Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitungsdraht für
einen Kabelbaum, der beispielsweise anwendbar ist auf einem
Kabelbaum für ein Automobil.
Beschreibung des Standes der Technik
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Mit der letzten Verbesserung der Leistung ist ein
Automobil in einer Anzahl von Bereichen verkabelt, wie
beispielsweise den verschiedenen Steuerschaltkreisen, die hohe
Anforderungen an die Zuverlässigkeit stellen. Andererseits, wird
ein leichtgewichtiges Auto in Hinsicht auf die
Energieersparnis etc. immer mehr gefordert.
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Im allgemeinen wird ein Leitungsdraht zum Verkabeln
eines Automobils hauptsächlich hergestellt aus einem
geflochtenem Draht, der durch Flechten von ausgeglühten
Kupferdrähten, definiert unter JIS C 3102 oder mit Tin plattiert,
erhalten wird. Solche verseilten Drähte werden konzentrisch
beschichtet mit einem Isoliermaterial, wie beispielsweise
Vinylchlorid, gebrücktem Vinyl oder gebrücktem Polyähtylen, um
einen Draht zu bilden.
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In Automobilverdrahtungsschaltungen hat die Rate von
Signalstromschaltungen zur Steuerung etc. insbesondere in den
letzten Jahren zugenommen. Ein Draht für solche Schaltungen
wird aus einem Leiter gebildet, dessen Durchmesser ein
elektrisch erforderliches Niveau übersteigt zum Beibehalten der
mechanischen Stärke trotz der ausreichenden
Stromführungskapazität.
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Um das Gewicht eines solchen Drahtes zu vermindern,
wurde ein Versuch unternommen, seinen Leiter aus Aluminium
(einschließlich Legierung) herzustellen.
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Im allgeineinen jedoch ist Aluminium so minderwertig in
seiner Festigkeit, daß es notwendig ist, den äußeren
Durchmesser des Leiters oder die Anzahl der verseilten Drähte zu
erhöhen, um eine ausreichende Festigkeit zu erhalten. Folg
lich wird die Menge an Isoliermaterial erhöht, wodurch ein
größerer Verdrahtungsraum erforderlich wird. Auf diese Weise
kann das Gewicht des Drahtes nicht hinreichend vermindert
werden und die Kosten des Isoliermaterials steigen.
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GB-A-2 023 328 und EP-A-0 331 182 offenbaren
Leitungsdraht mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung eines Leitungsdrahts für einen Kabelbaum
anzugeben, dessen Bruchkraft äquivalent zu der eines
konventionellen Kabelbaumdrahtes ist, selbst wenn sein Gewicht mit einer
Verminderung des Durchmessers vermindert ist, und der nur
schwer durch einen Aufprall gebrochen wird und der
ausgezeichnet ist in Hinsicht auf seine Geradheit, ohne daß ein
Ende eines geschnittenen verseilten Drahtes sich ablöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein
Leitungsdraht für einen Kabelbaum einen Leiterbereich mit einer
Leiterquerschnittsfläche von 0,03 bis 0,3 mm², der erhalten
wird durch Anordnen von Kupferadern, um einen zentralen Teil
eines Aramidfiberbündels oder eines Geflechts, zur
Herstellung eines verseilten Drahtes und ringförmiges Komprimieren
dieses verseilten Drahtes.
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In der vorliegenden Erfindung wird der ringförmig
komprimierte geflochtene Draht wärmebehandelt, so daß seine
Zugfestigkeit in dem Bereich von 80 bis 95 % von derjenigen
vor der Wärmebehandlung liegt.
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Weiterhin wird eine solche Wärmebehandlung vorzugsweise
durchgeführt in einem Temperaturbereich von 100 bis 150ºC für
mindestens 10 Minuten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfaßt der Leitungsdraht für einen Kabelbaum einen Leiterteil
mit einer Leiterquerschnittsfläche von 0,03 bis 0,3 mm², die
erhalten wird durch Anordnung von Adern einer
Kupferlegierung, welche 0,2 bis 2,5 % Sn und den Rest im wesentlichen
aus Kupfer enthält, um ein Zentrum eines Aramidfiberbündels
oder Geflechts zum Herstellen eines verseilten Drahtes und
ringförmiges Komprimieren dieses verseilten Drahtes.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
der ringförmig komprimierte geflochene Draht wärmebehandelt,
so daß seine Zugfestigkeit in einem Bereich von 80 bis 95 %
von derjenigen vor der Wärmebehandlung liegt. Weiterhin wird
eine solche Wärmebehandlung vorzugsweise durchgeführt in
einem Temperaturbereich von 180 bis 350ºC für mindestens 10
Minuten.
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Gemäß der Erfindung ist die Leiterquerschnittsfläche
eingestellt in einen Bereich von 0,03 bis 0,3 mm², da es
schwierig ist, einen Anschluß bei der Kabelbaumverarbeitung
zu komprimieren, wenn der Wert kleiner als 0,03 mm² ist,
wohingegen das Gewicht des Leiterdrahtes nicht ausreichend
vermindert werden kann, wenn der Wert 0,03 mm² übersteigt.
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Gemäß der Erfindung werden die Adern um die Mitte eines
Aramidfiberbündels oder Geflechts angeordnet, um einen
verseilten Draht herzustellen, wodurch ein Leiterdraht mit
ausreichender Zugfestigkeit und Stoßbeständigkeit wie auch mit
hoher Leitfähigkeit durch Zusammenfügen des
Aramidfiberbündels oder Geflechts, das eine extrem hohe Zug- und
Stoßfestigkeit aufweist, mit den Adern, die eine hohe Leitfähigkeit
haben, erreicht wird.
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Der Leitungsdraht gemäß der Erfindung für einen
Kabelbaum wird nicht durch einen massiven Draht, sondern durch
einen verseilten Draht gebildet, um die Verbesserung der
Zuverlässigkeit gegenüber wiederholtem Biegen zu erreichen.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
enthält die Kupferlegierung, aus der die Adern gebildet sind,
die um die Mitte des Aramidfiberbündels oder Geflechts
angeordnet sind, 0,2 bis 2,5 Gew.-% Sn, da die Wirkung der
Verbesserung der Bruchfestigkeit vermindert wird, wenn der Sn-
Anteil weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, wohingegen die
Leitfähigkeit unterhalb von 40 % abfällt, wenn der Sn-Anteil 2,5 %
übersteigt, wodurch der Draht in einen nachteiligen Zustand
in Abhängigkeit vom Schaltkreis gebracht wird.
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Gemäß der Erfindung wird der geflochtene Draht
ringförmig komprimiert, um einen Leitungsdraht für einen Kabelbaum
zu erhalten, der eine höhere Bruchfestigkeit aufweist als ein
konventioneller Kabelbaumdraht, so wie eine ausgezeichnete
Ausricht0ung und eine geringe Ablösung zeigt. Auf diese Weise
kann das Gewicht des Leiters gemäß der Erfindung für einen
Kabelbaum vermindert werden im Vergleich mit dem
konventionellen Kabelbaumdraht.
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Die vorangegangenen und anderen Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden deutlicher werden
anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der
vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung:
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Fig.1 ist eine Querschnittsansicht, die eine
Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
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Fig.2 ist eine Querschnittsansicht, die einen
konventionellen Kabelbaumdraht zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt ein Kabelbaumdraht 1 gemäß
der vorliegenden Erfindung einen verseilten Draht 2, welcher
durch Anordnen von Adern 2a um einen Aramidfiberbündel oder
Geflecht 4 gebildet und so komprimiert wird, daß er eine im
wesentlichen ringförmige Konfiguration als ganzes definiert.
Eine Isolierbeschichtung 3 ist entlang des äußeren Umfangs
des ringförmig komprimierten verseilten Drahtes 2 vorgesehen.
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Mit Bezug auf Fig. 2 umfaßt ein konventioneller
Kabelbaumdraht 11 einen verseilten Draht 12, welcher durch
einfaches Flechten von Adern 12a gebildet ist, und eine
Isolierschicht 13, die um den verseilten Draht 12 vorgesehen
ist. Die Isolierschicht 13 füllt auch die Leerräume 14
zwischen den Adern 12a auf. Jedoch können diese Leerräume 14
auch nicht durch die Isolierschicht 13 aufgefüllt sein, da
diese Bereiche nicht die Isolationsfähigkeit betreffen. Durch
übermäßiges Auffüllen der Freiräume 14 wird die Materialmenge
für die Isolierschicht 13 erhöht und das Gewicht des Drahtes
11 wird nicht hinreichend vermindert in verschiedenen
Punkten.
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Andererseits werden durch die Adern 2a des
Kabelbaumdrahtes 1 gemäß der Erfindung, die in Fig.1 gezeigt ist,
weniger Freiräume definiert, wodurch die Materialmenge für die
Isolierschicht 3 vermindert werden kann und dadurch das
Gewicht des Kabelbaumdrahtes 1 herabgesetzt werden kann.
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In Hinsicht auf die gleiche Querschnittsfläche kann der
äußere Durchmesser des Kabelbaumdrahtes 1 gemäß der Erfindung
vermindert werden aufgrund der kleineren Freiräume.
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Zudem kann ein Auflösen des Endes unterdrückt werden
durch ringförmiges Komprimieren des verseilten Drahtes 2
gemäß der vorliegenden Erfindung. Daneben kann der Draht 1 in
seiner Ausrichtung durch dieses ringförmige Komprimieren
verbessert werden.
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Es wurde herausgefunden, daß die Stoßfestigkeit
ebenfalls durch die ringförmige Kompression verbessert wird.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
der ringförmig komprimierte geflochtene Draht wärmebehandelt,
so daß seine Zugfestigkeit in einem Bereich von 80 bis 95 %
von derjenigen vor der Wärmebehandlung liegt. Die
Stoßfestigkeit kann weiter verbessert werden und das Auflösen des
verseilten Drahtes kann weiter unterdrückt werden durch eine
solche Wärmebehandlung. Zwar wird die Bruch- und
Zugfestigkeit durch die Wärmebehandlung herabgesetzt, doch ist es
vorzuziehen, die herabgesetzte Bruchfestigkeit in einem Bereich
von 80 bis 95 % zu der vor der Wärmebehandlung zu steuern.
Wenn die Bruchfestigkeit nach der Wärmebehandlung größer als
95 % von derjenigen vor der Wärmebehandlung ist, kann ein
Auflösen oder eine Drahtdeformation verursacht werden
aufgrund der unzureichenden Verbesserung des Stoßwertes. Wenn
die Zugfestigkeit unterhalb von 80 % von derjenigen vor der
Wärmebehandlung fällt, wird andererseits die Bruchfestigkeit
extrem herabgesetzt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird
die Wärmebehandlung vorzugsweise durchgeführt in einem
Temperaturbereich von 100 bis 150º C. Wenn die Temperatur
weniger als 100ºC beträgt, wird der Verbesserungseffekt des
Stoßwertes nicht genügend erreicht, wohingegen die
Bruchfestigkeit beträchtlich herabgesetzt werden kann, wenn die
Temperatur 150ºC übersteigt.
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In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die
Wärmebehandlung vorzugsweise in einem Bereich von 180 bis
350ºC ausgeführt. Wenn die Temperatur weniger als 180ºC
beträgt, wird der Verbesserungseffekt des Stoßwertes nicht
genügend erreicht, wohingegen die Bruchfestigkeit beträchtlich
herabgesetzt wird, wenn die Temperatur 350ºC übersteigt.
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In der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung
liegt die Wärmebehandlungszeit vorzugsweise bei mehr als 10
Minuten. Wenn die Wärmebehandlungszeit bei weniger als 10
Minuten liegt, wird der Verbesserungseffekt des Stoßwertes
nicht genügend erreicht.
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Das Beispiel gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung wird nun beschrieben.
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In jeder der Proben, die in Tabelle 1 gezeigt sind, sind
sechs Kupferadern um ein Aramidfiberbündel angeordnet,
welches aus Kevlerfaser (Marke von Du Pont Co., Ltd.) aus
aromatischem Polyamid hergestellt ist. Jedes Aramidfiberbündel
wird hergestellt durch Zusammenschnüren von
Kevlerfiberelementen von 12 µm Durchmesser, so daß sie
äquivalent im Durchmesser zu jeder Kupferader sind.
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In Bezug auf die komprimierten Pröben, die in Tabelle 1
gezeigt sind, wurden die verseilten Drähte durch Düsenlöcher
geführt, damit sie ringförmig komprimiert werden. Mit
Ausnahme derjenigen, die ohne Wärmebehandlungsbedingungen
gezeigt sind, wurden die komprimierten verseilten Drähte
weiterhin wärmebehandelt unter den Wärmebehandlungsbedingungen,
die in Tabelle 1 gezeigt sind. In Bezug auf die
konventionelle Probe Nr. 4, wurden die allgemein verwendeten
ausgeglühten Kupferdrähte allein verflochten, um einen verseilten
Draht zu bilden.
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Tabelle 1 zeigt ebenfalls die Leitfähigkeit (IACS, %),
die Bruchkraftrückhalteraten (%) nach der Wärmebehandlung,
die Bruchkraftwerte (kgf), Stoßwerte (kg m), Gewichtswerte
(g/m), und Zustände der Drahtausrichtung und Endauflösung,
die gemessen oder ermittelt wurden in Bezug auf die
verseilten Drähte.
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Wie aus der Tabelle 1 klar hervorgeht, lagen die Proben
Nr. 1 bis 3 gemäß der Erfindung höher in Bezug auf die
Bruchkraft, als die konventionelle Probe Nr. 4, wobei diese
leichter in Bezug auf ihre Gewichtswerte um ungefähr 20 - 65 %
waren. Die Vergleichsproben Nr. 5 und 6, welche nicht
ringförmig komprimiert wurden, waren minderwertig in Bezug auf die
Drahtausrichtung und zeigten eine Endauflösung.
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Alle in Tabelle 1 gezeigten Proben Nr. 1 - 3 gemäß der
Erfindung wurden wärmebehandelt nach der ringförmigen
Kompression. Tabelle 2 zeigt zusätzliche Proben Nr. 7 - 11, die
zum Zweck des Studiums des Einflusses einer solchen
Wärmebehandlung wie auch der Wärmebehandlungsbedingungen hergestellt
wurden. Tabelle 2 zeigt erneut die Daten der Probe Nr. 1
gemaß der Erfindung, um den Vergleich zu erleichtern.
Tabelle 1
Strangdurchmesser (mm)
Kompression
Wärmebehandlungsbedingungen
Leitfähigen %
Bruchkraftrückhalte (%)
Bruckraft (kgF)
Stoßwerte (kg m)
Gewicht
Drahtausrichtung
Endauflösung
Beispiel gemäß der Erfindung
konven Beispiel
Vergleichsbeispiel
Ja
nein
ausgezeichnet
minderwertig
ziemlich mindwertig
keine
aufgelöst
ziemlich aufgelöst
Tabelle 2
Strangdurchmesser (mm)
Kompression
Wärmebehandlungsbedingungen
Leitfähigen %
Bruchkraftrückhalte (%)
Bruckraft (kgF)
Stoßwerte (kg m)
Gewicht
Drahtausrichtung
Endauflösung
Ja
ausgezeichnet
ziemlich mindwertig
mindwertig
keine
ziemlich aufgelöst
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Aus dem Vergleich der wärmebehandelten Probe Nr. 1 mit
der Probe Nr. 9, die nicht wärmebehandelt wurde, ist zu
erkennen, daß der Stoßwert verbessert ist und die
Drahtdeformation und die Endauflösung unterdrückt wurden durch die
Wärmebehandlung nach der ringförmigen Kompression, obwohl die
Bruchfestigkeit leicht vermindert wurde.
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In der Probe Nr. 10, die bei 180ºC wärmebehandelt wurde,
das heißt, bei einer Temperatur von mehr als 150ºC, betrug
die Bruchfestigkeit-Rückhalterate 50 %. Das bedeutet, daß die
Bruchfestigkeit in ähnlicher Weise vermindert war wie die
Vergleichsprobe Nr. 4. In Probe Nr. 11, die bei 180ºC
wärmebehandelt wurde, das heißt, bei einer Temperatur von weniger
als 100ºC, war der Stoßwert nicht sehr verbessert.
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Wie aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, ist es
vorzuziehen, eine Wärmebehandlung nach der Kompression
durchzuführen, sodaß die Zugfestigkeit in einem Bereich von 80 bis
95ºC von derjenigen vor der Wärmebehandlung liegt. Weiterhin
wird eine solche Wärmebehandlung vorzugsweise bei einer
Temperatur von 100 - 150ºC für mindestens 10 Minuten
durchgeführt.
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Ein Beispiel gemäß der zweiten Ausführungsform der
Erfindung wird nun beschrieben.
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In jeder Probe wurden sechs Legierungsadern mit einem
Sn-Anteil, der in Tabelle 3 gezeigt ist, um ein
Aramidfiberbündel angeordnet, das aus Kevlerfiber (Marke von
Du Pont Co., Ltd) aus aromatischem Polyamid hergestellt
wurde. Jedes Aramidfiberbündel wurde hergestellt durch
Zusammenschnüren von Kevierfiberelementen mit 12 µm, damit sie
äquivalent im Durchmesser zu den Kupferadern sind.
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In Bezug auf die komprimierten Proben, die in Tabelle 3
gezeigt sind, wurden die verseilten Drähte durch Düsenlöcher
geführt, um sie ringförmig zu komprimieren. Mit Ausnahme
derjenigen ohne Wärmebehandlungsbedingungen wurden die
komprimierten verseilten Drähte wärmebehandelt unter den
Wärmebehandlungsbedingungen, die in Tabelle 3 gezeigt sind. In bezug
auf die konventionelle Probe Nr. 31, wurden allgemein
verwendete
ausgeglühte Kupferdrähte verflochten, um einen
verseilten Draht zu bilden.
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Tabelle 3 zeigt die Leitfähigkeitswerte (IACS, %),
Bruchkraft-Rückhalteraten (%) nach der Wärmebehandlung,
Bruchkraftwerte (kgf), Stoßwerte (kg m), Gewichtswerte (g/m)
und Zustände der Drahtausrichtung und Endauflösung, welche
gemessen oder ermittelt werden in Bezug auf die verseilten
Drähte.
Tabelle 3
Sn-Inhalt (Gew.-%)
Strangdurchmesser (mm)
Kompression
Wärmebehandlungsbedingungen
Leitfähigen %
Bruchkraftrückhalte (%)
Bruchkraft (kgF)
Stoßwerte (kg m)
Gewicht
Strangausrichtung
Endauslösung
Beispiel gemäß der Erfindung
konven Beispiel
Vergleichsbeispiel
Ja
nein
ausgezeichnet
minderwertig
ziemlich mindwertig
keine
aufgelöst
ziemlich aufgelöst
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Wie aus der Tabelle 3 klar hervorgeht, waren die Proben
Nr. 21 - 30 gemäß der Erfindung höher in Bezug aüf die
Bruchfestigkeit als die konventionelle Probe Nr. 31, wobei
diese um ungefähr 1/3 - 2/3 leichter in Bezug auf ihre
Gewichtswerte waren. Die Vergleichsproben Nr. 32 und 33, die
kleine Anteile von Sn enthielten, zeigen keine hohe
Bruchfestigkeits-Werte im Unterschied zu den Proben gemäß der
Erfindung. In der Vergleichsprobe Nr. 34, die eine große Menge Sn
enthielt, waren die Leitfähigkeitswerte beträchtlich
herabgesetzt, obwohl eine hohe Bruchfestigkeit erhalten wurde.
Weiterhin waren die Vergleichsproben Nr. 35 und 36, welche nicht
ringförmig komprimiert waren, minderwertig in Bezug auf ihre
Drahtausrichtung und verursachten eine Endauflösung.
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Alle erfinderischen Proben Nr. 21 - 30, die in Tabelle 3
gezeigt sind, wurden wärmebehandelt nach der ringförmigen
Kompression. Tabelle 4 zeigt zusätzlich die Proben Nr. 37 -
39, welche zum Zwecke der Untersuchung des Einflusses einer
solchen Wärmebehandlung wie auch der
Wärmebehandlungsbedingungen hergestellt wurden. Tabelle 4 zeigt ebenfalls wieder
die Daten der Proben Nr. 21, um den Vergleich zu erleichtern.
Tabelle 4
Sn-Inhalt (Gew.-%)
Strangdurchmesser (mm)
Kompression
Wärmebehandlungsbedingungen
Leitfähigen %
Bruchkraftrückhalte (%)
Bruchkraft (kgF)
Stoßwerte (kg m)
Gewicht
Drahtausrichtung
Endauslösung
Ja
ausgezeichnet
ziemlich mindwertig
keine
ziemlich aufgelöst
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Im Vergleich der wärmebehandelten Probe Nr. 21 mit der
Probe Nr. 37, die nicht wärmebehandelt wurde, wird deütlich,
daß der Stoßwert verbessert und die Drahtdeformation und die
Endauflösung unterdrückt ist durch die Wärmebehandlung nach
der ringförmigen Kompression, obwohl die Bruchfestigkeit
leicht herabgesetzt ist.
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In der Probe Nr. 31, die bei 400ºC wärmebehandelt wurde,
das heißt, bei einer Temperatur höher als 350ºC, betrug die
Bruchkraftrückhalterate 50 % und die Bruchfestigkeit fiel
ungefähr auf den Wert der konventionellen Probe Nr. 31 ab. In
Probe Nr. 39, die bei 150ºC wärmebehandelt wurde, das heißt,
einer Temperatur von weniger als 180ºC, war der Stoßwert
nicht sehr verbessert.
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Wie aus den obigen Ergebnissen klar hervorgeht, ist es
vorzuziehen, eine Wärmebehandlung nach der Kompression
durchzuführen, so daß die Zugfestigkeit in einem Bereich von
80 - 95 % von derjenigen vor der Wärmebehandlung liegt.
Weiterhin ist es vorzuziehen, eine Wärmebehandlung in einem
Temperaturbereich von 180 - 350ºC für mindestens 10 Minuten
durchzuführen.
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Obwohl die Erfindung beschrieben und ausführlich
erläutert wurde, ist es selbstverständlich, daß dies nur zur
Erläuterung und als Beispiel gedacht und nicht als
Beschränkung aufzufassen ist, wobei der Rahmen der Erfindung nur
durch die begleitenden Ansprüche beschränkt wird.