DE2147374C3 - Verfahren zum Herstellen eines aus zwei metallischen Werkstoffen bestehenden Verbundkörpers - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines aus zwei metallischen Werkstoffen bestehenden VerbundkörpersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aus zwei metallischen Werkstoffen bestehenden
Verbundkörpers, insbesondere einer Stromschiene aus einem Aluminium-Grundkörpers mit einer auf diesem
angeordneten und eine Gleitfläche bildenden Schicht aus verschleißbeständigein Werkstoff zur Leitung von
Energie zu einem Verbraucher, etwa einer Lokomotive, einem Hebezug oder ähnlich betriebenen elektrischen
Einrichtungen.
Es sind Verfahren zum Herstellen von Stromschienen dieser Art bekannt, bei denen zwei vorgefornUe Körper
— und zwar einer aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Aluminium, und einer aus verschleißbeständigem
Werkstoff, wofür sich Eisen mit seinen Legierungen anbietet — kalt zusammengefügt werden.
Verfahren, die auf dem Zusammenfügen zweier vorgeformter Körper beruhen, wobei die vorgeformten
Körper zumeist vorgeformte Profilstränge sind, haben nicht nur hinsichtlich der Verfahrensdurchführung
ϊ Mängel; die hierbei entstehenden Erzeugnisse vermögen auch in technischer Hinsicht nicht zu befriedigen.
Das Herstellen von Verbundkörpern erfolgt bei bekannten Verfahren durch Einbringen des aus einem
Eisenwerkstoff bestehenden Profilabschniites in eine
ι« entsprechende Ausnehmung des aus einem Nichteisenmetall
gebildeten Stranges unter Anwendung von Druck und Temperatur. Zur zusätzlichen Sicherung der
Verbindung müssen noch Schrauben oder Nieten in den Verbundkörper eingezogen werden.
ι > Aus einem anderen Verfahren ist es bekannt, den aus
Aluminium — d. h. einem gut leitenden Werkstoff — oder einer seiner Legierungen bestehenden Verbundkörperteil
mehrteilig auszubilden, damit der verschleißbeständige, aus einem Eisenwerkstoff bestehende
Verbundkörperteil vermittels Befestigungselementen zwischen den Einzelteilen aus Aluminium verspannbar
wird. Es gehört auch bereits zum Stande der Technik, in einen vorgeformten Verbundkörperbestandteil aus
einem Eisenwerkstoff Aluminium in Form von Barren
-'"> unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur
einzuwalzen.
Die Mängel dieser Verfahren liegen im hohen technischen Aufwand zum Herstellen der Bestandteile,
mit denen das Verfahren ablaufen kann. So sind beispielsweise zwei Preßwerkzeuge und Einrichtungen
zur Vereinigung der Profilstränge nötig. Weiter schließen sich lohnintensive Arbeiten zur Anwendung
von Schrauben, Nieten od. dgl. als Befestigungsmittel an. Im letzteren Fall sind speziell nur für einen Zweck
auszubildende Walzeinrichtungen mit Heizanlagen notwendig.
Die Mängel der Erzeugnisse nach diesen Verfahren liegen darin, daß zu deren Durchführung relativ
kompakte Verbundkörperbestandteile miteinander zur
ίο Vereinigung kommen müssen, weshalb der von dem
elektrisch gut leitenden Werkstoff kommende Strom in dem verschleißbeständigen Verbundkörperbestandteil
bis zur Stromabnahmefläche relativ lange Wege in einem schlechten Leiter zurückzulegen hat. Ferner sind
großflächige Trennfugen zwischen den tragenden — d. h. den elektrisch gut leitenden — und den
verschleißbeständigen Verbundkörperteilen unumgänglich, die einen hohen inneren elektrischen Übergangswiderstand
bilden. Die Formgebung des verschleißbe-
r»o ständigen Verbundkörperteiles beispielsweise durch
Pressen oder Walzen ergibt zwangsläufig eine Oberflächenausbildung, welche das Einbringen eines Schmiermittels
oder Hydrophobisans zur Herabsetzung der Gleitreibung und Ableitung von Flüssigkeit ausschließt.
■>■">
Ein mit Hilfe von Druck und Temperatur oder unter Anwendung von Temperatur allein, also zum Beispiel
durch Aufpressen von Aluminium auf einen Stahlkörper bei erhöhter Temperatur oder Eingießen von Aluminium
in einen Staukörper hergestelltes Verfahrenser-
M) zeugnis besitzt einen weiteren bisher nicht beseitigbaren
Nachteil. Durch Vereinigung von Metallen der genannten Art wird an den Berührungsflächen der
Metalle eine Schicht aus intermetallischen Verbindungen gebildet, was im übrigen auch für die Vereinigung
h> von Kupfer oder einer seiner Legierungen mit Stahl gilt.
P.s ist jenen intermetallischen Verbindungen eigen, daß sie brüchig, elektrisch schlecht leitend und vor allem in
ihrer Dimension nicht stabil sind. Durch die elektrische
Leitfähigkeit dieser Schicht entsteht eine örtliche Erwärmung, die ein ständiges Wachstum fördert
Angesichts dieser Gegebenheiten hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Vorfahren zum
Herstellen eines aus einem Eisenmetall und Nichteisenmetall wie z. B. Stahl und Aluminium bestehenden
Verbundkörpers, insbesondere einer Stromschiene, zu schaffen, bei dem die vorstehend erwähnten Nachteile
vermieden werden und dessen unmittelbare Erzeugnisse optimale mechanische und elektrische Kennwerte wie ι υ
Verschleißbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der verschleißbeständige Werkstoff in flüssigem Zustand auf den
Grundkörper aufgebracht, gleichzeitig der Wärme-Inhalt des verschleißbeständigen Werkstoffes rasch über
den Grundkörper abgeleitet wird und in die Schicht aus verschleißbeständigemi Werkstoff ein Schmiermittel
sowie ein Hydrophobisans eingebracht we -den.
Zur Vermeidung der Bildung einer intermetallischen 2<> Schicht zwischen den aus Aluminium und Stahl
bestehenden Bestandteilen der Stromschiene wird die gute Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums als des
Grundkörpers zur Ableitung des Wärme-Inhalts der flüssig aufgetragenen Schicht aus verschleißbeständi- 2->
gern Werkstoff ausgenutzt. Die rasche Wärmeabfuhr wird so vollzogen, daß während der Beschichtung die
Temperatur des Aluminium-Grundkörpers aufrecht erhalten wird, die dieser vor Beginn der Beschichtung
hatte. .so
Zur Verminderung des Reibungskoeffizienten zwischen Stromschiene und Abnehmer bzw. zur Erhöhung
der Standzeit der Stromschiene wird in die Schicht aus verschleißbeständigem Material ein Schmiermittel eingebracht.
Das Hydrophobisans dient zum Zweck, die ü Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff wasserabstoßend
zu gestalten, damit ein guter elektrischer Übergang zwischen Stromschiene und Abnehmer
während aller Jahreszeiten und Umweltbedingungen gewährleistet ist.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens werden Schmiermittel und Hydrophobisans nach dem
Auftrag der verschleißbeständigen Schicht in dieselbe eingetragen, was beispielsweise durch Tauchen und
Einziehenlassen geschehen kann. -»5
In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird das Schmiermittel zusammen mit der verschleißbeständigen
Schicht aufgetragen.
Um dieses durchzuführen, ist es zweckmäßig, den verschleißbeständigen Werkstoff durch Flammspritzen
und hierbei insbesondere durch Aufschmelzen des verschleißbeständigen Werkstoffes in einem Lichtbogen
und mittels eines ionisierten Trägergasstrahles aufzutragen. Hierbei treffen Flüssigkeitstropfen auf eine
kalte Unterlage, die zur Steigerung eines Wärmegefälles
noch kühlbar ist, und dabei können die Flüssigkeitströpfchen aufgrund des Abschreckungseffektes keine
dichte Schicht bilden, wodurch eine mit Poren durchsetzte verschleißbeständige Schicht gebildet wird.
Diese Erscheinungsform '-vini weiter durch beim t>o
Spritzvorgang ausgelöste uynamische Einflüsse insofern begünstigt, als die Tröpfchen zerteilt werden, wodurch
intergranulare Risse gebildet werden. Die Abschrekkung hat innere Spannungen zur Folge, die Mikroporen
bilden, die auch als intragranulare Risse bezeichnet h>
werden. Insgesamt entsteht so eine verschleißbeständige Schicht, die aufgrund ihrer Poren zur Einbringung
geeigneter Mittel bessere technische Ergebnisse liefert.
Ist die verschleißbeständige Schicht zur Verbesserung ihrer Eigenschaften durch Einbringung entsprechender
Mittel nach ihrer Aufbringung bestimmt, so bietet sich hierfür die Verwendung einer Paste an, die aus Graphit
ode»' Molybdändisulfid und einem Hydrophobisans wie einer Silikonverbindung besteht, die mechanisch aufgetragen
wird, in die Poren einzieht und dort zur Speicherung gelangt. Bei dieser Art der Schichtaufbereitung
bietet sich auch Polytetralluoräthylen an, das eine Schmier- und eine hydrophobisierende Wirkung in
sich vereinigt
Bei gleichzeitigem Auftrag der verschleißbeständigen Schicht werden die Werkstoffe der verschleißbeständigen
Schicht und die Stoffe, die die Schmier- und hydrophobisierende Wirkung auslösen, zweckmäßigerweise
gleichzeitig mittels eines ionisierten Trägergasstrahles auf die entsprechende Fläche des aus
Aluminium bestehenden Grundkörpers aufgetragen. Diese Art des Auftrages hat den Vorteil des einfachen
apparativen Aufwandes.
Das Verfahren wird im folgenden anhand eines möglichen in der Figur dargestellten Verfahrenserzeugnisses
näher erläutert.
Das Verfahrenserzeugnis ist im vorliegenden Fall eine Stromschiene 10, die aus einem aus Aluminium oder
einer seiner Legierungen gepreßten Profilstrang besteht. Der Profilstrang ist aus einem kastenförmigen
Hohlprofil 11 mit einem sich daran einseitig anschließenden T-Profi! 12 gebildet. Das kastenförmige
Hohlprofil 11 weist 3 zur Abnahme von Strom geeignete Seiten 13, 14, 15 auf, die je nach Bedarf eine
Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff 19 tragen, wobei im vorliegenden Fall nur die Seite 15 mit einer
Schicht 19 bedeckt ist. Der Flansch 17 ist zur beidseitigen Halterung der Stromschiene 10 gedacht.
Die Schicht 19 aus verschleißbeständigem Werkstoff besteht aus Eisen, Nickel, Chrom oder Kupfer in
Verbindung mit anderen, die Standzeit der Schicht 19 fördernden Metallen. Diese Schicht wird gemäß der
Erfindung durch Flammspritzen oder in einer möglichen Weiterbildung mittels eines Plasmabrenners, in dem der
Werkstoff der verschleißbeständigen Schicht 19 erschmolzen und mittels eines ionisierten Trägergasstrahles
aufgetragen wird, auf die entsprechende Seite 13,14 oder, wie im vorliegenden Falle, auf die Seite 15
aufgebracht.
Sollten der Anwendung eines hohen Wärmegefälles zur Unterdrückung der intermetallischen Schicht
zwischen dem Aluminium-Grundkörper und der Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff 19 metallurgische
oder konstruktive Bedenken entgegenstehen, so ist es angebracht, eine Zwischenschicht 20 vorzusehen, die
gleichfalls mittels Flammspritzen oder eines Plasmabrenners aufbringbar ist und die aus Metallen besteht,
die keine spröde, elektrisch schlecht leitende intermetallische Verbindungen mit dem Aluminium oder mit der
Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff bilden. Hierzu eignen sich Werkstoffe wie Nickel, Nickel-Aluminium-Legierungen,
Zinn, Zink, Silber, Kupfer oder Legierungen dieser Metalle. Es ist zweckmäßig, die
Schicht 20 in einer Stärke zwischen 5 und 300 μ aufzutragen, wobei die Stärke der Zwischenschicht 20
vor der Stärke der verschleißbeständigen Schicht 19 abhängt, die zwischen 0,3 und 2 mm betragen kann. Zur
Herabsetzung von Wärmespannungen ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenschicht 20 Poren aufweist, die in
ähnlicher Weise wie die in Verbindung mit der Schicht 19 beschriebenen herstellbar sind.
Die Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff 19 weist Poren auf, in die ein Schmiermittel und ein
Hydroplhobisans einbringbar ist. Im Falle der nachträglichen
Einbringung dieser Mittel ist die Verwendung einer Paste angezeigt, die aus Graphit oder Molybdändisulfid
als Schmiermittel und einer Silikonverbindung als Hydrophobisans besteht. Die Paste wird unter Druck
aufgetragen und füllt die Poren 16, so daß eine konstante Schmierung zwischen verschleißbeständiger
Schicht 19 und dem Abnehmer 18 gegeben ist, wohingegen die Silikonverbindung hydrophobisierend
wirkt und auch bei ungünstigsten Witterungseinflüssen eine einwandfreie Stromabnahme sicherstellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen eines aus zwei metallischen Werkstoffen bestehenden Verbundkörpers,
insbesondere einer Stromschiene aus einem Aluminium-Grundkörper mit einer auf diesem
angeordneten und eine Gleitfläche bildenden Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißbeständige
Werkstoff in flüssigem Zustand auf den Grundkörper aufgebracht, gleichzeitig der Wärme-Inhalt
des verschleißbeständigen Werkstoffes rasch über den Grundkörper abgeleitet wird und daß in die
Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff ein Schmiermittel sowie ein Hydrophobisans eingebracht
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel und das Hydrophobisans
nach dem Auftrag der verschleißbeständigen Schicht in dieselbe eingetragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel zusammen mit der
verschleißbeständigen Schicht aufgetragen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißbeständige Werkstoff
flüssig, beispielsweise durch Flammspritzen oder durch einen Plasmastrahl aufgetragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißbeständige Werkstoff in
einem Lichtbogen erschmolzen und mittels eines ionisierten Trägergasstrahles aufgetragen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel
Graphit oder Molybdändisulfid und als Hydrophobisans eine Silikonverbindung aufgetragen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schicht aus
verschleißbeständigem Werkstoff Polytetrafluorethylen als Schmiermittel und Hydrophobisans
eingebracht werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Grundkörper
und die Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff eine Zwischenschicht aufgebracht wird,
die aus einem sowohl am Grundkörper als auch an der Schicht aus verschleißbeständigem Werkstoff
gut haftenden und eine Diffusion des verschleißbeständigen Werkstoffes in den Grundkörper oder
umgekehrt verhindernden Werkstoff besteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712147374 DE2147374C3 (de) | 1971-09-22 | 1971-09-22 | Verfahren zum Herstellen eines aus zwei metallischen Werkstoffen bestehenden Verbundkörpers |
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---|---|
DE2147374A1 DE2147374A1 (de) | 1973-03-29 |
DE2147374B2 DE2147374B2 (de) | 1980-06-26 |
DE2147374C3 true DE2147374C3 (de) | 1981-04-09 |
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- 1971-09-22 DE DE19712147374 patent/DE2147374C3/de not_active Expired
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Publication number | Publication date |
---|---|
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DE2147374A1 (de) | 1973-03-29 |
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