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DE20117301U1 - Vorrichtung für die Herstellung metallener Flachbandleiter - Google Patents

Vorrichtung für die Herstellung metallener Flachbandleiter

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DE20117301U1
DE20117301U1 DE20117301U DE20117301U DE20117301U1 DE 20117301 U1 DE20117301 U1 DE 20117301U1 DE 20117301 U DE20117301 U DE 20117301U DE 20117301 U DE20117301 U DE 20117301U DE 20117301 U1 DE20117301 U1 DE 20117301U1
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Fuhr Karl GmbH and Co KG Maschinenfabrik
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Description

EW 10365 Gbm
Karl Fuhr GmbH & Co. KG Maschinenfabrik, Industriestraße Nord 7, 32805 Horn-Bad Meinberg
5
Vorrichtung für die Herstellung metallener Flachbandleiter
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Herstellung von metallenen Flachbandleitern durch ein Kaltwalz-Umformverfahren.
Metallene Flachbandleiter, insbesondere aus Kupfer oder Kupferlegierungen, werden heute als elektrische Leiter beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie bevorzugt, da diese Flachbandleiter den Vorteil der besseren . Konfektionierung haben und darüber hinaus aufgrund der größeren Oberfläche gegenüber einem Runddraht elektrisch höher belastbar sind, da über die großen Oberflächen die Wärme besser abgeführt werden kann.
Bei der Herstellung eines solchen Flachbandleiters durch Kaltwalz-Umformung durchläuft ein Runddraht als Rohling regelmäßig eine mehrgerüstige Profilwalzanlage mit zumeist und mehr Walzenpaaren für ein Verflachen des Drahtes bis auf eine Endstärke. Typisch dabei ist, dass nach jedem Stich, dem Durchlauf des Drahtes durch ein Walzenpaar, ein weiteres Walzenpaar für eine Randbearbeitung durchlaufen wird, dessen Drehachsen senkrecht auf denen des ersten Walzenpaares stehen. Dieser Durchlauf erfolgt zumeist geschlossen, wobei die Ränder des Drahtes von einer genuteten Walze übergriffen werden, zuweilen auch offen, lediglich zwischen einem zylindrischen Walzenpaar, damit der Rohling maßhaltig weiter bearbeitet werden kann.
Nach Durchlauf durch die Profilwalzanlage steht ein Flachbandleiter dann aufgewickelt auf einer Spule oder dergleichen für die weitere- Endbearbeitung zur Verfügung.
Die in Rede stehenden Profilwalzanlagen sind technisch hochwertige, aufwendig konstruierte Anlagen des Maschinenbaus und damit entsprechend teuer.
Vor diesem Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die vergleichsweise preiswert und gegenüber bekannten Flachdraht-Walzanlagen deutlich vereinfacht die Herstellung von maßgenauen Flachbandleitern erlaubt.
Diese technische Problematik wird durch eine Vorrichtung nach der Erfindung gelöst, auf der ein Runddraht in einem ersten Stich auf eine vorgegebene Breite und in einem folgenden Stich auf eine vorgegebene Stärke ohne weitere Randbearbeitung gewalzt wird.
Eine Kantenbearbeitung während der Kaltumformurig entfällt vollständig. Darüber hinaus erfolgt weiter die Kaltumformung lediglich in zwei Stichen, so dass eine zweigerüstige Walzanlage für das Verfahren nach der Erfindung ausreichend ist, bei der gemäß des Anspruchs 1 darauf abgestellt ist, dass eine zweigerüstige Umformvorrichtung mit zwei unmittelbar folgenden Walzenpaaren. gleich ausgerichteter Drehachsen vorgesehen ist.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass sich durch den ersten Stich die Breite eines Flachbandleiters weitgehend einstellen läßt, wenn das Maß der Verformung vergleichsweise groß gewählt ist.
In dem zweiten Stich erfolgt dann im wesentlichen das Walzen des Flachbandleiters auf die maßgenaue Stärke.
Eine Kantenbearbeitung, insbesondere ein Walzen der Kanten, geschlossen oder offen, erübrigt sich. Gegebenenfalls, auch abhängig von dem umgeformten Material, erfolgt ein Entgraten der Kanten und gegebenenfalls ein Richten des Flachbandleiters.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn der Runddraht vor dem ersten Stich gereckt und/oder gezogen wird. Hierdurch werden dem Draht bspw. innere Spannungen genommen, so dass ein leichtes, insbesondere unverdrehtes Weiterbearbeiten des Draht-Rohlings erleichtert ist.
Bevorzugt wird hierbei der Draht vor dem ersten Stich durch einen Ziehstein gezogen, so dass die Oberfläche des Drahtes mechanisch gesäubert und geglättet und damit der Draht weitestgehend von äußeren Verunreinigungen befreit ist. Weiter wird durch diese Maßnahme eine exakte Kalibrierung des Drahtdurchmessers erreicht.
Insbesondere kann durch diese Maßnahme auch erreicht werden,, dass die Querschnittsfläche des Drahtes vor dem ersten Stich um 5-35% reduziert wird. Beispielhaft wird ein Draht von ca. 3,4 mm Durchmesser auf einen von 2,8 mm Durchmesser reduziert und kann dann dem ersten Stich zugeführt werden.
Durch die Kaltumformung auftretende Spannungen in dem Flachbandleiter v/erden bevorzugt nach einem Stich durch Glühen beseitigt, insbesondere durch Glühen nach dem zweiten Stich.
In vorteilhafter Weise erfolgen sämtliche Arbeitsschritte auf einer Vorrichtung inline, also unmittelbar nachfolgend in einer einzigen Fertigungsstraße.
Als zweckmäßig hat es sich weiter erwiesen, wenn durch eine Regelstrecke der Walzenabstand bei dem ersten Stich die Breite des Flachbandleiters bestimmend nachgeführt wird. Hierzu wird - unmittelbar hinter dem ersten Walzenpaar,
bevorzugt jedoch hinter dem zweiten Walzenpaar - eine Meßstrecke vorgesehen sein, in der die Abmessungen des Flachbandleiters von einer Meßstation erfaßt werden können, insbesondere die Breite, und über die bei Abweichungen von einem Sollmaß der Walzenabstand der Walzen des ersten Walzenpaares über die Regelstrecke nachgeregelt wird.
Das zweite Walzenpaar dient im wesentlichen der exakten Einstellung der Stärke des Flachbandleiters. Auch hierzu ist ■10 zweckmäßigerweise vorgesehen, dass durch eine Regelstrecke der Walzenabstand bei dem zweiten Stich die Stärke des Flachbandleiters bestimmend nachgeführt wird. So werden in der Stärke äußerst, maßgenaue Flachbandleiter erstellt, mit
lediglich ± 1/500 mm Toleranz betreffend die Stärke und ■15 ±0,03 mm hinsichtlich der Breite.
Von Bedeutung erscheint, dass das Verhältnis des Durchmessers des Drahtes zu der Stärke des Flachbandleiters nach dem ersten Stich zwischen 5 und 10 liegt, insbesondere bei etwa
7. Infolge wird im ersten Stich ein Runddraht von beispielsweise 2,8 mm Durchmesser zu einem Flachbandleiter von 0,4 mm Stärke verformt. Hingegen beträgt das Verhältnis der Stärke des Flachbandleiters nach dem ersten Stich zu der Stärke des Flachbandleiters nach dem zweiten Stich zwischen 1,5 und 3, insbesondere etwa 2, und ist damit das Verhältnis deutlich geringer, so dass bei diesem zweiten Stich lediglich von einer exakten Einstellung der Stärke bevorzugt gesprochen werden kann.
Der durch das Walzen-Kaltumformen erhaltene Flachbandleiter weist nach dem zweiten Stich ein Verhältnis der Stärke zur Breite des Flachbandleiters zwischen 1:30 und 1:6.5 weiter bevorzugt auf.
In vorteilhafter Weise kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit
gegenüber herkömmlichen-Walzanlagen erheblich gesteigert .werden, insbesondere kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit
über 450 m/min betragen, bevorzugt etwa 500 m/min. Schnelle herkömmliche Walzanlagen erreichen dagegen regelmäßig etwa 400 m/min.
Die hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit ist nicht zuletzt eine Folge der gemäß der Erfindung vorgesehenen Maßnahme, dass die Bearbeitung inline erfolgt. Darüber hinaus wird auf diese Weise eine äußerst kompakte Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens zur Verfügung gestellt.
In dieser erfolgt die Kaltumformung ausschließlich in eine Richtung; einer besonderen Kantenbearbeitung, insbesondere des Durchlaufs eines weiteren Walzenpaares mit senkrecht auf den Achsen des ersten Walzenpaares stehenden Achsen, bedarf es weiter nicht.
Die Vorrichtung nach der Erfindung weist inline dem ersten Walzenpaar vorgesetzt eine Reck- und/oder Zugvorrichtung für einen umzuformenden Runddraht auf. Insbesondere kann eine kompakte Bauform auch erreicht werden, wenn diese beiden Vorrichtungen unmittelbar miteinander kombiniert sind.
Entsprechendes gilt, wenn inline einem Walzenpaar, insbesondere dem zweiten Walzenpaar, eine Glühvorrichtung für den Flachbandleiter nachgeordnet vorgesehen ist.
Gegebenenfalls kann auch nach dem ersten Walzenpaar eine solche Glühvorrichtung vorgesehen sein, so beispielsweise für den Fall, dass die Duktilität des Werkstoffes des Flachbandleiters nach dem ersten Stich so vermindert ist, dass eine Weiterbearbeitung eingeschränkt ist.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist weiter vorgesehen, .dass eine Flachbandleiter-Meßstation das Maß des Flachbandleiters erfaßt und über eine Regelstrecke den Walzenabstand des ersten Walzenpaares für eine vorgegebene Breite des Flachbandleiters stellt. Diese Flachbandleiter-Meßstation kann unmittelbar hinter dem ersten Walzenpaar, bevorzugt jedoch nach dem zweiten Walzenpaar
angeordnet sein. Die letztere Variante hat den Vorteil, dass ein vorgegebenes Soll-Maß des Flachbandleiters direkt überprüft wird und die Walzenabstände für ein Walzen auf das Sollmaß unmittelbar nachgeregelt werden können. 5
Auch der Walzenabstand des zweiten Walzenpaares wird exakt gestellt, wozu eine Flachbandleiter-Meßstation insbesondere für das Messen der Stärke des Flachbandleiters vorgesehen ist und die über eine Regelstrecke den Walzenabstand des zweiten Walzenpaares für eine vorgegebene Stärke des Flachbandleiters stellt. Diese Meßstation kann mit der Meßstation für das Stellen des ersten Walzenpaares kombiniert sein, insbesondere hinsichtlich der Anordnung hinter dem zweiten Walzenpaar, womit das Einhalten des Sollmaßes in Toleranzen von
± 0,002 mm hinsichtlich der Stärke und ± 0,03 mm hinsichtlich der Breite erreicht werden kann.
In konstruktiver Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, dass durch den Walzenantrieb des zweiten Walzenpaares die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung vorgegeben wird. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass nicht das die größte Umformarbeit leistende erste Walzenpaar die Verarbeitungsgeschwindigkeit bestimmen sollte, sondern das zweite Walzenpaar. Diese Maßnahme steht insbesondere weiter in Verbindung mit der eingangs erläuterten Regelung der Walzenabstände und stellt weitgehend ein maßgenaues Endprodukt sicher.
Da der zweite Walzenantrieb die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung bestimmt, hat es sich weiter als zweckmäßig erwiesen, dass einer Ziehvorrichtung, einem Walzenpaar und/oder einer Glühvorrichtung ein Tänzer zugeordnet ist. Hierbei ist insbesondere daran gedacht, dass jede Bearbeitungsstation mit einer Vortriebsvorrichtung für den Draht einen Tänzer aufweist, der jeweils bevorzugt zwischen der zugehörigen Bearbeitungsstation und der die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung vorgebenden
Vortriebsvorrichtung, hier insbesondere dem Walzenantrieb des zweiten Walzenpaares, angeordnet ist. In Folge dieser Maßnahme ist neben der Geschwindigkeitssynchronisation durch die Tänzer und eine Tänzerregelung nicht nur eine Geschwindigkeitsregelung, sondern auch eine Zugeinstellung ermöglicht.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich schematisch erfindungsgemäße Vorrichtungen dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:
Fig.1: ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung und
Fig.2: ein zweites Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt in der linken Bildhälfte eine Spule 1, von der in üblicher Weise ein Runddraht abgezogen und beispielsweise einem Zwischenspeicher, einem Tänzer 3 oder dergleichen zugeführt wird, so dass eine kontinuierliche Versorgung einer Vorrichtung 4 für ein Kaltumformen des Runddrahtes 2 sichergestellt ist.
Zunächst wird über bspw. eine Umlenkrolle 5 der Runddraht 2 von dem Tänzer 3 einer Reck- und/oder Ziehvorrichtung 6 zugeführt, welche hier lediglich durch einen Ziehstein 7 angedeutet ist. Durch das Ziehen des Drahtes 2, durch den Ziehstein 7, wird zum einen die Oberfläche des Runddrahtes mechanisch von Verunreinigungen, Graten und dergleichen mehr befreit und erfolgt zum anderen eine exakte Einstellung des Drahtdurchmessers. Bei letzterem ist dabei gedacht, eine Reduzierung des Drahtdurchmessers beispielsweise von 3,4 mm auf 2,8 mm bzw. eine Reduzierung der Querschnittsfläche von bis 35 % vorzunehmen.
35
Zwischen zwei Walzen 8,9 eines ersten Walzenpaares erfolgt ein erster Stich, durch den ein Flachbandleiter 10 erhalten wird, der eine Breite aufweist, die dem Endmaß weitgehend
bereits entspricht. Hier wird dies auch durch die Maßnahme erreicht, dass das Verhältnis des Durchmessers des Runddrahtes 2 zu der Stärke des Flachbandleiters 1O nach dem ersten Stich zwischen und 5 und 10 liegt, insbesondere bei etwa 7.
Unmittelbar nach dem ersten Stich, oder wie hier dargestellt bevorzugt nach Durchlaufen der gesamten Kalt-Umformung, kann der fertige Flachbandleiter 11 durch eine Flachbandleiter-Meßstation 12 vermessen werden, durch die bei Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert über eine Regelstrecke 13 der Abstand der Walzen 8,9 gestellt wird, bis die Breite des Flachbandleiters 11 exakt dem vorgegebenen Sollwert entspricht.
. ■
Gegebenenfalls kann nach dem ersten Walzenpaar 8,9 bereits eine Glühvorrichtung 14 vorgesehen sein, bevorzugt und zumeist ausreichend ist jedoch, dass der Flachbandleiter 10 nach dem ersten Stich unmittelbar, ohne jede weitere Bearbeitung, dem zweiten Walzenpaar 15 zuführt wird, dessen Walzen 16, 17 Achsen die gleiche Ausrichtung aufweisen wie die Achsen des ersten Walzenpaares. Durch den Abstand der Walzen 16, 17 des Walzenpaares 15 wird dann im wesentlichen die Stärke des Flachbandleiters 1 1 lediglich noch eingestellt.
Auch dieser Abstand kann über eine Regelstrecke 18 gestellt werden, wenn von der Flachbandleiter-Meßstation 12 Abweichungen in der Stärke von dem vorgegebenen Sollwert feststellt werden.
Nach der Kalt-Umformung durchläuft der Flachbandleiter 11 bevorzugt noch eine Glühstation 19, so dass dem Flachbandleiter 11 bspw. innere Spannungen, Sprödigkeit und dergleichen genommen werden und er als fertiges, weitgehend elastisches und dehnbares Endprodukt beispielsweise auf einer Spule 20 aufgerollt zur Verfügung steht.
Anhand der Fig.2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung näher erläutert.
Von einer Spule, an einer Speichereinrichtung, wie einem Tänzer oder dergleichen, wird ein Runddraht 25 durch einen angedeuteten Ziehstein 26 gezogen, wobei die Querschnittsfläche um bis zu 35% reduziert werden kann, beispielsweise von 3,4 mm Durchmesser auf 2,8 mm Durchmesser. Ein im Durchmesser exakt kalibrierter Draht mit weitgehend gereinigter Oberfläche steht damit für die weitere Bearbeitung zur Verfügung. Unmittelbar der Ziehvorrichtung ist ein Tänzer 27 zugeordnet, über den der gezogene Runddraht einem ersten Walzenpaar 28 zugeführt wird.
Der nach dem ersten Stich erhaltene Flachbandleiter 29 von bereits im wesentlichen exakter Breite wird einem dem ersten Walzenpaar 28 zugeordneten Tänzer 30 zugeführt und es erfolgt danach zwischen den Walzen des zweiten Walzenpaares 31 der zweite Stich auf die exakte Stärke.
Der Antrieb des zweiten Walzenpaares 31 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung bestimmend. In Folge dieser Maßnahme 4st es zweckmäßig, die der Ziehvorrichtung und dem ersten Walzenpaar 28 zugeordneten Tänzer 27,30 zwischen den entsprechenden Vorrichtungen und dem die Verarbeitungsgeschwindigkeit bestimmenden Antrieb, hier dem Antrieb des Walzenpaares 31 anzuordnen, daß heißt hier den jeweiligen Vorrichtungen folgend.
Zwischen den beiden Walzenpaaren 28,31 ist eine weitere Bearbeitung hier nicht vorgesehen.. Vielmehr erfolgt die Übergabe über den Tänzer von dem ersten Walzenpaar 28 an das zweite Walzenpaar 31 unmittelbar.
Der nach dem zweiten Stich erhaltene Flachbandleiter 32 wird einer Glühstation 33 über einen dieser zugeordneten Tänzer zugeführt, nach welcher Glühstation 33 der Flachbandleiter
als fertiges Produkt die Vorrichtung nach der Erfindung verläßt. Sind weitere Bearbeitungsstationen insbesondere mit eigenem Vortrieb für den Flachbandleiter anschließend an das zweite Walzenpaar 31 noch vorgesehen, so ist diesen zweckmäßigerweise jeweils auch ein Tänzer zugeordnet. Die Zuordnung der nachfolgend dem die Verarbeitungsgeschwindigkeit bestimmenden Antrieb des zweiten Walzenpaares 31 angeordneten Tänzer erfolgt bevorzugt hier vor der entsprechenden Bearbeitungsstation.
Durch das Vorsehen der Tänzer 27,30,34 können angepaßt an die Vorgabe der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung des zweiten Walzenpaares 31 die Verarbeitungsgeschwindigkeiten der übrigen Bearbeitungsstationen durch die Tänzer geregelt und synchronisiert werden. Darüber hinaus erfolgt eine exakte Zugeinstellung des Drahtes.

Claims (7)

1. Vorrichtung für die Herstellung eines Flachbandleiters durch Kaltwalzen, aufweisend Walzenpaare, zwischen denen eine Kaltumformung eines Drahtes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweigerüstige Umformvorrichtung (4) vorgesehen ist mit zwei unmittelbar folgenden Walzenpaaren (8, 9; 15) gleich ausgerichteter Drehachsen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß inline dem ersten Walzenpaar (8, 9) eine Reck- und/oder Zugvorrichtung für einen umzuformenden Runddraht vorgesetzt ist.
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß inline einem Walzenpaar (15) eine Glühvorrichtung (19) für den Flachbandleiter (11) nachgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flachbandleiter-Meßstation (12) vorgesehen ist, die über eine Regelstrecke (13) den Walzenabstand des ersten Walzenpaares (8, 9) für eine vorgegebene Breite des Flachbandleiters (11) stellt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flachbandleiter-Meßstation (12) vorgesehen ist, die über eine Regelstrecke (18) den Walzenabstand des zweiten Walzenpaares (15) für eine vorgegebene Stärke des Flachbandleiters (11) stellt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Walzenantrieb des zweiten Walzenpaares (31) die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung vorgegeben wird.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer Ziehvorrichtung (26), einem Walzenpaar (28) und/oder einer Glühvorrichtung (33) ein Tänzer (27, 30, 34) zugeordnet ist.
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