Elektrischer Verbinder für einen Aluminiumleiter Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verbin der für einen Aluminiumleiter, besonders für einen Litzenleiter, mit einer einseitig offenen Kappe zur Aufnahme des Leiterendes, die nach Einführung des Leiters zusammengepresst werden kann, und kenn zeichnet sich dadurch, dass die Kappe mindestens teil weise mit einem korrosionsverhindernden Schmier mittel gefüllt ist, in welchem feines, vorzugsweise elektrisch leitendes Schleifpulver verteilt ist, wobei die Kappe an dem offenen Ende mit einem Ver schluss zur Zurückhaltung der Füllung in der Kappe versehen ist.
Die Erfindung ist im besonderen geeignet für sol che dieser Verbinder, die an dem Aluminiumdraht durch Eindrücken befestigt werden. Solche Verbin der können beispielsweise zur Herstellung einer kor rosionsfesten, hochleitenden Verbindungsstelle zwi schen einem Aluminium- und einem Kupferleiter oder zwischen zwei Aluminiumleitern verwendet wer den. Diese Verbinder können als Anschlussorgane derjenigen Bauart ausgebildet sein, bei der das Ende eines Drahtes mit einem Kontaktbolzen oder einem andern Befestigungsmittel verbunden wird, oder sie können so gebaut sein, dass sie zwei oder mehrere Drähte aus demselben Metall oder aus verschiedenen Metallen miteinander verbinden.
Zur Schaffung eines zufriedenstellenden Verbin ders für Aluminiumdraht soll eine Anzahl Anfor derungen erfüllt sein. Der Verbinder soll ausreichende Stromführungsfähigkeit und gute elektrische Leit fähigkeit zwischen dem Aluminiumdraht und dem andern Leiter herstellen. Diese Leitfähigkeit soll über eine lange Zeitdauer und unter ungünstigen Bedin gungen, z. B. wenn die Verbindung Feuchtigkeit, korrodierender Atmosphäre, wiederholten Tempera turänderungen usw., ausgesetzt ist, aufrechterhalten werden.
Der Verbinder soll so geartet sein, dass er leicht und schnell an dem Aluminiumdraht ange bracht werden kann, und zwar vorzugsweise durch einen einfachen Eindrückarbeitsgang, bei dem Weich- oder Hartlöten oder Schweissen nicht erforderlich ist. Der Verbinder soll nicht übermässig gross sein, und die Kosten für seine Herstellung sowie für die Be festigung an dem Leiter sollen zur Erzielung maxi maler industrieller Verwertbarkeit niedrig sein.
Viele Versuche sind zur Lösung der Probleme unternommen worden, die sich bei der Entwicklung eines Verbinders mit den obenerwähnten Merkmalen ergeben. Aus den unten dargelegten Gründen wurde bisher jedoch noch kein vollständig zufriedenstellen der Verbinder für den Handel hergestellt. Dies trifft zu, obgleich mehrere der bei der Herstellung einer guten Verbindung vorhandenen Einzelprobleme von früheren Bearbeitern ganz oder teilweise gelöst wur den, da bei diesen Verbindungen für andere Probleme keine Lösung gefunden wurde oder darin enthalten war, so dass sich kein einziger vollständig einwand freier Verbinder ergab. Da bisher kein völlig zufrie denstellender Verbinder erfunden wurde, ist keine Richtlinie vorhanden, welche bei der Konstruktion eines zufriedenstellenden Verbinders benutzt werden könnte.
Aus der folgenden Betrachtung wird deutlich erkennbar werden, dass die Lösung eines jeden Pro blems bei der Herstellung der Verbindung von der Lösung anderer Probleme abhängt, so dass eine ein wandfreie Verbindung nicht durch Vereinigen ein zelner bekannter Merkmale erzielt werden kann, ohne ihre Wechselbeziehung bei Anwendung in der beson deren Verbindung zu berücksichtigen.
Wahrscheinlich ist die gewichtigste Schwierigkeit bei den bisher gebauten Verbindern der Mangel an Zuverlässigkeit gewesen. Auf der Grundlage der bis herigen Technologie ist es keine besonders schwie rige Aufgabe, einen Verbinder für Aluminiumdraht zu bauen, der anscheinend alle oben aufgestellten Bedingungen erfüllt. Wenn aber eine grosse Anzahl Verbinder hergestellt wird, findet man einen weiten Anderungsbereich in den Kennwerten oder Eigen schaften der hergestellten Verbindungen, wenn die Verbinder an Aluminiumdraht befestigt werden.
Eine gewisse Anzahl Verbinder kann annehmbare Ver bindungen herstellen, andere bewirken weniger ein wandfreie Verbindungen, und ein weiterer Teil ergibt Verbindungen, die vollständig unzureichend sind. Somit ist ein solcher Verbinder für ausgedehnte indu strielle Erzeugung unverwendbar.
Wenn die einzelnen Verbinder, die zufriedenstel lende Anfangsverbindungen hergestellt zu haben scheinen, Lebensdauerprüfungen unterworfen werden, wird ausserdem gefunden, dass ein gewisser Teil der Verbindungen vorzeitig versagt, was einen Mangel an Zuverlässigkeit anzeigt.
Ein für den Handel oder für die Industrie an nehmbarer Verbinder soll von jeder Möglichkeit eines vorzeitigen Versagens befreit sein. Bereits ein elek trischer Versager unter vielen hunderten Verbindun gen würde diesen Verbindertyp für kommerziellen Gebrauch, im besonderen in der Flugzeugtechnik, ungeeignet machen, trotzdem alle andern Verbindun gen zufriedenstellend ausgeführt sein können.
Die anliegende Zeichnung erläutert die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel. Es zeigen: Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Teile eines Verbinders sowie des Alu miniumdrahtes, an dem diese befestigt werden sollen; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Verbinders nach dem Zusammenbau und der Anordnung auf dem Draht, jedoch vor dem Eindrücken; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Verbin dung, die durch das Sicken der in Fig. 2 dargestell ten zusammengebauten Einheit entsteht;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die zur Unter stützung bei der Erklärung der Grundsätze der Er findung dient; Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 3 (in gegenüber demjenigen der Fig. 3 grösserem Massstab), der die Form der Zwinge und des Drah tes nach dem Eindrücken zeigt; Fig. 6 einen Querschnitt im Massstab der Fig. 5 nach der Linie 6-6 der Fig. 3, der die Form des Isolationshalters nach dem Pressen zeigt; Fig. 7 eine graphische Darstellung, die das Ver hältnis zwischen dem Ausmass des Eindrückens und dem Widerstand der Verbindung veranschaulicht;
Fig.8 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Grad des Zusammendrük- kens und dem elektrischen Widerstand der Verbin dung nach einem Lebensdauerversuch darstellt; Fig. 9 einen Längsschnitt der in Fig. 3 gezeigten Verbindung und Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Kabel schuheinsatzes nach Fig. 1, wobei die Figur auch die Kunststoffkappe zum Zurückhalten des korrosions hemmenden Schmiermittels in dem Kabelschuh zeigt.
Ein wichtiges Problem bei der Herstellung einer Verbindung mit Aluminiumleitern ergibt sich auf Grund des dünnen Oxydüberzuges, der die exponier ten Oberflächen des Aluminiums bedeckt. Dieser Oxydüberzug ist sehr dünn und hart und haftet zäh an der Aluminiumoberfläche. Wenn der Überzug durch Abnutzung oder auf andere Art entfernt wird, bildet sich sogleich ein neuer Oxydüberzug, falls das Aluminium der Atmosphäre ausgesetzt ist, und ver stärkt sich kurzzeitig weiter, wonach die Stärke des Films unter normalen Bedingungen nicht mehr zu nimmt. Eine Temperaturerhöhung bewirkt jedoch eine weitere Vergrösserung der Filmdicke.
Zur Herstellung einer zufriedenstellenden elek trischen Verbindung mit dem Aluminium ist es erforderlich, diesen Oxydüberzug zu entfernen, damit Kontakt mit dem exponierten gediegenen Metall er folgen kann. Zur Beibehaltung guter elektrischer Leit fähigkeit muss verhindert werden, dass sich der Oxyd überzug wieder bildet und den Widerstand der Ver bindung erhöht. Sogar ein schwacher Oxydüberzug ist nicht angängig, da die dadurch hervorgerufene Vergrösserung des Widerstandes eine stärkere Wärme erzeugung in der Verbindung bewirkt und der sich daraus ergebende Temperaturanstieg eine noch schnellere Weiterentwicklung des Oxydüberzuges ver anlasst.
Dieser Oxydüberzug kann chemisch, z. B. durch die Wirkung der Flusssäure, oder mechanisch, z. B. durch Abrieb oder Abschleifen, entfernt werden. Dieser Überzug ist anscheinend auch verhältnismässig unelastisch, so dass die Oxydschicht bei Dehnung der Aluminiumoberfläche auseinanderbricht, wobei sich neue Flächen des exponierten Metalles bilden.
Wenn das Oxyd entfernt worden ist, kann das Aluminium mit einem oxydbeständigen Metall oder mit einem Metall plattiert oder galvanisiert werden, dessen Oxyd elektrisch leitend ist, so dass die Bildung von Aluminiumoxyd wirksam verringert oder ver hindert wird.
Infolgedessen muss dass Oxyd von dem Draht durch mechanische Mittel, wie z. B. durch Abschlei fen, Abscheuern oder Strecken, in dem Zeitpunkt entfernt werden, in dem der Verbinder an dem Draht befestigt wird. Ausserdem soll diese Oxydentfernung in jeder Verbindung so vollständig geschehen, dass sich keine Stellen entwickeln, welche die Rückbil dung des Oxydes beschleunigen und vorzeitiges Ver sagen der Verbindung bewirken können.
Eine Stufe bei der Erzielung dieser Oxydentfer- nung besteht darin, den blanken Aluminiumdraht in dem Zwingenteil des Verbinders in solchem Ausmass einzudrücken, dass eine wesentliche Streckung oder Auspressung des Drahtes bewirkt wird, die von einer durch die unterschiedliche Längsauspressung der Zwinge gegenüber dem Draht erzeugten Abscheuer- wirkung begleitet ist.
Eine solche Eindrückwirkung oder Auspressung muss in solcher Weise erfolgen, dass zufriedenstellende mechanische Festigkeit er haltenbleibt und gleichzeitig die Beanspruchungen aufgenommen werden, die beim Gebrauch des Lei ters mit dem aufgepressten Verbinder auftreten, ohne dass irgendwelche elektrische oder mechanische Män gel eintreten.
Fig.l zeigt einen Verbindungsteil 1, der aus einer röhrenförmigen Zwinge 2 und einem in einem Stück damit ausgebildeten Zungenteil 4 besteht. Die Zwinge und die Zunge sind in diesem Beispiel aus Aluminium hergestellt, wobei alle exponierten Ober flächen einschliesslich der Innenseite der röhrenför migen Zwinge 2 mit einer anhaftenden Zinnschicht plattiert oder galvanisiert sind, wie später beschrie ben wird.
Eine aus galvanisch verzinntem Aluminium her gestellte dünnwandige Kappe 6 weist einen zylindri schen Einsatzteil 8 auf, der ein geschlossenes Ende 10 und einen weiteren zylindrischen Isolationstrag- teil 12 mit offenem Ende hat. Der Einsatzteil 8 der Kappe 6 ist mit einem korrosionsverbindenden Schmiermittel gefüllt, in dem Schleifmittelteilchen dispergiert sind, wie später beschrieben wird, und ist zur Aufnahme des blanken Endteils 14 eines isolier ten Aluminiumkabels 16 eingerichtet. Die Ober fläche der Kappe 6 ist galvanisch verzinnt.
Es ist nicht immer wesentlich, dass die Innenfläche voll ständig galvanisiert ist, im besonderen über den Flächenbereichen, wo die Herstellung einer elektri schen Verbindung nicht erforderlich ist. Der erwei terte Teil 12 der Kappe greift über den Isolations mantel 18 des Kabels und bildet einen Isolations halter. Der Einsatzteil 8 der Kappe wird dann in der Zwinge 2 angeordnet, so dass die zusammen gebaute Einheit das in Fig. 2 dargestellte Aussehen hat. Der Zwingenteil 2 und der Teil 12 der Kappe werden dann in einem Gesenk eingedrückt, so dass der in Fig. 3 dargestellte Verbinder entsteht.
Während dieses Eindrückvorganges werden die Zwinge 2 und der Litzendraht 14 beide ausgepresst, so dass durch die Streckwirkung neue, oxydfreie Oberflächen auf dem Aluminiumdraht 14 sowie auch auf der Innenfläche des Einsatzteils 8 entstehen, falls dieser nicht oder nur teilweise galvanisiert ist. Diese neue Oberfläche entsteht nicht nur auf der Aussenfläche des Drahtes, angrenzend an die Innen fläche der Kappe, sondern auch längs der Litzenleiter des Drahtes 14, die ein gedrängtes Bündel bilden, wo die Litzenleiter innigen elektrischen Kontakt mit einander haben.
Ausserdem ist eine unterschiedliche Längung zwi schen dem Draht 14 und der Kappe 6 vorhanden, der zusammen mit der Zwinge 2 ausgepresst wird. Für die Zwecke dieser Erörterung kann angenom men werden, dass der Einsatzteil 8 der Kappe und die Zwinge 2 während der Pressung als Einheit wir ken und dass sich das Metall der Kappe und das Metall der Zwinge an ihrer Grenzfläche in überein stimmung bewegen.
Am Anfang des Eindrückvorganges presst sich die Zwinge mit grösserer Geschwindigkeit als der Draht aus, während sich bei weiterer Fortsetzung des Eindrückvorganges später der Draht mit grösserer Geschwindigkeit als die Zwinge auspresst. Die rela tiven Geschwindigkeiten der Auspressung sind in Fig.4 für einen Verbinder und einen Leiter dar gestellt.
Auf der Abszisse ist die Verminderung der Querschnittsfläche während des Pressvorganges in Prozenten der anfänglich vorhandenen Fläche an gegeben, während die Ordinate die Ausziehfestib keit in relativen Werten darstellt. Die ausgezogene Linie 20 zeigt die Verminderung der Querschnitts fläche der Zwinge in dem Bereich, in dem die Ein- drückkraft ausgeübt wird, als Funktion der Vermin derung der gesamten Querschnittsfläche der Zwinge und des Drahtes.
Die gestrichelte Linie 22 veran schaulicht die Verminderung der Querschnittsfläche des Drahtes als Funktion der Verminderung der gesamten Querschnittsfläche der Zwinge und des Drahtes. Man bemerkt, dass bei einer Gesamtver minderung der Querschnittsfläche von weniger als ungefähr 17 % eine grössere Reduktion (20) des Zwingenquerschnittes als des Drahtquerschnittes (22)
auftritt. Bei 17 % Gesamtverminderung sind der Draht und die Zwinge in gleicher Weise reduziert worden, und über 17 % entsteht eine grössere Quer- schnittsverminderung in dem Draht als in der Zwinge.
Die unterschiedliche Längsbewegung des Drahtes und der diesen umgebenden Oberfläche, die durch die verschiedenen Auspressgeschwindigkeiten bewirkt wird, erzeugt eine Scheuerwirkung, welche die Ent fernung und das Aufbrechen des Oxydüberzuges des Aluminiumdrahtes 14 unterstützt.
Zur Herstellung eines guten Anfangskontaktes und zur Aufrechterhaltung der hohen Leitfähigkeit ist es anscheinend vorteilhaft, wenn die Oxydfläche in den Bereichen, wo sie nicht vollständig entfernt wird, in ein mosaikartiges Muster aufgebrochen oder aufgetrennt wird, wobei die einzelnen Oxydteilchen von kleiner Fläche über den Flächenbereich des exponierten gediegenen Metalles dispergiert werden. Diese Wirkung wird durch das Vorhandensein von Schleifmittelkörnern in der Zwinge rings um den Draht unterstützt, wenn der Eindrückvorgang statt findet.
Diese Körner, die hart sind und vorteilhaft scharfe Spitzen, Ecken oder Kanten haben, werden offenbar in den Oxydfilm gepresst und dringen in diesen ein oder bewirken wenigstens eine geschwächte Stelle, die eine Konzentration der Spannungen er zeugt und eine Stelle ausbildet, an der ein Riss oder Bruch in dem Oxydfilm leicht auftreten kann. Das Vorhandensein einer grossen Anzahl solcher Teil chen gewährleistet, dass das Oxyd in eine grosse An zahl getrennter Flächenbereiche aufgebrochen wird, so dass die in höchstem Masse erwünschte Kontakt fläche entsteht.
Diese Körner können elektrisch leitend sein, wenn sie zum Beispiel aus Teilchen aus Nickel oder einem andern Metall gebildet sind, oder sie können nichtleitend sein, wenn zum Beispiel Teil- chen aus dem als Alundum (eingetragene Marke) bezeichneten A1203 verwendet werden. Zur Schaf fung eines Trägers für diese Teilchen und für andere, später darzulegende Zwecke werden die Teilchen in einem wasserbeständigen korrosionsverhindernden Schmiermittel, wie z. B. Vaseline, dispergiert.
Eine besondere Verbindung, die sich als zufrie denstellend erwiesen hat, ist ein Gemisch von glei chen Gewichtsteilen Vaseline und Nickelpulver, dessen Teilchen durchschnittlich etwa eine solche Grösse haben, dass sie durch ein 300-Maschen-Sieb hindurchgehen. Diese Teilchen sind zweckmässiger weise spitz oder scharfkantig ausgebildet, um die gewünschte Schnittwirkung zu erzielen. Wie oben erwähnt wurde, können Teilchen von Materialien, wie z. B. Korund, die elektrisch nichtleitend sind, verwendet werden.
Dies zeigt, dass die Hauptfunktion dieser Teilchen nicht darin besteht, Kontakte zwi- -schen dem Draht 14 und der Kappe 6 zu schaffen.
Die Eindrückwirkung, durch die der Draht und die Zwinge miteinander fest verbunden werden, muss so geartet sein, dass ausreichende Auspressung er zeugt wird, um durch die oben beschriebenen Wir kungen innigen elektrischen Kontakt zwischen dem Aluminiumdraht und der Kappe sowie zwischen den Einzeldrähten des Litzendrahtes selbst zu erhalten. Gleichzeitig darf die Eindrückwirkung aber nicht so stark sein, dass ein Bruch oder übermässige Schwä chung der Aluminiumdrähte entsteht und eine schwache mechanische Verbindung hergestellt wird.
Es ist gefunden worden, dass bei punktweisem Ein drücken keine ausreichende Auspresswirkung er reicht werden kann, obgleich die erforderliche me chanische Festigkeit erhalten bleibt. Dies bedeutet nicht, dass man einzelne, anscheinend vollständig einwandfreie Verbinder mit zackenförmigen Press- stempeln nicht herstellen kann, sondern dass solche Verbinder bei Fertigung in grossen Mengen eine ge wisse Anzahl mangelhafter oder kurzlebiger Kon takte ergeben, wodurch die Verbinder für kommer ziellen Gebrauch unzweckmässig werden.
Bei Ver wendung eines flachen Pressstempels wird jedoch eine Anzahl Vorteile erreicht, im besonderen, wenn er so ausgebildet ist, dass durch die Verformung die Kontaktfläche zwischen dem Draht 14 und der Kappe 6 vergrössert wird. Eine solche Verbindung ist per spektivisch in Fig. 3 und ihre Querschnittsform in Fig. 5 dargestellt. Man bemerkt, dass die Abflachung der Zwinge und des Drahtes während des Eindrück- vorganges die Kontaktfläche zwischen der Kappe 6 und dem Draht 14 wesentlich vergrössert.
Bei Benützung eines Stempels dieses Typs hat es sich als möglich erwiesen, die Auspressung bis zu einem Punkt zu erstrecken, der gewährleistet, dass jede Verbindung zufriedenstellend ausgeführt wird. Um dies zu erreichen, soll die Aussparung grösser sein als die Verformung, welche bloss maximale Zu- festigkeit ergibt. Bei den meisten Verbinderkonstruk- tionen wurde es für gefährlich gehalten, die Verbin dung über den Punkt maximaler Zugfestigkeit hinaus einzudrücken. Es hat sich aber gezeigt, dass sich eine Anzahl Vorteile aus dieser ungewöhnlich grossen Zu sammenpressung ergeben.
Die Kurve 24 der Fig. 4 zeigt die relativen Aus- ziehfestigkeiten der Verbinder, wenn während des Pressvorganges verschiedene Drücke auf den Verbin der ausgeübt werden. Man bemerkt, dass die Zug festigkeit mit wachsender Verminderung der Quer schnittsfläche sehr schnell anwächst, bis sie die maxi male Ausziehfestigkeit bei einer Querschnittvermin derung von ungefähr 18 % erreicht. Jenseits dieses Punktes nimmt die Ausziehfestigkeit langsamer ab, das heisst der Abfallwinkel der Kurve jenseits des Punktes maximaler Ausziehfestigkeit ist geringer als der Anstiegwinkel der Kurve bei den anfänglichen Querschnittverminderungen bis zu dem Punkt der maximalen Ausziehfestigkeit.
Aber sogar noch bei 40 % Verminderung der Gesamtquerschnittfläche wird ausreichende Ausziehfestigkeit erhalten. Es ist klar, dass durch Eindrücken der Zwinge über den Punkt maximaler Ausziehfestigkeit hinaus Verbin dungen mit gleichmässigeren mechanischen Festig keitsnennwerten erhalten werden.
Wenn der Verbin der beispielsweise so eingedrückt wird, dass eine Ver- minderung der Querschnittfläche von 14 % ent- steht, zeigt die Kurve 24 an, dass eine relative Aus ziehfestigkeit vom Wert 6,0 erzielt wird.
Dieselbe Ausziehfestigkeit kann bei einer Verminderung von ungefähr 26 % erreicht werden. Man erkennt je- doch, dass jede Änderung des Ausmasses des Ein- drückens eine grössere Variation der Ausziehfestig keit bewirkt, wenn der Verbinderquerschnitt nur auf den 14 11/o-Bereich reduziert wird, als wenn der Punkt der maximalen Ausziehfestigkeit überschritten wird.
Die elektrischen Kennwerte der Verbindung wer den ebenfalls durch den Grad des Eindrückens be einflusst. Der schraffierte Teil des Diagrammes der Fig. 7 zeigt den relativen Anfangswiderstand der Ver bindungen als Funktion der Verringerung der Ge- samtquerschnittfläche. Die obern und untern Grenzen der schraffierten Fläche stellen in entsprechender Weise die maximalen und minimalen Widerstands messwerte einer verhältnismässig grossen Anzahl von Verbindern dar, die so ausgebildet sind wie der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Verbinder.
Alle Verfahrensschwankungen, wie beispielsweise Ferti gungstoleranzen und die Art und Weise des Ein- drückens, wurden innerhalb der engsten, praktisch anwendbaren Grenzen kontrolliert.
Wenn man einen relativen Ausziehwiderstand von 7 als Ausgangspunkt nimmt, kann man feststellen, dass bei einer Verminderung der Gesamtquerschnitt- fläche von nur 11 % ein bestimmter Prozentsatz der Verbindungen vom Standpunkt der elektrischen Leit fähigkeit vollständig einwandfrei ist, gleichzeitig aber andere Verbindungen einen so hohen Widerstand aufweisen, dass sie vollständig unzureichend sind.
Eine Erhöhung des Eindrückgrades auf eine Quer- schnittverminderung von etwa 17 % bewirkt nur eine geringe Änderung des Widerstandes der besten Ver- Bindungen. Aber die Streuung des Widerstandes zwi schen dem besten und dem schlechtesten Verbinder der Gruppe nimmt sehr schnell zu, das heisst der schlechteste Verbinder hat einen höheren Widerstand als andere Verbinder, die in geringerem Masse ge presst werden.
Aus den Kurven 20 und 22 der Fig. 4 erkennt man, dass die Zwinge unterhalb dieser Re- duktion von 17 % mehr als der Draht zusammen- gepresst worden ist, dass aber der Draht bei grösseren Pressungen mehr als die Zwinge zusammengepresst wird.
Bei Querschnittverminderungen zwischen unge- fähr 17 oder 26 %- ist wenig Änderung der Streuung zwischen maximalen und minimalen Widerstands werten vorhanden, wobei sich aber der Widerstand über diesen Bereich stetig verkleinert. Bei einer Re duktion von 26 0/0 liegt jedoch die Leitfähigkeit einer wesentlichen Anzahl von Verbindern noch unterhalb der annehmbaren Grenze.
Bei grösserer Querschnittverengung von 26 % auf ungefähr 28 /0 wird eine weitere Verbesserung des Widerstandes der besten Verbinder erzielt. Aber eine noch schnellere Verbesserung erfährt der Widerstand der schlechtesten Verbinder, so dass die Streuung der Leitfähigkeit zwischen dem schlechtesten und dem besten Verbinder der Gruppe merklich reduziert wird. Bei 28 0/0 Verringerung zeigt jeder Verbinder der Gruppe einen annehmbaren Widerstandsmess- wert.
Weitere Pressung auf eine Querschnittverminde- rung von 36 bis 37 % führt zu einer weiteren Ver- besserung der Leitfähigkeit bei kleiner Änderung der Streuung zwischen dem besten und dem schlechtesten Verbinder.
Bei 36 0/0 Querschnittverminderung haben die besten Verbinder praktisch die theoretische Leit fähigkeit, das heisst dieselbe Leitfähigkeit, welche die Konstruktion haben würde, wenn der Verbinder und der Draht als Ganzes aus einem einzigen Metallstück hergestellt wären.
Es ist klar, dass die obigen Ergebnisse und Vor teile nur erreicht werden, wenn alle die Qualität der Verbindung beeinflussenden Faktoren bei der An wendung aller hier erörterten Grundsätze und Ver fahrensweisen sorgfältig geregelt oder kontrolliert werden.
Die Verbesserung der Leitfähigkeit der schlech testen Verbindungen der Gruppe durch diese grosse Pressung ist wahrscheinlich wenigstens zum Teil auf die Abscheuerwirkung zwischen dem Draht und der Kappe zurückzuführen, die durch die verschiedenen Geschwindigkeiten der Längsauspressung bewirkt wird. Aber auch die Streckung des Metalles ist ein Faktor, da diese den Oxydfilm bricht und das gedie gene Metall exponiert.
Die Beziehung zwischen der Abscheuerwirkung und der Streckung der Grenzflä- chen als eine Funktion der Querschnittfläche ist in gewissem Grade von den ursprünglich vorhandenen, relativen Flächen der Zwinge und des Drahtes ab hängig. Infolgedessen stellt das Verhältnis der Ver minderung der Querschnittflächen des Drahtes und der Zwinge in dem eingedrückten Teil der Verbin dung ein genaueres Mass dar, dessen Anwendung sich aber in der Praxis schwierig gestaltet. Bei den meisten Verbindern, die eine begrenzte Pressung benutzen, muss der Eindrückarbeitsgang fortgesetzt werden, bis der Drahtquerschnitt wenigstens um das 1,37fache reduziert worden ist.
Die Verminderung kann so gross wie 1,54 sein, wobei der bevorzugte Arbeitsbereich zwischen 1,48 und 1,54 liegt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des oben beschriebenen Verbinders braucht das Aluminium oxyd durch den Auspressvorgang nur von den Draht oberflächen entfernt zu werden. Infolgedessen ist die Querschnittverminderung des Drahtes eine Sache der praktischen Ermittlung. Bei den hier beschriebenen Arbeitsverfahren und Konstruktionen findet man, dass eine Verminderung der Querschnittfläche des Drah tes von 35 bis 50 0/m zufriedenstellend ist, wobei der bevorzugte Arbeitsbereich zwischen 42 und 50 0/0 liegt.
Es ist wichtig, dass der gute elektrische Kontakt, der hergestellt worden ist, über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten bleibt. Der Kontakt kann beispiels weise durch Lockerung, durch Korrosion oder durch Rückbildung des Oxydüberzuges auf dem Alumi nium zerstört werden. Es hat sich daher als vorteil haft herausgestellt, die Zwinge abzudichten, um den Eintritt korrodierender Dämpfe oder Flüssigkeiten sowie auch den Eintritt von Luft und Wasserdampf zu verhindern, die sonst die korrodierende galvanische Wirkung und die Rückbildung des Oxydüberzuges beschleunigen würden.
Ausser dieser Abdichtung, die noch ausführlicher beschrieben wird, sollen die gediegenen Metallflä chen in Druckberührung mit der Innenfläche der Kappe 6 gehalten werden, um auf diese Weise die hohe elektrische Leitfähigkeit beizubehalten und wei terhin die Oxydbildung auf der Aluminiumoberfläche zu erschweren.
Wenn jedoch Aluminium unter Druck gehalten wird, neigt es zum Kriechen oder Kaltfliessen, so dass der Druck, mit dem die Oberflächen zusammen gehalten werden, abnimmt.
Dieses Kriechen kann lediglich ein Kaltfliessvor- gang sein, bei dem das Aluminium seine äussere Form ändert, um auf diese Weise die Spannungen herabzusetzen, oder es kann einen Atmungs -Vor- gang einschliessen, bei dem sich der Aluminiumdraht nach anfänglicher Zusammenpressung weiterbewegt, indem er sich durch Schrumpfung von den angren zenden Oberflächen entfernt. Diese Bewegung er zeugt umgekehrte Spannungen, die dann eine ent gegengesetzte Bewegung des Drahtes bewirken, wobei sich der Kreislauf mit allmählich abnehmenden Be wegungsamplituden wiederholt, bis ein ziemlich sta biles Gleichgewicht hergestellt ist.
Der Grenzflächen- druck kann sich jedoch wesentlich verringert haben, wobei der Widerstand der Verbindung erhöht und eine schnellere Bildung der Oxydschicht gefördert wird. Es ist gefunden worden, dass die nachteiligen Wirkungen des Kriechens des Aluminiums durch Ausbreitung der Eindrückwirkung über einen ver hältnismässig grossen Flächenbereich auf einen Kleinst wert vermindert werden können, so dass der Einheits druck verkleinert und die Berührungsfläche vergrö ssert wird. Dadurch wird die Stromdichte sowie die Möglichkeit des Temperaturanstieges verringert.
Die wesentliche Bedeutung der Aluminiumkappe 6 mag nicht ohne weiteres einleuchtend sein, da sie zwei zusätzliche Aluminiumoberflächen hinzufügt, von denen das Oxyd entfernt werden muss, und da sie eine zusätzliche Reihengrenzkontaktfläche in den elektrischen Stromkreis einfügt. Jedoch wiegen die Vorzüge einer solchen Ausbildung diese offensicht lichen Nachteile bei weitem auf. Das Oxydfilmpro- blem kann zum Teil dadurch gelöst werden, dass das Oxyd entfernt und die Kappe galvanisch verzinnt wird. Das Vorhandensein der dünnen Aluminiumkappe verbessert die Leitfähigkeit der Verbindung in sol chem Masse, dass die zusätzliche Reihenkontaktfläche praktisch keinen Nachteil darstellt.
Die Vorteile der Kappe 6 werden nur vollständig verwirklicht, wenn der Eindrückarbeitsgang in dem oben empfohlenen Ausmass durchgeführt wird. Dies beruht zum Teil darauf, weil die Kappe mit ihrem geschlossenen Ende als Zylinder verwendet wird, in dem sich die Vaseline und Schleifmittelteilchen befin den und in dem der Druck während des Eindrück- arbeitsganges auf einen solchen Wert erhöht wird, dass das Gemisch aus Schleifmittel und Schmiermit tel,
das zwischen den einzelnen Litzenleitern durch die kolbenartige Wirkung beim Einsetzen des Drah tes in der Kappe verteilt wird, Risse in dem Oxyd film hervorruft. Ausreichender Druck zur Erzielung dieses Zweckes wird nur während des letzten Teils des Pressarbeitsganges erreicht, und zwar nur., wenn die Kappe an einem Ende geschlossen ist und an dem entgegengesetzten Ende dicht rings um die Iso lation 18 eingedrückt wird, so dass verhindert wird, dass das Schmiermittel rings um die Aussenseite der Isolation herausgepresst wird.
Die Form dieser Ein- drückung, die vorteilhaft der Eindrückung auf der Zwinge entspricht, ist in der perspektivischen Ansicht der Fig. 3 dargestellt.
Das Vorhandensein der Kappe bringt im all gemeinen keine Änderung der kleinsten Widerstands messwerte mit sich, das heisst, wenn die Kappe weg gelassen wird, erhät eine gewisse Anzahl Verbinder einer Gruppe die niedrigen Widerstandsmesswerte.
Dagegen würden andere Verbinder in der Gruppe eine merkliche Widerstandsvergrösserung in dem Be reich zeigen, der einer Gesamtverminderung der Querschnittfläche von 28 bis 37<B>Oh,</B> entspricht. Somit wird die Streuung zwischen den besten und den schlechtesten Verbindern der Gruppe beträchtlich vergrössert, wobei einige Verbinder einen höheren Widerstand als das annehmbare Minimum haben.
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich deut lich, dass es ohne die Kappe nachteilig sein würde, die Verbinder so einzudrücken, dass die Querschnitt- fläche um mehr als 28% vermindert wird. Dies war zweifellos einer der Gründe, aus denen man unge wöhnlich grosse Drucke vermieden hat, und zur Durch führung irreführender Untersuchungen, die ohne die Kappe mit dem abgedichteten Ende vorgenommen wurden.
Ausserdem bildet die Kappe 6 den Anschluss an die Isolation 18 an dem Ende des Verbindungsteils 1 und verhindert die Konzentration von Kräften an die sem Punkt. Diese Verteilung der Spannungen macht die Verbindung widerstandsfähiger gegen seitliche Biegekräfte und erhöht ihre Nutzdauer, wenn sie Vi- brationsversuchen ausgesetzt wird.
Die Kappe 6, die an einem Ende geschlossen und an dem andern Ende dicht rings um die Isolation zusammengepresst ist, dichtet überdies den Bereicn ab, in dem die Druckkontakte hergestellt werden, wodurch der Eintritt von Luft, Feuchtigkeit, korro dierenden Dämpfen oder Flüssigkeiten usw. beträcht lich erschwert und die Lebensdauer der Verbindung wesentlich erhöht wird.
Diese Abdichtung wird auch durch die Vaseline in dem Verbinder sowie dadurch unterstützt, dass das korrosionsverhindernde Schmiermittel während des letzten Teils des Eindrückvorganges unter hohen Druck gesetzt und in jeden sehr kleinen innern Riss sowie zwischen die Einzellitzenleiter des Drahtes 14 und wieder zurück längs des Drahtes in den von der Isolation bedeckten Teil gepresst wird, so dass der Eintritt von Gasen oder Flüssigkeiten in die Zwinge in die Zwischenräume zwischen den Einzellitzenlei- tern verzögert wird.
Die wesentliche Bedeutung der Erweiterung der Eindrückwirkung zur Erzeugung einer über 28 o/a hin ausgehenden Querschnittsflächenverminderung, wenn eine geschlossene Kappe verwendet wird, ist in Fig. 8 veranschaulicht.
Diese zeigt Widerstandsmesswerte von einer Verbindergruppe, die so hergestellt und ein gedrückt wurde wie die Verbinder, welche die Mess- werte für die schraffierte Fläche des Diagrammes der Fig. 7 lieferten, die aber einem beschleunigten Le- bensdauerversuch in einem korrodierenden Milieu un terworfen wurden. Die untere Begrenzung der schraf fierten Fläche in Fig. 8 kennzeichnet den entstehen den Widerstand der besten Verbinder der Gruppe, während die obere Begrenzung den Widerstand der schlechtesten Verbinder der Gruppe markiert.
Aus der obern Begrenzung der schraffierten Flä che der Fig.8 erkennt man, dass bei einer Quer schnittverminderung zwischen 11 und 37 0/a eine be stimmte Anzahl Verbinder der Gruppe vollständig einwandfrei war, soweit es die Korrosionsbeständig keit betrifft. Andere Verbindungen zeigten jedoch ein übermässiges Anwachsen des Widerstandes, wie durch die obere Begrenzung der schraffierten Fläche zum Ausdruck kommt.
Man erkennt, dass bei einer Pressung von mehr als 28 1/o Querschnittverminderung die Streuung zwi schen den besten und schlechtesten Verbindungen nach dem Korrosionslebensdauerversuch merklich verringert wird und dass sich die Verbindungen bei weiterer Querschnittverminderung, wenigstens bis zu der Grenze von etwa 36 %-, noch immer verbessern. Infolgedessen ist es vorteilhaft, die Eindrückwirkung zu erweitern,
um die maximale Verminderung der Querschnittfläche zu erzeugen. Bei einer solchen Pressung liegt der bevorzugte Bereich zwischen 34 und 37 % Verminderung der Gesamtquerschnittfläche des verpressten Teils.
Wie oben erwähnt wurde, ist es zweckmässig, die Zwinge 2 und die Kappe 6 mit einem korrosions beständigen Metall zu galvanisieren. Galvanische Ver- zinnung hat sich als am vorteilhaftesten erwiesen. Wenn die Zwinge 2 aus Kupfer hergestellt ist, kann sie leicht in der üblichen Weise galvanisch verzinnt werden. Die Aluminiumkappe 6 (und die Zwinge 2, falls sie aus Aluminium besteht) kann mit jedem bekannten Verfahren so lange plattiert oder galvani siert werden, bis ein anhaftender Zinnüberzug er halten wird.
In einem bevorzugten Verfahren wird das Alu minium mit einem Gemisch von drei Teilen konzen trierter Salpetersäure zu einem Teil konzentrierter Flusssäure ungefähr 1 Minute geätzt, um den Oxyd überzug zu entfernen. Das Aluminium wird dann gewaschen, worauf ihm ein Plattierüberzug aus Zink dadurch gegeben wird, dass es in eine Lösung ge taucht wird, die aus einem Teil Zinkoxyd., sechs Tei len Natriumhydroxyd und zwölf Teilen Wasser (ins gesamt auf das Gewicht bezogen) besteht. Danach wird es gewaschen und durch Plattierung mit Kup fer in einem Bad überzogen, das aus einem Teil Natriumkarbonat, einundeinhalb Teilen Kupfer und zweieinviertel Teilen Natriumcyanid zusammengesetzt ist.
Danach wird es wieder gespült und in üblicher Weise galvanisch verzinnt.
Nach Anwendung der galvanischen Verzinnung wird ein Wiederfliessen durch Erwärmung des gal vanisierten Gegenstandes auf eine zum Schmelzen des Zinnes ausreichend hohe Temperatur bewirkt. Ge gebenenfalls wird es einer mechanischen Hin- und Herbewegung oder einer Vibration unterworfen, wäh rend es sich auf dieser Temperatur befindet. Dieses Wiederfliessen des Zinnes gehört zu der üblichen Praxis, und die technischen Verfahren und Vorrich tungen zur Durchführung sind allgemein bekannt.
Jedoch hat es sich nach dem Wiederfliessen des Zin- nes als vorteilhaft erwiesen, eine zusätzliche Zinn schicht auf der Zinnoberfläche, die zum Wiederflie ssen gebracht wurde, galvanisch niederzuschlagen.
Das Wiederfliessen des Zinnes sucht die feinen Löcher oder Risse abzudichten -und das Zinn besser über oder rings um sehr kleine Fehlerstellen zu ver teilen. Die genauen Wirkungen der aufeinanderfol genden galvanischen Verzinnung sind nicht bekannt. Messungen zeigen aber eine Verbesserung der Leit fähigkeit der Verbindungen an, das heisst die obere Grenze des Widerstandes ist verringert, so dass die Streuung hinsichtlich der Qualität zwischen den besten und den schlechtesten Verbindungen verkleinert wird.
Die Zinnplattierung kann auch durch Walzver- fahren auf dem Flachblech vorgenommen werden, aus dem der Verbinder hergestellt ist. Somit kann durch Fertigung der Verbinder aus handelsüblichem zinn- plattiertem Aluminium die Notwendigkeit eines ge sonderten Plattier- oder Galvanisierarbeitsganges ver mieden werden. Diese Wirkung ist besonders wichtig, wenn das Eindrücken so durchgeführt wird, dass eine Querschnittverminderung von 28 %. überschritten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung wurde der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Verbinder aus Aluminium hergestellt. Die Zunge 4 und der Zwingenteil 2 wurden aus Aluminium ge fertigt, und die Kappe wurde aus einem dünnen Aluminiumblech gezogen.
Die Zwinge 2 und die Kappe 6 wurden mit Zink und dann mit Zinn plattiert, das zum Wiederfliessen gebracht und wiederplattiert wurde, wie es insgesamt oben beschrieben ist.
Zur Verwendung bei verlitztem Aluminiumdraht mit einer Querschnittfläche von 0,213 cm2 hatte die Zwinge 2 eine Querschnittfläche von 0,546 cm2 vor dem Verpressen.
Die Kappe 6 wurde ungefähr zur Hälfte mit Gelee, beispielsweise einem Gemisch aus Vaseline und Nickelpulver, gefüllt. Andere Fett- oder Gelee- bzw. Gallertverbindungen, wie z. B. Staufferfett , Wachse, Harze usw., können mit jeder gewünschten Art von Schleifmittelteilchen verwendet werden, wo bei sich aber das Gemisch aus Vaseline und Nickel pulver als vollständig geeignet erwiesen hat.
In der Praxis wird die Gelee in der Kappe untergebracht, die mit einem Celluloseverschluss 32 aus Zweckmässig keitsgründen für den Versand und Transport ab gedichtet ist, wie in Fig. 10 dargestellt ist.
Der Verschluss 32 wird entfernt oder von dem blanken Litzendraht 14 des Kabels 16 durchbohrt, der in den engeren Teil 8 der Kappe 6 eingefügt wird und praktisch zu dessen Ende 10 verläuft. Die Isolationsumhüllung 18 erstreckt sich innerhalb des erweiterten Teils 12 der Kappe im wesentlichen bis zu dessen Ende.
Der engere Teil 8 der Kappe hat ungefähr die selbe Länge wie die Zwinge 2, so dass sich sein geschlossenes Ende 10 nach dem Einsetzen in die Zwinge 2 an dem einen Ende der Zwinge und die Isolationshülse 12 an dem andern Ende befinden.
Die zusammengefügte Einheit des Drahtes und des Verbinders wird dann in eine geeignete Matrize gebracht. Dieses Gesenk soll die Zwinge und den Isolationshalter (Isolationstraghülse) eindrücken, und die Eindrückungen sollen vorteilhafterweise die all gemeine Form haben, die in den Fig.3, 5 und 9 dar gestellt ist.
Die Zwinge 2 und der Isolationsteil 12 können gleichzeitig so lange eingedrückt werden, bis der Iso lationsteil vor der endgültigen Eindrückbewegung der Zwinge rings um die Isolierung fest abgedichtet ist. Erforderlichenfalls kann zuerst der Tragteil 12 und danach die Zwinge 2 eingedrückt werden.
Der Eindrückarbeitsgang wird fortgesetzt, bis die Querschnittfläche durch Pressung von 34 auf 37 /a innerhalb des gepressten Teils vermindert worden ist, das ist die Differenz der Gesamtquerschnittfläche des Drahtes und der Zwinge vor und nach dem Eindrük- ken geteilt durch die Gesamtfläche vor dem Ein drücken und als Prozentsatz ausgedrückt.
Diese Re duktion kann von 28 bis 37 11/o reichen, wobei abei der bevorzugte Bereich aus den bereits dargelegten Gründen zwischen 34 und 37 /o liegt.
Fall gewünscht, kann die Zwinge 2 aus Kupfer hergestellt werden. Das Kupfer soll in der üblichen Weise zinnplattiert werden, und das übrige Verfah ren ist das gleiche wie bei der Aluminiumzwinge.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich deutlich, dass der hier beschriebene Verbinder zur Herstellung von elektrischen und mechanischen Ver bindungen mit Aluminiumdraht gut geeignet ist und dass er den vollen Vorteil der Wechselbeziehung zwi schen den verschiedenen Verbinderteilen ausnutzt.