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Dokumentenidentifikation DE69715332T2 22.05.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0822016
Titel Verfahren zur Herstellung eines bimetallischen Materials
Anmelder Outokumpu Copper Products Oy, Espoo, FI
Erfinder Voitto,Vanhatalo, 28400 Ulvila, FI
Vertreter Zipse & Habersack, 80639 München
DE-Aktenzeichen 69715332
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.06.1997
EP-Aktenzeichen 976600734
EP-Offenlegungsdatum 04.02.1998
EP date of grant 11.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.05.2003
IPC-Hauptklasse B21C 23/00
IPC-Nebenklasse B21C 23/24   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bimetallischem Material eines supraleitenden Materials in einem kontinuierlichen Verfahren, so dass die Anzahl von Arbeitsschritten in dem Verfahren wesentlich reduziert werden kann.

In diesem Zusammenhang bedeutet bimetallisches Material ein Metallprodukt, welches aus zwei Metallkomponenten gebildet ist, wobei die Komponenten entweder reine Metalle oder Metall-Legierungen sind. Unter solchen bimetallischen Materialien soll z. B. ein Metallprodukt hervorgehoben werden, welches aus Kupfer und darin enthaltenen Niobium- Titaniumfäden, welche als Supraleiter genutzt werden, gebildet ist.

Ein Supraleiter, welcher einen hohen Kupfergehalt und einen niedrigen Niobium-Titangehalt hat, kann z. B. als ein Kanalleiter (channel conductor) hergestellt werden, wobei das als der Supraleiter dienende Niobium-Titan mittels Löten einer Nut in dem Kupferprofil hinzugefügt wird. Wenn dieser Typ von Kanalleiter isoliert werden soll, wird die Isolierung in der Regel mittels eines Emaillierungsprozesses durchgeführt. Bei der Emaillierung steigt die Verarbeitungstemperatur des Kanalleiters über die Löttemperatur, in welchem Fall die Lötverbindung aufbricht und der Leiter zerstört wird.

Ein Supraleiter, welcher einen hohen Kupferanteil und einen niedrigen Niobium-Titan-Anteil hat, kann auch als ein monolithischer Leiter hergestellt werden, wobei zuerst Niobium- Titanium in das Kupfer gepackt wird und der fertiggestellte Supraleiter als ein Endprodukt von einer Produktionslinie gewonnen wird, welche mehrere Arbeitsschritte und Wärmebehandlungen enthält. Hinsichtlich des Endprodukts ist der mehrschrittige Produktionsprozess nur für das Niobium-Titan notwendig; wenn es so produziert wird, ist der Kupfer ein Teil des Leiters und wird durch alle Phasen geführt.

Was die Produktionskosten und die Einheitenlänge angeht, ist ein monolithischer Leiter nicht so erstrebenswert wie ein Kanalleiter, aber ein monolithischer Leiter kann in dem Emaillierungsprozess isoliert werden, ohne den Leiter zu beschädigen.

Bei kontinuierlicher Extrusion wird häufig ein Verfahren angewandt, welches in dem GB- Patent 1,370,894 beschrieben ist und das Konformverfahren genannt wird. In diesem Verfahren wird das zu extrudierende Material in eine Nut geführt, welche an dem äußeren Umfang eines radartigen Bauteils eingerichtet ist. Während das Rad um seine Achse dreht, kommt das zu extrudierende Material in Kontakt mit einer Formschuh-Struktur, welche im Wesentlichen die Nut ausfüllt, so dass die Bewegung des zu extrudierenden Materials in Bezug auf das radähnliche Bauteil geändert wird. Somit wird das Material dazu gebracht, in der fortlaufenden Richtung desselben extrudiert zu werden, vor der Formschuh-Struktur oder durch eine Extrusions-Öffnung, welche in dem Schuh vorgesehen ist. Mittels des Konformverfahrens können im Wesentlichen vorteilhaft lange Stücke mit verschiedenen Querschnittsformen extrudiert werden.

Die JP-Patentanmeldung 55 042 139 betrifft die Herstellung eines geformten Komposit- Stabes. Die Herstellung wird in einer kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine durchgeführt, wo ein Aluminiumdraht und ein Stahlstreifen zusammen in überlappender Weise in eine, einem Container entsprechende Passage, welche zwischen einem genuteten Rad und einem Schuhblock gebildet wird, eingeführt werden. Die beiden extrudierten Metalle werden in die Passage gezogen und der Aluminiumdraht tendiert dazu verspätet eingezogen zu werden, bis er den Teil erreicht, welcher dem Mundstück entspricht. Somit werden die beiden Metalle fest in der Grenzfläche pressgeschweißt. Gemäß der JP-Patentanmeldung wird der extrudierte Stab von der kontinuierlichen Extrusionsmaschine hauptsächlich in der tangentiellen Richtung entfernt; nur der Überschuss des Aluminiummaterials wird in der radialen Richtung entfernt. Der Arbeitsgrad durch Extrusion ist damit sehr niedrig und auch die Temperatur ist im Wesentlichen, entsprechend der für Aluminium benötigten Temperatur niedrig.

Die JP-Patentanmeldung 56 041 015 betrifft die kontinuierliche Herstellung einer Kompositstange, indem das Kompositmaterial durch ein Mundstück extrudiert wird. Das weiche Beschichtungsmaterial, wie Aluminium, wird in eine hohle Nut geführt und zur selben Zeit wird der harte Streifen, wie eine Edelstahlplatte, unter der Voraussetzung, dass das Streifenmaterial fest an die umlaufende Endebene der Walze gepresst wird, in die Aussparung geschickt, welche durch eine umlaufende Endebene der Walze und die hohle Nut gebildet wird. Das Kompositmaterial wird in einen Raum in der Tiefe der Aushöhlung mittels der Reibungskraft zwischen dem Kompositmaterial und der Wandfläche der hohlen Nut gedrückt und dadurch wird das weiche Beschichtungsmaterial an eine Seite des harten Streifenmaterials pressgeschweißt.

Die JP-Patentanmeldung 55 042 139 und die JP-Patentanmeldung 56 041 015 betreffen den kontinuierlichen Extrusionsprozess, wo das Beschichtungsmaterial an eine Seite eines Platten- oder Streifenmaterials geschweißt wird.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einige der Nachteile des Standes der Technik auszuräumen und ein verbessertes und kostenbezogen ökonomischeres Verfahren zum Produzieren von bimetallischen Materialien in kontinuierlicher Extrusion zu erreichen, wo eine bimetallische Komponente zentral als ein Kernmaterial platziert ist. Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung sind aus den angehängten Ansprüchen ersichtlich.

Gemäß der Erfindung wird das zu produzierende bimetallische Material in einer kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine extrudiert, wie z. B. einer Konformmaschine, so dass das Material während des ganzen Arbeitsprozesses in einer im Wesentlichen laminaren Weise fließt. Darüber hinaus wird das bimetallische Material von der kontinuierlichen Extrusionsmaschine im Wesentlichen in der radialen Richtung entfernt. Das bimetallische Material ist ein supraleitendes Material, welches z. B. einen hohen Kupferanteil und einen niedrigen Niobium-Titan-Anteil aufweist, und es wird vorteilhaft mit der Länge des Kanalleiters nach Stand der Technik und der Isolationskapazität des monolithischen Leiters gewonnen.

Um zu extrudierendes bimetallisches Material in eine kontinuierlich betriebene Extrusionsmaschine zu führen, wird die bimetallische Komponente mit einem größeren Volumen, z. B. Kupfer, vorteilhaft in ein genutetes Profil geformt, und die bimetallische Komponente mit einem kleineren Volumen, zum Beispiel Niobium-Titan, wird in die Nut dieses Profils eingesetzt. Die erhaltene Einheit von zu extrudierenden bimetallischen Komponenten wird auf das radähnliche Zufuhrbauteil einer kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine geführt, wobei der äußere Umfang dieses Rades vorteilhaft mit einer Nut versehen ist.

Wenn das zu extrudierende bimetallische Material ein supraleitendes Material ist, welches einen hohen Kupfer- und einen niedrigen Niobium-Titanium-Anteil hat, muss die Vermischung der verschiedenen bimetallischen Komponenten verhindert werden. Infolgedessen wird das bimetallische Rohstück, welches von dem Zufuhrbauteil einer kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine kommt, in die Extrusion geleitet, so dass das bimetallische Material während des gesamten Extrusionsprozesses in einer im Wesentlichen laminaren Weise fließt. Darüber hinaus kann das extrudierte bimetallische Material, da die Komponenten des bimetallischen Materials schon an dem Zufuhrzeitpunkt miteinander in Kontakt sind, von der Extrusionsmaschine in einer im Wesentlichen radialen Richtung in Bezug auf die radähnliche Zufuhreinrichtung der Extrusionsmaschine entfernt werden.

Gemäß der Erfindung sind die Formschuh-Struktur, welche im Wesentlichen die Nut des Zufuhrbauteils in einer kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine ausfüllt, als auch das Extrusionsbauteil, welches die Extrusionsöffnung enthält, vorteilhaft so gestaltet, dass für die Gesamtdauer des Extrusionsprozesses ein im Wesentlichen laminarer Fluss des zu extrudierenden Materials erreicht wird. Um den laminaren Fluss zu erzeugen, muss der, zu der in dem Extrusionsbauteil vorgesehenen Extrusionsöffnung führende Kanal wenigstens für die, in der Zufuhrrichtung des zu extrudierenden Materials erste Wand so gestaltet sein, dass der Krümmungsradius zu Beginn der Kanalwand wenigstens 70%, vorteilhaft 80 bis 90%, des größten Durchmessers der Extrusionsöffnung beträgt, wenn die Öffnung z. B. oval geformt ist, oder des Durchmessers der Extrusionsöffnung, wenn die Öffnung rund ist. Darüber hinaus ist das Formschuh-Bauteil, welches im Wesentlichen die Nut des Zufuhrbauteils der Extrusionsmaschine ausfüllt so gestaltet, dass der Formschuh eine im Wesentlichen konzentrische, kreisförmige Kurve mit der in der Zufuhrrichtung des Materials ersten Wand des Kanals, welcher zu der Extrusionsöffnung führt, bildet. Der Formschuh kann auch in der gewünschten Form erstellt sein, so dass das zu extrudierende Material selbst einen nicht fließenden Bereich vor dem Formschuh bildet und an der Grenzfläche der nicht fließenden und fließenden Bereiche bildet der nicht fließende Bereich in der Zufuhrrichtung des Materials des zu der Extrusionsöffnung führenden Kanals eine im Wesentlichen konzentrische kreisförmige Kurve mit der ersten Wand, vorteilhaft für einen Bereich, welcher maximal einem zentralen Winkel von 40 Grad entspricht, beginnen von dem Wechselpunkt des Flusses und gesehen in der Zufuhrrichtung des Materials.

Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung zur Produktion eines bimetallischen Materials angewandt wird, wird die in einem kleineren Volumen zugeführte Komponente, z. B. Niobium- Titanium, zentral als das gewünschte Kernmaterial angeordnet, und von einem Mantel umgeben, welcher aus dem Material hergestellt ist, welches in einem größeren Volumen zugeführt wird, z. B. Kupfer. In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird diese Art der Produktion des bimetallischen Materials in einem einschritt-kontinuierlichen Prozess durchgeführt, wobei die Extrusionsrate so ist, dass die Extrusionstemperatur wenigstens 600 Grad Celsius beträgt.

Die Erfindung wird unten, unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung detaillierter beschrieben, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Gemäß der Figur werden die verschiedenen Komponenten 1 und 2 des gewünschten bimetallischen Materials in die Zufuhrvorrichtung 4 einer kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine 3 geführt. Die Komponente 1 wird als ein genutetes Profil geformt und die Komponente 2 wird in die Nut desselben eingefügt. Die Zufuhrvorrichtung 4 ist im Wesentlichen radähnlich, und die Komponenten 1 und 2 werden zusammen in die, auf dem äußeren Umfang der Zufuhrvorrichtung 4 vorgesehenen Nut eingeführt. Die Zufuhrvorrichtung 4 leitet einen bimetallischen Rohling 5, welcher die Komponenten 1 und 2 enthält, in die Extrusionszone. In der Extrusionszone führt ein Formschuh-Bauteil 6, welches die Nut der Zufuhrvorrichtung 4 ausfüllt, den bimetallischen Rohling zu der Extrusionsöffnung 7. Um den bimetallischen Rohling 5 dazu zu bringen, in den verschiedenen Arbeitsschritten der Extrusion in einer laminaren Weise fortzuschreiten, ist die erste Wand 9 in der Zufuhrrichtung des Extrusionsbauteils 8 gerundet, so dass der Radius der Krümmung der Wand 9 80% des Durchmessers der Extrusionsöffnung 7 beträgt. Um das bimetallische Material dazu zu bringen, in einer laminaren Weise fortzulaufen, wird in ähnlicher Weise vor dem Formschuh 6 aus wenigstens einem Teil des zu extrudierenden Materials ein nicht fließender Bereich 10 gebildet, wobei die Grenzfläche 11 mit dem fließenden Material desselben eine im Wesentlichen konzentrische kreisförmige Kurve mit der Wand 9 für den Bereich bildet, welcher einem zentralen Winkel α von etwa 35 Grad entspricht, wenn von dem Wechselpunkt des Flusses begonnen und in die Zufuhrrichtung des Materials gesehen wird. Die Grenzfläche 11 erstreckt sich vorteilhaft von der Nut auf dem äußeren Umfang der Zufuhrvorrichtung 4 zu der Wand 12 der Extrusionsmaschine. Das extrudierte, fertig gestellte bimetallische Material wird von der kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine 3 in einer im Wesentlichen radialen Richtung in Bezug auf das Rad der Zufuhrrichtung 4 ausgestoßen.


Anspruch[de]

1. Ein Verfahren zur einer in einem Schritt erfolgenden Herstellung eines bimetallischen Materials aus supraleitendem Material in einer kontinuierlich betriebenen Extrusionsmaschine (3), bei welchem die Bimetallkomponenten (1, 2) zusammen in die Extrusionszone geführt werden und das Bimetallmaterial (1, 2) die Extrusionsmaschine (3) im Wesentlichen in radialer Richtung in Bezug auf den äußeren Umkreis der Zufuhrvorrichtung (4) verlässt, und bei welchem die in einem größeren Volumen zugeführte Komponente (1) zu einem genuteten Profil geformt wird und die in einem kleineren Volumen zugeführte Komponente (2) in die Nut desselben eingefügt wird, so dass das zu extrudierende bimetallische Material (1, 2) den Extrusionsvorgang im Wesentlichen in laminarer Form durchläuft, so dass die im kleineren Volumen auftretende Bimetallkomponente (2) zentral gelegen und von einem aus dem im größeren Volumen auftretenden Material (1) geformten Mantel umgeben ist.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zum Erreichen eines im Wesentlichen laminaren Stroms die Konterfläche (11) des Formschuhs (6) der Extrusionsmaschine zusammen mit der, in Zufuhrrichtung des Extrusionsmaterials gesehen, im Wesentlichen zuerst gelegenen Wand (9) eine im Wesentlichen konzentrische kreisförmige Kurve bildet, die sich vorteilhaft über einen Bereich erstreckt, der einem Mittelwinkel (α) von maximal 40 Grad entspricht, beginnend am Änderungspunkt des Zuflusses und gesehen in Zufuhrrichtung der Komponenten (1, 2).

3. Ein Verfahren entsprechend Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Aufprallfläche des Formschuhs (6) zumindest zum Teil von dem zu extrudierendem Material gebildet wird.

4. Ein Verfahren entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die, in Zufuhrrichtung des Extrusionsteils (8) gesehen, zuerst gelegene Wand (9) in einer Weise gerundet ist, dass der Krümmungsradius der Wand (9) mindestens 70 Prozent, besser aber 80-90 Prozent des größten Durchmessers der Extrusionsöffnung (7) beträgt.

5. Ein Verfahren entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Extrusionstemperatur mindestens 600ºC beträgt.

6. Ein Verfahren entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei dem Material mit dem größeren Volumen um Kupfer handelt.







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