ES2257281T3 - Procedimiento para la produccion de un conductor electrico a partir de una aleacion de aluminio. - Google Patents

Procedimiento para la produccion de un conductor electrico a partir de una aleacion de aluminio.

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Abstract

Procedimiento para la producción de un conductor eléctrico a base de una aleación de aluminio del tipo AlMgSi con una alta capacidad de transmisión de corriente eléctrica, caracterizado porque una aleación con (en % en peso) silicio de 0, 4 a 0, 6 hierro de 0, 15 a 0, 2 cobre max. 0, 03 manganeso max. 0, 05 magnesio de 0, 4 a 0, 6 cromo max. 0, 01 zinc max. 0, 03 titanio max. 0, 02 otros componentes de aleación individualmente max. 0, 03, en particular max. 0, 10 y aluminio como resto, se extrude para dar un perfil y seguidamente, para la producción del estado muy envejecido T7, se envejece en caliente durante 19 a 21 h en un intervalo de temperaturas de 165 a 175ºC.

Description

Procedimiento para la producción de un conductor eléctrico a partir de una aleación de aluminio
El invento se refiere a un procedimiento para la producción de un conductor eléctrico a partir de una aleación de aluminio del tipo AlMgSi con una alta capacidad de transmisión de corriente eléctrica.
Es conocido, para la propulsión de trenes y tranvías eléctricos, taxis de cabinas (monorraíles), grúas correderas, puentes-grúa y similares, utilizar carriles conductores de corriente eléctrica, cuando las líneas aéreas quedan fuera de consideración. Entre los carriles conductores de corriente eléctrica se han impuesto sobre todo carriles de corriente a base de un perfil de aluminio con una capa superpuesta de acero inoxidable como superficie de movimiento para los patines deslizantes de toma de corriente.
Una producción rentable de los denominados carriles conductores compuestos se efectúa según el procedimiento de extrusión. En la cámara de soldadura de la herramienta de extrusión se forma, bajo la influencia de la presión y de la temperatura, una unión metálica entre el perfil de aluminio y la capa superpuesta de acero inoxidable.
Para utilizaciones de perfiles extrudidos a base de aluminio como carriles conductores de corriente en la electrotecnia, presenta importancia la conductibilidad eléctrica de la aleación empleada. Esto es válido, evidentemente, también para carriles conductores compuestos a base de aluminio extrudido con una capa superpuesta de acero inoxidable.
Una magnitud característica de los carriles conductores de corriente eléctrica es la capacidad de transmisión de corriente eléctrica. Ésta depende en lo esencial de la resistencia eléctrica por unidad de longitud. La resistencia eléctrica por unidad de longitud se establece como el producto aritmético de la resistencia eléctrica específica multiplicada por la longitud del conductor y dividida por la sección transversal del perfil de aluminio. A partir de esta relación se establece que, con una sección transversal dada del perfil de aluminio, se pueden conseguir una más alta capacidad de transmisión de corriente eléctrica y respectivamente unas reducidas potencias de pérdidas eléctricas, cuando se emplea un material con unos valores mejorados de conducción. Por otra parte, mediante el empleo de aleaciones de aluminio con valores optimizados de conducción, se puede intentar, manteniendo las mismas propiedades eléctricas del producto, reducir la sección transversal del perfil de aluminio, el peso empleado de aluminio y, como consecuencia, los costos de materiales.
En el caso de la optimización, por la parte de los materiales y de la fabricación, de aleaciones de extrusión para la electrotecnia, se ha de tomar en consideración fundamentalmente un conflicto de objetivos entre las propiedades mecánicas y eléctricas. Así, en general, se puede comprobar que la mejoría de las propiedades electrotécnicas tiene como consecuencia la restricción de valores mecánicos, tales como por ejemplo la resistencia a la tracción, el límite de estiramiento y la dureza del material.
De acuerdo con la norma DIN EN 573-3 para utilizaciones en la electrotecnia, se conocen principalmente las siguientes aleaciones y composiciones de aleaciones:
Denominación EN AW 6101B EN AW 6060 EN AW 6063
Silicio 0,30 - 0,6 0,30 - 0,6 0,20 - 0,6
Hierro 0,10 - 0,30 0,10 - 0,30 0,35
Cobre 0,05 0,10 0,10
Manganeso 0,05 0,10 0,10
Magnesio 0,35 - 0,6 0,35 - 0,6 0,45 - 0,9
Cromo - 0,05 0,10
Zinc 0,10 0,15 0,10
Titanio - 0,10 0,10
Otros elementos
- individualmente 0,03 0,05 0,05
- en total 0,10 0,15 0,15
A partir de los documentos de patentes británicas GB-A 2.096.172, y de patentes de los EE:UU. US-A-4.405.385, US-A-4.065.326 y GB-A-1.511.087 se conocen procedimientos para la producción de conductores eléctricos a partir de una aleación de aluminio del tipo AlMgSi en la forma de alambres estirados. Los alambres estirados hasta el grosor definitivo se envejecen en caliente. Como ejemplos para condiciones de envejecimiento en caliente se mencionan: 10 horas a 145ºC, 5 horas a 160ºC, 7 horas a 175ºC, y de 1 a 12 horas a 220 hasta 280ºC.
El invento se basó en la misión de proporcionar un conductor eléctrico a base de una aleación de aluminio con una alta capacidad de transmisión de corriente eléctrica, al mismo tiempo que con una alta resistencia mecánica. En particular, el conductor eléctrico debe cumplir los siguientes requisitos mínimos:
Resistencia a la tracción Rm 220 MPa
Límite de alargamiento de 0,2% Rp 0,2 200 MPa
Alargamiento A_{5} 10%
Dureza Brinell HB 75
Conductibilidad eléctrica X 32 MS/m
A la resolución conforme al invento del problema planteado por esta misión, conduce un procedimiento con las características de la reivindicación 1.
El estado muy envejecido T7 se puede conseguir generalmente mediante un tratamiento térmico en un intervalo de temperaturas de 160 a 230ºC durante un período de tiempo de 5 a 30 h. En general, por razones de productividad, se pretende sin embargo una reducción al mínimo de la duración del recocido.
Conforme al invento, el envejecimiento en caliente se efectúa, por el contrario, en un intervalo de temperaturas de 165 a 175ºC durante 19 a 21 h.
El perfil se puede enfriar bruscamente (templar) por ejemplo con agua junto a la prensa de extrusión.
Un sector preferido de utilización para los conductores eléctricos conformes al invento es la de carriles conductores, y respectivamente carriles conductores compuestos, extrudidos.
Las ventajas del conductor eléctrico conforme al invento con respecto a conductores de acuerdo con el estado de la técnica se establecen a partir de la siguiente descripción de un ejemplo preferido de realización.
En la siguiente tabla se comparan los valores característicos, medidos en un conductor conforme al invento en el estado de material T7, de diferentes conductores de acuerdo con el estado de la técnica a base de las aleaciones EN AW 6101B T6/T7, EN AW 6060 T66 así como EN WA 6063 T6, de acuerdo con la norma DIN EN 573-3, y las propiedades de acuerdo con la norma DIN EN 75-22. El estado de material T7 conforme al invento se ajustó mediante un recocido a 170ºC durante 20 h.
Material Estado Rm [MPa] Rp0,2 [MPa] X [MS/m] 20ºC
EN AW 6101B T6 min. 215 min. 160 min. 30
EN AW 6101B T7 min. 170 min. 120 min. 32
EN AW 6060 T66 min. 215 min. 160 (min. 30)
EN AW 6063 T6 min. 215 min. 170 (min. 30)
del invento T7 min. 220 min. 200 min. 32
[min. = como mínimo; max. = como máximo]
Adicionalmente, en el conductor conforme al invento se determinaron todavía los siguientes valores característicos: A5 13,7%, HB = 78.
La conductibilidad elevada con valores comparables de resistencia mecánica, del conductor conforme al invento, se puede reconocer sin ninguna dificultad. Con la utilización del conductor conforme al invento se pueden reducir en alrededor de un 5%, con la misma geometría del perfil de carriles conductores de corriente, las caídas de tensión y las pérdidas de potencia en redes eléctricas, sin costos suplementarios.

Claims (5)

1. Procedimiento para la producción de un conductor eléctrico a base de una aleación de aluminio del tipo AlMgSi con una alta capacidad de transmisión de corriente eléctrica,
caracterizado porque
una aleación con (en % en peso)
silicio de 0,4 a 0,6 hierro de 0,15 a 0,2 cobre max. 0,03 manganeso max. 0,05 magnesio de 0,4 a 0,6 cromo max. 0,01 zinc max. 0,03 titanio max. 0,02
otros componentes de aleación individualmente max. 0,03, en particular max. 0,10 y aluminio como resto, se extrude para dar un perfil y seguidamente, para la producción del estado muy envejecido T7, se envejece en caliente durante 19 a 21 h en un intervalo de temperaturas de 165 a 175ºC.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el perfil se enfría bruscamente junto a la prensa de extrusión.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el perfil se enfría bruscamente con agua junto a la prensa de extrusión.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el perfil se utiliza como carril conductor de corriente eléctrica.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el perfil con una capa superpuesta a base de acero inoxidable en el material compuesto se extrude y se utiliza como carril conductor compuesto de corriente eléctrica.
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