Verfahren zur Herstellung von einem elektrischen Leiter aus einer Aluminiumlegierung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstallung eines elektrischen Leiters aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi mit hoher Stromtragfähigkeit.

[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 Stromschleifschuhe 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] Aus GB-A-2 096 172, US-A-4 405 385, US-A-4 065 326 und GB-A-1 511 087 sind Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiter aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi in der Form gezogener Drähte bekannt. Die auf Enddicke gezogenen Drähte werden warm ausgelagert. Als Beispiele für Warmauslagerungsbedingungen sind genannt: 10 Stunden bei 145°C, 5 Stunden bei 164°C, 7 Stunden bei 155°C und 1 bis 12 Stunden bei 220° bis 280°C.

[0009] 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%
Brinetlhärte	HB	75
elektr. Leitfähigkeit	χ	32 MS/m

[0010] Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt ein Verfahren mit den Merkmalen von Auspruch 1.

[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 in einem Temperaturbereich von 165 bis 175°C während 19 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 6101B 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
ENAW6101B	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: A513,7%, 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. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Leiters aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AIMgSi mit hoher Stmmtragfähigkeit,
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 überafterten Zustandes T7 in einem Temperaturbereich von 165 bis 175°C während 19 bis 21 h warm ausgelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil an der Strangpresse abgeschreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil an der Strangpresse mit Wasser abgeschreckt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil als Stromschiene verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mit einer Auflage aus Edelstahl im Verbund stranggepresst und als Verbundstromschiene verwendet wird.

Claims

1. Method of producing an electrical conductor from an aluminium alloy of the AlMgSi type with a high current-carrying capacity, characterised in that an alloy containing (in % by weight)

silicon		0.4	to	0.6
iron		0.15	to	0.2
copper	max.	0.03
manganese	max.	0.05
magnesium		0.4	to	0.6
chromium	max.	0.01
zinc	max.	0.03
titanium	max.	0.02

and other alloying constituents, individually to a max. of 0.03 and in total to a max. of 0.10, with the remainder aluminium, is extruded to form a section and is then artificially aged at a temperature in the range of 165 to 175°C for 19 to 21 hours in order to produce the overaged condition T7.

2. Method according to claim 1, characterised in that the section is press quenched.

3. Method according to claim 2, characterised in that the section is press quenched with water.

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that the section is used as a conductor rail.

5. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that the section is co-extruded with a stainless steel support and is used as a composite conductor rail.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un conducteur électrique à partir d'un alliage d'aluminium du type AlMgSi ayant une capacité de résistance à la charge électrique élevée,
caractérisé en ce que l'on extrude en un profilé un alliage avec (en % en poids)

Silicium		0,4	à	0,6
Fer		0,15	à	0,2
Cuivre	max.	0,03
Manganèse	max.	0,05
Magnésium		0,4	à	0,6
Chrome	max.	0,01
Zinc	max.	0,03
Titane	max.	0,02

les autres composants d'alliage constituant chacun au maximum 0,03, pour au total un maximum de 0,10, et de l'aluminium pour le reste, que l'on stocke ensuite à chaud dans une plage de températures de 165 à 175°C pendant 19 à 21 h pour produire l'état survieilli T7.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilé est refroidi sur l'extrudeuse.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le profilé est refroidi à l'eau sur l'extrudeuse.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le profilé est utilisé comme rail électrifié.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le profilé est extrudé en composite avec un placage d'acier inoxydable et qu'il est utilisé comme rail électrifié composite.