EP3382066B1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines kupferprofils - Google Patents

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EP3382066B1
EP3382066B1 EP18164144.0A EP18164144A EP3382066B1 EP 3382066 B1 EP3382066 B1 EP 3382066B1 EP 18164144 A EP18164144 A EP 18164144A EP 3382066 B1 EP3382066 B1 EP 3382066B1
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EP
European Patent Office
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copper
starting material
electrolyte
electrolytic
electrolytic bath
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EP18164144.0A
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EP3382066A1 (de
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Klaus-Dieter Palm
Christian Moses
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Kme Mansfeld GmbH
Original Assignee
Kme Mansfeld GmbH
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Publication date
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    • C25F1/02—Pickling; Descaling
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
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    • B21C23/08—Making wire, bars, tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C43/00—Devices for cleaning metal products combined with or specially adapted for use with machines or apparatus provided for in this subclass
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/06—Wires; Strips; Foils
    • C25D7/0607—Wires
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    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a copper profile from a copper starting material, in particular a copper wire.
  • the invention also relates to a device.
  • a copper starting material for example a wire with a diameter of 20 millimeters, is pressed through a molding die during hot forming and a copper profile is thus produced by means of an extrusion process.
  • the disadvantage of this manufacturing process is that the extruded copper profile produced can have flaws such as bubbles, grooves and / or edge cracks, which occur in particular as a function of the quality of the primary material. These quality defects mean that the copper profile can either only be sold at a lower price than the usual market price or has to be melted down so that the copper can then be used again for the production of a copper starting material.
  • a multi-stage process for producing copper wire is known in which copper-containing material is first treated in stages with a lye solution, extraction and an aqueous stripping solution. Then the copper-rich stripping solution passed between an anode and a cathode, with copper being deposited on the anode and removed to convert it to copper wire at a temperature below its melting temperature.
  • a conventional electrolytic cell or an electro-forming cell is used for this purpose.
  • the disadvantage here is that a complex multi-stage process is necessary to produce the copper starting material (copper wire) and when producing a copper profile from this copper wire produced by means of electrolysis, the copper profile produced is still dependent on the quality of the copper wire produced.
  • the DE 694 22 715 T2 describes a method for producing an elongated current collector of an alkaline cell with an anode and a cathode, the brass wire as the starting product being subjected to electrolytic cathodic or anodic cleaning prior to electroplating a metal wire with indium.
  • the wire is used as a cathode or anode.
  • the design of the wire as an electrode has the disadvantage that the wire must be connected to a direct current source.
  • the DE 10 2007 034 096 A1 discloses an extrusion of a cast bolt to a copper wire, after the extrusion to avoid oxidation of the extruded wire, the subsequent stretching zone is filled with protective gas and when the wire cools in the subsequent water bath, the cross flow of the wire prevents gas bubbles from settling on the wire surface , which means that the extruded wire surface remains shiny.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • the object is achieved by a method for producing a copper profile from a Copper starting material, in particular a copper wire, according to claim 1.
  • the continuously produced copper profiles are provided by means of the inventive method, which are of high quality and without there being essentially waste production.
  • both product quality and quantity are increased.
  • significantly smaller quantities of incorrectly manufactured copper profiles have to be melted down again and reprocessed again into a copper starting material. This significantly reduces the material and energy requirements for each copper profile produced.
  • electrolytic cleaning and the extrusion are carried out one after the other in a single production facility without interrupting the continuous production process.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that the electrolytic cleaning of the copper base material not only removes dirt such as oil and other adhering substances, but also improves the surface structure of the copper base material by homogenizing the surface of the copper base material by detaching and / or depositing copper so that fewer defects such as bubbles, grooves and / or edge cracks occur during the subsequent extrusion.
  • a “copper profile” is in particular an elongated component made of copper and / or copper alloy using an extrusion process.
  • a copper profile has, in particular, the same cross section over its entire length.
  • the copper profile can be made solid or have one or more cavities.
  • a “copper starting material” is in particular a semi-finished product made of copper and / or copper alloy, from which a copper profile is manufactured by extrusion. In particular, the copper starting material is subjected to electrolytic cleaning prior to extrusion.
  • a copper starting material can be, for example, a copper wire such as a continuous cast wire rod or cast wire.
  • a “copper wire” is understood to mean, in particular, thin, long and flexible metal made of copper and / or copper alloy.
  • a copper wire can in particular have a circular cross-section or another cross-sectional shape.
  • a copper wire can in particular also be a flat, square and / or profile wire.
  • the copper wire is wound on reels (reels).
  • the copper wire in particular has a diameter of 4 millimeters to 30 millimeters, preferably 8 millimeters to 25 millimeters.
  • Electrolytic cleaning is understood to mean, in particular, a process in which an electrical voltage is applied and electrons are transferred electrolytic detachment of impurities and / or copper and / or redeposition of copper on the copper starting material takes place or takes place.
  • electrolytic cleaning only the at least one electrode is connected to the voltage source and / or the two or more electrodes in the electrolyte bath have the same polarization.
  • the copper starting material is not directly connected to a voltage supply, but is merely polarized via the electrolyte and the corresponding chemical reactions are induced on the copper starting material.
  • an “electrolyte” is understood to mean, in particular, an electrically conductive liquid, the chemical compound of which can be split up by an electrolytic process and thus dissociated into ions which move in a directed manner under the influence of an electric field.
  • a “copper-containing electrolyte” is to be understood as meaning that the electrolyte contains copper (Cu 2+ ).
  • copper can be added to the electrolyte or the electrolyte already contains copper due to its previous use in electrolytic cleaning.
  • the dissolved copper in the electrolyte contributes to the electrical conductivity of the electrolyte.
  • an “electrolyte” is, for example, 2 to 12 percent by weight dipotassium hydrogen (1-hydroxyethylidene) bisphosphonate, which is reused in the electrolyte bath or baths.
  • electrolyte bath is understood to mean, in particular, an open or closed container which contains the electrolyte.
  • the electrolyte bath has, in particular, an opening or feed-through opening for introducing and discharging the copper starting material into and out of the electrolyte within the electrolyte bath.
  • Electrode is in particular an electrode conductor which emits electrical current (electrons) to the electrolyte and / or absorbs it from the electrolyte.
  • the electrode is connected to a voltage source via a conductor (for example a cable).
  • a conductor for example a cable.
  • an electrochemical potential builds up on the electrode through oxidation and / or reduction reactions or through an external voltage.
  • An electrode at which oxidation takes place is in particular an anode and the electrons flow away from the anode via a conductor.
  • cations (Cu 2+ ) go from the anode into solution and thus into the electrolyte.
  • anode represents the positive pole.
  • An electrode at which a reduction takes place is a cathode and electrons flow through one Conductors to the cathode and cations (Cu 2+ ) from the electrolyte are deposited on the cathode. In this case, the cathode represents the negative pole.
  • An electrode has in particular lead, unalloyed steel or copper or consists of lead, unalloyed steel or copper.
  • At least one electrode is located in the electrolyte of the electrolyte bath.
  • the position of the electrode in the electrolyte bath is irrelevant for the actual induction of the chemical reactions.
  • the at least one electrode or two or more electrodes per electrolyte bath are arranged around the copper starting material so that a uniform flow of electrons is induced.
  • this can also be achieved by a single electrode, which is designed, for example, as a grid or perforated electrode in the form of a hollow cylinder and is contacted centrally by means of the voltage supply, the copper starting material being guided through the elongated inner cavity of this electrode.
  • the electrolyte can get through the grid or the holes into the inner cavity of the electrode, so that unfavorable concentration profiles or a depletion of copper or ions are avoided.
  • these can for example be arranged at the same distance from one another around the copper starting material in the electrolyte bath.
  • polarized is understood to mean that the at least one electrode in an electrolyte bath forms either a negative pole (-) or a positive pole (+) due to the voltage supply.
  • a “voltage supply” is, in particular, a supply of the electrodes with a direct voltage.
  • a DC voltage can be supplied, for example, via a power supply unit.
  • polarized is understood to mean that the copper starting material, which is not directly connected to a voltage supply, is forced to have a polarization and thus a negative or positive charge due to the voltage supply of the at least one electrode and thus the induced electron flow in the electrolyte.
  • the copper starting material is polarized opposite to the polarization of the at least one electrode, i. H. if the electrode is the negative pole, the copper starting material is polarized via the electrolyte as the positive pole and vice versa. The copper starting material is thus polarized in the opposite direction to the at least one electrode.
  • Extrusion is understood to mean, in particular, a forming process in which rods, wires or irregularly shaped profiles are produced.
  • the electrolytically cleaned starting material is heated to a deformation temperature and pressed through a molding die so that a Copper profile is manufactured.
  • the outer shape of the copper profile is determined in particular by the molding die.
  • the extrusion is used in particular to produce a copper profile as an endless material, which is cut off in the desired length.
  • a “molding die” is, in particular, a metal mold which forms the negative of the outer shape for the component to be produced and thus in particular for the copper profile.
  • two electrodes (133, 135, 137), three electrodes, four electrodes and / or further electrodes are used in the electrolyte bath, the copper starting material being introduced between the electrodes and the electrodes being polarized identically by means of the voltage supply.
  • a uniform arrangement of several electrodes around the copper starting material induces a uniform flow of electrons to the copper starting material and thus homogeneous surface properties of the copper starting material are obtained.
  • Equally polarized is understood to mean that the at least two electrodes in an electrolyte bath either form a negative pole (-) or a positive pole (+) and in particular have the same potential.
  • Two, three, four and / or further electrodes correspond in their function and configuration to the electrode defined above.
  • the electrode or electrodes are cathodically polarized, so that copper is detached from the copper starting material in the electrolyte bath.
  • the copper starting material is anodically polarized via the electrolyte and copper from the copper starting material goes into solution as Cu 2+ with the release of electrons to the electrolyte.
  • impurities present on the outer copper surface of the copper starting material are removed and unevenness in the surface structure of the copper starting material is evened out by the detachment of copper. As a result, microholes or cracks in the copper source material are removed.
  • a further electrolyte bath is connected upstream and / or downstream of the electrolyte bath, the at least one electrode or the electrodes of the further electrolyte bath being or are anodically polarized so that copper is separated from the copper-containing electrolyte of the further electrolyte bath is deposited on the copper starting material.
  • the copper starting material stays longer in the electrolyte bath with the cathodically polarized electrode or the cathodically polarized electrodes than in a further electrolyte bath with the anodically polarized electrode or the anodically polarized electrodes, so that the phase in which the copper is detached from the copper metal is longer as the phase of depositing copper from the copper-containing electrolyte onto the copper feedstock.
  • the copper starting material is fed in continuously and / or drawn through the electrolyte bath or baths.
  • the copper starting material is not directly connected to a voltage supply and thus does not itself represent an electrode in the conventional sense of an electrolysis, the copper starting material can be fed to the electrolyte bath and / or drawn through the electrolyte bath independently of the electrolytic process.
  • each electrolyte bath represents an independent electrolytic space independent of the other electrolyte baths.
  • the copper starting material for example in the form of a copper wire, can be continuously pulled through two or more electrolyte baths that are spatially separated from each other without the electrolytic processes in the individual electrolyte baths can influence each other via the copper wire.
  • the copper wire enters, for example, at the end of each electrolyte bath through a small opening and exits again on the opposite end, before it enters through the end of the next electrolyte bath after a spatial distance, for example of 15 to 30 millimeters, and is pulled through all electrolyte baths .
  • the continuous feeding takes place by means of a wire drain device and / or a straightening device.
  • a “wire unwinding device” is an automatic device which, in particular, unwinds a wire evenly from a sink or reel and feeds it to the first electrolyte bath.
  • a "straightening device” is in particular a device which uniformly aligns the unwound copper starting material and / or impresses a uniform feed.
  • a straightening machine has straightening rollers and / or a wire guide sleeve, for example.
  • the copper-containing electrolyte is fed back into the electrolyte bath, into the further electrolyte bath and / or the further electrolyte baths and / or between the electrolyte baths.
  • electrolyte which is lost by passing and / or pulling the copper starting material through one or more electrolyte baths can be returned to one or more electrolyte baths.
  • the electrolyte can be reused and costs can be saved.
  • the return of the electrolyte can also be used to set an optimal copper concentration in the corresponding electrolyte of an electrolyte bath.
  • “Rinsing” is understood to mean, in particular, the removal of electrolyte residues after electrolytic cleaning.
  • the electrolytically cleaned copper starting material is drawn through continuously, in particular through a rinsing bath or several rinsing baths, the rinsing bath or rinsing baths in particular comprising water or ultrapure water.
  • the electrolytically cleaned copper alloy material is drawn through at least two rinsing baths one after the other.
  • a rinsing bath can also be an ultrasonic bath.
  • drying in particular blow drying, takes place.
  • Drying is understood in particular to mean that remaining liquid electrolyte residues and / or remaining water are blown off the electrolytically cleaned copper starting material.
  • a blower dryer an air knife (also known as air knives) and / or an air curtain are used.
  • the object is achieved by a device according to claim which is set up in such a way that a previously described method can be carried out.
  • a device which enables the continuous production of a high-quality copper profile.
  • all necessary manufacturing steps are carried out one after the other without interruption by means of a manufacturing device.
  • the device has three electrolyte baths, the at least one electrode in the first electrolyte bath being anodically polarized so that copper is deposited from the copper-containing electrolyte onto the copper starting material second electrolyte bath, the at least one electrode is cathodically polarized so that copper is detached from the copper starting material, and in the third electrolyte bath the at least one electrode is anodically polarized so that copper is deposited from the copper-containing electrolyte onto the copper starting material.
  • the three-stage electrolyte baths with copper deposition, copper dissolution and, in turn, copper deposition from or onto the copper starting material achieve optimal cleaning of the copper starting material and optimal surface properties of the copper starting material. As a result, imperfections can be reliably avoided in the subsequent extrusion in the manufactured copper profile.
  • the further electrolyte bath and the first, second and third electrolyte bath correspond in their design to the electrolyte bath defined above.
  • the electrolyte bath or the electrolyte baths are arranged within a collecting tray, so that when the copper starting material is drawn through the electrolyte bath or electrolyte baths, lost copper-containing electrolyte is in the collecting tray can be collected and / or returned to the electrolyte bath or the electrolyte baths.
  • the electrolyte can thus be reused and costs can be saved, and a copper concentration in an electrolyte bath can be set in a targeted manner by means of the return.
  • a "collecting basin” is in particular a liquid-tight component which collects the electrolyte emerging from the device or the electrolyte baths.
  • the collecting trough preferably has a collecting volume such that the collected electrolyte can be pumped back into one or more electrolyte baths by means of a pump or several pumps.
  • this specific bath can, in particular, be designed spatially longer in the pulling direction than one of the other baths.
  • a production plant 101 for copper profiles has an electrolytic wire cleaning system 109, a subsequent ultrasonic bath 117 as a rinsing bath, a subsequent blower drying system 119 and a hot forming device 121.
  • the electrolytic wire cleaning device 109 has three successive electrolyte baths 111, 113 and 115.
  • the electrolyte baths 111, 113 and 115 are spatially spaced from one another and each have a circular wire inlet and a circular wire outlet (not shown) for pulling a copper outlet wire 103 through the sides, the respective diameter of the circular wire inlet and outlet being slightly larger than that Diameter of copper output wire 103 is.
  • the first electrolyte bath 111 has two auxiliary anodes 131, one auxiliary anode 131 being connected to the positive pole of a first power supply unit 137 and the second auxiliary anode 131 being connected to the positive pole of a second power supply unit 139.
  • the second electrolyte bath 113 has two auxiliary cathodes 133, one auxiliary cathode 133 being connected to the negative pole of the first power supply unit 137 and the second auxiliary cathode 133 being connected to the negative pole of the second power supply unit 139.
  • the third electrolyte bath 115 again has two auxiliary anodes 135, the first auxiliary anode 135 being connected to the positive pole of the first power supply unit 137 and the second auxiliary anode being connected to the positive pole of the second power supply unit 139.
  • the two auxiliary anodes 131 arranged in the first electrolyte bath 111 are made of unalloyed steel (S355).
  • the two auxiliary cathodes 133 in the second electrolytic bath 113 are made of copper and the two.
  • Auxiliary anodes 135 in the third electrolyte bath 115 again comprise unalloyed steel (S355).
  • the electrolyte used is 8 percent by weight dipotassium dihydrogen (1-hydroxyethylidene) bisphosphonate used, with copper ions already being present in the electrolyte due to the return of the electrolyte in the first electrolyte bath 111.
  • the copper output wire 103 has a circular cross-section with a diameter of 20 millimeters.
  • the copper output wire 103 is respectively passed through the circular wire input and the circular wire output through the first electrolyte bath 111, the second electrolysis bath 113 and the third electrolysis bath 115. All electrolyte baths 111, 113 and 115 are in an electrolyte trough (not shown), in which electrolyte flowing through the wire inlets and outlets from the respective electrolyte baths 111, 113 and 115 is collected.
  • the electrolyte collected in the electrolyte tank is returned to the individual electrolyte baths 111, 113 and 115 by pumps (not shown) when the liquid level is appropriate, so that the copper output wire 103 outside between the individual electrolyte baths 111, 113 and 115 is not surrounded by the electrolytes. In contrast, the copper output wire 103 within the individual electrolyte baths 111, 113 and 115 is completely surrounded by the electrolyte.
  • the copper output wire 103 is continuously fed to the first electrolyte bath 111 by means of a wire unwinding and straightening machine, not shown transported at the same speed through all subsequent components of the manufacturing plant 101.
  • the copper output wire 103 is not connected to the first power supply 137 and not to the second power supply 139.
  • a voltage of 13.8 volts is applied in each case to the auxiliary anodes 131, auxiliary cathodes 133 and auxiliary anodes 135.
  • auxiliary cathodes 133 and auxiliary anodes 135 a current of between 10 and 20 amperes usually flows at this voltage of 13.8 volts.
  • Electrolyte bath 113 dissolves copper from copper starting material 103 as Cu 2+ in the electrolyte and is deposited on auxiliary cathodes 133.
  • the third electrolyte bath 115 due to the auxiliary anodes 135, deposition of copper cations from the electrolyte is induced as elemental copper on the copper starting material 103.
  • a dwell time of the copper output wire 103 is longer than in each case in the first electrolyte bath 111 and the third electrolyte bath 115 due to a longer structural shape of the second electrolyte bath 113.
  • the electrolytically cleaned copper wire 105 is cleaned and rinsed by means of an ultrasonic bath 117.
  • the cleaned copper wire 105 is then dried by means of the blower dryer 119, so that an electrolytically cleaned, rinsed and dried copper wire 107 is present.
  • the electrolytically cleaned, rinsed and dried copper wire 107 is then fed to the hot forming device 121, this being extruded through a molding die in the form of a copper profile to be produced.
  • the copper profile produced has a flat, homogeneous surface, essentially free of bubbles, grooves and edge defects.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils aus einem Kupferausgangsmaterial, insbesondere eines Kupferdrahtes. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung.
  • Beim kontinuierlichen Herstellen von Kupferprofilen wird ein Kupferausgangsmaterial, beispielsweise ein Draht mit einem Durchmesser von 20 Millimetern bei einem Warmumformen durch eine Formmatrize gepresst und somit mittels Strangpressverfahrens ein Kupferprofil hergestellt.
  • Nachteilig bei diesem Herstellungsprozess ist, dass das gefertigte stranggepresste Kupferprofil Fehlstellen, wie Blasen, Riefen und/oder Kantenrisse aufweisen kann, welche insbesondere in Abhängigkeit von der Vormaterialqualität auftreten. Diese Qualitätsfehler führen dazu, dass das Kupferprofil entweder nur zu einem geringeren Preis als der übliche Marktpreis verkauft werden kann oder eingeschmolzen werden muss, um anschließend das Kupfer erneut für die Herstellung eines Kupferausgangsmaterials zu verwenden.
  • Aus der US 5,516,408 A ist ein mehrstufiges Verfahren zum Herstellen von Kupferdraht bekannt, bei dem kupferhaltiges Material zunächst mit einer Laugenlösung, Extraktion und einer wässrigen Stripping-Lösung stufenweise behandelt wird. Anschließend wird die kupferreiche Stripp-Lösung zwischen einer Anode und einer Kathode geführt, wobei sich Kupfer an der Anode abscheidet und entfernt wird, um es in Kupferdraht bei einer Temperatur unterhalb seiner Schmelztemperatur umzuwandeln. Hierzu wird eine konventionelle, elektrolytische Zelle oder eine Galvano-Formungszelle verwendet. Nachteilig hierbei ist, dass zur Herstellung des Kupferausgangsmaterials (Kupferdraht) ein komplexes mehrstufiges Verfahren notwendig ist und beim Herstellen eines Kupferprofils aus diesem mittels Elektrolyse gefertigten Kupferdraht das gefertigte Kupferprofil weiterhin von der Qualität des gefertigten Kupferdrahtes abhängig ist.
  • In der DE 694 22 715 T2 wird ein Verfahren zum Herstellen eines länglichen Stromkollektors einer Alkalizelle mit einer Anode und einer Kathode beschrieben, wobei vor einem Elektroplattieren eines Metallleitungsdrahtes mit Indium zunächst der Messingdraht als Ausgangsprodukt einer elektrolytischen kathodischen oder anodischen Reinigung unterzogen wird. Hierbei wird der Draht entsprechend als Kathode oder Anode verwendet. Durch die Ausbildung des Drahtes als Elektrode ist nachteilig, dass der Draht mit einer Gleichstromquelle verbunden sein muss.
  • Die DE 10 2007 034 096 A1 offenbart ein Strangpressen von einem Gußbolzen zu einem Kupferdraht, wobei nach dem Strangpressen zur Vermeidung einer Oxidation des stranggepressten Drahtes die anschließende Reckzone mit Schutzgas befüllt ist und beim Abkühlen des Drahtes im nachfolgenden Wasserbad durch Queranströmung des Drahtes verhindert wird, dass sich auf der Drahtoberfläche Gasbläschen festsetzten, wodurch eine Blankheit der stranggepressten Drahtoberfläche erhalten bleibt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils aus einem Kupferausgangsmaterial, insbesondere eines Kupferdrahtes, gemäß Anspruch 1.
  • Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch eine elektrolytische Reinigung des Kupferausgangsmaterials vor dem Strangpressen, die oben genannten Materialfehler im stranggepressten Kupferprofil fast vollständig ausgeschlossen werden. Dies war insbesondere unerwartet, da nach dem Stand der Technik bereits früher das Kupferausgangsmaterial häufig mithilfe eines Ultraschallbades vorgereinigt wurde. Aus diesem Grunde ist eine derartige Qualitätssteigerung des Kupferausgangsmaterials durch ein elektrolytisches Reinigen, die sich aufgrund des elektrolytischen Prozesses ablaufenden chemischen Reaktionen und/oder Änderungen der Oberflächenstruktur des Kupferausgangsmaterials absolut überraschend gewesen.
  • Somit werden mittels des erfinderischen Verfahrens die kontinuierlich hergestellten Kupferprofile bereitgestellt, welche eine hohe Qualität aufweisen und ohne dass es im Wesentlichen zu Ausschussproduktion kommt. Folglich wird sowohl die Produktqualität als auch die -quantität erhöht. Dementsprechend müssen wesentlich geringere Mengen an fehlgefertigten Kupferprofilen wieder eingeschmolzen und wieder erneut zu einem Kupferausgangsmaterial verarbeitet werden. Somit wird der Material- und Energiebedarf pro hergestelltem Kupferpröfil deutlich gesenkt.
  • Es ist besonders vorteilhaft, dass das elektrolytische Reinigen und das Strangpressen nacheinander in einer einzigen Herstellungsanlage ohne Unterbrechung des kontinuierlichen Herstellungsprozesses durchgeführt werden.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass durch das elektrolytische Reinigen des Kupferausgangsmaterials nicht nur Verschmutzungen wie Öl und anhaftende andere Stoffe entfernt werden, sondern auch die Oberflächenstruktur des Kupferausgangsmaterials verbessert wird, indem durch Ablösen und/oder Abscheiden von Kupfer die Oberfläche des Kupferausgangsmaterials homogenisiert wird, sodass beim nachfolgenden Strangpressen weniger Fehlstellen wie Blasen, Riefen und/oder Kantenrisse entstehen.
    • Folgendes Begriffliche sei erläutert:
  • Ein "Kupferprofil" ist insbesondere ein im Strangpressverfahren hergestelltes längliches Bauteil aus Kupfer und/oder Kupferlegierung. Ein Kupferprofil weist insbesondere über seine gesamte Länge einen gleichen Querschnitt auf. Das Kupferprofil kann massiv ausgeführt sein oder einen oder mehrere Hohlräume aufweisen.
  • Ein "Kupferausgangsmaterial" ist insbesondere ein Halbzeug aus Kupfer und/oder Kupferlegierung, aus welchem durch Strangpressen ein Kupferprofil gefertigt wird. Das Kupferausgangsmaterial wird insbesondere vor dem Strangpressen ein elektrolytisches Reinigen unterzogen. Bei einem Kupferausgangsmaterial kann es sich beispielsweise um einen Kupferdraht wie einen Gießwalzdraht oder Gießdraht handeln.
  • Unter einem "Kupferdraht" wird insbesondere dünn, lang und biegsam geformtes Metall aus Kupfer und/oder Kupferlegierung verstanden. Ein Kupferdraht kann insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt oder eine andere Querschnittsform aufweisen. Bei einem Kupferdraht kann es sich insbesondere auch um einen Flach-, Vierkant- und/oder Profildraht handeln. Der Kupferdraht ist insbesondere auf Rollen (Haspeln) gewickelt. Der Kupferdraht weist insbesondere einen Durchmesser von 4 Millimeter bis 30 Millimeter, bevorzugt 8 Millimeter bis 25 Millimeter auf.
  • Unter "elektrolytischen Reinigen" wird insbesondere ein Prozess verstanden, bei dem unter Anlegen einer elektrischen Spannung und Übertragung von Elektronen ein elektrolytisches Ablösen von Verunreinigungen und/oder Kupfer und/oder ein Wiederabscheiden von Kupfer auf dem Kupferausgangsmaterial erfolgt oder erfolgen. Im Gegensatz zur klassischen Elektrolyse, bei der eine Anode und eine Kathode über eine Gleichspannungswelle direkt verbunden sind, ist beim elektrolytischen Reinigen nur die mindestens eine Elektrode mit der Spannungsquelle verbunden und/oder die beiden oder mehreren Elektroden im Elektrolytbad weisen die gleiche Polarisation auf. Hierbei ist das Kupferausgangsmaterial nicht direkt mit einer Spannungsversorgung elektrisch verbunden, sondern wird lediglich über den Elektrolyten polarisiert und die entsprechenden chemischen Reaktionen am Kupferausgangsmaterial induziert.
  • Unter einem "Elektrolyt" wird insbesondere eine stromleitende Flüssigkeit verstanden, deren chemische Verbindung sich durch einen elektrolytischen Prozess aufspalten lässt und somit in Ionen dissoziiert, welche sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes gerichtet bewegen.
  • Unter einem "kupferhaltigen Elektrolyt" ist zu verstehen, dass der Elektrolyt Kupfer (Cu2+) aufweist. Hierbei kann dem Elektrolyt Kupfer zugesetzt werden oder der Elektrolyt weist bereits durch die vorhergehende Verwendung in der elektrolytischen Reinigung Kupfer auf. Das gelöste Kupfer im Elektrolyt trägt zur elektrischen Leitfähigkeit des Elektrolyten bei.
  • Bei einem "Elektrolyt" handelt es sich beispielsweise um 2 bis 12 Gewichtsprozent Dikaliumhydrogen (1-hydroxyethyliden)bisphosphonat, welches im Elektrolytbad oder den Elektrolytbädern wiederverwendet wird.
  • Unter einem "Elektrolytbad" wird insbesondere ein offener oder geschlossener Behälter verstanden, welcher den Elektrolyt aufweist. Das Elektrolytbad weist insbesondere eine Öffnung oder Durchführöffnung zum Einbringen und Ausbringen des Kupferausgangsmaterials in und aus dem Elektrolyt innerhalb des Elektrolytbades auf.
  • Eine "Elektrode" ist insbesondere ein Elektrodenleiter, welcher elektrischen Strom (Elektronen) an den Elektrolyt abgibt und/oder vom Elektrolyt aufnimmt. Die Elektrode ist insbesondere mit einer Spannungsquelle über einen Leiter (beispielsweise Kabel) verbunden. Insbesondere baut sich durch Oxidations- und/oder Reduktionsreaktionen oder durch eine äußere Spannung an der Elektrode ein elektrochemisches Potenzial auf. Eine Elektrode, an welcher eine Oxidation abläuft, ist insbesondere eine Anode und die Elektronen fließen von der Anode über einen Leiter ab. Entsprechend gehen Kationen (Cu2+) aus der Anode in Lösung und somit in den Elektrolyt über. Da in diesem Fall die chemische Reaktion durch einen von einer äußeren Spannung hervorgerufenen Stromfluss erzwungen wird, wird die Oxidation durch den Elektrodenentzug an der positiven geladenen Anode hervorgerufen, sodass die Anode in diesem Fall den Pluspol darstellt. Eine Elektrode, an welcher eine Reduktion abläuft, ist eine Kathode und Elektronen fließen über einen Leiter zur Kathode und Kationen (Cu2+) aus dem Elektrolyt scheiden sich an der Kathode ab. In diesem Fall stellt die Kathode den Minuspol dar. Eine Elektrode weist insbesondere Blei, unlegierten Stahl oder Kupfer auf oder besteht aus Blei, unlegierten Stahl oder Kupfer.
  • Prinzipiell ist es ausreichend, wenn mindestens eine Elektrode sich im Elektrolyt des Elektrolytbades befindet. Hierbei ist für das eigentliche Induzieren der chemischen Reaktionen die Position der Elektrode im Elektrolytbad unerheblich. Um jedoch eine homogene Oberflächeneigenschaft des Kupferausgangsmaterials zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die mindestens eine Elektrode öder zwei oder mehrere Elektroden pro Elektrolytbad umgebend um das Kupferausgangsmaterial angeordnet sind, sodass ein gleichmäßiger Elektronenfluss induziert wird. Selbstverständlich kann dies jedoch auch durch eine einzige Elektrode erreicht werden, welche beispielsweise als Gitter- oder Lochelektrode in Form eines Hohlzylinders ausgeführt und zentral mittels der Spannungsversorgung kontaktiert ist, wobei das Kupferausgangsmaterial durch den länglichen inneren Hohlraum dieser Elektrode geführt wird. Gleichzeitig kann der Elektrolyt durch das Gitter oder die Löcher in den inneren Hohlraum der Elektrode gelangen, sodass ungünstige Konzentrationsprofile oder eine Verarmung an Kupfer oder Ionen vermieden werden. Bei zwei oder mehreren flächigen Elekroden können diese beispielsweise in einem gleichen Abstand zueinander um das Kupferausgangsmaterial im Elektrolytbad angeordnet sein.
  • Unter "polarisiert" wird bei der mindestens einen Elektrode verstanden, dass die mindestens eine Elektrode in einem Elektrolytbad aufgrund der Spannungsversorgung entweder einen Minuspol (-) oder einen Pluspol (+) bilden.
  • Eine "Spannungsversorgung" ist insbesondere eine Versorgung der Elektroden mit einer Gleichspannung. Die Versorgung mit einer Gleichspannung kann beispielsweise über ein Netzteil erfolgen.
  • Unter "polarisiert" wird bei dem Kupferausgangsmaterial verstanden, dass dem Kupferausgangsmaterial, welches nicht direkt mit einer Spannungsversorgung verbunden ist, aufgrund der Spannungsversorgung der mindestens einen Elektrode und somit dem induzierten Elektronenfluss im Elektrolyt eine Polarisation und somit eine negative oder positive Ladung aufgezwungen wird. Üblicherweise wird das Kupferausgangsmaterial entgegengesetzt zur Polarisation der mindestens einen Elektrode polarisiert, d. h. wenn die Elektrode der Minuspol ist, wird das Kupferausgangsmaterial über den Elektrolyt als Pluspol polarisiert und umgekehrt. Somit ist das Küpferausgangsmaterial insbesondere entgegengesetzt zur mindestens einen Elektrode polarisiert.
  • Als "Strangpressen" wird insbesondere ein Umformverfahren verstanden, bei dem Stäbe, Drähte oder unregelmäßig geformte Profile hergestellt werden. Beim Strangpressen wird insbesondere das elektrolytisch gereinigte Ausgangsmaterial auf eine Umformtemperatur erwärmt und durch eine Formmatrize gepresst, sodass ein Kupferprofil gefertigt wird. Die äußere Form des Kupferprofils wird insbesondere durch die Formmatrize bestimmt. Das Strangpressen dient insbesondere zur Herstellung eines Kupferprofils als Endlosmaterial, welches in der gewünschten Länge abgetrennt wird.
  • Eine "Formmatrize" ist insbesondere eine Metallform, welche das Negativ der Außenform für das herzustellende Bauteil und somit insbesondere des Kupferprofils bildet.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens werden in dem Elektrolytbad zwei Elektroden (133, 135, 137), drei Elektroden, vier Elektroden und/oder weitere Elektroden verwendet, wobei das Kupferausgangsmaterial zwischen den Elektroden eingebracht und die Elektroden mittels der Spannungsversorgung gleichpolarisiert werden.
  • Durch eine gleichmäßige Anordnung mehrerer Elektroden um das Kupferausgangsmaterialwird ein gleichmäßiger Elektronenfluss zum Kupferausgangsmaterial induziert und somit werden homogenen Oberflächeneigenschaften des Kupferausgangsmaterials erhalten.
  • Unter "gleich polarisiert" wird verstanden, dass die mindestens zwei Elektroden in einem Elektrolytbad entweder einen Minuspol (-) oder einen Pluspol (+) bilden und insbesondere das gleiche Potential aufweisen.
  • Zwei, drei, vier und/oder weitere Elektroden entsprechen in ihrer Funktion und Ausgestaltung der oben definierten Elektrode.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird die Elektrode oder werden die Elektroden kathodisch polarisiert, sodass sich Kupfer vom Kupferausgangsmaterial im Elektrolytbad ablöst.
  • Dadurch, dass die Elektrode oder die Elektroden im Elektrolytbad mittels der Spannungsversorgung kathodisch polarisiert werden, wird das Kupferausgangsmaterial über den Elektrolyt anodisch polarisiert und Kupfer aus dem Kupferausgangsmaterial geht als Cu2+ unter Abgabe von Elektronen an den Elektrolyt in Lösung. Somit werden gleichzeitig auf der äußeren Kupferoberfläche des Kupferausgangsmaterials vorliegende Verunreinigungen entfernt und durch das Ablösen von Kupfer werden Unebenheiten in der Oberflächenstruktur des Kupferausgangsmaterials ausgeglichen. Folglich werden Mikrolöcher oder -risse im Kupferausgangsmaterial entfernt.
  • Um die elektrolytische Reinigung weiter zu verbessern und Inhomogenität in der Oberflächenstruktur des Kupferausgangsmaterials auszugleichen, wird dem Elektrolytbad ein weiteres Elektrolytbad vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet, wobei die mindestens eine Elektrode oder die Elektroden des weiteren Elektrolytbades anodisch polarisiert wird oder werden, sodass sich Kupfer aus dem kupferhältigen Elektrolyt des weiteren Elektrolytbades auf das Kupferausgangsmaterial abscheidet.
  • Dadurch, dass nacheinander ein Ablösen von Verunreinigungen und/oder Kupfer vom Kupferausgangsmaterial und ein Abscheiden von Kupfer auf dem Kupferausgangsmaterial und/oder umgekehrt stattfindet, wird der Reinigungsprozess verbessert, die Oberflächenstruktur des Kupferausgangsmaterials weiter homogenisiert und somit die Gefahr von Fehlstellen beim nachfolgenden Strangpressen weiter minimiert.
  • Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kupferausgangsmaterial länger im Elektrolytbad mit der kathodische polarisierten Elektrode oder den kathodisch polarisierten Elektroden verweilt als in einem weiteren Elektrolytbad mit der anodisch polarisierten Elektrode oder den anodisch polarisierten Elektroden, sodass die Phase des Ablösens des Kupfers vom Kupferäüsgahgsmateriäl länger ist als die Phase des Abscheidens von Kupfer aus dem kupferhaltigen Elektrolyt auf das Kupferausgangsmaterial.
  • In einer weiteren Gestaltungsform des Verfahrens wird das Kupferausgangsmaterial kontinuierlich zugeführt und/oder durch das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder durchgezogen.
  • Dadurch, dass das Kupferausgangsmaterial nicht direkt mit einer Spannungsversorgung verbunden ist, und somit nicht selbst eine Elektrode im konventionellen Sinne einer Elektrolyse darstellt, kann das Kupferausgangsmaterial unabhängig vom elektrolytischen Prozess dem Elektrolytbad zugeführt und/oder durch das Elektrolytbad durchgezogen werden.
  • Durch die stromlose Übertragung der Polarisation auf das Kupferausgangsmaterial, stellt dieses über seine Länge keinen einheitlichen spannungsführenden elektrischen Leiter dar, sondern jedes Elektrolytbad stellt einen eigenständigen elektrolytischen Raum unabhängig von den anderen Elektrolytbädern dar. Dadurch kann das Kupferausgangsmaterial beispielsweise in Form eines Kupferdrahtes kontinuierlich durch zwei oder mehrere Elektrolytbäder durchgezogen werden, welche räumlich voneinander beabstandet sind, ohne dass die elektrolytischen Prozesse in den einzelnen Elektrolytbädern sich über den Kupferdraht beeinflussen können. Hierbei tritt der Kupferdraht beispielsweise an der Stirnseite jedes Elektrolytbades durch eine kleine Öffnung ein und auf der gegenüberliegenden Stirnseite wieder aus, bevor es nach einem räumlichen Abstand, beispielsweise von 15 bis 30 Millimeter durch die Stirnseite des nächstens Elektrolytbades eintritt und weiter durch alle Elektrolytbäder gezogen wird.
  • Um ein gleichmäßiges und kontinuierliches Bewegen des Kupferausgangsmaterials durch ein Elektrolytbad oder mehrere Elektrolytbäder zu gewährleisten, erfolgt das kontinuierliche Zuführen mittels einer Drahtablaufvorrichtung und/oder einer Richtvorrichtung.
  • Eine "Drahtablaufvorrichtung" ist eine automatische Vorrichtung, welche insbesondere einen Draht gleichmäßig von einer Spüle öder Haspel abwickelt und dem ersten Elektrolytbad zuführt.
  • Eine "Richtvorrichtung" ist insbesondere eine Vorrichtung, welche dem abgewickelten Kupferausgangsmaterial eine gleichmäßige Ausrichtung und/oder einen gleichmäßigen Vorschub aufprägt. Eine Richtmaschine weist beispielsweise Richtrolllen und/oder eine Drahtführungshülse auf.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der kupferhaltige Elektrolyt in das Elektrolytbad, in das weitere Elektrolytbad und/oder die weiteren Elektrolytbäder und/oder zwischen den Elektrolytbädern rückgeführt.
  • Somit kann Elektrolyt, welcher durch das Durchführen und/oder Durchziehen des Kupferausgangsmaterials durch ein Elektrolytbad oder mehrere Elektrolytbäder verloren geht, in ein Elektrolytbad oder in mehrere Elektrolytbäder rückgeführt werden. Folglich kann der Elektrolyt wieder verwendet und Kosten können eingespart werden. Über die Rückführung des Elektrolyten kann auch eine optimale Kupferkonzentration im entsprechenden Elektrolyt eines Elektrolytbades eingestellt werden.
  • Es ist besonders vorteilhaft, dass durch Rückführung von Elektrolyt aus einem höher kupferhaltigen Elektrolytbad, die ausreichende Kupferkonzentration in einem anderen kupferärmeren Elektrolytbad eingestellt werden kann.
  • Um den jeweiligen Elektrolyt vom elektrolytisch gereinigten Kupferausgangsmaterial zu entfernen, erfolgt nach dem elektrolytischen Reinigen ein Spülen.
  • Dadurch wird vermieden, dass verbliebene Elektrolytrückstände ihrerseits eine Störung und/oder eine Bildung von Fehlstellen beim nachfolgenden Strangpressen bewirken können.
  • Unter "Spülen" wird insbesondere das Entfernen von Elektrolytresten nach der elektrolytischen Reinigung verstanden. Zum Spülen wird das elektrolytisch gereinigte Kupferausgangsmaterial, insbesondere durch ein Spülbad oder mehrere Spülbäder kontinuierlich durchgezogen, wobei das Spülbad oder die Spülbäder insbesondere Wasser oder hochreines Wasser aufweisen. Um ein vollständiges Entfernen des Elektrolyten zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das elektrolytische gereinigte Kupferäusgähgsmäteriäl durch mindestens zwei Spülbäder nacheinander durchgezogen wird. Bei einem Spülbad kann es sich auch um ein Ultraschallbad handeln.
  • In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens erfolgt nach dem elektrolytischen Reinigen und/oder dem Spülen ein Trocknen, insbesondere ein Gebläsetrocknen.
  • Somit wird verhindert, dass verbliebener Elektrolyt oder verbliebenes Wasser beim nachfolgenden Warmumformen verdampfen und zu Fehlstellen im stranggepressten Kupferprofil führen.
  • Unter einem "Trocknen" wird insbesondere verstanden, dass verbliebene flüssige Elektrolytreste und/oder verbliebenes Wasser vom elektrolytisch gereinigten Kupferausgangsmaterial abgeblasen werden. Hierzu werden beispielsweise ein Gebläsetrockner, ein Luftmesser (auch sogenannte Airknives) und/oder ein Luftvorhang verwendet.
  • Es ist besonders vorteilhaft, dass alle vorgenannten Fertigungsschritte direkt kontinuierlich nacheinander bei gleicher Fördergeschwindigkeit des Kupferausgangsmaterials durch die Herstellungsvorrichtung bis zum gefertigten Kupferprofil durchgeführt werden.
  • Somit wird ein qualitativ hochwertiges Kupferprofil ohne Fehlstellen oder im Wesentlichen ohne Fehlstellen bereitgestellt, welches kostengünstig und kontinuierlich hergestellt wird.
  • In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch welche derart eingerichtet ist, dass ein zuvor beschriebenes Verfahren durchführbar ist.
  • Dadurch wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche eine kontinuierliche Fertigung eines qualitativ hochwertigen Kupferprofils ermöglicht. Vorliegend werden alle notwendigen Fertigungsschritte mittels einer Herstellungsvorrichtung nacheinander ohne Unterbrechung durchgeführt.
  • In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung drei Elektrolytbäder auf, wobei im ersten Elektrolytbad die mindestens eine Elektrode anodisch polarisiert ist, sodass sich Kupfer aus dem kupferhaltigen Elektrolyt auf das Kupferausgangsmaterial abscheidet, im zweiten Elektrolytbad die mindestens eine Elektrode kathodisch polarisiert ist, sodass sich Kupfer vom Kupferausgangsmaterial ablöst, und im dritten Elektrolytbad die mindestens eine Elektrode anodisch polarisiert ist, sodass sich Kupfer aus dem kupferhaltigen Elektrolyt auf das Kupferausgangsmaterial abscheidet.
  • Durch die dreistufigen Elektrolytbäder mit einer Kupferabscheidung, Kupferauflösung und wiederum Kupferabscheidung vom beziehungsweise auf das Kupferausgangsmaterial wird eine optimale Reinigung des Kupferausgangsmaterials und eine optimale Oberflächeneigenschaft des Kupferausgangsmaterials erzielt. Folglich können sicher Fehlstellen beim nachfolgenden Strangpressen im gefertigten Kupferprofil vermieden werden.
  • Das weitere Elektrolytbad sowie das erste, zweite und dritte Elektrolytbad entsprechen in seiner Ausgestaltung dem oben definierten Elektrolytbad.
  • Um verlorengegangenen Elektrolyt oder aufgrund der kontinuierlichen Durchführung des Kupferausgangsmaterials durch das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder herausfließenden Elektrolyt wieder zu verwenden, sind das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder innerhalb einer Auffangwanne angeordnet, sodass beim Durchziehen des Kupferausgangsmaterials durch das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder verlorengegangener kupferhaltiger Elektrolyt in der Auffangwanne auffangbar und/oder in das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder rückführbar ist.
  • Somit kann der Elektrolyt wiederverwendet und Kosten eingespart werden sowie mittels der Rückführung gezielt eine Kupferkonzentration in einem Elektrolytbad eingestellt werden.
  • Eine "Auffangwanne" ist insbesondere ein flüssigkeitsdichtes Bauteil, welches aus der Vorrichtung beziehungsweise den Elektrolytbädern austretenden Elektrolyt auffängt. Bevorzugt weist die Auffangwanne ein derartiges Auffangvolumen auf, sodass der aufgefangene Elektrolyt mittels einer Pumpe oder mehrerer Pumpen in ein oder mehrere Elektrolytbäder zurückgepumpt werden kann.
  • Um die Verweildauer des durchgezogenen Drahtes in einem bestimmten Bad zu verlängern, kann dieses bestimmte Bad insbesondere räumlich in Durchzugsrichtung länger als eines der anderen Bäder ausgestaltet sein.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt
    • Figur 1
    eine stark schematische Schnittdarstellung mit einer Ansicht von oben auf eine Herstellungsanlage eines Kupferprofils mit einer elektrolytischen Drahtreinigung und Warmumformungsvorrichtung.
  • Eine Herstellungsanlage 101 für Kupferprofile weist eine elektrolytische Drahtreinigung 109, ein anschließend folgendes Ultraschallbad 117 als Spülbad, eine nachfolgende Gebläsetrockung 119 und eine Warmumformvorrichtung 121 auf.
  • Die elektrolytische Drahtreinigung 109 weist drei aufeinander folgende Elektrolytbäder 111, 113 und 115 auf. Die Elektrolytbäder 111, 113 und 115 sind zueinander räumlich beabstandet und weisen jeweils seitlich an ihren Stirnseiten einen kreisrunden Drahteingang und einen kreisrunden Drahtausgang (nicht dargestellt) zum Durchziehen eines Kupferausgangsdrahtes 103 auf, wobei der jeweilige Durchmesser des kreisrunden Drahteinganges und -ausganges etwas größer als der Durchmesser des Kupferausgangsdrahtes 103 ist.
  • Das erste Elektrolytbad 111 weist zwei Hilfsanoden 131 auf, wobei die eine Hilfsanode 131 mit dem Pluspol eines ersten Netzteils 137 und die zweite Hilfsanode 131 mit dem Pluspol eines zweiten .Netzteils 139 verbunden ist. Das zweite Elektrolytbad 113 weist zwei Hilfskathoden 133 auf, wobei die eine Hilfskathode 133 mit dem Minuspol des ersten Netzteils 137 und die zweite Hilfskathode 133 mit dem Minuspol des zweiten Netzteils 139 verbunden ist. Das dritte Elektrolytbad 115 weist wiederum zwei Hilfsanoden 135 auf, wobei die erste Hilfsanode 135 mit dem Pluspol des ersten Netzteils 137 und die zweite Hilfsanode mit dem Pluspol des zweiten Netzteiles 139 verbunden ist.
  • Die zwei im ersten Elektrolytbad 111 angeordneten Hilfsanoden 131 weisen unlegierten Stahl (S355) auf. Die zwei Hilfskathoden 133 im zweiten Elektrolytbad 113 bestehen aus Kupfer und die zwei. Hilfsanoden 135 im dritten Elektrolytbad 115 weisen wiederum unlegierten Stahl (S355) auf. Als Elektrolyt wird 8 Gewichtprozent Dikaliumdihydrogen(1-hydroxyethyliden)bisphosphonat eingesetzt, wobei aufgrund der Rückführung des Elektrolyten im ersten Elektrolytbad 111 bereits Kupfer-Ionen im Elektrolyt vorliegen.
  • Der Kupferausgangsdraht 103 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 20 Millimetern auf. Der Kupferausgangsdraht 103 ist jeweils durch den kreisrunden Drahteingang und dem kreisrunden Drahtausgang durch das erste Elektrolytbad 111, das zweite Elektrolysebad 113 und das dritte Elektrolysebad 115 geführt. Sämtliche Elektrolytbäder 111, 113 und 115 stehen in einer Elektrolytwanne (nicht gezeigt), in welche durch die Drahteingänge und -ausgänge fließender Elektrolyt aus dem jeweiligen Elektrolytbädern 111, 113 und 115 aufgefangen wird.
  • Der in der Elektrolytwanne aufgefangene Elektrolyt wird bei entsprechendem Flüssigkeitsstand mittels Pumpen (nicht gezeigt) in die einzelnen Elektrolytbäder 111, 113 und 115 zurückgeführt, sodass der Kupferausgangsdraht 103 außerhalb zwischen den einzelnen Elektrolytbädern 111, 113 und 115 nicht von den Elektrolyten umgeben ist. Dagegen ist der Kupferausgangsdraht 103 innerhalb der einzelnen Elektrolytbäder 111, 113 und 115 vollständig von dem Elektrolyt umgeben.
  • Mittels der Herstellungsanlage 101 werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt:
  • Mittels einer nicht gezeigten Drahtablauf- und Richtmaschine wird der Kupferausgangsdraht 103 kontinuierlich dem ersten Elektrolytbad 111 zugeführt und mit gleicher Geschwindigkeit durch alle nachfolgenden Komponenten der Herstellungsanlage 101 transportiert. Hierbei ist der Kupferausgangsdraht 103 nicht mit dem ersten Netzteil 137 und nicht mit dem zweiten Netzteil 139 verbunden. Mittels des ersten Netzteils 137 und des zweiten Netzteils 139 werden entsprechend den Hilfsanoden 131, Hilfskathoden 133 und Hilfsanoden 135 jeweils eine Spannung von 13,8 Volt angelegt. In Abhängigkeit von der Elektrolytkonzentration und dem jeweiligen Zustand der Hilfsanoden 131, Hilfskathoden 133 und Hilfsanoden 135 fließt üblicherweise bei dieser Spannung von 13,8 Volt ein Strom zwischen 10 und 20 Ampere.
  • Im ersten Elektrolytbad 111 wird Kupfer aus dem Elektrolyt auf den Kupferausgangsdraht 103 abgeschieden. Im anschließenden zweiter. Elektrolytbad 113 geht Kupfer vom Kupferausgangsmaterial 103 als Cu2+ im Elektrolyt in Lösung und wird auf den Hilfskathoden 133 abgeschieden. Im dritten Elektrolytbad 115 wiederum wird aufgrund der Hilfsanoden 135 eine Abscheidung von Kupferkationen aus dem Elektrolyt als elementares Kupfer auf dem Kupferausgangsmaterial 103 induziert. In dieser Abfolge ist eine Aufenthaltsdauer des Kupferausgangsdrahtes 103 aufgrund einer längeren Bauform des zweiten Elektrolytbades 113 länger als jeweils in dem ersten Elektrolytbad 111 und dem dritten Elektrolytbad 115.
  • Zum Abspülen von Elektrolytresten auf dem elektrolytisch gereinigten Kupferdraht 105 wird der elektrolytisch gereinigte Kupferdraht 105 mittels eines Ultraschallbades 117 gereinigt und gespült.
  • Anschließend erfolgt eine Trocknung des gereinigten Kupferdrahtes 105 mittels der Gebläsetrocknung 119, sodass dadurch ein elektrolytisch gereinigter, gespülter und getrockneter Kupferdraht 107 vorliegt.
  • Anschließend wird der elektrolytisch gereinigte, gespülte und getrocknete Kupferdraht 107 der Warmumformungsvorrichtung 121 zugeführt, wobei dieser durch eine Formmatrize in Form eines herzustellenden Kupferprofils stranggepresst wird. Das hergestellte Kupferprofil weist eine ebene, homogene Oberfläche im Wesentlichen frei von Blasen, Riefen und Kantendefekten auf.
    • Bezugszeichenliste
    • 101
    Herstellungsanlage
    103
    Kupferausgangsdraht
    105
    elektrolytisch gereinigter Kupferdraht
    107
    gereinigter und getrockneter Kupferdraht
    109
    elektrolytische Drahtreinigung
    111
    erstes Elektrolytbad
    113
    zweites Elektrolytbad
    115
    drittes Elektrolytbad
    117
    Ultraschallbad
    119
    Gebläsetrocknung
    121
    Warmumformungsvorrichtung
    131
    Hilfsanode
    133
    Hilfskathode
    135
    Hilfsanode
    137
    erstes Netzteil
    139
    zweites Netzteil

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Kupferprofils aus einem Kupferausgangsmaterial (103), insbesondere eines Kupferdrahtes, mit folgenden Schritten
    - elektrolytisches Reinigen des Kupferausgangsmaterials, wobei das Kupferausgangsmaterial in einem kupferhaltigen Elektrolyt in einem Elektrolytbad (111, 113, 115) mit mindestens einer Elektrode (131, 133, 135) eingebracht wird, die Elektrode mittels einer Spannungsversorgung (137, 139) polarisiert wird und das Kupferausgangsmaterial über den Elektrolyten polarisiert wird, so dass das Kupferausgangsmaterial frei von einer direkten Spannungsversorgung ist, wobei die Elektrode oder die Elektroden kathodisch polarisiert wird oder werden, sodass sich Kupfer vom Kupferausgangsmaterial im Elektrolytbad ablöst, wobei dem Elektrolytbad (113) ein weiteres Elektrolytbad (111, 115) vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet wird, wobei die mindestens eine Elektrode oder die Elektroden des weiteren Elektrolytbades anodisch polarisiert wird oder werden, sodass sich Kupfer aus dem kupferhaltigen Elektrolyt des weiteren Elektrolytbades auf das Kupferausgangsmaterial abscheidet und
    - Strangpressen des elektrolytisch gereinigten Kupferausgangsmaterials durch eine Formmatrize, sodass das Kupferprofil vorliegt.
  2. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elektrolytbad zwei Elektroden (131, 133, 135) drei Elektroden, vier Elektroden und/oder weitere Elektroden verwendet werden, wobei das Kupferausgangsmaterial zwischen den Elektroden eingebracht und die Elektroden mittels der Spannungsversorgung gleichpolarisiert werden.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupferausgangsmaterial kontinuierlich zugeführt und/oder durch das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder durchgezogen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kontinuierliche Zuführen mittels einer Drahtablaufvorrichtung und/oder einer Richtvorrichtung erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kupferhaltiger Elektrolyt in das Elektrolytbad, in das weitere Elektrolytbad und/oder die weiteren Elektrolytbäder und/oder zwischen den Elektrolytbädern rückgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem elektrolytischen Reinigen ein Spülen erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem elektrolytischen Reinigen und/oder dem Spülen ein Trocknen, insbesondere ein Gebläsetrocknen, erfolgt.
  8. Vorrichtung (101), welche derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführbar ist wobei die Vorrichtung mindestens ein Elektrolytbad (113) mit mindestens einer Elektrode (131, 133, 135) und mit mindestens einem Elektrolyten zum Reinigen des Kupferausgangsmaterials , eine Spannungsversorgung (137, 139) zum Polarisieren der mindestens einen Elektroden und eine Formmatrize zum Strangpressen des elektrolytisch gereinigten Kupferausgangsmaterials aufweist, wobei die Elektrode oder die Elektroden eines Elektrolytbades (113) kathodisch polarisiert ist oder sind , wobei die Vorrichtung ein weiteres Elektrolytbad (111, 115) aufweist, das dem Elektrolytbad (113) vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist, und wobei die Elektrode oder die Elektroden des weiteren vorgeschalteten oder nachgeschalteten Elektrolytbades (111, 115) anodisch polarisiert ist oder sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei Elektrolytbäder (111, 113, 115) aufweist, wobei im ersten Elektrolytbad (111) die mindestens eine Elektrode anodisch polarisiert ist, sodass sich Kupfer aus dem kupferhaltigen Elektrolyt auf das Kupferausgangsmaterial abscheidet, im zweiten Elektrolytbad (113) die mindestens eine Elektrode kathodisch polarisiert sind, sodass sich Kupfer vom Kupferausgangsmaterial ablöst, und im dritten Elektrolytbad (115) die mindestens eine Elektrode anodisch polarisiert ist, sodass sich Kupfer aus dem kupferhaltigen Elektrolyt auf das Kupferausgangsmaterial abscheidet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder innerhalb einer Auffangwanne angeordnet sind, so dass beim Durchziehen des Kupferausgangsmaterials durch das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder verlorengegangener kupferhaltiger Elektrolyt in der Auffangwanne auffangbar und/oder in das Elektrolytbad oder die Elektrolytbäder rückführbar ist.
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