ES2326552T3 - Conductor electrico compuesto y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Conductor eléctrico compuesto formado por una aleación base de CuAg con una proporción de Ag entre el 0,08 y el 0,12%, en el que el borde (14) o el alma (20, 22) del conductor compuesto (10, 11, 12) está hecho de una aleación de CuMg con una proporción de Mg entre el 0,1 y el 0,7%.

Description

Conductor eléctrico compuesto y procedimiento para su fabricación.

La invención se refiere a un conductor eléctrico compuesto, en particular hilo de contacto, y un procedimiento para su fabricación.

Se han hecho distintas propuestas para mejorar conductores compuestos (en particular hilo de contacto) respecto a su solidez mecánica, no debiendo producirse, no obstante, una reducción de la conductividad eléctrica. Por ejemplo, se han añadido otros constituyentes de aleación a material conductor de cobre, que contribuyen a una solidificación mecánica del material conductor, y que, por ejemplo con ayuda de plata, no reducen sustancialmente la conductividad eléctrica.

Estado de la técnica

Son conocidos los conductores compuestos y los procedimientos de fabricación correspondientes. Para distintos casos de aplicación en la técnica de conductores eléctricos ya se han propuesto configuraciones correspondientemente diferentes. En la técnica de supraconductores se exigen aplicaciones muy especiales. Para la fabricación de barras, perfiles y cuerpos huecos, se ha extendido ampliamente la aplicación de instalaciones de extrusión, que se conocen por el nombre de procedimientos "conform" (= continuos forming). Unas instalaciones anteriores se basan en una invención descrita en el documento DE 221169C2. Para el procedimiento ha llegado a imponerse el nombre Holton Conform, puesto que está relacionado con una compañía Holton, que es, por ejemplo, la titular de la solicitud EP 0494 755 A1. La aplicación de envolturas a material alargado se llama conform cladding. Nuevas variantes de la técnica de fabricación están descritas, por ejemplo, en el documento EP 0125 788 A2. El documento JP-A-02 267 811 da a conocer un conductor eléctrico compuesto con un alma de una aleación base de CuAg y un borde de
Cu.

Objetivo

La invención tiene el objetivo de especificar la estructura de un conductor eléctrico compuesto y un procedimiento para su fabricación, para obtener un conductor con una conductividad eléctrica máxima y una solidez mecánica óptima.

En la reivindicación principal se indica como se consigue el objetivo. En las reivindicaciones subordinadas se indican otras variantes ventajosas. El procedimiento de fabricación se define en una reivindicación subordinada.

La invención

Las propiedades mecánicas y eléctricas del conductor compuesto propuesto superan las de los materiales hasta ahora disponibles. Al mismo tiempo puede adaptarse un margen amplio a distintos requisitos. Por lo tanto, aumenta la flexibilidad del procedimiento de fabricación y la ampliación de la variedad del producto.

La invención y, por lo tanto, el conductor compuesto, está formada por una aleación base de CuAg con una proporción de Ag entre el 0,08 y el 0,12% y el borde o el alma del conductor compuesto está formado por una aleación de CuMg con una proporción de Mg entre el 0,1 y el 0,7%.

Otras configuraciones prevén lo siguiente:

La proporción de Mg de la aleación de CuMg es preferiblemente del 0,5% de Mg. La proporción de plata en la aleación base es preferiblemente del 0,1% de Ag.

La proporción de superficie de la aleación existente en el lado del alma en la sección transversal del conductor compuesto se encuentra entre el 10 y el 80%. La proporción de superficie de una aleación de CuMg existente en el alma debe ser preferiblemente del 50%.

La estructura del alma puede estar formada por una sola cuerda de hilo o por varias cuerdas de hilo.

En caso de existir en el lado del alma varias cuerdas de hilo, las cuerdas de hilo tienen aproximadamente el mismo diámetro.

El conductor compuesto puede fabricarse con distintas secciones transversales. Estas secciones transversales pueden ser: circulares para la fabricación de hilo de sección redonda, aproximadamente rectangular, para la fabricación de una barra conductora o perfilado para un hilo perfilado. Como campo de aplicación preferible de un hilo perfilado se hace referencia a los hilos de contacto (trolley wires). En este contexto se remite a la norma EN 50149, en la que se normalizan los hilos de contacto.

Para la fabricación del conductor compuesto según la invención, se propone el conocido procedimiento de extrusión. Se trata de la fabricación de barras o hilos mediante extrusión. El material de la envoltura se introduce en (dos) ranuras circunferenciales de una rueda extrusionadora, generándose por la alta fricción en un contrasoporte una estructura fluida, tubular, que sale del orificio de la extrusionadora como envoltura del material del alma. El material del alma se introduce empujando mediante un mandril de pórtico hueco tangencialmente respecto a la rueda extrusionadora; el material de la envoltura envuelve el material del alma. A continuación, el producto se hace pasar por una o varias hileras de estirar y se estira hasta alcanzar la medida final. Ya se ha mencionado que en el mercado hay instalaciones de extrusión adecuadas.

En la invención se aprovecha la alta capacidad de solidificación y la buena conductividad de las aleaciones de CuMg en combinación con la alta conductividad, la capacidad de solidificación mediana y el buen comportamiento de desgaste de las aleaciones de CuAg. Por lo tanto, el área físicamente limitada de los hilos de contacto convencionales, que sólo están hechos de una aleación, puede ampliarse claramente con los constituyentes de aleación propuestos en cuanto a la solidez y la conductividad eléctrica. En particular, en comparación con los hilos de contacto compuestos anteriormente conocidos de hilo de cobre envuelto con acero, el hilo de contacto compuesto propuesto, además de su mejor conductividad eléctrica, no es propenso a la corrosión y también pueden conseguirse materiales más valiosos en su reciclaje.

Como hilo de contacto puede fabricarse un hilo de contacto ranurado, que en el alma contiene al menos un hilo de CuMg 0,1...0,7 y que está envuelto por una envoltura de CuAg 0,1. El hilo del alma puede ser de sección redonda o puede estar adaptado más o menos al perfil exterior de la envoltura (perfil ranurado). La proporción de superficie del hilo del alma de la sección transversal del conductor compuesto puede variar dentro de unos límites amplios. El hilo del alma se caracteriza porque se ajusta mediante distintos grados de conformación en frío a una solidez deseada y se incorpora con esta solidez en el compuesto. Mediante una conformación en frío aplicada de forma adicional según la extrusión conform Holton (por ejemplo), se realiza otra solidificación del hilo de contacto compuesto. Con ello es posible una variabilidad de las propiedades ajustables del producto (especialmente la solidez y la conductividad eléctrica). Además, en función de las propiedades deseadas del hilo de contacto compuesto es posible una fabricación cercana al perfil final con un esfuerzo de estirado reducido.

No obstante, el emparejamiento de materiales también es posible en otra forma, estando embutido en el alma al menos un hilo de CuAg 0,1 y estando envuelto el alma por una envoltura de CuMg 0,1...0,7.

Tendrá un efecto ventajoso en las propiedades de tendido del hilo de contacto (ondulación baja o reducida tras el desenrollado de la roldana para cables) que, al aplicarse un grado de conformación en frío relativamente elevado tras el procedimiento conform Holton, la solidificación de la envoltura de CuAg ya se encuentra en el área de la saturación (equilibrio termodinámico) estando la solidez de la envoltura en general claramente por debajo de la del hilo de alma. Además, la homogeneidad de la estructura del hilo del alma altamente resistente es sustancialmente mayor que, por ejemplo, la de un hilo de contacto convencional de un solo material, por lo que pueden conseguirse propiedades mecánicas más uniformes a lo largo de toda la longitud del hilo de contacto.

Como propiedades de material puede estimarse que, por ejemplo, con una proporción de superficie del hilo del alma del 25% de CuMg 0,5 resulta una conductividad del 90% IACS (52 MS m^{-1}), así como una resistencia a la tracción de al menos 435 N/mm^{2} y con una proporción de superficie del hilo del alma del 50% de CuMg 0,5 resulta una conductividad del 81% IACS (47 MS m^{-1}), así como una resistencia a la tracción de 490 N/mm^{2}.

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Procedimiento de fabricación

Mediante un procedimiento de fabricación convencional, se fabrica un hilo de alma (de sección redonda o como hilo perfilado) con una solidez y conductividad eléctrica definidas (elevadas) de una aleación de CuMg (p.ej. Cu/Mg 0,5). La superficie del o de los hilos del alma se libera con esmero de capas extrañas o de corrosión, por ejemplo mediante un tratamiento químico. En el caso de hilos de alma con superficie activada, libre de sustancias extrañas, queda garantizado que puede conseguirse una buena unión de los materiales con el material de la envoltura. Es importante la limpieza de la superficie, para que en el posterior procedimiento de conformación se mantenga la íntima unión de materiales entre el hilo del alma y la envoltura.

Un hilo de alma así fabricado y previamente tratado es provisto de una envoltura en un procedimiento conform-cladding con un material CuAg 0,1 que ofrece una conductividad muy buena. Durante el procedimiento debería impedirse preferiblemente que el hilo del alma recristalice al estar expuesto a la carga térmica que se genera. El hilo compuesto obtenido se ha de pasar a su forma de perfil definitiva mediante otras etapas de estirado y se sigue solidificando durante este proceso. En función de la proporción de sección transversal necesaria, el hilo del alma puede incorporarse como hilo de sección redonda o hilo perfilado. El procedimiento de fabricación debe controlarse de tal forma que en la zona del borde o de la envoltura no queden dispuestos hilos de alma cerca de la superficie del conductor compuesto, de modo que en la zona de la envoltura de aproximadamente un 10% del diámetro no hay hilo de alma. La reducción de la sección transversal en el procedimiento de estirado influye en la solidez final del producto. Para fabricar un hilo de contacto adecuado para el uso para trenes de alta velocidad se realiza una reducción relativamente grande de la sección transversal. Los hilos de contacto de este tipo se montan con un esfuerzo de tracción especialmente elevado, de modo que se desvían sólo poco bajo la presión de un pantógrafo y garantizan una gran velocidad de propagación de ondas de este levantamiento. Por lo tanto, una gran solidez mecánica es condición previa para la aplicación.

Se ha mencionado que los conductores compuestos según la invención también pueden usarse como barras conductoras. Las barras conductoras se usan de forma estacionaria en instalaciones de distribución eléctrica, de modo que para esta aplicación la solidez mecánica sólo tiene una importancia secundaria.

Descripción de las figuras

La invención se representa en tres dibujos, que muestran concretamente:

La fig. 1 el corte transversal de un hilo de sección redonda con varios hilos de alma;

la fig. 2 el corte transversal de un hilo de contacto con sólo un hilo de alma y

la fig. 3 el corte transversal de un hilo de contacto con varias cuerdas de hilo embutidas.

En la fig. 1 se ha dibujado un hilo de sección redonda 12, en el que están dispuestos varios hilos de alma 22. Los hilos individuales 22 están distribuidos de forma irregular en el material 14 y están dispuestos a distancia de la superficie del hilo de sección redonda, de modo que existe una zona de borde libre de hilo de alma. La regularidad de la distribución de los hilos individuales depende del procedimiento de fabricación usado y es, por lo tanto, controlable.

La fig. 2 muestra un hilo de contacto 10 (hilo de contacto ranurado o trolley wire), según EN 50149, que en el alma 20 contiene un hilo de CuMg 0,1...0,7 y que está envuelto por una envoltura 14 de CuAg 0,1. El hilo de alma 20 es un hilo de sección redonda, que se ha conformado también mediante el perfilado, por lo que ha obtenido una sección transversal en forma de pera. Se entiende fácilmente que la forma de la sección transversal del hilo del alma depende del grado de conformación y de la forma del perfil de partida extrusionado, de modo que también pueden fabricarse hilos de contacto que presentan un hilo de alma de sección aún casi redonda.

La proporción de superficie del hilo del alma de la sección transversal del conductor compuesto puede variar dentro de unos límites amplios (entre el 10 y el 80%). Cuando en el lado del alma está prevista una aleación de CuMg, la proporción de superficie de esta aleación de CuMg debe ser preferiblemente del 50%.

La fig. 3 muestra un hilo de contacto 11 que contiene en el alma varias cuerdas de hilo 22, que están distribuidas de forma más o menos regular. Las cuerdas de hilo 22 proceden preferiblemente de una reserva de hilo con un diámetro uniforme, de modo que también las cuerdas de hilo empotradas presentan una sección transversal aproximadamente uniforme, en la medida en la que no experimentan distintas conformaciones en la fase de fabricación. No obstante, las cuerdas de hilo pueden presentar también una sección transversal no redonda.

Como ejemplo numérico para un hilo de contacto se indica finalmente lo siguiente: sección transversal del hilo de alma 4 mm^{2}. Con una proporción de superficie de los hilos de alma del 50%, en un hilo de contacto ranurado (según la norma arriba indicada) con una sección transversal de aprox. 120 mm^{2} deberían introducirse aproximadamente 15 hilos de alma.

Claims (9)

1. Conductor eléctrico compuesto formado por una aleación base de CuAg con una proporción de Ag entre el 0,08 y el 0,12%, en el que el borde (14) o el alma (20, 22) del conductor compuesto (10, 11, 12) está hecho de una aleación de CuMg con una proporción de Mg entre el 0,1 y el 0,7%.

2. Conductor compuesto según la reivindicación 1, caracterizado porque en el área de sección transversal del conductor compuesto (10, 11, 12) se encuentra una proporción de alma del conductor (20, 22) entre el 10 y el 80%.

3. Conductor compuesto según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el alma (20, 22) está formada por al menos una cuerda (20).

4. Conductor compuesto según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el alma están dispuestas varias cuerdas de hilo (22) y las cuerdas de hilo (22) tienen aproximadamente la misma sección transversal.

5. Conductor compuesto según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conductor compuesto (12) tiene una sección transversal redonda.

6. Conductor compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el conductor compuesto está realizado como hilo ranurado (10, 11), en particular como hilo de contacto.

7. Conductor compuesto según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en una zona de envoltura de aproximadamente un 10% del diámetro no hay ninguna cuerda de hilo.

8. Procedimiento para la fabricación de un conductor compuesto con un emparejamiento de aleaciones según la reivindicación 1, caracterizado por las etapas:

-

se fabrica al menos una cuerda de hilo (22) de una primera aleación,

-

se introduce al menos una cuerda de hilo (22) en una instalación de extrusión proveyéndose de una envoltura (14) de una segunda aleación,

-

el conductor compuesto (10, 11, 12) fabricado se estira al menos una vez mediante una hilera de estirar y se le confiere la forma de perfil definitiva durante este proceso, siendo la primera aleación una aleación de CuAg con una proporción de Ag entre el 0,08 y el 0,12% y la segunda aleación una aleación de CuMg con una proporción de Mg entre el 0,1 y el 0,7% o siendo la primera aleación una aleación de CuMg con una proporción de Mg entre el 0,1 y el 0,7% y la segunda aleación una aleación de CuAg con una proporción de Ag entre el 0,08 y el 0,12%.

9. Procedimiento para la fabricación de un conductor compuesto según la reivindicación 10, caracterizado porque, antes de aplicar la envoltura, la superficie de la o de las cuerdas de hilo (22) se libera de una capa de sustancias extrañas.