CN103311677B - 适用于导轨的腹板等的永久性电接触件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于导轨的腹板等的永久性电接触件及其制造方法，该电接触件包括导电材料的衬套（2），该衬套具有：管状杆（3），适合于插入导轨的腹板（1）中的孔（4）中；凸缘头（5），与杆（3）相比径向加宽并适合于与孔（4）周围的部分抵接接合；以及轴向通孔（8），该轴向通孔中可插入冲压机，以使管状杆（3）径向膨胀并使杆（3）的径向外表面（15）与孔（4）紧密接合，其中，外表面（15）的至少一部分基本上由第一导电金属制成，并且凸缘头（5）的至少一部分基本上由与第一导电金属不同的第二导电金属制成。
Description
技术领域
本发明涉及适用于导轨的腹板或者凸缘等的永久性电接触件。
背景技术
众所周知，用于导轨区段的电连接需要永久性电接触件，以具有降低接触电阻的接触特性并且需要结构上简单且坚固。为此，众所周知，通过导电材料的衬套，制造适用于导轨腹板的永久性电接触件，所述衬套具有可插入导轨腹板中形成的孔中的柱状杆以及适合于与孔周围的导轨部分抵接接合的凸缘头，其中所述衬套具有轴向通孔，该轴向通孔中可插入冲压机（punch），以产生柱状杆抵靠导轨中的孔的径向膨胀。鉴于其优异的机械特性（在材料拉伸期间借助于冲压机的塑性变形能力以及与孔内表面的紧密接合、提升的机械阻力和韧性）和电特性（高导电性以及与钢的电偶兼容性（electrogalvaniccompatibility）），以及其高耐腐蚀性，铜迄今为止已经成为制造接触衬套的自然选择。
然而，由于铜成本的显著增加以及随之而来由铜金属制成的导体的频繁被盗，近年来，铝的电导体和连接器（所谓电缆端子）的使用有所增加，然而，其使用必然暴露于具有不同电偶电位的金属环境，诸如铜和铝，从而在铝连接器和铜接触衬套之间的接触区域中存在空隙电偶腐蚀的风险。
为了克服在铝和铜之间的接触区域中可能发生的电偶腐蚀问题，目前市场上销售双金属连接器，所述双金属连接器具有适合于压缩到导体上的中空铝基座以及由铜制成的适合于与端子接触连接的端子连接部，其中，中空基座和端子连接部彼此焊接。
虽然以令人满意的方式解决了电缆端子的间隙腐蚀问题，但是所述解决方案并非没有缺点。单个铝和铜零件的制造过程及其随后通过焊接的接合，一方面，复杂且成本高，另一方面，对于连接器受到震动的应用场合，不能获得足够可靠且耐用的铜-铝连接。
发明内容
因此，本发明目的是提出一种适用于导轨的腹板或者凸缘等的永久性电接触件，具有诸如消除现有技术中提到的至少一些缺点的特性。
本发明的一个特定目的是使导轨腹板电接触的紧密和耐久联合的需求与能够使用除铜外的导电材料（例如，铝）接触件（具有电缆端子）的需求以及与使用具有不同电偶电位的导体材料的需求一致。
通过适用于导轨的腹板等的永久性电接触件，实现这些和其它目的，所述电接触件包括导电材料的衬套，该衬套具有：管状杆，适合于插入导轨的腹板中形成的孔中；凸缘头，适合于与孔周围的部分抵接接合；以及轴向通孔，该轴向通孔中可插入冲压机，以使管状杆径向膨胀并使杆的径向外表面与孔紧密接合，其中，管状杆的外表面基本上由第一导电金属制成，并且凸缘头的至少一部分基本上由与第一导电金属不同的第二导电金属制成。
根据本发明的一个方面，凸缘头在与杆侧相反（且背向导轨）的侧上的形成前接触表面，所述前接触表面基本上由所述第二导电金属制成。例如，杆的径向最外表面基本上可由铜制成，并且凸缘头部分，尤其是前接触表面，基本上可由铝制成。
根据本发明的一个方面，所述衬套包括多层管状本体，所述多层管状本体具有基本上由所述第一导电金属制成的外层和基本上由所述第二导电金属制成的内层。利用基本上在整个表面上或者换言之在两个层之间的界面上的连续性材料，使得内层和外层彼此连接。
通过熔化外层与内层之间的过渡区域中的材料，例如，通过经由拉伸或者共挤的双层或者多层管状本体的制造步骤，可形成两个层之间的连接。
由此构成的接触衬套和永久性电接触件使得能够以低成本和机械阻力获得适合于受到强烈震动的应用场合的双金属接触件的特定优点（在电缆端子和端子之间的接触区域中没有电偶电位差）。
此外，通过拉伸或者共挤以及随后最终成型制造由多层管状本体组成的接触衬套的使用允许大规模生产衬套和永久性电接触件，成本低且层本身之间紧密和耐久接合。
在本说明书中，只要所示金属形成合金本身的主要部分，术语“基本上由第一金属制成”和“基本上由第二金属制成”，或者更具体地，“基本上由铜制成”和“基本上由铝制成”就不排除所述金属的合金。在优选实施方式中，表述“基本上由铜制成”和“基本上由铝制成”指通常在市场上找到并针对电气电子技术行业用作导体的两种金属。
附图说明
为了更清楚地理解本发明并认识到其优点，下文将参考附图通过非限制性实例描述本发明的一些实施方式，附图中：
图1为根据一个实施方式的永久性电接触件的局部横截面分解图；
图2为图1中的永久性电接触件适用于导轨腹板的横截面图，其中具有电缆端子的电缆通过紧固螺栓连接到永久性接触件；
图3为根据第二实施方式的永久性电接触件的局部横截面分解图；
图4为图3中的永久性电接触件适用于导轨腹板的横截面图，其中具有电缆端子的电缆通过紧固螺栓连接到永久性接触件；
图5和图6示出电接触件的衬套的径向膨胀和拉伸的步骤；
图7以横截面示出在模具内引入一段双层铜-铝管的步骤；
图8示意性示出这段双层管的冷变形步骤；
图9示意性图示从模具中抽取已制成接触衬套的步骤；
图10为所制造的接触衬套的立体图。
具体实施方式
参考附图，适用于导轨的腹板1等的永久性电接触件包括接触衬套2，该接触衬套由导电材料制成并具有适合于插入导轨的腹板1或者凸缘上形成的孔4中的管状杆3（可能是柱状的）。杆3在轴向方向S上从衬套2的凸缘形头5伸出并延伸。
凸缘形头5相对于杆3径向加宽，并且当杆3插入所述孔4中时，凸缘形头形成在杆3的方向上面向腹板1的围绕孔4的部分且适合于抵接所述部分的抵接表面6。衬套2的头5另外形成与抵接表面6相反且背向杆3的前接触表面7。
衬套2形成轴向通孔8，该轴向通孔在头5处具有加宽部分9，以引入润滑剂物质并在衬套2在孔4中膨胀阶段期间防止头5的不需要变形，下文将描述。
通过校准冲压机10，获得接触衬套2到导轨的腹板1的永久阻断，该校准冲压机具有连接到轴12的截锥形加宽部分11，该轴具有螺纹端13。在衬套2插入导轨的孔4中之后，校准冲压机10从头5一侧插入通孔8中，使得螺纹端13在杆3一侧从通孔8的另一端出来。
通过牵引机构14，诸如液压动力千斤顶，冲压机10的螺纹端13接合在导轨的与衬套2的头5抵接侧相反的侧上，并进行冲压机10的机械牵引。冲压机10轴向移动通过衬套2的通孔8，使衬套径向加宽而抵接孔4，从而在杆3的径向外表面15与孔4的表面之间获得稳定且紧密的接触。
通过校准冲压机10塑性变形并移动的材料超过填充孔4所需的材料时，经受轴向方向S上的拉伸，这导致杆3的自由端在孔4外部且在导轨的与凸缘头5抵接的侧相反的侧上径向向外延伸。这产生了变形衬套2在导轨上的又一附接部分。
当形成于衬套内的校准孔（加宽的通孔8）允许通过螺栓18（图2和图4）移除具有电缆端子17的电导体16时，所进行的径向膨胀允许在衬套2和导轨的孔4之间获得永久且紧密的电接触，所述螺栓插入校准孔（通过冲压机10加宽的通孔8）中并适合于利用螺母19拧紧，以拧紧电缆端子17而抵接衬套2的凸缘头5的接触表面7。为此，所述螺栓可装配有定位于电缆端子17与螺母19之间的第一垫片20以及第二垫片21，第二垫片具有适合于容纳杆3的自由伸出端的腔24以及适合于直接抵接导轨的轮缘，以绕过衬套2的伸出部分将螺栓18的压力传送到轮缘。
根据本发明一个方面，管状杆3的径向外表面15（或者包括至少一部分）基本上由第一导电金属（例如铜）制成，并且凸缘头5的至少一部分基本上由与第一导电金属不同的第二导电金属（例如铝）制成。
在一个实施方式中，凸缘头5的前接触表面7（或者包括一部分）基本上由所述第二导电金属（例如铝）制成。这样，获得了永久性双金属接触件，其克服了在使用具有不同电偶电位的材料的电导体情况下的间隙电偶腐蚀问题，因此，能够使用与电导体相同材料的单一材料电缆端子，诸如铝。
在一个可行实施方式中，衬套2可包括由第二导电材料（诸如铝）制成的外部涂有一层第一导电材料（例如铜）的管状本体。这种外涂层可为完整的，以在永久性接触件施加于导轨之前保护第二导电金属（例如铝）不受不期望的表面腐蚀。根据头5的接触表面7处的涂层厚度，这种涂层可随后在螺栓18拧紧期间移除或者平滑化，以暴露该区域中的第二导电金属。
根据一个实施方式，（图3、图4）杆3的整个径向外表面15由第一导电金属（优选铜）制成，以在杆3和导轨的孔4之间的整个界面区域中受益于第一金属的优异的机械和电特性。
在本实施方式中，可以使衬套的整个凸缘头5基本上由所述第二导电金属（诸如铝）制成，从而使第一金属的使用降到最低，在第一金属是铜情况下，第一金属具有比第二金属更高的成本。
在又一实施方式中，头5的抵接表面6基本上由所述第一金属（优选铜）制成，以此方式确保导轨与接触衬套2之间的整个界面区域中的导电特性和耦接材料的连续性。
为了只暴露一种材料与电缆端子17接触，反而可能期望的是，使第一导电金属的层或者涂层不延伸到头5的前接触表面7为止。这可例如通过衬套2的管状本体的冷变形来实现，以此方式使得头5的径向外层相对于更径向向内的一部分或替代地通过前接触表面7处的径向最外层的刨平（平滑化、车床加工）而收缩。
根据优选实施方式，衬套2包括多层管状本体（优选地双层），多层管状本体具有基本上由所述第一导电金属（优选铜）制成的外层22和基本上由所述第二导电金属（优选铝）制成的内层23。利用基本上在整个表面上或者换言之在两个层22、23之间的整个界面上的连续性材料，例如通过熔化外层22与内层23之间的界面或者过渡区域中的材料，使得内层23和外层22彼此连接。因此，内层23证实了焊接到外层22的所有效果。
根据本发明一个方面，在两个层之间的界面或者过渡区域中，两个层证实了以冶金方式结合。例如，通过经由拉伸制造双层或者多层管状本体，可实现两个金属层之间的冶金结合。根据一个实施方式，预组装的双层或者多层管配备有内游动芯棒，并通过一个或者一系列外部基体（matrix）冷拉，使得管层之间的高压产生上述冶金结合。
可替换地，通过经由共挤或者换言之经由共挤焊（CEW）制造双层或者多层管状本体，在共挤焊中，例如通过相同的基体同时并一起挤压两种不同的金属，可获得两个金属层之间的冶金结合，使得高压和高温产生在两个相邻管层之间的过渡区域19中的冶金结合。
根据本发明的又一方面，通过经由热轧焊（ROW）制造双层或者多层管状本体，在热轧焊中，在迫使不同的金属通过层压辊之间期间接合不同的金属，可获得两个金属层之间的冶金结合，使得高压和高温（如果预见）产生管层之间的冶金结合。
在技术术语中，以此获得的两个层之间的连接，即，两种不同金属材料的冶金结合，有时被称为“冶金熔覆”。这种连接通过优选地具有均匀厚度且不太薄的多层来获得，并连同金属层中涉及至少0.3mm（优选地从0.3mm到10mm）的最小厚度一起提供最有利的接触衬套2的机械和电偶特性。
根据一个实施方式，可制成衬套2的管状本体为双层管状本体，该双层管状本体具有由铝制成的内层23和由铜制成的外层22，其中内层23具有范围为管状壁总厚度的60%到95%（优选75%到80%）的厚度，并且外层22具有范围为管状壁总厚度的5%到40%（优选20%到25%）的厚度。
在本发明中，术语“冶金结合”应理解为两种金属的晶格结构被迫相互一致地共享两个层之间的界面中的电子，这产生原子级的结合。
有利地，在两个层之间的界面（过渡区域）中，两个层证实了以冶金方式结合和局部互相贯通（interpenetrated）。
根据本发明的又一方面，接触衬套2从多层（优选双层）管开始制造，被切成合适长度的区段24，这些区段随后经受通过冷变形的成型，在自动压力机上成型，而无需切削加工。
更具体地，提供模具25，该模具限定在加宽部27中的顶部处结束的轴向通道26。匹配模具28放置于轴向通道26中，充当区段24的轴向端的支承元件。引入具有成型杆30的成型冲压机29，以借助于自动压力机进行冷变形，成型杆通过中间截锥形加宽部分31连接到肩部32。
成型杆30插入多层管式区段24的通孔中，并且截锥形加宽部分31形成凸缘头5处的扩口（上述加宽部9），该凸缘头限制于模具25的上加宽部27与成型冲压机29的肩部32之间。
一旦冷变形完成，就操作匹配模具28，以从模具25中排出多层衬套2。
通过冷变形制成的衬套2具有非常高的尺寸精度、平滑均匀性和双材料特性，其中第一导电金属（外层22）和第二导电金属（内层23）设置于前述的期望区域中。
为了进一步改良期望的机械特性，特别是旨在与导轨的孔4永久且紧密接触的外层22的机械特性，在冷变形步骤之后，衬套2可经受热处理，以减少由应变硬化引起的任何应力。
从给出的描述来看，本领域技术人员应当理解永久性电接触件1如何协作地满足以下要求：
两种不同金属之间的电连接，诸如铝和铜，以及随之而来的电偶腐蚀问题；
可承受震动和恶劣天气条件的机械和电连接；
可以低成本和大规模制造的简单结构。
当然，本领域技术人员可对根据本发明的永久性电接触件进行进一步修改和变动，以满足偶然的和特定的要求，所有这些都包括在所附权利要求限定的本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种适用于导轨的腹板(1)永久性电接触件，包括导电材料的衬套(2)，所述衬套具有：管状杆(3)，能够插入导轨的腹板(1)中的腹板孔(4)中；凸缘头(5)，与所述管状杆(3)相比径向加宽并适合于与所述腹板孔(4)周围的部分抵接接合；以及轴向通孔(8)，所述轴向通孔中能够插入冲压机，以使所述管状杆(3)径向膨胀并使所述管状杆(3)的径向外表面(15)与所述腹板孔(4)紧密接合，所述凸缘头(5)在与所述管状杆(3)一侧相反的侧上形成前接触表面(7)，
其中，所述外表面(15)的至少一部分由第一导电金属制成，并且所述凸缘头(5)的所述前接触表面(7)由与所述第一导电金属不同的第二导电金属制成。
2.根据权利要求1所述的电接触件，其中，所述衬套(2)包括由所述第二导电金属制成且外部涂有一层所述第一导电金属的管状本体。
3.根据权利要求2所述的电接触件，其中，在所述凸缘头(5)的所述接触表面(7)处，所述第二导电金属初始涂有第一导电金属的层，所述第一导电金属的层随后通过平滑化移除，以暴露所述接触表面(7)中的所述第二导电金属。
4.根据权利要求1所述的电接触件，其中，所述管状杆(3)的整个径向外表面(15)由所述第一导电金属制成。
5.根据权利要求4所述的电接触件，其中，所述凸缘头(5)的与所述接触表面(7)相反的抵接表面(6)由所述第一导电金属制成。
6.根据权利要求1所述的电接触件，其中，所述衬套(2)的整个凸缘头(5)由所述第二导电金属制成。
7.根据权利要求1所述的电接触件，其中，所述衬套(2)的所述前接触表面(7)不由所述第一导电金属制成。
8.根据权利要求1所述的电接触件，其中，所述衬套(2)包括双层管状本体，所述双层管状本体具有由所述第一导电金属制成的外层(22)和由所述第二导电金属制成的内层(23)，所述内层(23)和所述外层(22)以冶金方式结合。
9.根据权利要求8所述的电接触件，其中，所述内层(23)具有范围在所述双层管状本体的总壁厚度的60％到95％的厚度，并且所述外层(22)具有范围在所述双层管状本体的总壁厚度的5％到40％的厚度。
10.根据权利要求8或9所述的电接触件，其中，通过经由拉伸或者共挤制造所述双层管状本体，从而获得所述外层(22)和所述内层(23)之间的冶金方式结合。
11.根据权利要求1所述的电接触件，其中，所述第一导电金属为铜，并且所述第二导电金属为铝。
12.一种制造适用于导轨的腹板(1)的电接触件的方法，所述电接触件包括导电材料的衬套(2)，所述衬套具有：管状杆(3)，能够插入导轨的腹板(1)中的腹板孔(4)中；凸缘头(5)，与所述管状杆(3)相比径向加宽并适合于与所述腹板孔(4)周围的部分抵接接合；以及轴向通孔(8)，所述轴向通孔中能够插入冲压机，以使所述管状杆(3)径向膨胀并使所述管状杆(3)的径向外表面(15)与所述腹板孔(4)紧密接合，所述凸缘头(5)在与所述管状杆(3)一侧相反的侧上形成前接触表面(7)，其中，所述衬套(2)包括双层管状本体，所述双层管状本体具有由第一导电金属制成的外层(22)和与所述凸缘头(5)的所述前接触表面(7)由第二导电金属制成的内层(23)，
所述方法包括以下步骤：
提供双层管式区段(24)，所述区段具有由第一导电金属制成的外层(22)和由与所述第一导电金属不同的第二导电金属制成的内层(23)；
将所述区段(24)插入压力机的模具(25)中；
进行冷变形，以成型所述管状杆(3)以及与所述管状杆(3)相比径向加宽的所述凸缘头(5)，其中，所述外层(22)形成所述管状杆(3)的径向外表面(15)，并且所述内层形成所述凸缘头(5)的与所述管状杆(3)相反的前接触表面(7)。
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