Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Pressverbindung, Stabilisierungsmasse zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellte elektrische Pressverbindung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Press- verbindung zwischen zwei Leitern, wovon mindestens einer aus Aluminium besteht, eine Stabilisierungs masse zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellte elektrische Pressverbindung.
Es ist in der Elektrotechnik üblich, Verbindun gen zwischen Leitern und damit zu verbindenden Kör pern durch Aufpressen einer Hülse auf den Leiter herzustellen. Die Hülse kann entweder ein Teil einer Klemme oder eines Kabelschuhes bilden oder auch als Teil eines Verbinders zweier Drahtenden ausge bildet sein. Meist besitzen solche, eine aufgepresste Hülse aufweisenden Verbindungen eine gute elek trische Leitfähigkeit, wie auch Festigkeit und lösen sich auch nicht, wenn sie Vibrationen unterworfen sind.
Die Verbindung kann auf einfache Weise her gestellt werden; es braucht dazu nur das Drahtende in die Hülse eingeführt zu werden, wonach diese mittels eines Presswerkzeuges oder einer Pressvorrich- tung auf den Draht aufgepresst wird. Aus diesen Gründen haben diese Verbindungen in der Elektro technik eine grosse Verbreitung gefunden und in vielen Fällen andere Verbindungen verdrängt.
Wenn sowohl der Leiter wie die Hülse aus Kupfer bestehen, was oft der Fall ist, genügt lediglich das Aufpressen der Hülse, um eine bleibend starke und elektrisch gut leitende Verbindung herzustellen. Es hat sich dagegen gezeigt, dass dort, wo entweder die Hülse oder der Leiter aus Aluminium besteht, der elektrische Widerstand der Pressverbindung zwi schen dem Leiter und der aufgepressten Hülse sofort nach dem Aufpressen etwas grösser ist als bei einer aufgepressten Kupfer-Kupfer-Verbindung von ent sprechender Grösse.
Überdies hat es sich gezeigt, dass der elektrische Widerstand einer Pressverbindung, bei der mindestens ein Teil aus Aluminium besteht, im Laufe der Zeit zunimmt, wobei der Temperatur zyklus diesen Vorgang noch beschleunigt. Der Tem peraturzyklus, das heisst die wechselweise Erwärmung und Kühlung der Verbindung entsteht bei intermittie- rendem Stromdurchgang durch die Verbindung. Ins besondere solche Pressverbindungen, bei denen eines der Glieder aus Aluminium und das andere aus Kupfer besteht, zeigen diese Erscheinung in besonders hohem Masse; sie tritt aber auch bei Verbindungen von Aluminium auf Aluminium auf, wenn auch nicht in so starkem Masse wie bei Aluminium auf Kupfer.
Die Hauptursache der schlechten Eigenschaften der Verbindungen mit Aluminiumgliedern liegt wohl in -der Bildung von A1203. Wahrscheinlich löst sich infolge des Temperaturzyklus, der ja eine Dehnung und Schrumpfung der aufgepressten Teile zur Folge hat, die Verbindung, so dass Luft und Feuchtigkeit zu den Berührungsflächen zwischen Leiter und Hülse vordringen können, dort A1203 bilden und die elek trische Leitfähigkeit der Verbindung herabsetzen.
Diese Theorie wird noch erhärtet durch die Beob achtung, dass Pressverbindungen von Aluminium und Kupfer, und zwar insbesondere solche mit kupferner Hülse und Aluminiumleiter sich besonders schnell verschlechtern, da ja die verwendeten Materialien verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten auf weisen. In übereinstimmung mit dieser Theorie ist zu erwarten, dass die Wirkung des thermischen Zyklus, und damit die Oxydation, grösser ist, wenn Hülse und Leiter verschiedene thermische Ausdeh nungskoeffizienten haben, als dort, wo Hülse und Leiter die gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
Es ist, insbesondere wenn die Verbindung aus Alumi nium auf Kupfer besteht, auch möglich, dass sich bei der engen Berührung dieser zwei ungleichen Metalle ein galvanisches Element bildet und die Metalle auf galvanischem Wege korrodieren.
Es ist bekannt, dass eine fettige, feste Teilchen enthaltende Masse in der Hülse oder eine vor dem Pressen auf das Leiterende aufgeschmierte Schicht einer solchen Masse den elektrischen Widerstand der Pressverbindung herabsetzt und während längerer Zeit konstant hält als dies sonst ohne eine solche Masse der Fall ist. Als fettige Masse wird meist Vaselin verwen det und verschiedene feste Materialien, wie z. B. Zink und Graphit, sind schon als Stabilisierungsmaterialien vorgeschlagen worden. Diese Stabilisierungsmaterialien wirken insofern günstig, als sie die anfängliche elek trische Leitfähigkeit der Pressverbindung verbessern und deren Tendenz, ihren Widerstand zu erhöhen, unterdrücken.
Wahrscheinlich erhöhen diese Metall partikel die anfängliche Leitfähigkeit der Verbindung durch die schleifende und kratzende Wirkung, die sie auf die Aluminiumoberfläche ausüben, wobei sie die A120.-Schicht teilweise entfernen und das reine Aluminium freilegen. Aber auch bei Verbindungen mit diesen bekannten Massen nimmt der Widerstand unter dem Einfluss veränderlicher Temperatur noch zu. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem wirk sameren Stabilisator für elektrische Pressverbindun- gen, bei denen mindestens ein Glied aus Aluminium besteht, mit dem der Widerstand einer solchen Ver bindung so weit stabilisiert werden kann, dass er mit demjenigen einer Kupfer-Kupfer-Verbindung ver gleichbar ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Kabelschuh und einen Leiter vor dem Aufpressen des Kabelschuhes auf den Leiter, und Fig. 2 zeigt die fertige Verbindung, bei der der Kabelschuh auf den Leiter aufgepresst ist.
In den Figuren ist 1 der Kabelschuh mit einer Hülse 4 und einer Anschlussfahne 2. Dieser Kabel schuh ist aus verzinntem Kupfer hergestellt und die Hülse ist auf der oberen Seite verlötet. Von den einzelnen Drähten 6 des Aluminiumleiters des Kabels ist bereits die Isolation entfernt. Auf und zwischen die einzelnen Stränge ist ein aus einer ungesättigten Fettsäure und nickelhaltigen Teilchen bestehendes Gemisch 8 angebracht worden.
Das so vorbereitete Leiterende wird nun in die Hülse 4 eingeschoben, worauf diese auf das Kabel aufgepresst wird. Zum Aufpressen dient eine nicht dargestellte Spezialzange, mit deren Hilfe tiefe Rillen in die Hülse gepresst werden. Durch dieses Aufpres- sen werden die einzelnen Stränge aufeinander und gegen die Innenwand der Hülse gepresst, und zwar so stark, dass eine metallische Berührung zwischen diesen Teilen entsteht.
Die in die Masse eingemisch ten nickelhaltigen Teilchen werden dabei in die Metalloberflächen eingepresst und bilden Brücken für den Stromübergang, während die ungesättigte Fett säure dafür sorgt, dass der anfänglich niedere über gangswiderstand erhalten bleibt, wahrscheinlich indem sie die Oxydation verhütet. Es hat sich gezeigt, dass elektrische Pressverbindun- gen mit einer Aluminiumhülse oder mit einem Alumi niumleiter, mit niederem anfänglichen Widerstand und sehr guter Stabilität hergestellt werden können, wenn ein eine ungesättigte Fettsäure und Metall partikel enthaltendes Stabilisierungsmaterial angewen det wird.
Zum Beispiel werden Oleinsäure und Nickel- oder Zinkteilchen vermischt, und zwar in einem Ver- hältnis von 90 % Ni oder Zn und 10 % Oleinsäure. Dieses Gemisch wird auf das Leiterende verteilt und im Fall eines verseilten Leiters auch zwischen die einzelnen Drähte gebracht,
wonach das Leiterende in die Hülse gesteckt und diese auf den Leiter aufge- presst wird. Die Nickel- oder Zinkteilchen sollten mindestens so klein sein, dass sie durch ein 200- Maschensieb und vorzugsweise durch ein 300- Maschensieb hindurch getrieben werden können. Es können aber, wenn dies erwünscht oder notwendig ist, auch etwas grössere Teilchen als die durch ein 200-Maschensieb getriebenen verwendet werden.
Bei mikroskopischen Untersuchungen an Schnitten von aufgepressten Verbindungen hat sich gezeigt, dass einige der Nickel- oder Zinkteilchen sowohl in die Oberfläche der Hülse als auch in die Oberfläche des Leiters eingedrungen sind und daher als elektrisch leitende Brücken zwischen der Berührungsfläche der Hülse mit dem Leiter dienen. Bei mehrdrähtigen Leitern hat sich gezeigt, dass sich die Nickel- oder Zinkpartikel zwischen die Drähte schieben und lei tende Brücken zwischen benachbarten Drähten bilden. Die Nickel- oder Zinkteilchen sollten daher nicht so gross sein, dass sie sich nicht mehr auf diese Weise einbetten lassen.
Obwohl Oleinsäure als ungesättigte Fettsäure den Vorzug verdient, wurden auch gute Resultate erzielt mit Linolsäure und mit Linolensäure. Zwar wurde vorzugsweise ein Mischverhältnis von 10 % unge- sättigter Fettsäure und 90"/o Metallteilen verwendet, es hat sich aber gezeigt, dass diese Proportionen nicht kritisch sind.
Es sind mit gutem Erfolg auch Ge- mische mit 901)/o Säure und 10% Metall verwendet worden. Beide Komponenten müssen in genügenden Mengen vorhanden sein und nur wenn die obenge- nannten äussersten Grenzen überschritten werden, ist entweder zu wenig Fettsäure oder sind ungenügend Metallpartikel da.
Es können dem Gemisch aber auch verschiedene inerte Materialien, wie Silikonfett, Vase line oder Bentonit zugefügt werden, um dem Gemisch die gewünschte Konsistenz zu geben. Die Zufügung solcher Materialien scheint aber die den Widerstand stabilisierende Wirkung des Ge misches der Fettsäure mit den Metallpartikeln zu beeinträchtigen.
Wird nur ein einziger Leiter in die Hülse einge- presst, dann genügt es, das Ende dieses Leiters in das Gemisch von Säure und Metallpartikel einzutau chen oder das Gemisch auf der Innenseite der Hülse zu verteilen, bevor diese aufgepresst wird. Kommt dagegen ein verseilter Leiter mit mehreren Drähten zur Anwendung, dann lohnt es sich, einige Mühe auf zuwenden, um das Gemisch sowohl zwischen die einzelnen Drähte als auf die Aussenfläche desselben aufzubringen.
Vorzugsweise wird ein geflochtener Leiter vor dem Aufpressen so vorbereitet, dass ein Becher oder ein Fingerhut, dessen Durchmesser nur wenig grösser als derjenige des Leiters ist, mit dem Gemisch gefüllt wird, wonach das Leiterende hinein gesteckt und hin und her bewegt wird, so dass Säure und Metallteile zwischen die Drähte gelangen. Ist dagegen die Hülse mit dem Säure-Metall-Gemisch gefüllt, so wird der geflochtene Leiter vor dem Ruf pressen darin hin und her bewegt, damit das Gemisch sich gleichmässig zwischen die Drähte verteilt.
Die Tabelle zeigt die überlegenheit der neuen Verbindung. Die Daten der Tabelle wurden auf fol gende Weise gesammelt: Es wurden verschiedene Stabilisierungsmateria lien hergestellt, von denen verschiedene in den Rah men der vorliegenden Erfindung fallen und andere mit bekannten Materialien hergestellt waren. Mit jedem Gemisch wurden je zehn Pressverbindungen hergestellt, und zwar mit einer verzinnten Kupfer klemme und einem Aluminiumleiter. Die ganze Gruppe von Klemmen wurde dann in einen Ofen gebracht, der 100 Tage lang auf 100 C gehalten wurde. Ein- bis zweimal je 24 Stunden wurden die Versuchsstücke aus dem Ofen herausgenommen und auf Zimmertemperatur abgekühlt.
In bestimmten Zeitintervallen wurden die Klemmen geprüft, um ihren elektrischen Widerstand festzustellen, wozu ein Strom von 101 Ampere durch die Verbindung gelei tet und der Spannungsabfall in Millivolt gemessen wurde.
EMI0003.0014
<I>Tabelle</I>
<tb> Millivolt <SEP> Spannungsabfall
<tb> Gemisch <SEP> <I>zu <SEP> Anfang <SEP> nach <SEP> 100 <SEP> Tagen</I> <SEP> Versuch
<tb> Min. <SEP> Mittel <SEP> Max. <SEP> Min. <SEP> Mittel <SEP> Max. <SEP> Nr.
<tb> 90% <SEP> Ni <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 70 <SEP> 219
<tb> 101/o <SEP> Oleinsäure <SEP> '
<tb> 50% <SEP> Ni <SEP> 4,0 <SEP> <B><I>5,0 <SEP> 5,5</I></B> <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 212
<tb> 50% <SEP> Oleinsäure <SEP> 225% <SEP> Ni <SEP> 4,0 <SEP> <B>6,0 <SEP> <I>5,0</I></B> <SEP> 7 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 172
<tb> 75 <SEP> % <SEP> Oleinsäure <SEP> 50% <SEP> Ni <SEP> 4,0 <SEP> 4,5 <SEP> <B><I>5,0</I></B> <SEP> 10 <SEP> <B><I>15,5</I></B> <SEP> 37 <SEP> 208
<tb> 50% <SEP> Linolsäure <SEP> 500/<B><I>9</I></B> <SEP> Ni <SEP> 4,2 <SEP> <B><I>5,0</I> <SEP> 6,
0</B> <SEP> 8 <SEP> 16 <SEP> 22 <SEP> 210
<tb> 50% <SEP> Linolensäure <SEP> 50-% <SEP> Zn <SEP> <B><I>5,5</I> <SEP> 6,0 <SEP> 7,0</B> <SEP> 10 <SEP> 14 <SEP> 23 <SEP> 192
<tb> 50% <SEP> Oleinsäure <SEP> 50% <SEP> Fe <SEP> <B><I>5,0</I> <SEP> 6,0 <SEP> 7,0</B> <SEP> 18 <SEP> 32 <SEP> 58 <SEP> 201
<tb> 50% <SEP> Oleinsäure <SEP> 90% <SEP> Ni <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> <B>9,6 <SEP> 12,7 <SEP> 15,6</B> <SEP> 254
<tb> 10% <SEP> Oleinsäure <SEP> 90% <SEP> Ni
<tb> 10% <SEP> teilweise <SEP> hydrierter <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 16 <SEP> 22 <SEP> 43 <SEP> 256
<tb> Oleinsäureester
<tb> <B><I>5011o,</I></B> <SEP> Ni <SEP> 4,5 <SEP> <B>6,0 <SEP> 7,0</B> <SEP> 14 <SEP> 21 <SEP> 27 <SEP> 160
<tb> 50% <SEP> Vaseline <SEP> 500/a <SEP> Ni <SEP> 4,0 <SEP> <B><I>5,0</I> <SEP> 7,5</B> <SEP> 35 <SEP> 76 <SEP> <B>1</B>17 <SEP> 165
<tb> 50% <SEP> Silikon <SEP> 50% <SEP> Zn <SEP> <B>3,
0</B> <SEP> 4,5 <SEP> 6 <SEP> 11 <SEP> 21 <SEP> 34 <SEP> 19
<tb> 50% <SEP> Vaseline <SEP> Oleinsäure <SEP> (ohne <SEP> Metall- <SEP> 7,5 <SEP> 10 <SEP> 14,5 <SEP> 18,5 <SEP> 50 <SEP> 87 <SEP> 170
<tb> partikel)
<tb> Vaseline <SEP> (ohne <SEP> Metall- <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 23 <SEP> 85 <SEP> 145 <SEP> @\ <SEP> partikel)
<tb> * <SEP> Letzte <SEP> Messung <SEP> des <SEP> Spannungsabfalles <SEP> in <SEP> Millivolt <SEP> nach <SEP> 119 <SEP> Tagen Aus den Daten der Tabelle geht hervor, dass die Verbindungen, bei denen Nickel oder Zink und eine ungesättigte Fettsäure verwendet wurden, eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit besitzen,
und dass von diesen diejenigen vom Versuch Nr. 219 mit 90% Ni und 10% Oleinsäure hervorragend sind. Bei diesen besondern Mustern wurden die Versuche noch über die Periode von<B>100</B> Tagen hinaus weiter fortgesetzt, wobei es sich zeigte,
dass nach zweieinhalb Jahren fortgesetztem Temperaturwechsel der Spannungs abfall in Millivolt auf nahezu demselben Niveau wie am Ende des 100 Tage dauernden Versuchs blieb. Nach zweieinhalb Jahren war sogar der Spannungs abfall bei den Mustern des Versuches Nr. 219 nicht wesentlich höher als die nach 100 Tagen gemessenen 7 Millivolt.
Die genauen Ursachen für diese hervorragenden Resultate sind zwar nicht genau bekannt; es wird aber vermutet, dass die unten beschriebenen Faktoren eine Rolle spielen. Die nachfolgende theoretische Erörterung ist daher nicht verbindlich. Ungesättigte Fettsäuren weisen mindestens eine doppelte Bindung auf und besitzen dank diesen eine Affinität zu Sauerstoff. Es ist möglich, dass die unge sättigte Fettsäure in der aufgepressten Verbindung den Sauerstoff bindet, der sich sonst mit dem Alumi nium zu A1203 verbinden würde. Ferner haben un gesättigte Fettsäuren gute belagbildende Eigenschaf ten und haben die Neigung, die Oberfläche der Hülse und des Leiters mit einem monomolekularen Belag zu überziehen.
Beim Aufpressen werden die Hülse und der Leiter zusammengepresst und es wird dieser Belag wahrscheinlich bei den Stellen engster Berüh rung durchbrochen. In der Umgebung der metalli schen Berührungsflächen bleibt dagegen der Belag intakt und wirkt wahrscheinlich als antioxydierender Schmierbelag, der einen Zutritt von Sauerstoff zu den Berührungsstellen verhütet. Nach obiger Theorie hat daher die ungesättigte Fettsäure eine doppelte Wir kung, indem sie erstens die Aluminiumoberfläche be deckt und die eigentliche Pressverbindung abdichtet und indem sie zweitens den Sauerstoff bindet, der sonst eine Bildung von A1203 hervorrufen würde.
Ein Vergleich der Resultate der Versuche 254 und 256 stützt die Theorie, dass eine ungesättigte Fettsäure Sauerstoff bindet und so die Bildung von M203 verhütet. Beim Versuch Nr. 256 ist ein Ge misch von Nickelteilchen und dem im Handel unter der Markenbezeichnung Crisco erhältlichen Koch fett verwendet worden. Dieser Stoff besteht zur Hauptsache aus teilweise hydriertem Oleinsäureester, so dass erwartet werden konnte, dass er sich etwa wie Oleinsäure verhalten würde.
Der Stoff hat aber viel weniger Doppelbindungen als Oleinsäure und ist daher weniger Sauerstoff aufnahmefähig als Olein- säure. Die Resultate zeigen, dass erwartungsgemäss die mit einem Gemisch von 90% Ni und 100/a Crisco (Versuch 256)
hergestellten Verbindungen schlechter sind als die mit 90% Ni und 10% Oleinsäure her- gestellten Verbindungen (Versuche 219 und 254).
Die ungesättigte Fettsäure allein genügt aber nicht, um den elektrischen Widerstand der aufgepress- ten Verbindung zu stabilisieren, wie die Resultate aus Versuch Nr.<B>170</B> in Tabelle lehren. Die Metallpartikel sind wesentlich und von den untersuchten Metallen gab Nickel die besten Resultate. Wie schon erwähnt, werden die Nickelpartikel in die Hülse und in den Leiter und wenn dieser verseht ist, auch in die einzelnen Drähte eingebettet. Man kann daraus schliessen, dass diese Partikel wie leitende Brücken wirken.
Der Ausdruck Aluminium , wie er in obigem verwendet ist, soll die bekannten, zur Hauptsache aus Aluminium bestehenden Legierungen, wie sie zur Herstellung von elektrischen Leitern und von Klem men verwendet werden, miteinschliessen. Gleicher weise soll der Ausdruck Kupfer die zur Hauptsache aus Kupfer bestehenden bekannten Materialien um fassen. Die Ausdrücke Nickel und Zink um fassen Materialien, welche mehrheitlich oder ganz aus Nickel oder Zink bestehen.
The present invention relates to a method for producing an electrical press connection between two conductors, at least one of which is made of aluminum, a stabilization mass for implementation of the method and electrical press connection produced by the method.
It is common in electrical engineering to make connections between conductors and the cores to be connected to them by pressing a sleeve onto the conductor. The sleeve can either form part of a clamp or a cable lug or be formed as part of a connector between two wire ends. In most cases, such compounds with a pressed-on sleeve have good electrical conductivity and strength, and they do not come off when they are subjected to vibrations.
The connection can be established in a simple manner; For this purpose, only the end of the wire needs to be inserted into the sleeve, after which it is pressed onto the wire by means of a pressing tool or a pressing device. For these reasons, these connections have found widespread use in electrical engineering and in many cases have replaced other connections.
If both the conductor and the sleeve are made of copper, which is often the case, simply pressing on the sleeve is sufficient to establish a permanently strong and electrically conductive connection. However, it has been shown that where either the sleeve or the conductor is made of aluminum, the electrical resistance of the press connection between the conductor and the pressed-on sleeve is slightly greater immediately after pressing than with a pressed-on copper-copper connection corresponding size.
In addition, it has been shown that the electrical resistance of a press connection in which at least one part consists of aluminum increases over time, the temperature cycle accelerating this process even further. The temperature cycle, which means the alternating heating and cooling of the connection, occurs with an intermittent passage of current through the connection. In particular those press connections in which one of the links is made of aluminum and the other is made of copper, show this phenomenon to a particularly high degree; however, it also occurs in connections between aluminum and aluminum, albeit not to the same extent as with aluminum on copper.
The main cause of the poor properties of the connections with aluminum links is probably the formation of A1203. The connection is likely to loosen as a result of the temperature cycle, which causes the pressed-on parts to expand and shrink, so that air and moisture can penetrate the contact surfaces between the conductor and the sleeve, form A1203 there and reduce the electrical conductivity of the connection.
This theory is supported by the observation that press connections of aluminum and copper, especially those with a copper sleeve and aluminum conductor, deteriorate particularly quickly, since the materials used have different coefficients of thermal expansion. In accordance with this theory, it is to be expected that the effect of the thermal cycle, and thus the oxidation, is greater when the sleeve and conductor have different thermal expansion coefficients than where the sleeve and conductor have the same expansion coefficient.
It is also possible, especially if the connection consists of aluminum on copper, that a galvanic element forms when these two dissimilar metals come into close contact and the metals corrode galvanically.
It is known that a greasy mass containing solid particles in the sleeve or a layer of such a mass smeared onto the conductor end before pressing reduces the electrical resistance of the press connection and keeps it constant for a longer time than is otherwise the case without such a mass . Vaseline is usually used as a greasy mass and various solid materials, such as. B. zinc and graphite have been proposed as stabilizing materials. These stabilizing materials are beneficial in that they improve the initial electrical conductivity of the press connection and suppress its tendency to increase its resistance.
These metal particles probably increase the initial conductivity of the connection through the abrasive and scratching effect they exert on the aluminum surface, partially removing the A120. Layer and exposing the pure aluminum. But even with connections with these known masses, the resistance increases under the influence of variable temperature. There is therefore a need for a more effective stabilizer for electrical compression connections in which at least one member is made of aluminum, with which the resistance of such a connection can be stabilized to such an extent that it can be compared with that of a copper-copper connection is equivalent.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing.
1 shows a cable lug and a conductor before the cable lug is pressed onto the conductor, and FIG. 2 shows the completed connection in which the cable lug is pressed onto the conductor.
In the figures, 1 is the cable lug with a sleeve 4 and a connecting lug 2. This cable lug is made of tinned copper and the sleeve is soldered on the upper side. The insulation has already been removed from the individual wires 6 of the aluminum conductor of the cable. A mixture 8 consisting of an unsaturated fatty acid and nickel-containing particles has been attached to and between the individual strands.
The conductor end prepared in this way is now pushed into the sleeve 4, whereupon it is pressed onto the cable. Special pliers, not shown, are used for pressing on, with the help of which deep grooves are pressed into the sleeve. As a result of this pressing, the individual strands are pressed onto one another and against the inner wall of the sleeve, to such an extent that there is a metallic contact between these parts.
The nickel-containing particles mixed into the mass are pressed into the metal surfaces and form bridges for the current transfer, while the unsaturated fatty acid ensures that the initially low contact resistance is maintained, probably by preventing oxidation. It has been shown that electrical compression connections with an aluminum sleeve or with an aluminum conductor, with a low initial resistance and very good stability, can be produced if a stabilizing material containing an unsaturated fatty acid and metal particles is used.
For example, oleic acid and nickel or zinc particles are mixed in a ratio of 90% Ni or Zn and 10% oleic acid. This mixture is distributed over the end of the conductor and, in the case of a stranded conductor, also placed between the individual wires,
after which the end of the conductor is inserted into the sleeve and this is pressed onto the conductor. The nickel or zinc particles should be at least so small that they can be forced through a 200-mesh screen and preferably through a 300-mesh screen. If desired or necessary, however, particles that are slightly larger than those driven through a 200-mesh screen can also be used.
Microscopic examinations of sections of pressed connections have shown that some of the nickel or zinc particles have penetrated both the surface of the sleeve and the surface of the conductor and therefore serve as electrically conductive bridges between the contact surface of the sleeve and the conductor. In the case of multi-wire conductors, it has been shown that the nickel or zinc particles slide between the wires and form conductive bridges between adjacent wires. The nickel or zinc particles should therefore not be so large that they can no longer be embedded in this way.
Although oleic acid deserves preference as an unsaturated fatty acid, good results have also been obtained with linoleic acid and with linolenic acid. A mixing ratio of 10% unsaturated fatty acid and 90% metal parts was preferably used, but it has been shown that these proportions are not critical.
Mixtures with 90% acid and 10% metal have also been used with good success. Both components must be present in sufficient quantities and only if the above-mentioned extreme limits are exceeded is there either too little fatty acid or there are insufficient metal particles.
However, various inert materials such as silicone grease, vase line or bentonite can also be added to the mixture in order to give the mixture the desired consistency. The addition of such materials, however, appears to impair the resistance-stabilizing effect of the mixture of the fatty acid with the metal particles.
If only a single conductor is pressed into the sleeve, it is sufficient to dip the end of this conductor into the mixture of acid and metal particles or to distribute the mixture on the inside of the sleeve before it is pressed on. If, on the other hand, a stranded conductor with several wires is used, it is worthwhile to invest some effort in applying the mixture both between the individual wires and on the outer surface of the same.
A braided conductor is preferably prepared before being pressed on in such a way that a cup or thimble, the diameter of which is only slightly larger than that of the conductor, is filled with the mixture, after which the end of the conductor is inserted and moved back and forth, so that acid and metal parts get between the wires. If, on the other hand, the sleeve is filled with the acid-metal mixture, the braided conductor is moved back and forth before pressing it so that the mixture is evenly distributed between the wires.
The table shows the superiority of the new connection. The data in the table was collected in the following manner: Various stabilizing materials were prepared, various of which fall within the scope of the present invention and others were made with known materials. Ten press connections were made with each mixture using a tinned copper clamp and an aluminum conductor. The entire group of clamps was then placed in an oven held at 100 ° C for 100 days. Once or twice every 24 hours, the test pieces were taken out of the oven and cooled to room temperature.
At certain time intervals, the terminals were tested to determine their electrical resistance, for which a current of 101 amps was passed through the connection and the voltage drop was measured in millivolts.
EMI0003.0014
<I> table </I>
<tb> millivolt <SEP> voltage drop
<tb> Mixture <SEP> <I> to <SEP> beginning <SEP> after <SEP> 100 <SEP> days </I> <SEP> attempt
<tb> Min. <SEP> Mean <SEP> Max. <SEP> Min. <SEP> Mean <SEP> Max. <SEP> No.
<tb> 90% <SEP> Ni <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 70 <SEP> 219
<tb> 101 / o <SEP> Oleic acid <SEP> '
<tb> 50% <SEP> Ni <SEP> 4.0 <SEP> <B> <I> 5.0 <SEP> 5.5 </I> </B> <SEP> 9 <SEP> 10 < SEP> 11 <SEP> 212
<tb> 50% <SEP> oleic acid <SEP> 225% <SEP> Ni <SEP> 4.0 <SEP> <B> 6.0 <SEP> <I>5.0</I> </B> <SEP> 7 <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 172
<tb> 75 <SEP>% <SEP> oleic acid <SEP> 50% <SEP> Ni <SEP> 4.0 <SEP> 4.5 <SEP> <B> <I> 5.0 </I> < / B> <SEP> 10 <SEP> <B><I>15,5</I> </B> <SEP> 37 <SEP> 208
<tb> 50% <SEP> Linoleic acid <SEP> 500 / <B> <I> 9 </I> </B> <SEP> Ni <SEP> 4,2 <SEP> <B> <I> 5, 0 </I> <SEP> 6,
0 </B> <SEP> 8 <SEP> 16 <SEP> 22 <SEP> 210
<tb> 50% <SEP> Linolenic Acid <SEP> 50-% <SEP> Zn <SEP> <B> <I> 5.5 </I> <SEP> 6.0 <SEP> 7.0 </ B > <SEP> 10 <SEP> 14 <SEP> 23 <SEP> 192
<tb> 50% <SEP> oleic acid <SEP> 50% <SEP> Fe <SEP> <B> <I> 5.0 </I> <SEP> 6.0 <SEP> 7.0 </B> <SEP> 18 <SEP> 32 <SEP> 58 <SEP> 201
<tb> 50% <SEP> oleic acid <SEP> 90% <SEP> Ni <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> <B> 9.6 <SEP> 12.7 <SEP> 15, 6 </B> <SEP> 254
<tb> 10% <SEP> oleic acid <SEP> 90% <SEP> Ni
<tb> 10% <SEP> partially <SEP> hydrogenated <SEP> 6 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 16 <SEP> 22 <SEP> 43 <SEP> 256
<tb> Oleic acid ester
<tb> <B><I>5011o,</I> </B> <SEP> Ni <SEP> 4.5 <SEP> <B> 6.0 <SEP> 7.0 </B> <SEP > 14 <SEP> 21 <SEP> 27 <SEP> 160
<tb> 50% <SEP> Vaseline <SEP> 500 / a <SEP> Ni <SEP> 4.0 <SEP> <B> <I> 5.0 </I> <SEP> 7.5 </ B > <SEP> 35 <SEP> 76 <SEP> <B> 1 </B> 17 <SEP> 165
<tb> 50% <SEP> silicone <SEP> 50% <SEP> Zn <SEP> <B> 3,
0 </B> <SEP> 4.5 <SEP> 6 <SEP> 11 <SEP> 21 <SEP> 34 <SEP> 19
<tb> 50% <SEP> Vaseline <SEP> Oleic acid <SEP> (without <SEP> metal <SEP> 7.5 <SEP> 10 <SEP> 14.5 <SEP> 18.5 <SEP> 50 < SEP> 87 <SEP> 170
<tb> particle)
<tb> Vaseline <SEP> (without <SEP> metal <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 23 <SEP> 85 <SEP> 145 <SEP> @ \ <SEP> particles)
<tb> * <SEP> Last <SEP> measurement <SEP> of the <SEP> voltage drop <SEP> in <SEP> millivolt <SEP> after <SEP> 119 <SEP> days The data in the table shows that the Compounds in which nickel or zinc and an unsaturated fatty acid were used have very good electrical conductivity,
and that of these, those from Run No. 219 with 90% Ni and 10% oleic acid are excellent. With these special samples, the tests were continued beyond the period of <B> 100 </B> days, and it was found that
that after two and a half years of continued temperature change, the voltage drop in millivolts remained at almost the same level as at the end of the 100-day test. After two and a half years, even the voltage drop in the samples from experiment No. 219 was not significantly higher than the 7 millivolts measured after 100 days.
The exact reasons for these excellent results are not exactly known; however, it is believed that the factors described below play a role. The following theoretical discussion is therefore not binding. Unsaturated fatty acids have at least one double bond and, thanks to them, have an affinity for oxygen. It is possible that the unsaturated fatty acid in the pressed connection binds the oxygen that would otherwise combine with the aluminum to form A1203. Furthermore, unsaturated fatty acids have good coating-forming properties and tend to coat the surface of the sleeve and the conductor with a monomolecular coating.
When pressing on, the sleeve and the conductor are pressed together and this coating is likely to break through at the points of closest contact. In the vicinity of the metallic contact surfaces, however, the coating remains intact and probably acts as an antioxidant lubricating coating that prevents oxygen from reaching the points of contact. According to the above theory, the unsaturated fatty acid therefore has a double effect: firstly, it covers the aluminum surface and seals the actual press connection and, secondly, it binds the oxygen that would otherwise cause the formation of A1203.
A comparison of the results of experiments 254 and 256 supports the theory that an unsaturated fatty acid binds oxygen and thus prevents the formation of M203. Run No. 256 used a mixture of nickel particles and the cooking fat available commercially under the trademark Crisco. This substance consists mainly of partially hydrogenated oleic acid ester, so it could be expected that it would behave somewhat like oleic acid.
However, the substance has far fewer double bonds than oleic acid and is therefore less able to absorb oxygen than oleic acid. The results show that, as expected, those with a mixture of 90% Ni and 100 / a Crisco (test 256)
The compounds produced are worse than the compounds produced with 90% Ni and 10% oleic acid (experiments 219 and 254).
However, the unsaturated fatty acid alone is not enough to stabilize the electrical resistance of the pressed connection, as the results from experiment no. 170 in the table show. The metal particles are essential and of the metals examined, nickel gave the best results. As already mentioned, the nickel particles are embedded in the sleeve and in the conductor and, if this is provided, also in the individual wires. One can conclude that these particles act like conductive bridges.
The term aluminum, as used in the above, is intended to include the known alloys, consisting mainly of aluminum, as used for the production of electrical conductors and terminals. In the same way, the term copper is intended to encompass the known materials consisting mainly of copper. The terms nickel and zinc encompass materials that consist mainly or entirely of nickel or zinc.