Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstallung eines elektrischen Leiters aus einer Aluminiumlegierung vom Typ AlMgSi mit hoher Stromtragfähigkeit.
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.
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.
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.
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.
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.
Nach DIN EN 573-3 sind für Anwendungen in der Elektrotechnik hauptsächlich folgende Legierungen und Legierungszusammensetzungen bekannt:
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.
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:
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt ein Verfahren mit den Merkmalen von Auspruch 1.
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.
Erfindungsgemäss erfolgt die Warmauslagerung hingegen in einem Temperaturbereich von 165 bis 175°C während 19 bis 21 h.
Das Profil kann an der Strangpresse beispielsweise mit Wasser abgeschreckt werden.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für den erfindungsgemässen elektrischen Leiter sind stranggepresste Strom- bzw. Verbundstromschienen.
Die Vorzüge des erfindungsgemässen elektrischen Leiters gegenüber Leitern nach dem Stand der Technik ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles.
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
Zusätzlich wurden beim erfindungsgemässen Leiter noch die folgenden Kennwerte ermittelt: A513,7%, HB=78.
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.