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Dokumentenidentifikation DE10161796C1 07.08.2003
Titel Verfahren zum Verbinden von Enden von flachen Leitern oder Flachleiterabschnitten
Anmelder MOELLER GmbH, 53115 Bonn, DE
Erfinder Ammann, Eckhard, 53819 Neunkirchen-Seelscheid, DE
DE-Anmeldedatum 15.12.2001
DE-Aktenzeichen 10161796
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse H02G 5/00
IPC-Nebenklasse H01R 4/50   H01R 4/58   H02B 1/20   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von Enden von flachen Leitern 10 oder Flachleiterabschnitten 12, insbesondere Stromschienen für Niederspannungsanwendung hoher Strombelastbarkeit aus Aluminium oder Kupfer. Um Herstellkosten einzusparen, werden folgende Arbeitsschritte vorgenommen: in den an den Enden ausgebildeten Stoßkanten 20, 22 beider Flachleiter 10 oder Flachleiterabschnitte 12 wird mindestens eine Ausnehmung 24, 24' derart ausgebildet, dass diese sich nach Zusammenfügen der Enden gegenüberliegen; zum Verbinden der Enden der Flachleiter 10 oder Flachleiterabschnitte 12 wird in die Ausnehmung 24, 24' ein Verriegelungsbolzen 30, 30' eingepresst, so dass die Verzahnung der Stoßkanten 20, 22 in Verbindung mit der Kontur der Ausnehmung 24, 24' und des Verriegelungsbolzens 30, 30' eine formschlüssige Verbindung darstellt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von Enden von flachen Leitern oder Flachleiterabschnitten, insbesondere Stromschienen für Niederspannungsanwendung hoher Strombelastbarkeit aus Material hoher Leitfähigkeit.

Ein aufwendiges Verfahren für das Verbinden mit möglichst hohem Übergangsleitwert besteht darin, die Kopfenden der Leiter mit einer Kappe aus Kupfer zu verlöten, auf der versilberte Kontaktflächen ausgebildet sind (EP 0926781 A1), wodurch ein geringer Übergangswiderstand erreichbar ist. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass eine galvanische Behandlung vorgenommen und die Kappe als Zusatzteil eingesetzt werden muß.

Ein anderes Verfahren zum Verbinden von Enden von flachen Leitern oder Leiterabschnitten besteht darin, dass die Enden stumpf gegeneinander stoßend miteinander verschweißt werden (DE 27 31 850 C2).

Wieder eine andere Verbindungsanordnung ist in der FR 2 787 251 A1 beschrieben worden. Die Stoßkanten der Flachleiter sind als geschwungene Linie oder Mäander komplementär zueinander derart ausgebildet, wobei an den Stoßkanten der zusammengefügten Flachleiter Hinterschneidungen vorhanden sind. Mit den Hinterschneidungen entsteht eine in Erstreckungsrichtung der Leiter formschlüssige Verzahnung. Zur Herstellung eines hohen Übergangsleitwerts müssen die Stoßkanten mit einander verpresst, verlötet oder verschweißt werden.

Von Nachteil bei den beiden letztgenannten Verfahren - insbesondere für Leiter aus Aluminium - ist, dass die Oberflächen bzw. Stoßkanten zur Herstellung eines kleinen Übergangswiderstandes vorbehandelt werden müssen, insbesondere zur Vermeidung von Oxidschichten. Da weiterhin Stromschienen aus Aluminium vernickelt, verzinnt und mit einer Isolierschicht abgedeckt werden, müssen diese einzelnen Arbeitsschritte mit dem Prozess des Verbindens untereinander in einer wirtschaftlichen Reihenfolge abgestimmt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren derart zu vereinfachen, dass die Herstellkosten gesenkt werden.

Das vorgeschlagene Verfahren wird in den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs angegeben, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen zu entnehmen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von Enden von flachen Leitern oder Flachleiterabschnitten besteht in folgenden Arbeitsschritten:

  • - zueinander korrespondierende Stoßkanten werden derart gestaltet, dass die Flachleiter oder Flachleiterabschnitte an den korrespondieren Stoßkanten ohne Formschluss aneinander anlegbar sind,
  • - in den korrespondierenden Stosskanten beider Flachleiter oder Flachleiterabschnitte wird mindestens eine Ausnehmung derart ausgebildet, dass die Ausbildungen nach Aneinanderlegen der korrespondierenden Stosskanten eine geschlossene Kontur bilden,
  • - zur Herstellung der Verbindung wird in mindestens eine Ausnehmung ein im Umriß der geschlossenen Kontur ausgebildeter Verriegelungsbolzen eingepresst
  • - wobei die geschlossene Kontur der Ausnehmungen und die Linienform der korrespondierenden Stoßkanten zueinander so gestaltet werden, dass durch den eingepressten Verriegelungsbolzen ein Formschluss vorhanden ist.

Das Verfahren wird mit seinen Ausgestaltungen anhand der Figuren beschrieben, woraus sich die weiteren Einzelheiten und Vorteile ergeben. Es zeigen

Fig. 1 eine gerade Verbindung eines Flachleiters mit einem Leiterabschnitt;

Fig. 2 eine 90°-Verbindung eines Flachleiters mit einem Leiterabschnitt;

Fig. 3 wie in Fig. 2 jedoch mit nur einem Verbindungsbolzen;

Fig. 4 eine Verbindung eines Flachleiters seitlich mit einem zweiten Flachleiter;

Fig. 5 eine gerade Verbindung mit gekrümmter Stoßkante, links vor dem Zusammenführen, rechts nach dem Zusammenführen, und

Fig. 6 die Form der Stoßkante als Schnitt B-B gemäß Fig. 5.

Typische Stromschienen aus Aluminium oder Kupfer haben Dimensionen von 0,8 × 20 × 300 cm mit einer Stromtragfähigkeit bis zu 2.500 A bei Niederspannung. Aluminium-Stromschienen sind in der Regel vernickelt und verzinnt und tragen eine Isolierbeschichtung.

Wenn im folgenden nur von Flachleitern 10 gesprochen wird, soll jeweils auch, wenn nicht anders erwähnt, ein Flachleiterabschnitt 12 gemeint sein. Ein Flachleiterabschnitt 12 kann ein kurzes Stück eines Flachleiters oder ein Winkelstück sein, oder auch ein in einen Flachleiter eingefügtes Dehnelement 14 (wie in den Fig. 1 und 5 gezeichnet). Dehnelemente werden verwendet, um thermische Längenänderungen abzufangen. Beispielsweise wird ein solches Element in DE 27 31 850 C2 beschrieben, wo es mittels Pressverschweißung 50 mit einem Flachleiter 12 verbunden ist.

Bei der Ausbildung der korrespondierenden Stosskanten 20, 22, bzw. der Ausbildung der Form der Hinterschneidungen 33 werden zwei unterschiedliche Muster vorgeschlagen. Die Hinterschneidungen 33 sind in der Form der Ausnehmungen 24, 24' und in ihrem Zusammenwirken mit den Verriegelungsbolzen 30 im Zusammenhang mit der Linienform der Stoßkanten festgelegt. Eine erste und in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausbildung ist so, dass die korrespondierenden Stosskanten 20 Geraden sind.

Bei der Verwendung von geraden Stosskanten wird eine besondere Kontur des Verriegelungsbolzen eingesetzt. Die Kontur des Verriegelungsbolzen ist eine Kontur mit Hinterschneidung, entsprechend der schraffierten Fläche 33 in Fig. 1 oder 3. Bei gekrümmten Stoßkanten kann die Kontur des Verriegelungsbolzen rund (oval oder kreisförmig) sein.

Eine Stosskante in gekrümmter Ausbildung sollte derart ausgebildet sein, dass eine Führung der Flachleiter zueinander in Stoßrichtung (wie in Fig. 5 dargestellt) vorhanden ist. Eine seitliche Verschiebung sollte nicht möglich sein. Damit vereinfacht sich die Verklammerung, die dann nur in Stoß- oder Längsrichtung, aber nicht in Querrichtung Kräfte aufnehmen muss.

In jeder Stosskante 20, 22 ist mindestens eine Ausnehmung 24 eingebracht, derart dass die Ausnehmung in der Stosskante der ersten Flachleiters der Ausnehmung in der Stosskanten des zweiten Flachleiters gegenüberliegt und beide Ausnehmungen miteinander die Kontur eines Verriegelungsbolzen 30, 30' bilden. Korrespondierende Ausnehmungen können als Halb-Kreis, als Halb-Ellipsen (Langloch) ausgebildet sein. Solche Ausnehmungen öffnen sich nach außen konkav. Ausnehmungen mit Hinterschneidung haben eine sich nach außen verengende Kontur.

Der Verriegelungsbolzen (in Art eines Riegels oder eines Niets) wird in die Ausnehmung 30 eingepresst oder eingeschlagen. Hierzu wird ein Schlag-, Niet- oder Preßwerkzeug verwendet. Der Verriegelungsbolzen 30, 30' sollte die mechanischen Kräfte aufnehmen können und vorzugsweise auch gut elektrisch leitend sein, wobei als Werkstoff Kupfer, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung infrage kommt. Die Enden der Stromschienen werden somit derart verkeilt, dass ein optimaler Stromübergang stattfinden kann.

Die Kontur der Ausnehmungen 24 und die des oder der Verriegelungsbolzen kann in der einfachsten Form kreisrund sein (Bezugszeichen 24'). Wesentlich ist jedoch, dass eine Verklammerung stattfindet, was bei einer geraden Stosskante erreicht wird, wenn die Kontur mit Hinterschneidung ausgebildet ist. In der einfachsten Art kann die Form einer Hantel (Bezugszeichen 30) gewählt werden. Wesentlich ist, dass Form und Richtung der Stoßkante und die Kontur der Ausnehmung derart ausgebildet sind, dass die Kraftkomponenten in Bezug auf die Stoß- oder Längsrichtung (Bezugszeichen 16) zur sicheren Verklammerung beitragen. Bei günstigen Lage- und Winkelverhältnisse kann auch eine Langloch- Kontur für Ausnehmung und Verriegelungsbolzen ausreichen.

Von Vorteil ist, wenn die gekrümmte Stoßkante auch mindestens einen in Stossrichtung verlaufendem Kantenabschnitt hat, so dass es ausreicht, dort einen kreisrunden Verbindungsbolzen zur Verkeilung vorzusehen.

Im Fall der Ausbildung einer gekrümmten Stosskante fasst ein vorspringender Stosskantenabschnitt in einen rückspringenden Stosskantenabschnitt, wobei jedoch keine Hinterschneidung stattfindet. Die Stosskanten werden aufeinander zubewegt und die Konturen fugenlos ineinander geschoben, wobei eine Führung in Längsrichtung angestrebt wird und seitliches Verschieben unmöglich sein soll.

Zur Einbringung der Anschluss-Konturen sollten Konturfräser eingesetzt werden. Die Verklammerung sollte möglichst anschließend erfolgen, so dass sich keine Oxidschicht ausbilden kann.

Alternativ kann so verfahren werden, dass die gefrästen Konturen mit einem Oxidationsschutzmittel abgedeckt werden, so dass die Montage auch zeitversetzt erfolgen kann. Als Oxidationsschutzmittel sind bekannte Öle oder Lacke in Handel, die eingesetzt werden können.

In einer einfachsten Ausführung stoßen die Stosskanten stumpf aneinander. Die Stosskanten können sich jedoch auch überschneiden oder überlappen, wie in Fig. 6B oder als Nut-und-Feder-Verbindung, wie in Fig. 6A, (jeweils Schnitt B-B aus Fig. 5) in Fig. 6A zeigt.

Die Verbindung kann zur Verbesserung der Leitfähigkeit an dem Stoss mit einer zusätzlichen Verschweißung oder Lötung ergänzt sein. In den Fig. 2 und 3 sind Nute 40 dargestellt, die mit Lot gefüllt werden.

Die Lage zweier Flachleiter (Längsrichtung des ersten zur Längsrichtung des anstoßenden Flachleiters) kann unterschiedlich sein. Der einfachste Fall ist die gerade Verbindung in Fortsetzung der Längsrichtung 16. Ein anderer Anwendungsfall liegt vor, wenn die Flachleiter im Winkel von 90° aufeinander zulaufen (wie in den Fig. 2 oder 3).

Bei diesem Fall verlaufen die Stosskanten senkrecht zur Längsrichtung eines oder beider Flachleiter. Der Verlauf kann jedoch auch schräg zur Längsrichtung (etwa 45°) ausgebildet werden.

Eine Verbindung kann zwischen zwei Flachleitern auch derart erfolgen, dass ein erster Flachleiter an einer Längsseite mit einem zweiten Flachleiter verbunden wird. Hierbei laufen die Flachleiter im wesentlichen senkrecht auf einander zu (Fig. 4). Die in Fig. 4 dargestellte Stoßkante 20 ist im wesentlichen gerade und an ihren Enden auf einem kurzen Stück konkav gekrümmt, um eine seitliche Verschiebung auszuschließen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit Formschluss zwischen einem ersten flachen Leiter (10) oder Flachleiterabschnitt (12), insbesondere Stromschienen für Niederspannungsanwendung hoher Strombelastbarkeit aus Material hoher Leitfähigkeit, an einer ersten Stoßkante (20, 22) und mindestens einem zweiten Flachleiter (10) oder Flachleiterabschnitt (12) an einer zweiten korrespondierenden Stoßkante (20, 22), wobei der Formschluss durch das Hintergreifen mindestens einer Hinterschneidung (33) an den korrespondierenden Stoßkanten (20, 22) erzielt wird, dadurch gekennzeichnet,

    dass zueinander korrespondierende Stoßkanten (20, 22) derart gestaltet sind, dass die Flachleiter (10) oder Flachleiterabschnitte (12) an den korrespondieren Stoßkanten (20, 22) ohne Formschluss aneinander anlegbar sind,

    dass in den korrespondierenden Stosskanten (20, 22) beider Flachleiter (10) oder Flachleiterabschnitte (12) mindestens eine Ausnehmung (24, 24') derart ausgebildet wird, dass diese nach Aneinanderlegen der korrespondierenden Stosskanten (20, 22) eine geschlossene Kontur bilden,

    dass zur Herstellung der Verbindung in mindestens eine Ausnehmung (24, 24') ein im Umriss der geschlossenen Kontur ausgebildeter Verriegelungsbolzen (30, 30') eingepresst wird,

    und dass die geschlossene Kontur der Ausnehmungen (24, 24') und die Linienform der korrespondierenden Stoßkanten (20, 22) zueinander so ausgebildet werden, dass durch den eingepressten Verriegelungsbolzen (30, 30') ein Formschluss entsteht.
  2. 2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten als Geraden (20) ausgebildet werden.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten als gekrümmte Linie (22) ausgebildet werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung (16) eines Flachleiters (10) oder Flachleiterabschnitts (12) zur Längsrichtung (16) des anstoßenden Flachleiters (10) oder Flachleiterabschnitts (12) in einem Winkel von 90° verläuft.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten (20, 22) im wesentlichen schräg zur Längsrichtung (16) eines oder beider Flachleiter (10) oder Flachleiterabschnitte (12) ausgebildet werden (Fig. 2).
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an einer Längsseite eines ersten Flachleiters (10) oder Flachleiterabschnitts (12) ausgebildet wird, derart dass der zweite Flachleiter (10) oder Flachleiterabschnitt (12) im wesentlichen senkrecht auf den ersten Flachleiter (10) oder Flachleiterabschnitt (12) zuläuft (Fig. 4).
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den korrespondierenden Stosskanten (20, 22) gegenüber liegenden Ausnehmungen kreisrund (24') ausgebildet werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an den korrespondierenden Stosskanten (20, 22) gegenüber liegende Ausnehmungen mit Hinterschneidung (33) ausgebildet werden.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen die Form einer Hantel (24) haben.
  10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten (20, 22) stumpf aneinander stoßend ausgebildet werden.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten (20, 22) in Form einer Nut-und-Feder- Verbindung ausgebildet werden (Fig. 6A).
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten (20, 22) überlappend ausbildet werden (Fig. 6B).
  13. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten (20, 22) zusätzlich mit einer Verschweißung oder Verlötung (40) miteinander verbunden werden.






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