-Norm legt dabei die Prüfungsanordnung und Prüfungsbedingungen fest, mit deren Hilfe die Korrosionswahrscheinlichkeit von Werkstoffen für metallische Komponenten einer Trinkwasserinstallation bei Korrosionsbelastung durch Trinkwasser ermittelt werden kann.
Dargestellt ist in dem Diagramm der zeitliche Verlauf der abgegebenen Bleimenge an das Trinkwasser von Bauteilen hergestellt gemäß eines ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die verwendete Kupferlegierung folgende Anteile an Legierungsbestandteilen in Gew.-% aufwies:

Si: 3,5 %,
Zn: 1,6 %,
Mn: 0,5 %
unvermeidbare Begleitelemente in Summe max. 0,5 %, Rest Kupfer.

Die für den Test verwendeten erfindungsgemäßen Bauteile, vorliegend Rohre, wurden erfindungsgemäß aus einem stranggepressten dickwandigen Rohr durch Kaltziehen hergestellt.
Im Weiteren werden die erfindungsgemäßen Bauteile als Bauteile A bezeichnet. Verglichen wurden die Migrationswerte der Bauteile A mit denen konventionell hergestellter, aus einer Rotguss-Legierung bestehender Bauteile B, wobei die konventionelle Rotguss-Legierung folgende Anteile an Legierungsbestandteilen in Gew.-% aufwies:

Zn: 5,5 %,
Sn: 4,5 %,
Pb: 3 %,
Ni: 0,5 %,
Rest Kupfer.

Darüber hinaus ist in Fig. 1 noch der Grenzwert gemäß der deutschen Trinkwasserverordnung (TrinkwV) durch eine gestrichelte Linie und der bei den Migrationsversuchen einzuhaltende Parameterwert W(15) als durchgezogene Linie dargestellt. Der Parameterwert W(15) stellt den Messwert dar, welcher eingehalten werden muss, um eine Überschreitung des Wertes der TrinkwV bei der Verwendung der geprüften Bauteilen zu vermeiden. Dieser Parameterwert W(15) ergibt sich aus dem Produkt des Grenzwertes der Trinkwasserverordnung mit dem Verhältnis der Formfaktoren A und B. Der Faktor A ergibt sich nach DIN 50 931-1 aus dem Verhältnis der Wasser berührten Oberfläche des Werkstoffes zur Wasser berührten Oberfläche der gesamten Versuchsstrecke. Formfaktor B ist ein Normierungsfaktor gemäß DIN 50 930-6, welcher die Art der Bauteile berücksichtigt.
Wie zu erkennen ist, fällt die Bleiabgabemenge der Rotgussbauteile B von einem sehr hohen Wert größer als 50 µg/l innerhalb der ersten vier Versuchswochen nahezu exponentiell auf eine Wert ab, welcher sich in etwa knapp oberhalb des Grenzwertes der deutschen Trinkwasserverordnung von 10 µg/l nach 12 bis 26 Versuchswochen einpendelt. Man führt diese deutliche Überschreitung des zulässigen Grenzwertes darauf zurück, dass zu Beginn der Versuche durch die Bearbeitung an die Oberflächen der geprüften Rohrleitungen gelangtes Blei in das Trinkwasser migriert. Nach den ersten Wochen ist das oberflächennahe Blei nahezu vollständig in das Trinkwasser migriert und die Menge des abgegebenen Bleis bleibt in etwa konstant.
Das erfindungsgemäße Bauteil A dagegen gibt an das Trinkwasser so gut wie kein Blei ab. Auch ein erhöhter Wert zu Beginn der Versuche ist nicht zuerkennen. Da die gemessenen Werte an der Grenze der Auflösung der Messanalytik liegen, werden die Messschwankungen auf die Messgenauigkeit der Messapparatur zurückgeführt. Im Wesentlichen bleiben die Messwerte aber deutlich unterhalb des Grenzwertes der TrinkwV von 10 µg/l.
Gleiches gilt auch für den Verlauf der Nickelabgabe, welcher ebenfalls über 26 Wochen gemessen im Diagramm der Fig. 2 dargestellt ist. Der zeitliche Verlauf der Nickelabgabemengen der konventionellen Rotguss-Bauteile B zeigt dabei einen typischen Verlauf. Zunächst übersteigt die abgegebene Nickelmenge nach etwa 9 Wochen den Grenzwert der deutschen TrinkwV, um nach einem Maximum in der 18. Versuchswoche wieder in Richtung des Grenzwertes der TrinkwV abzufallen. Zwar kann das Ansteigen der Nickelkonzentrationen im Trinkwasser durch die Rotguss-Bauteile B bisher nicht genau erklärt werden. Der Anstieg ist jedoch reproduzierbar und ein Übersteigen des bei etwa 20 µg/l feststehenden Grenzwertes der deutschen Trinkwasserverordnung, ebenfalls als gestrichelte Linie dargestellt, findet reproduzierbar statt.
Im Vergleich dazu gibt das nickelfreie, erfindungsgemäße Bauteil A keine nennenswerten Nickel-Ionen an das Trinkwasser ab. Auch hier liegen die gemessenen Wert von etwa 2 µg/l im Bereich der Auflösung der für die Analytik verwendeten Messgeräte.
In Fig. 3 ist wiederum die Menge des an das Trinkwasser abgegebenen Kupfers der erfindungsgemäßen Bauteile A und der Rotguss-Bauteile B dargestellt. Beide Bauteile zeigen einen Anstieg bis zur 18. Versuchswoche. Danach fällt bei beiden Legierungen die gemessenen Mengen an abgegebenem Kupfer wieder ab. Der Grenzwert der TrinkwV liegt für Kupfer bei 2000 µg/l. Der zur Einhaltung der Grenzwerte der TrinkwV zugeordnete Parameterwert W(15) beträgt etwa 3000 µg/l. Dieser Grenzwert wird von dem konventionellen Bauteil B mit einem Maximalwert von 2600 µg/l, gemessen in der 18. Versuchswoche, ebenso nicht überschritten, wie bei dem erfindungsgemäßen Bauteils B. Bei diesem beträgt der Maximalwert etwa 2100 µg/l und liegt damit etwa 20 % niedriger als der Maximalwert der Rotguss-Legierung B. Nach 26 Wochen sinkt die abgegebene Kupfermenge bei beiden Legierungen weiter ab. Im Vergleich fällt allerdings auf, dass die erfindungsgemäßen Bauteile etwa 500 µg/l oder etwa 20 - 25% weniger Kupfer-Ionen an das Trinkwasser abgeben als konventionelle Bauteile.
Schließlich zeigt Fig. 4 die durch die Bauteile an das Trinkwasser abgegebene Menge an Zink. Für die Abgabe von Zink gibt es derzeit keinen Grenzwert in der TrinkwV.
Allerdings unterscheidet sich das erfindungsgemäße Bauteil A auch bei der Migration von Zink deutlich von dem konventionellen Rotguss-Bauteil B. Während das erfindungsgemäße Bauteil A durch Migration maximal 100 µg/l Zink in das Trinkwasser abgibt, übersteigt die Zinkabgabe des konventionellen Rotguss-Bauteils B diesen Wert im Maximum um mehrt als das 4fache.
Im Ergebnis haben die in Fig. 1 bis 4 dargestellten Versuchsmessungen gezeigt, dass durch die erfindungsgemäßen Bauteile die Migration von unerwünschten Ionen in das Trinkwasser generell gesenkt werden kann. Die sehr guten Ergebnisse werden dabei auf eine Kombination der migrationshemmenden Eigenschaft der verwendeten Kupferlegierung, insbesondere aber auch auf das zu einem dichteren Gefüge führende erfindungsgemäße Herstellverfahren der Bauteile zurückgeführt. Insbesondere die geringe Abgabe von Blei-Ionen und Nickel-Ionen an das Trinkwasser gewährleistet, dass die erfindungsgemäßen Bauteile auch unter verschärften Grenzwerten hinsichtlich des Gehalts an Metall-Ionen des Trinkwassers einsetzbar ist.
In Fig. 5a bis d sind nun typische Ausführungsbeispiele der Bauteile für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke, Fittings, Armaturen und Rohre dargestellt. So zeigt Fig. 5a ein Ventilgehäuse aus einer erfindungsgemäßen Kupferlegierung, welches beispielsweise aus einer stranggegossenen Stange durch Strangpressen eines dickwandigen Rohres oder einer Vollstange mit anschließendem Warmpressen oder Gesenkschmieden hergestellt wurde. Aufgrund der guten Umformbarkeit der erfindungsgemäßen Legierung, werden auch bei entsprechend komplexen Bauteilen, wie beispielsweise dem in Fig. 5a dargestellten Ventilgehäuse, gute Ausbeuten bei der Herstellung erzielt. Die weiterhin gute Zerspanbarkeit der Bauteile gewährleistet, dass die nach dem zuvor genannten Verfahren hergestellten Bauteile einfach nachgearbeitet werden können.
In Fig. 5b ist eine einfache Endkappe 2 dargestellt, welche bisher aufgrund des notwendigen Tiefziehverfahrens zumeist aus reinem Kupfer hergestellt wurde. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Endkappe 2 aus einer Kupferlegierung wie die übrigen Bauteile Medien führender Gewerke hergestellt werden, da die Endkappe 2 aus warm- und/oder kaltgewalzten Blechen erfindungsgemäß durch ein Tiefziehen hergestellt werden kann. Anschließend kann durch ein weiteren Kaltumformschritt, beispielsweise ein mechanisches Aufweiten, eine O-Ringnut 3 in die Endkappe 2 eingebracht werden.
Fig. 5c zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein gebogenes Rohr 4 mit einem Überbogen 5 und beidseitigen Anschlussenden 6. Das dargestellte Rohr 4 ist erfindungsgemäß aus einem kalt- und/oder warmgewalzten Blech hergestellten, längsnahtgeschweißten Rohr oder aus einem kaltgezogenen Rohr bestehend hergestellt worden. Durch die Verwendung von Kalt- und/oder Warmumformschritten bei der Herstellung der Bauteile kann je nach dem zur Verfügung stehenden Ausgangsmaterial, beispielsweise dickwandige Rohre oder Bleche, das wirtschaftlich kostengünstigste Verfahren zur Herstellung der Rohre gewählt werden. Der Überbogen 5 wird dann durch Biegen des Rohres 4 erzeugt. Die Anschlussstücke 6 werden vorzugsweise vor dem Biegen entweder durch einen einfachen Stauch- und Aufweitungsschritt hergestellt oder unter Verwendung eines IHU-Verfahrens in das Rohr 4 eingebracht.
Ein weiteres typisches bisher zumeist aus einer Rotguss-Legierung hergestelltes Bauteil für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke stellt das in Fig. 5d perspektivisch dargestellte T-Stück 7 dar. Auch das T-Stück 7 weist an seinen beiden Enden des Querbalken des T's Anschlussstücke mit O-Ringnuten 3 auf, welche entweder durch einen nachträglichen Aufweitungsprozess oder bereits bei Herstellung des T-Stücks 7 mittels Innenhochdruckumformen erzeugt werden. In der Regel wird ein kaltgezogenes Rohr auf Länge geschnitten und nach einem eventuellen Zwischenglühen in einem Werkzeug durch Innenhochdruckumformen umgeformt. In dem so hergestellten T-Stück-Rohling kann das Gewinde 8 beispielsweise durch Rollieren eingebracht werden.
Die in den Figuren nicht dargestellten Dach- oder Ablaufrinnen werden gemäß einem nächsten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens aus warm- und/oder kaltgewalzten Blechen bestehend aus der erwähnten Kupferlegierung durch einfaches Biegen und/oder Bördeln hergestellt.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens können, wie bereits ausgeführt, die Bauteile, Fittings, Armaturen, Rohre, Pressverbinder, Dach- oder Ablaufrinnen aus einer migrationsarmen Kupferlegierung besonders kostengünstig und daher wirtschaftlich hergestellt werden.

Claims

Verwendung eines Bauteils für Medien oder Trinkwasser führende Gewerke , wobei das Bauteil durch ein Verfahren hergestellt ist, welches
dadurch gekennzeichnet ist, dass
ein Barren oder eine Stange aus einer Kupferlegierung stranggegossen wird, wobei die Kupferlegierung die folgenden Legierungsbestandteilen in Gew.-% aufweist: $2 % \leq Si \leq 4, 5 %,$
$1 % \leq Zn \leq 17 %,$
$0, 05 % \leq Mn \leq 2 %,$
unvermeidbare Begleitelemente in Summe max. 0,5 %, vorzugsweise in Summe max. 0,3 %,
Rest Kupfer und
der Barren oder die Stange zur Herstellung des Bauteils mindestens einer Kalt- und/oder Warmumformung unterzogen wird.
Verwendung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Legierungsbestandteil Zn folgenden Anteil in Gew.-% aufweist: $5 % \leq Zn \leq 15 % .$
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Legierungsbestandteil Si folgenden Anteil in Gew.-% aufweist: $2, 8 % \leq Si \leq 4 % .$
Verwendung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Legierungsbestandteil Mn folgenden Anteil in Gew.-% aufweist: $0, 2 % \leq Mn \leq 0, 6 % .$
Verwendung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kupferlegierung kein Nickel und/oder Blei enthält.
Verwendung nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kupferlegierung einen Kupfergehalt von mindestens 80 Gew.-% aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
aus dem Barren oder der Stange unter Verwendung eines Strangpressens ein dickwandiges Rohr oder eine Vollstange hergestellt wird.
Verwendung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das dickwandige Rohr kaltgezogen wird.
Verwendung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das kaltgezogene Rohr durch ein Innenhochdruck (IHU)-Verfahren umgeformt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das kaltgezogene Rohr oder das IHU-umgeformte Rohr in mindestens einem weiteren Umformschritt einem Biegen, Aufweiten, Reduzieren, Rollieren, Verdicken, Bördeln und/oder weiteren IHU-Umformschritten mit oder ohne Zwischenglühung zwischen einzelnen Umformschritten unterzogen wird.
Verwendung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das dickwandige Rohr oder die Vollstange mindestens warmgepresst oder in mehreren Schritten Gesenk geschmiedet wird.
Verwendung nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Barren nach dem Stranggießen zur Herstellung von Blechen mit oder ohne Zwischenglühung warm- und/oder kaltgewalzt wird und aus den Blechen die Bauteile durch weiteres Kalt- und/oder Warmumformen hergestellt werden.
Verwendung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein längsnahtgeschweißtes Rohr aus dem kalt- oder warmgewalzten Blech hergestellt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bleche oder das längsnahtgeschweißte Rohr einem Tiefziehen unterzogen wird.