DE2403260A1

DE2403260A1 - Verfahren zur herstellung von kupferplattiertem stahldraht

Info

Publication number: DE2403260A1
Application number: DE2403260A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl Ing Klebl; Friedrich Schatz; Harry Staschewski; Gerhard Dr Ing Ziemek
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1974-01-24
Filing date: 1974-01-24
Publication date: 1975-07-31
Also published as: US3894675A; AU7439674A; GB1422478A; CA1006305A; DE2403260C2; SE7500705L; IN141766B; BR7407935D0; SU587848A3

Description

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

1-1302

22. Jan. 197*1

Verfahren zur Herstellung von kupferplattiertem Stahldraht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kupferplattiertem Stahldraht, bei dem um einen kontinuierlich zugeführten Stahldraht ein Kupferband längseinlaufend zum Rohr geformt, an seinen Bandkanten verschweißt und der so gebildete Verbunddraht in seinem Querschnitt verringert wird.

Kupferplattierte Stahldrähte haben den besonderen Vorteil, daß sie die verhältnismäßig hohe Festigkeit sowie den niedrigen Preis des Stahls mit den guten Eigenschaften des Kupfers, wie gute elektrische Leitfähigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit, verbinden. Solche kupferummantelten Stahldrähte sind aber nur dann sinnvoll, wenn sie wirtschaftlicher hergestellt werden können als ein reiner Kupferdraht.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von kupferplattierten Stahldrähten bekannt geworden, bei dem der Stahldraht kontinuierlich von einem Kupferband umhüllt wird, welches an seinen Bandkanten verschweißt wird. Das Verschweißen der Bandkanten erfolgt dadurch, daß man das Kupferband erhitzt und in einem einzigen Walzvorgang die Bandkanten so fest gegeneinanderpreßt, daß sich ein starker Walzgrat bildet, wobei gleichzeitig das Kupferband fest auf den Kern gedruckt wird. (Österreichisches Patent 122 897) Dieses Verfahren bereitet in der Praxis Schwierigkeiten, da die Temperatur des umhüllenden Kupferbandes genau eingehalten werden muß.

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Schweißfehler, die sich beim anschließenden Herunterziehen des Verbunddrahtes nachteilig auswirken, treten bei diesem Verfahren recht häufig auf. Die unsichere Temperatürführung erschwert es auch, mit diesem Verfahren einen festen metallischen Verbund zwischen dem Stahldraht und dem Kupferband zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, in einem einzigen Arbeitsgang oder in mehreren hintereinander geschalteten Stufen einen kupferplattierten Stahldraht herzustellen, der sich durch eine einwandfreie mechanisch feste Verbindung zwischen dem Kupfermantel und der Stahlseele auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Kupferband zu einem Rohr mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser.des Stahldrahtes geformt, mittels elektrischer Lichtbogenschweißung unter Schutzgas längsnahtverschweißt, das Kupferrohr satt auf den Stahldraht gezogen, der Verbunddraht auf mindestens 85Ο C erwärmt und bei dieser Temperatur um mindestens 10 % in seinem Querschnitt reduziert wird. Dabei wird eine Diffusionsschicht erzeugt, die eine innige Verbindung zwischen dem Kupfer und dem Stahl bewirkt, so daß auf kontinuierlichem Wege ein kupferplattierter Stahldraht hergestellt werden kann, der sich beliebig weiterverarbeiten läßt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch seine besonders einfache Handhabung aus.

Eine der wesentlichen Vorbedingungen dafür, daß man eine Diffusionsschicht erhält, ist eine besonders saubere Oberfläche der zu verbindenden Metallwerkstücke. Sie müssen frei von Oxiden sein. Es hat sich daher als zweckmäßig erwiesen, den Stahldraht vor der Ummantelung zu beizen,, zu neutralisieren und anschließend zu trocknen.

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Es ist aber ebenso möglich, den Stahldraht vor dem Ummanteln mittels rotierender Messer zu schälen. Eine weitere Möglichkeit wäre, den Stahldraht sandzustrahlen oder mit Schleifbürsten zu behandeln. Das Kupferband kann ebenfalls vor dem Ummanteln gebeizt, neutralisiert und getrocknet werden, es hat sich aber als zweckmäßig erwiesen, die dem Stahldraht zugekehrte Oberfläche des Kupferbandes vor dem Ummanteln unter Schutzgas mit Schleifbursten zu behandeln, so daß Verschmutzungen und Oxide vollkommen entfernt werden und darüber hinaus noch eine Aufrauhung der Kupferoberfläche erzielt wird.

Durch die aufgerauhte vergrößerte Oberfläche wird die Bildung einer Diffusionsschicht noch begünstigt. Zur Erwärmung des Verbunddrahtes nach dem Schweißen und dem anschließenden Herunterziehen des Kupfermantels auf den Stahldraht ist es möglich, eine kontinuierliche Durchlaufwiderstand»glühanlage zu verwenden oder aber den Verbunddraht in einen Durchlaufofen zu schicken, in dem der Verbunddraht auf mindestens 85O C erwärmt wird. Einen besonders festen Verbund zwischen dem Stahldraht und dem Kupfermantel erhält man, wenn man die Querschnittsreduktion des Verbunddrahtes mittels eines angetriebenen Türkenkopfes unmittelbar hinter dem Glühofen durchführt. Bei der Querschnittsreduzierung von beispielsweise 10 % mittels des Türkenkopfes handelt es sich um einen kombinierten WaIz-Ziehvorgang. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, den Verbunddraht nach dem Reduzieren abzukühlen, beispielsweise in einem Wasserbad. Der sich dabei schnell abkühlende Kupfermantel schrumpft so auf den Stahldraht auf. Um eine besonders glatte Oberfläche des Verbunddrahtes zu erhalten, ist es vorteilhaft, nach der Behandlung mit dem Türkenkopf den Verbunddraht in einem Ziehstein zu glätten.

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Der auf diese Weise hergestellte kupferummantelte Stahldraht weist eine so gute Haftung zwischen dem Stahl und dem Kupfer auf, daß er in beliebiger Weise, beispielsweise durch mehrstufiges Ziehen ggf. mit Zwischenglühung, auf die gewünschten Durchmesser heruntergezogen werden kann.

Zur Durchführung des Verfahrens hai; sich eine Vorrichtung als besonders zweckmäßig erwiesen, bei der eine das Kupferband formende Rohrformeinrichtung sowie eine Schweißeinrichtung, eine Zieheinrichtung, eine Durchlauferhüzungsanlage und einer Rollwalzeinrichtung in Tandem hintereinander angeordnet sind.

Die Erfindung sei anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein von einer nicht mehr dargestellten Vorratsspule ablaufendes Kupferband 1, welches ggf. noch in einer ebenfalls nicht dargestellten Banderifettungsanlage gereinigt ist, wird einer Bürstvorrichtung 2 zugeführt, in der die dem Stahldraht 3 zugekehrte Oberfläche durch rotierende Metallbürsten von Oxiden befreit und aufgerauht wird. Das so vorbereitete Kupferband 1 wird kontinuierlich einer Rohrformanlage zugeführt, in der das Kupferband 1 um den Stahldraht 3 zum Rohr geformt wird, und zwar mit einem größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Stahldrahtes 3· Dabei muß dafür Sorge getragen werden, daß der Stahldraht 3 an Boden des geformten Rohres liegt, damit der Schweißprozeß durch den Stahldraht 3 nicht behindert wird. Mittels der elektrischen Lichtbogenschweißeinrichtung kj die zweckmäßigerweise aus drei hintereinander geschalteten Einzelelektroden besteht, werden die Bandkanten miteinander verbunden. Um eine Oxidation des Kupferbleches 1 an seiner aufgerauhten Oberfläche zu vermeiden, wird das Band unter Schutzgas gebürstet und ebenfalls unter Schutzgas verschweißt, wobei der Weg zwischen der Bürstvorrichtung 2 und der Schweißeinrichtung k ebenfalls mit Schutzgas abgedeckt ist.

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Unmittelbar nach dem Verschweißen wird das so gebildete Kupferrohr 5 mittels der Ziehvorrichtung 6 satt auf den Stahldraht 3 heruntergezogen, wobei zweckmäßigerweise auch der Stahldraht 3 in seinen Querschnittsabmessungen leicht verringert wird. Der Stahldraht 3 ist im selben Arbeitsgang oder in einem gesonderten Arbeitsgang an seiner Oberfläche gereinigt und ggf. aufgerauht. Der ummantelte Stahldraht 7 wird mittels der Abzugsvorrichtung 8, vorzugsweise ein Scheibenabzug, durch die Ziehvorrichtung 6 hindurchgezogen, wobei eine oder mehrere Windungen des ummantelten Drahtes 7 um den Scheibenabzug 8 herumgeführt sind. Der Scheibenabzug 8 sorgt dabei für eine konstante Abzugsgeschwindigkeit. Um dies zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß die Windungen des ummantelten Drahtes 7 stets auf der Oberfläche des Scheibenabzugs 8 aufliegen. Es ist deshalb eine Abzugsraupe 9 vorgesehen, die den ummantelten Draht hinter der Ziehvorrichtung 6 unter Zug hält. Bis zu diesem Augenblick ist zwischen der Oberfläche des Stahldrahtes und der Oberfläche des Kupferbandes 1 noch kein wesentlicher Verbund vorhanden. Der ummantelte Draht 7 wird deshalb einer Glüheinrichtung 10 zugeführt, die als Widerstandsdurchlaufglühanlage oder Induktionsdurchlauf glühe ausgebildet sein kann und dort auf mindestens 850⁰C erwärmt. Unmittelbar hinter der Glüheinrichtung 10 ist ein sog. Türkenkopf 11 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Verbunddraht 7 um mindestens 10 %, vorzugsweise um 20 %, in seinem Querschnitt reduziert wird. Dieser Türkenkopf 11 besteht aus mindestens vier diametral zueinander angeordneten Rollen, die an ihrem äußeren Umfang so profiliert sind, daß ein Kreis gebildet wird, dessen Durchmesser dem Durchmesser des reduzierten Drahtes 12 entspricht. Bei diesem Roll-Preß-Vorgang wird des Kupferband 1 fest gegen den Stahldraht 3 gepreßt und es bildet sich somit aufgrund der Erwärmung auf mindestens 85O⁰C eine wenige L· starke Diffusionsschicht, die einen festen Verbund zwischen dem Kupferband 1 und dem Stahldraht 3 gewährleistet. Vorteilhafterweise sind die Rollen des Türkenkopfes angetrieben.

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Die Querschnittsreduktion hinter dem Glühofen 10 kann aber auch mittels eines normalen Ziehsteins vorgenommen werden, wobei als Schmiermittel ein hochwärmebeständiger Stoff, wie beispielsweise Glaspulver, verwendet wird. Nach dieser Querschnittsreduzierung wird der Verbunddraht 12 einer Kühlvorrichtung 13, beispielsweise einem Wasserbad, zugeführt und anschließend in bekannter Weise auf eine Vorratstrommel lk aufgewickelt. Der/auf diese Weise hergestellte Verbunddraht 12 kann in mehreren Ziehvorgängen auf den gewünschten Durchmesser, ggf. unter Zwischenschaltung von Glühvorgängen, heruntergezogen werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es nunmehr gelungen ist, in wirtschaftlicher und unkomplizierter Weise kupferummantelte Stahldrähte von nahezu unbegrenzter Länge kontinuierlich herzustellen. Die beschriebene Anlage kann mit einem Maschinenführer und ggf. einem Helfer gefahren werden. Der Ausstoß hängt von dem Anfang sdurchmesser der Stahldrähte ab und beträgt bei den üblicherweise verwendeten Ausgangsdurchmessern des Stahldrahtes von 8 mm bis 16 mm, 0,7 t bis 3*0 t/h, je nach geforderter Kupferauflage.

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Claims

Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft I-I302 22. Jan. Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von kupferplattiertem Stahldraht, bei dem um einen kontinuierlich zugeführten Stahldraht ein Kupferband längseinlaufend zum Rohr geformt, an seinen Bandkanten verschweißt und der so gebildete Verbunddraht in seinem Querschnitt verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferband zu einem Rohr mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Stahldrahtes geformt, mittels elektrischer Lichtbogenschweißung unter Schutzgas längsnahtverschweißt, das Kupferrohr satt auf den Stahldraht gezogen, der Verbunddraht auf mindestens 85O C erwärmt und bei dieser Temperatur um mindestens 10 % in seinem Querschnitt reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht vor der Ummantelung gebeizt, neutralisiert und anschließend getrocknet wird.

3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht vor dem Ummanteln mittels rotierender Messer geschält wird.

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht vor dem Ummanteln sandgestrahlt wird.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht vor dem Ummanteln mit Schleifbürsten behandelt wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferband vor dem Ummanteln gebeizt, neutralisiert und getrocknet wird.

7· Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbunddraht in einem Durchlaufofen erwärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbunddraht mittels eines angetriebenen Türkenkopfes unmittelbar hinter dem Glühofen in seinem Querschnitt reduziert wird.

9« Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbunddraht nach dem Reduzieren abgekühlt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbunddraht nach dem Reduzieren in einem Ziehstein geglättet wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Hintereinanderschaltung, einer das Kupferband formenden Rohrformeinrichtung, sowie einer Schweißeinrichtung,. einer Zieheinrichtung, einer Durchlauferhitzungsanlage und einer Rollwalzeinri chtung.

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