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Dokumentenidentifikation EP1324427 07.08.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1324427
Titel Verfahren zum Verbinden von Flachleitern und Flachleiterverbindung
Anmelder MOELLER GmbH, 53115 Bonn, DE
Erfinder Ammann, Eckhard, 53819 Neunkirchen-Seelscheid, DE
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 07.12.2002
EP-Aktenzeichen 020273561
EP-Offenlegungsdatum 02.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse H01R 4/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Enden von flachen Leitern oder Flachleiterabschnitten, insbesondere Stromschienen für Niederspannungsanwendung hoher Strombelastbarkeit aus Material hoher Leitfähigkeit nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs und eine entsprechende Anordnung der Verbindung.

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 und eine entsprechende Verbindungsanordnung derart zu vereinfachen, dass die Herstellkosten gesenkt werden.

Das vorgeschlagene Verfahren wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs angegeben, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen zu entnehmen sind. Die Verbindungsanordnung wird mit weiteren Unteransprüchen nebengeordnet beansprucht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum 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 mindestens eine Hinterschneidung zur Herstellung des Formschlusses vorhanden ist.

Verfahren und Verbindungsanordnung werden mit ihren Ausgestaltungen anhand der Figuren beschrieben, woraus sich weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben. Es zeigen

  • Figur 1: eine gerade Verbindung eines Flachleiters mit einem Leiterabschnitt;
  • Figur 2: eine 90°-Verbindung eines Flachleiters mit einem Leiterabschnitt;
  • Figur 3: wie in Fig. 2 jedoch mit nur einem Verbindungsbolzen;
  • Figur 4: eine Verbindung eines Flachleiters seitlich mit einem zweiten Flachleiter;
  • Figur 5: eine gerade Verbindung mit gekrümmter Stoßkante, links vor dem Zusammenführen, rechts nach dem Zusammenführen,
  • Fig. 5A eine vergrößerte Darstellung mit Hinterschneidung aus Fig. 5 und
  • Figur 6: die Form der Stoßkante als Schnitt B-B gemäß Fig. 5.

Typische Stromschienen aus Aluminium oder Kupfer haben Dimensionen von 0,8 x 20 x 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 Figuren 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. Die Haupterstreckungsrichtung der Flachleiter ist mit Bezugszeichen 16 und 16' in den Figuren gekennzeichnet.

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.

Eine zweite Ausbildung (Fig. 5) besteht darin, dass die Stoßkanten 24 gekrümmte Linien sind, beispielsweise in Mäanderform oder in Sinusform. Die gekrümmt ausgebildeten Stoßkanten korrespondieren zueinander derart, dass die Flachleiter 10 an den Stoßkanten fugenlos zusammengeschoben werden können, ohne einen Formschluss zu bilden.

Bei der Verwendung von geraden korrespondierenden 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 korrespondierenden Stoßkanten kann die Kontur des Verriegelungsbolzen rund (oval oder kreisförmig) sein. Hierbei kommt eine Hinterschneidung zustande, wie sie in Fig. 5A mit den schraffierten Flächen 33' gezeichnet ist.

Korrespondierende Stosskante in gekrümmter Ausbildung sollten vorzugsweise 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 Stoßrichtung oder Längserstreckungsrichtung, aber nicht in Querrichtung Kräfte aufnehmen muss.

In jeder korrespondierenden 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 des Verriegelungsbolzen 30,30' bilden.

Korrespondierende Ausnehmungen können als Halbkreise, als Halb-Ellipsen oder als Langloch ausgebildet sein. Solche Ausnehmungen öffnen sich nach außen (in Richtung auf die Stoßkante) konkav. Ausnehmungen mit Hinterschneidung haben eine sich in Richtung auf die Stoßkante verengende Kontur.

Der Verriegelungsbolzen (in Art eines Riegels oder eines Niets) wird in die Ausnehmung 30 eingepresst oder eingeschlagen. Hierzu wird ein Schlag-, Nietoder 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 entsprechende Metall-Legierungen infrage kommen. Die Flachleiter werden somit derart formschlüssig 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 erst durch das Einfügen des Verriegelungsbolzens der Formschluss zustande kommt. Dies erreicht man bei geraden korrespondierenden Stosskanten dadurch, dass 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 Stoßkanten und die Kontur der Ausnehmung derart ausgebildet sind, dass die Kraftkomponenten in Bezug auf die Stoßrichtung oder Längserstreckungsrichtung (Bezugszeichen 16, 16') zum Formschluss beitragen. Bei günstigen Lage- und Winkelverhältnisse kann auch eine Langloch-Kontur für Ausnehmung und Verriegelungsbolzen ausreichen, solange die Hinterschneidungsfläche 33,33' ausreichend groß bleibt.

Von Vorteil ist, wenn gekrümmte korrespondierende Stoßkanten auch mindestens einen in Stossrichtung verlaufendem Kantenabschnitt hat, so dass es ausreicht kann, dort nur einen einzigen runden Verriegelungsbolzen zur Herstellung des Formschlusses vorzusehen.

Im Fall der Ausbildung von gekrümmten korrespondierenden Stosskanten fasst ein erster vorspringender Stosskantenabschnitt in einen zweiten rückspringenden Stosskantenabschnitt. Die Stoßkanten fassen - im Gegensatz zur Ausbildung in der FR 2 787 251 A1 - ohne Hinterschneidung ineinander. Die korrespondierenden Stosskanten werden aufeinander zubewegt und die Konturen fugenlos ineinander geschoben, wobei eine Führung in Längserstreckungsrichtung angestrebt wird. Eine seitliche Verschiebbarkeit ist nicht gegeben.

Zur Einbringung der Anschluss-Konturen sollten Konturfräser eingesetzt werden. Die formschlüssige Verbindung sollte möglichst unmittelbar 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 korrespondierende Stosskanten stumpf aneinander. Korrespondierende 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 Figuren 2 und 3 sind Nute 40 dargestellt, die mit Lot gefüllt werden.

Die Lage zweier Flachleiter (Hauptrichtung oder Längserstreckung des ersten zur Hauptrichtung des anstoßenden Flachleiters) kann unterschiedlich sein. Der einfachste Fall ist die gerade Verbindung in Fortsetzung der Hauptrichtung 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 liegen die korrespondierende Stosskanten senkrecht zur Hauptrichtung eines oder beider Flachleiter. Der Verlauf kann jedoch auch schräg zur Längserstreckungsrichtung (etwa 45°) ausgebildet werden.

In Fig. 4 ist eine Verbindung gezeigt, wo diese zwischen zwei Flachleitern hergestellt ist, bei denen ein erster Flachleiter an seiner Längsseite mit einem zweiten Flachleiter verbunden wird. Die Stoßkante des durchlaufenden Flachleiters liegt hierbei an einer Stirnseite oder einem Endabschnitt des durchlaufenden Flachleiters, wie in den anderen Ausführungsbeispielen vorgeschlagen. Die Hauptrichtungen 16 und 16' der Flachleiter liegen im wesentlichen senkrecht zueinander. Die in Fig. 4 dargestellten korrespondierenden Stoßkanten 20 sind im wesentlichen gerade und an ihren Enden auf einem kurzen Stück konkav gekrümmt, um eine seitliche Verschiebung auszuschließen oder zu begrenzen.


Anspruch[de]
  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 mindestens eine Hinterschneidung (33, 33') zur Herstellung des Formschlusses entsteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten als Geraden (20) ausgebildet werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linienform der korrespondierenden Stoßkanten gekrümmt, sinusförmig oder mäanderförmig (22) ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Stosskanten (20,22) im wesentlichen schräg zur Längserstreckungsrichtung (16) eines oder beider Flachleiter (10) oder Flachleiterabschnitte (12) ausgebildet werden.
  5. 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.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Kontur kreisrund (24') ausgebildet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Kontur als Hantelform ausgebildet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Stosskanten (20,22) stumpf aneinander stoßend ausgebildet werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Stosskanten (20,22) in Form einer Nut-und-Feder-Verbindung ausgebildet werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Stosskanten (20,22) überlappend ausbildet werden.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierende Stosskanten (20,22) zusätzlich mit einer Verschweißung oder Verlötung (40) miteinander verbunden werden.
  12. Verbindungsanordnung 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 korrespondierenden Stoßkante (20, 22) wobei der Formschluss durch das Hintergreifen mindestens einer Hinterschneidung an den korrespondierenden Stoßkanten (20,22) erzielt wird, dadurch gekennzeichnet,
    • dass die Ausbildung zueinander korrespondierender Stoßkanten (20,22) derart gestaltet ist, dass die Flachleiter (10) oder die 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 ist, dass diese sich nach Aneinanderlegen der korrespondierenden Stoßkanten (20,22) gegenüberliegen,
    • dass ein Verriegelungsbolzen (30,30') in mindestens eine der Ausnehmungen (24,24') eingepresst ist mit einer Kontur, die dem Gesamtumriss von gegenüberliegenden Ausnehmungen (24,24') entspricht,
    • und dass die Kontur der gegenüberliegenden Ausnehmungen (24,24') und die Linienform der korrespondierenden Stoßkanten (20,22) zueinander so ausgebildet sind, mindestens eine Hinterschneidung (33, 33') zur Herstellung des Formschlusses gebildet ist.
  13. Flachleiterverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckungsrichtung (16) eines Flachleiters (10) oder Flachleiterabschnitts (12) zur Längserstreckungsrichtung (16) des anstoßenden Flachleiters (10) oder Flachleiterabschnitts (12) in einem Winkel von 90° verläuft.
  14. Flachleiterverbindung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Kontur kreisrund (24') oder als Hantelform (24) ausgebildet ist.






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