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Patent Searching and Data


Title:
CONNECTING ELEMENT, IN PARTICULAR SCREW OR NUT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/124322
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a connecting element (4, 5), in particular a screw (4) or a nut (5), for mechanically connecting components (1, 2), the connecting element (4, 5) consisting at least partially of a material with a mechanical tensile strength of at least 350 MPa. According to the invention, the material of the connecting element (4, 4', 5, 8) has an electrical conductivity of at least 50% IACS. The invention also relates to a corresponding production method for a connecting element (4, 5) of this type.

Inventors:
MARIEN JAN (DE)
HARTMANN JENS (DE)
ZUCKERMANN DANIEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/000155
Publication Date:
August 11, 2016
Filing Date:
January 29, 2016
Export Citation:
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Assignee:
ISABELLENHÜTTE HEUSLER GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
C22F1/08; C22C9/00
Foreign References:
US20010051105A12001-12-13
EP2752498A12014-07-09
EP2557187A12013-02-13
DE102005059561A12007-06-28
DE10392428T52005-06-30
DE1458546B11970-04-09
Attorney, Agent or Firm:
BEIER, Ralph (DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Verbindungselement (4, 4', 5, 8), insbesondere Schraube (4, 4', 8) oder Mutter (5), zum mechanischen Verbinden von Bauteilen (1, 2), wobei das Verbindungselement (4, 4', 5, 8) mindestens teilweise aus einem Material mit einer mechanischen Zugfestigkeit von mindestens 350 MPa besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Verbindungselements (4, 4'·, 5, 8) eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 50% IACS aufweist.

2. Verbindungselement (4, .4', 5, 8) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

a) dass die Zugfestigkeit des Materials des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) mindestens 400 MPa, 450 MPa, 500 MPa, 550 MPa oder 600 MPa beträgt, und/oder

b) dass die elektrische Leitfähigkeit des Materials des

Verbindungselements (4, 4', 5, 8) mindestens 60% IACS, 70% IACS, 80% IACS, 90% IACS beträgt, und/oder

c) dass das Material des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) eine Streckgrenze von mindestens 100 MPa, 200 MPa, 300MPa, 400 MPa, 500 MPa oder 600 MPa aufweist,

und/oder

d) dass das Material des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) eine Bruchdehnung von mindestens 1%, 5%, 10% oder 20% aufweist, und/oder

e) dass das Verbindungselement (4, 4', 5, 8) der Festigkeitsklasse 4.6, 6.8 oder 8.8 angehört.

3. Verbindungselement (4, 4', 5, 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Material des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) eine Kupfer-Chrom-Legierung ist,

al) insbesondere mit einem Massenanteil von Chrom von 0,2%-l%, 0,3%-0,8%, 0,4%-0,6%,

a2) insbesondere mit einem Massenanteil von bis zu 0,2% von Silber, Magnesium, Hafnium, Titan, Zirconium und/oder Zinn, oder

b) dass das Material des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) eine Kupfer-Magnesium-Legierung ist, insbesondere mit einem Massenanteil von Magnesium von 0,l%-0,5%, oder c) dass das Material des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) eine Kupfer-Niob-Legierung ist, insbesondere mit einem Kupfer-Mantel, oder

d) dass das Material des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) eine Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung ist, insbesondere

CuNi3Si.

4. Verbindungselement (4, 4', 5, 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ummantelung (10) aus Kupfer.

5. Verbindungselement (4, 4', 5, 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4, 4', 5, 8) einem der folgenden Typen ange- hört:

a) Schraube (4, 4', 8), insbesondere mit einem Schraubenkopf mit einer angeformten Scheibe (7),

b) Mutter (5),

c) Niet,

d) Bolzen,

e) Stift,

f) Nagel.

6. Verbindungselement (4, 4', 5, 8) nach Anspruch 5, ge- kennzeichnet durch eine angeformte Scheibe (7) an der Schraube (4, 4', 8) oder an der Mutter, wobei die Scheibe (7) die Auflagefläche um mindestens 50%, 75%, 100% oder 150% erhöht.

7. Stromleiteranordnung mit

a) einem ersten stromführenden Bauteil (1),

b) einem zweiten stromführenden Bauteil (1), und

c) einem Verbindungselement (4, 4', 5, 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches das erste stromführende Bauteil (1) mit dem zweiten stromführenden Bauteil (1) verbindet.

8. Stromleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden stromführenden Bauteile (1) eine Stromschiene ist.

9. Stromleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten stromführenden Bauteil und/oder bei dem zweiten stromführenden Bauteil um eines der folgende Bauteile handelt:

a) ein Kabelschuh,

b) ein Karosserieblech,

c) ein Bootsrumpf eines Bootes,

d) eine Stromschiene, insbesondere eine Stromsammelschie- ne,

e) ein Widerstand, insbesondere ein niederohmiger Strom- messwiderstand,

f) ein Massepunkt, insbesondere an einem Gehäuseteil.

10. Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Verbindungselements (4, 4', 5, 8), insbesondere einer Schraube (4, 4', 8) oder einer Mutter (5), insbesondere zur Herstellung eines Verbindungselements (4, 4', 5, 8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (4, 4', 5, 8) aus einem Material mit einer mechanischen Zugfestigkeit von mindestens 350 MPa besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Verbindungselements (4, 4', 5, 8) eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 50% IACS aufweist.

11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Herstellen eines Walzdrahts aus einem Material, insbesondere aus einer Kupfer-Chrom-Legierung,

b) Lösungsglühen des Walzdrahts,

c) Ziehen des Walzdrahts auf einen vorgegebenen Nenndurchmesser.

12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch folgenden Schritt nach dem Lösungsglühen des Walzdrahts und vor dem Ziehen des Walzdrahts:

Entfernen einer Oxidschicht auf dem Walzdraht, insbesondere im Schabezug. 13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Walzdrahtes folgende Schritte umfasst:

a) Schmelzen des Materials in einem Vakuumofen und anschließend

b) Warmwalzen des Materials zu dem Walzdraht.

14. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis

13. dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsglühen des Walzdrahts folgende Schritte umfasst:

a) Erwärmen des Walzdrahts,

al) insbesondere auf eine Temperatur von +800-1200°C,

+900-1100°C oder +950-1050°C,

a2) insbesondere für eine Dauer von 5 Minuten bis 15 Minuten, 7 Minuten bis 13 Minuten oder 9 Minuten bis 11 Minuten, und anschließend

b) Abschrecken des Walzdrahts, insbesondere in Wasser.

15. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Schritte in dieser Reihenfolge :

a) Auslagern des Walzdrahtes,

al) insbesondere bei einer Temperatur von +300-600°C, +350-550°C oder +400-500°C,

a2) insbesondere für eine Zeitdauer von 4-16 Stunden,

6-14 Stunden oder 6-10 Stunden,

b) Formen von Verbindungselementen aus dem ausgelagerten

Walzdraht . 16. Herstellungsverfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet,

a) dass das Auslagern des Walzdrahtes nach dem Lösungsglühen und nach dem Entfernen der Oxidschicht erfolgt oder b) dass das Auslagern des Walzdrahtes nach dem Lösungsglü- hen und vor dem Entfernen der Oxidschicht erfolgt.

17. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Schritte in dieser Reihenfolge:

a) Formen von Verbindungselementen aus dem Walzdraht vor dem Auslagern,

b) Auslagern der geformten Verbindungselemente,

bl) insbesondere bei einer Temperatur von +300-600°C, +350-550°C oder +400-500°C,

b2) insbesondere für eine Zeitdauer von 4-16 Stunden,

6-14 Stunden oder 6-10 Stunden.

18. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Kupfer-Magnesium-Legierung, insbesondere mit einem Massenanteil von Magnesium von 0,1%- 0,5%,

b) Erste Kaltumformung der Kupfer-Magnesium-Legierung zu einem Halbzeug,

c) Kaltumformen der Kupfer-Magnesium-Legierung zu Verbindungselementen .

19. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Bereitstellen eines Verbundmaterials aus einer Kupfer- Niob-Legierung mit einem Kupfer-Mantel (10), insbesondere mit einem Massenanteil von Niob von 5%-30%, 10%- 25% oder 15%-20%,

b) Ziehen des Verbundmaterials,

c) Formen von Verbindungselementen (4, 4', 5, 8) aus dem Verbundmaterials .

Description:
6 000155

BESCHREIBUNG Verbindungselement, insbesondere Schraube oder Mutter

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement, insbesondere eine Schraube oder eine Mutter, zum mechanischen Verbinden von Bauteilen.

Aus dem Stand der Technik (z. B. DE 10 2005 059 561 AI) sind Stromschienenanordnungen bekannt, bei denen zwei stromführende Stromschienen aus hochleitfähigem Kupfer durch eine

Schraube miteinander verbunden werden, um eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen den beiden Stromschienen herzustellen. Die beiden Stromschienen liegen hierbei im Bereich der Schraubverbindung planparallel aufeinander, was zu einem geringen elektrischen Übergangswiderstand zwischen den beiden Stromschienen führt. Allerdings ist der Übergangswi- derstand zwischen den beiden Stromschienen nicht Null, was insbesondere auf die Oberflächenrauigkeit der Stromschienen und eine etwaige Verschmutzung der aufeinander liegenden Oberflächen der Stromschienen zurückgeführt werden kann.

Nachteilig an den bekannten Stromschienenanordnungen ist also der elektrische Übergangswiderstand zwischen den miteinander verbundenen Stromschienen.

Aus DE 103 92 428 T5 ist ein hochfester Leitkupferlegierungs- draht bekannt, der beispielsweise als Batteriepol oder als Elektrokabel eingesetzt werden kann. Hierbei handelt es sich also nicht um ein Verbindungselement in dem erfindungsgemäßen Sinne . Weiterhin offenbart DE-AS 1 458 546 einen Halbleiterträger, der als solcher gattungsfremd ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Über- gangswiderstand bei einer solchen Stromschienenanordnung zu verringern .

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verbindungselement (z. B. Schraube, Mutter) gemäß dem Hauptanspruch ge- löst.

Die Erfindung beruht auf der technisch-physikalischen Erkenntnis, dass bei einer Stromschienenanordnung ein Teil des elektrischen Strom durch das Verbindungselement (z. B.

Schraube, Mutter) fließt, so dass das Verbindungselement ei- nen möglichst geringen Widerstand bilden sollte.

Die Erfindung umfasst deshalb die technische Lehre, das Ver ¬ bindungselement (z. B. Schraube oder Mutter) bei einer solchen Stromschienenanordnung aus einem Material herzustellen, das nicht nur eine ausreichende mechanische Zugfestigkeit aufweist, sondern auch eine sehr hohe elektrische Leitfähig ¬ keit, um einen möglichst geringen elektrischen Übergangswiderstand zwischen zwei Stromschienen realisieren zu können. Diese Zielanforderungen sind jedoch leider teilweise wider- sprüchlich, da eine hohe mechanische Zugfestigkeit meist nicht mit einer sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit kombiniert werden kann. So hat Kupfer beispielsweise eine sehr hohe elektrisch Leitfähigkeit, aber nur eine relativ geringe mechanische Zugfestigkeit, so dass beispielsweise Schrauben nicht aus Kupfer gefertigt werden. Die Erfindung löst jedoch diesen Zielkonflikt durch die Verwendung eines geeigneten Materials für das Verbindungselement, wie noch detailliert beschrieben wird. Im Folgenden werden jedoch zunächst die Materialeigenschaften des Materials des erfindungsgemäßen Verbindungselements beschrieben . So weist das Material des Verbindungselements vorzugsweise eine mechanische Zugfestigkeit von mindestens 350 MPa,

400 MPa, 450 MPa, 500 MPa, 550 MPa oder sogar mindestens 600 MPa auf, was für die Herstellung mechanischer Schraubverbindungen meist ausreicht.

Die elektrische Leitfähigkeit des Materials des Verbindungselements - gemessen auf der IACS-Skala (IACS: international Annealed Copper Standard) - beträgt dagegen mindestens 50% IACS, 60% IACS, 70% IACS, 80% IACS oder sogar mindestens 90% IACS. Ein IACS-Wert von 100% entspricht hierbei der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer.

Darüber hinaus weist das Material des Verbindungselements vorzugsweise eine Streckgrenze von mindestens 100 MPa,

200 MPa, 300 MPa, 400 MPa, 500 MPa oder 600 MPa auf.

Die Bruchdehnung des Materials des Verbindungselements beträgt dagegen vorzugsweise mindestens 1%, 2%, 5%, 10% oder sogar mindestens 20%.

Das Verbindungselement gehört somit vorzugsweise der Festigkeitsklasse 4.6, 6.8 oder 8.8 an. Die erste Ziffer gibt hierbei multipliziert mit 100 die mechanische Zugfestigkeit in N/mm 2 an, während das Produkt der beiden Ziffern multipli- ziert mit 100 die mechanische Streckgrenze in N/mm 2 definiert. Die Festigkeitsklasse 8.8 definiert also eine Zugfestigkeit von 8x100 N/mm 2 und eine Streckgrenze von

8x8x100 N/mm 2 . 6 000155

Die erfindungsgemäße Kombination einer hohen mechanischen Zugfestigkeit einerseits mit einer sehr hohen elektrischen Leitfähigkeit andererseits lässt sich durch verschiedene er ¬ findungsgemäße Legierungen realisieren, die nachfolgend be- schrieben werden.

So kann es sich bei dem Material des Verbindungselements beispielsweise um eine Kupfer-Chrom-Legierung handeln, insbesondere mit einem Massenanteil von Chrom von 0,2%-l%, 0,3%-0,8% oder 0,4%-0,6%. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit kann die Kupfer-Chrom-Legierung zusätzlich einen Massenanteil von bis zu 0,2% von Silber, Magnesium, Hafnium, Titan, Zirkonium und/oder Zinn enthalten. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Ma ¬ terial des erfindungsgemäßen Verbindungselements eine Kupfer- Magnesium-Legierung ist, insbesondere mit einem Massenanteil von Magnesium von 0,l%-0,5%. Ein weiteres mögliches Material für das erfindungsgemäße Verbindungselement ist eine Kupfer-Niob-Legierung, insbesondere als Verbundmaterial mit einem Kupfer-Mantel, der die notwen ¬ dige hohe elektrische Leitfähigkeit liefert. Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht dagegen als Material für das Verbindungselement eine Kupfer-Nickel-Silizium- Legierung vor, wie beispielsweise CuNi 3 Si.

Allgemein ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Verbin- dungselement eine äußere Ummantelung aus Kupfer aufweisen kann, um die gewünschte hohe elektrische Leitfähigkeit zu liefern. P T/EP2016/000155

Es wurde vorstehend bereits erwähnt, dass es sich bei dem Verbindungselement um eine Schraube oder eine Mutter handeln kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Typen von Verbindungselementen beschränkt, sondern auch mit anderen Typen von Verbindungselementen realisierbar, wie beispielsweise Nieten, Bolzen, Stiften und Nägeln, um nur einige Beispiele zu nennen.

Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungselements zur Verbindung von Stromschienen. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch allgemein Schutz für das erfindungsgemäße Verbindungselement bei anderen Einsatzzwecken.

Bei einer Schraube ist zu berücksichtigen, dass Stromschienen aus Kupfer meist eine Zugfestigkeit von lediglich 220 MPa bei einer Streckgrenze von 70 MPa aufweisen. Hier würde man die Schraubverbindung überelastisch auslegen. Um die Festigkeit der Schraube als höhere Vorspannkraft nutzen zu können, müssen voraussichtlich Schrauben mit einem vergrößerten Schraubenkopf hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Schraube weist deshalb vorzugsweise einen Schraubenkopf mit einer angeformten Scheibe auf, wobei die Anformung einer Scheibe auch bei einer Mutter möglich ist. Hierbei ermöglicht die angeformte Scheibe vorzugsweise eine Erhöhung der Auflagefläche um mindestens 50% oder 75%, 100% oder sogar 150%.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur

Schutz beansprucht für das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verbindungselement (z. B. Schraube). Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Stromleiteranordnung (z. B. Stromschienenanordnung) mit mehreren stromführenden Bauteilen (z. B. Stromschienen), die durch ein erfin- 155 dungsgemäßes Verbindungselement (z. B. Schraube) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.

Bei den stromführenden Bauteilen kann es sich jedoch bei- spielsweise auch um einen Kabelschuh, ein Karosserieblech, einen Bootsrumpf, einen Widerstand (z. B. niederohmiger

Strommesswiderstand) oder einen Massepunkt an einem Gehäuseteil handeln.

Weiterhin beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Herstellung eines solchen Verbindungselements, das einerseits mechanisch ausreichend belastbar und andererseits elektrisch hoch leitfähig ist .

In einer Variante der Erfindung sieht das Herstellungsverfahren vor, dass zunächst ein Walzdraht hergestellt wird, der beispielsweise aus einer Kupfer-Chrom-Legierung besteht. Anschließend erfolgt dann ein Lösungsglühen des Walzdrahtes, um die gewünschte Zugfestigkeit zu erreichen. Schließlich wird der Walzdraht dann auf seinen vorgegebenen Nenndurchmesser gezogen.

Nach dem Lösungsglühen des Walzdrahtes und vor dem Ziehen des Walzdrahtes kann in einem zusätzlichen Schritt noch vorgesehen sein, dass eine Oxidschicht auf dem Walzdraht entfernt wird, insbesondere im Schabezug. Hierbei wird die Oxidschicht auf dem Draht mit einem ringförmigen, scharfen Werkzeug, dessen Innendurchmesser geringer ist als der Außendurchmesser des Drahtes, mechanisch von dem Draht geschabt.

Zur Herstellung des Walzdrahtes wird vorzugsweise zunächst das Material (z. B. Kupfer-Chrom-Legierung) in einem Vakuumo- 155 fen geschmolzen und anschließend zu dem Walzdraht warmgewalzt .

Das vorstehend erwähnte Lösungsglühen des Walzdrahtes umfasst dagegen vorzugsweise zunächst ein Erwärmen des Walzdrahtes und anschließend ein Abschrecken des Walzdrahtes, insbesondere in Wasser. Die Erwärmung des Walzdrahtes beim Lösungsglühen erfolgt vorzugsweise für eine Dauer von 5-15 Minuten, 7-

13 Minuten, 9-11 Minuten bei einer Temperatur von +800- 1200°C, +900-1100°C oder +950-1050°C.

Darüber hinaus kann bei dieser Variante der Erfindung zusätzlich vorgesehen sein, dass der Walzdraht ausgelagert wird, beispielsweise bei einer Temperatur von +300-600°C, +350- 550°C oder +400-500°C für eine Zeitdauer von 4-16 Stunden, 6-

14 Stunden oder 6-10 Stunden. Anschließend können dann aus dem ausgelagerten Walzdraht die erfindungsgemäßen Verbindungselemente geformt werden, was in herkömmlicher Weise ge ¬ schehen kann.

Das vorstehend erwähnte Auslagern des Walzdrahtes kann nach dem Lösungsglühen und nach dem Entfernen der Oxidschicht er ¬ folgen . Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass das Auslagern des Walzdrahtes nach dem Lösungsglühen und vor dem Entfernen der Oxidschicht erfolgt.

Bei einer Abwandlung dieser Variante werden die Verbindungs- elemente aus dem Walzdraht vor dem Auslagern geformt. Anschließend werden die geformten Verbindungselemente dann als Stückgut ausgelagert, beispielsweise bei einer Temperatur von +300-600°C, +350-550°C oder +400-500°C für eine Zeitdauer von 4-16 Stunden, 6-14 Stunden oder 6-10 Stunden. EP2016/000155

Eine andere Variante der Erfindung sieht dagegen vor, dass das Verbindungselement aus einer Kupfer-Magnesium-Legierung hergestellt wird, beispielsweise mit einem Massenanteil von Magnesium von 0,l%-0,5%. Dadurch erfolgt dann eine Mischkristallhärtung der Kupfer-Magnesium-Legierung. Hierbei wird durch die abweichenden Gitterkonstanten der verschiedenen Legierungsbestandteile das Kristallgitter verzerrt. Diese Verzerrung des Kristallgitters behindert die Verset zungsbewe- gung, welche die Grundlage für die Verformbarkeit metallischer Werkstoffe darstellt. Als Folge daraus steigt die mechanische Festigkeit der Legierung an. Nach der Mischkristallhärtung der Kupfer-Magnesium-Legierung kann dann eine Kaltumformung erfolgen, um die Verbindungselemente herzustel- len.

Bei der Kupfer-Magnesium-Legierung verhält es sich so, dass durch das zu Legieren des Magnesiums zum Kupfer eine Mischkristallhärtung erreicht wird. Nun wird durch Kaltumformen des geschabten Walzdrahtes der Werkstoff kaltverfestigt. Bei der Kaltverfestigung werden durch Umformen unterhalb der Er- holungs- bzw. Rekristallisationstemperatur Versetzungen d. h. Gitterbaufehler in das Kristallgitter des Werkstoffs eingebracht. Dadurch wird die Versetzungsbewegung im Werkstoff be- hindert was zu einem Ansteigen der Festigkeit des Werkstoffs führt .

In einer anderen Erfindungsvariante wird dagegen ein Verbundmaterial aus einer Kupfer-Niob-Legierung mit einem Kupfer- Mantel bereitgestellt, wobei die Kupfer-Niob-Legierung vorzugsweise einen Massenanteil von Niob von 5%-30%, 10%-25% o- der 15%-20% enthält. Anschließend wird das Verbundmaterial dann gezogen. In einem weiteren Schritt werden dann die Verbindungselemente aus dem gezogenen Verbundmaterial geformt. 000155

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam ¬ men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer er- findungsgemäßen Stromschienenanordnung,

Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schraube mit einer angeformten Scheibe,

Figur 3 eine Variante des erfindungsgemäßen Herstellungs ¬ verfahrens als Flussdiagramm mit einer Kupfer- Chrom-Legierung als Ausgangsmaterial,

Figur 4 eine Abwandlung von Figur 3,

Figur 5 eine weitere Abwandlung von Figur 3,

Figur 6 eine andere Erfindungsvariante mit einer Kupfer-

Magnesium-Legierung als Ausgangsmaterial,

Figur 7A eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen

Herstellungsverfahrens mit einer Kupfer-Niob- Legierung als Ausgangsmaterial,

Figur 7B eine schematische Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Verbindungselement.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung mit zwei Stromschienen 1, 2 aus Kupfer, wobei die beiden Stromschienen 1, 2 mit ihren EP2016/000155 freien Enden planparallel aufeinander liegen und durch eine Schraubverbindung 3 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Die Schraubverbindung 3 besteht hierbei aus einer erfindungsgemäßen Schraube 4 mit einer entsprechend angepassten Mutter 5.

Die Schraube 4 und die Mutter 5 bestehen hierbei aus einem besonderen Material, das eine hohe mechanische Zugfestigkeit von mindestens 350 MPa mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 50% IACS kombiniert. Hinsichtlich der konkreten Materialzusammensetzung des Materials der Schraube 4 und der Mutter 5 bestehen verschiedene Möglichkeiten, von denen einige Varianten nachfolgend noch detailliert beschrieben werden.

Figur 2 zeigt eine Abwandlung einer Schraube 4 ' mit einem Schraubenkopf 6 mit einer angeformten Scheibe 7, wobei die Scheibe 7 die Auflagefläche des Schraubenkopfs 6 um über 100% erhöht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn - wie in Figur 1 - relativ weiche Bauteile aus Kupfer miteinander verbunden werden sollen. Im Folgenden wird nun zunächst das Flussdiagramm in Figur 3 beschrieben, das eine erste Variante zur Herstellung des Materials für das erfindungsgemäße Verbindungselement beschreibt . In einem ersten Schritt Sl wird zunächst ein Walzdraht hergestellt. Hierzu wird zunächst in einem Schritt Sl.l ein geeig ¬ netes Material (z. B. eine Kupfer-Chrom-Legierung) in einem Vakuumofen geschmolzen. Anschließend wird das Material dann in einem Schritt S1.2 zu dem gewünschten Walzdraht mit einem Durchmesser von d=8-12 mm gewalzt.

In einem anschließenden Schritt S2 erfolgt dann ein Lösungsglühen des Walzdrahtes. Im Rahmen des Lösungsglühens wird der Walzdraht zunächst in einem Schritt S2.1 für eine Zeitdauer tl=10 Minuten auf eine Temperatur von Tl=+1000°C erwärmt. Anschließend wird der erwärmte Walzdraht dann in einem Schritt S2.2 in Wasser abgeschreckt.

In einem weiteren Schritt S3 wird dann die Oxidschicht auf dem Walzdraht im Schabezug entfernt. Hierbei wird die Oxidschicht auf dem Walzdraht mit einem ringförmigen, scharfen Werkzeug mechanisch vom Draht geschabt, wobei der Innendurch messer des Werkzeugs geringer ist als der Außendurchmesser des Walzdrahts.

In einem Schritt S4 wird der Walzdraht dann in herkömmlicher Weise auf den gewünschten Nenndurchmesser gezogen.

Anschließend erfolgt in einem Schritt S5 ein Auslagern des Walzdrahtes in der Topfglühe bei einer Temperatur von

T2=+400-450 °C für einen Zeitraum t2=6-10 Stunden. Nach diesen Schritten hat das Material dann eine Zugfestigkeit von rund 400 MPa, eine Bruchdehnung von 10% und eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 85% IACS erreicht.

In einem weiteren Schritt S6 wird dann eine Schraube aus dem Walzdraht geformt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wie- T EP2016/000155 derholungen auf die vorstehende Beschreibung zu Figur 3 verwiesen wird.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass das Auslagern des Walzdrahts von dem Schritt S5 in Figur 3 in den Schritt S3 in Figur 4 verschoben ist. Das Auslagern des Walzdrahtes erfolgt hierbei also zeitlich vor dem Entfernen der Oxidschicht im Schabezug und auch vor dem Ziehen des Walzdrahtes.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 stimmt ebenfalls weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung zu Figur 3 verwiesen wird.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in der Vertauschung der Schritte S5 und S6 in Figur 3. Dies bedeu ¬ tet, dass zunächst in einem Schritt S5 die einzelnen Schrauben aus dem Walzdraht geformt werden und anschließend dann die geformten Schrauben als Stückgut in einem Schritt S6 aus ¬ gelagert werden.

Im Folgenden wird nun das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 beschrieben .

Hierbei wird zunächst in einem Schritt Sl eine Kupfer- Magnesium-Legierung bereitgestellt. Durch das Legieren wird eine Mischkristallhärtung erzielt. Daraufhin werden dann aus der gehärteten Kupfer-Magnesium-Legierung durch Kaltumformen in einem Schritt S2 Schrauben hergestellt.

Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 7A und 7B das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7A beschrieben. EP2016/000155

Hierbei wird zunächst in einem Schritt Sl ein Verbundmaterial aus einer Kupfer-Niob-Legierung mit einem Kupfer-Mantel bereitgestellt . Figur 7B zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine Schraube 8 mit einem Kern 9 aus der Kupfer-Niob- Legierung und einem Mantel 10 aus Kupfer, wobei der Mantel 10 aus Kupfer die gewünschte elektrische Leitfähigkeit bereitstellt.

In einem Schritt S2 wird das Verbundmaterial dann gezogen und in einem Schritt S3 werden daraus Schrauben geformt.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen be- vorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben ¬ falls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Er ¬ findung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprü ¬ chen .

Bezugs zeichenliste :

1 Stromschiene

2 Stromschiene

3 Schraubverbindung

4 Schraube

4 ' Schraube

5 Mutter

6 Schraubenkopf

7 Scheibe

8 Schraube

9 Kern der Schraube 8

10 Mantel der Schraube 8