Elektrischer Leiter aus einer Aluminiumlegierung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi mit hoher Stromtragfähigkeit. Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zur Herstellung des elektrischen Leiters sowie eine Stromschiene und eine Verbundstromschiene.

[0002] Es ist bekannt, für den Antrieb elektrischer Bahnen, Kabinentaxis, Laufkrane und dgl. Stromschienen zu verwenden, wenn Freileitungen ausser Betracht fallen. Unter den Stromschienen haben sich vor allem Stromschienen aus einem Aluminiumprofil mit einer Edelstahlauflage als Lauffläche für Strom-schleifschuhe durchgesetzt.

[0003] Eine wirtschaftliche Herstellung von sogenannten Verbundstromschienen erfolgt im Strangpressverfahren. In der Schweisskammer des Strangpresswerkzeuges entsteht unter dem Einfluss von Druck und Temperatur eine metallische Bindung zwischen dem Aluminiumprofil und der Edelstahlauflage.

[0004] Für Anwendungen von Strangpressprofilen aus Aluminium als Stromschienen in der Elektrotechnik ist die elektrische Leitfähigkeit der eingesetzten Legierung von Bedeutung. Dies gilt selbstverständlich auch für Verbundstromschienen aus stranggepresstem Aluminium mit Edelstahlauflage.

[0005] Kenngrösse von Stromschienen ist die Stromtragfähigkeit. Diese hängt im wesentlichen vom elektrischen Widerstand pro Längeneinheit ab. Der elektrische Widerstand pro Längeneinheit ergibt sich als Produkt des spezifischen elektrischen Widerstandes multipliziert mit der Leiterlänge dividiert durch den Querschnitt des Aluminiumprofils. Aus dieser Beziehung ergibt sich, dass bei gegebenem Aluminiumprofilquerschnitt dann eine höhere Stromtragfähigkeit bzw. reduzierte elektrische Verlustleistungen erreicht werden können, wenn ein Werkstoff mit verbesserten Leitwerten eingesetzt wird. Andererseits kann durch den Einsatz von Aluminiumlegierungen mit optimierten Leitwerten versucht werden, bei gleichen elektrischen Eigenschaften des Produktes den Querschnitt des Aluminiumprofil, das Aluminiumeinsatzgewicht sowie in der Folge die Materialkosten zu reduzieren.

[0006] Bei der werkstoff- und fertigungsseitigen Optimierung von Strangpresslegierungen für die Elektrotechnik ist grundsätzlich ein Zielkonflikt zwischen mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu berücksichtigen. So ist generell festzustellen, dass die Verbesserung elektrotechnischer Eigenschaften die Einschränkung mechanischer Werte wie beispielsweise der Zugfestigkeit, Streckgrenze und Werkstoffhärte zur Folge hat.

[0007] Nach DIN EN 573-3 sind für Anwendungen in der Elektrotechnik hauptsächlich folgende Legierungen und Legierungszusammensetzungen bekannt:

Bezeichnung	EN AW 6101B	EN AW 6060	EN AW 6063
Silizium	0,30 - 0,6	0,30 - 0,6	0,20 - 0,6
Eisen	0,10 - 0,30	0,10 - 0,30	0,35
Kupfer	0,05	0,10	0,10
Mangan	0,05	0,10	0,10
Magnesium	0,35 - 0,6	0,35 - 0,6	0,45 - 0,9
Chrom	-	0,05	0,10
Zink	0,10	0,15	0,10
Titan	-	0,10	0,10
Weitere
- einzeln	0,03	0,05	0,05
- insgesamt	0,10	0,15	0,15

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Leiter aus einer Aluminiumlegierung mit hoher Stromtragfähigkeit bei gleichzeitig hoher mechanischer Festigkeit zu schaffen. Insbesondere soll der elektrische Leiter die folgenden Minimalanforderungen erfüllen:

Zugfestigkeit	Rm	220 MPa
0,2% Dehngrenze	Rp 0,2	200 MPa
Dehnung	A5	10%
Brinellhärte	HB	75
elektr. Leitfähigkeit	χ	32 MS/m

[0009] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass die Legierung in Gew.-%

Silizium	0,4 bis 0,6
Eisen	0,15 bis 0,2
Kupfer	max. 0,03
Mangan	max. 0,05
Magnesium	0,4 bis 0,6
Chrom	max. 0,01
Zink	max. 0,03
Titan	max. 0,02

weitere Legierungsbestandteile einzeln max. 0,03, insgesamt max. 0,10 und Aluminium als Rest enthält, und dass die Legierung in einem überalterten Zustand T7 vorliegt.

[0010] Bevorzugt erfolgt die Herstellung des erfindungsgemässen elektrischen Leiters dadurch, dass die Legierung zu einem Profil stranggepresst und nachfolgend zur Erzeugung des überalterten Zustandes T7 warm ausgelagert wird.

[0011] Der überalterte Zustand T7 kann generell durch eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 160 bis 230 °C während einer Zeitdauer von 5 bis 30 h erreicht werden. Im allgemeinen strebt man aus Produktivitätsgründen jedoch eine Minimierung der Glühdauer an.

[0012] Erfindungsgemäss erfolgt die Warmauslagerung hingegen bevorzugt in einem Temperaturbereich von 165 bis 175°C während etwa19 bis 21 h.

[0013] Das Profil kann an der Strangpresse beispielsweise mit Wasser abgeschreckt werden.

[0014] Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für den erfindungsgemässen elektrischen Leiter sind stranggepresste Strom- bzw. Verbundstromschienen.

[0015] Die Vorzüge des erfindungsgemässen elektrischen Leiters gegenüber Leitern nach dem Stand der Technik ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles.

[0016] In der nachfolgenden Tabelle sind die an einem erfindungsgemässen Leiter im Werkstoffzustand T7 gemessenen Kennwerte verschiedenen Leitern nach dem Stand der Technik aus den Legierungen EN AW 6101 B T6/T7, EN AW 6060 T66 sowie EN AW 6063 T6 nach DIN EN 573-3 und Eigenschaften nach DIN EN 755-2 gegenübergestellt. Der erfindungsgemässe Werkstoffzustand T7 wurde durch eine Glühung bei 170°C während 20 h eingestellt.

Werkstoff	Zustand	Rm [MPa]	Rp0,2 [MPa]	χ [MS/m] 20°C
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)
Erfindung	T7	min. 220	min. 200	min. 32

[0017] Zusätzlich wurden beim erfindungsgemässen Leiter noch die folgenden Kennwerte ermittelt: A5 13,7%, HB=78.

[0018] Die bei vergleichbaren Festigkeitswerten erhöhte Leitfähigkeit des erfindungsgemässen Leiters ist ohne weiteres erkennbar. Mit der Verwendung des erfindungsgemässen Leiters lassen sich bei gleicher Profilgeometrie von Stromschienen Spannungsabfälle und Leistungsverluste in elektrischen Netzen ohne Mehrkosten um rund 5% reduzieren.

Ansprüche

1. Elektrischer Leiter aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi mit hoher Stromtragfähigkeit,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierung in Gew.-%

Silizium	0,4 bis 0,6
Eisen	0,15 bis 0,2
Kupfer	max. 0,03
Mangan	max. 0,05
Magnesium	0,4 bis 0,6
Chrom	max. 0,01
Zink	max. 0,03
Titan	max. 0,02

weitere Legierungsbestandteile einzeln max. 0,03, insgesamt max. 0,10 und Aluminium als Rest enthält, und dass die Legierung in einem überalterten Zustand T7 vorliegt.

2. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi mit hoher Stromtragfähigkeit,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Legierung mit (in Gew.-%)

Silizium	0,4 bis 0,6
Eisen	0,15 bis 0,2
Kupfer	max. 0,03
Mangan	max. 0,05
Magnesium	0,4 bis 0,6
Chrom	max. 0,01
Zink	max. 0,03
Titan	max. 0,02

weitere Legierungsbestandteile einzeln max. 0,03, insgesamt max. 0,10 und Aluminium als Rest zu einem Profil stranggepresst und nachfolgend zur Erzeugung des überalterten Zustandes T7 warm ausgelagert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der überalterte Zustand T7 durch eine Warmauslagerung in einem Temperaturbereich von 160 bis 230°C während einer Zeitdauer von 5 bis 30 h erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmauslagerung in einem Temperaturbereich von 165 bis 175°C während etwa 19 bis 21 h durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil an der Strangpresse vorzugsweise mit Wasser abgeschreckt wird.

6. Stromschiene aus einem elektrischen Leiter nach Anspruch 1, hergestellt durch Strangpressen.

7. Verbundstromschiene aus einem elektrischen Leiter nach Anspruch 1 mit einer Auflage aus Edelstahl, hergestellt durch Verbundstrangpressen.