DE1925553A1 - Elektrischer Leiter - Google Patents

Description

• Elektrischer Leiter Die Erfindung betrifft einen aus Kupfer bestehenden elektrischen Leiter in elektrischen Schalt-, Verteilungs- und/ oder übertragungsanlagen, der für den einseitigen Anschluß von Aluminium-Leitschienen vorgesehen ist Im allgemeinen wird als Material für elektrische Leiter in Schalt-, Verteilungs- und/oder Übertragungsanlagen insbesondere seiner hohen'Leitfa'higkeit wegen, aber auch wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit sowie seiner chemischen Resistenz verbreitet Kupfer verwendet. Bei ausgedehnten Anlagen für stärkere Ströme die auch entsprechend stärkere Querschnitte erfordern, wird wegen des wesentlich geringeren Preises sowie Gewichtes gleich stark beaufschlagbarer Querschnitte Aluminium als Material für Leitschienen vorgezogen. Da bestimmte Schaltkreise bzw. Schaltelemente sich nur aus Kupfer bzw. Bronze oder Messing herstellen lassen, besteht die Notwendigkeit, Übergänge von Aluminium-Leitschienen und Kupferleiter zu schaffen, Derartige Übergänge sind des großen Abstandes von Kupfer und Aluminium in der voltaischen Spannungsreiche wegen stets korrosionsgefährdet.
• Zur Lösung dieses Problems ist eine Reihe von Maßnahmem versucht worden, die eine mehr oder weniger starke Einsch-ränkung der Korrosion bewirken; eine weitgehende oder gar vollkommene Unterbindung der Korrosion sowie die Schaffung von Übergängen geringen Übergangswiderstandes zwischen Kupfer und Aluminium sind bis heute nicht erreicht. So hat man versucht, befriedigende Verbindungen zu erhalten, indem auf Kupferschienen Aluminium aufgespritzt wurde; die Korrosionsbeständigkeit sowie der Übergangswiederstand derart hergestellter Verbindungen haben nicht befriedigt. Verbreitet sind aus Kupfer und Aluminium erstellte Bimetallbleche verwendet worden, die bei zu erstellenden Verbindungen derart zwischen die Leitschienen gelegt werden, daß ihre Kupferseite dem Kupferleiter, ihre Aluminiumseite der Aluminium-Leitschiene zugewandt ist. Der Stromübergang von einem der Leitermateriallen auf daa andere wird zwar in die im Innern des Bimetalles angeordnete Verbindungsschicht verwiesen, der Stromübergang erfolgt nunmehr aber über drei Kontaktstellen, so daß der Übergangswiderstand sowie die Korrosionsgefährdung der gesamten Anordnung unliebsam erhöht werden» zumal das Bi metallblech seiner geringen Stärke wegen ohnehin der Korrosion stärker ausgesetzt ist als starke Materialien. Stark belastet sind derart aufgebaute Verbindungsstellen durch die ungleiche Wärmedehnung der beiden Leitermaterialien, die bei extremen Temperaturdifferenzen zu mechanischen Beschadlgungen der Verbindungsstelle führen können, durch erhöhte mechanische Beanspruchung aber aus jeden all der gefürchteten Korrosion Vorschub leisten.
• Es sind Kupfer- und Aluminium-Leitschienen durch Schweißung verbunden worden. Die im Bereiche der Schweißstelle eingebrachten bzw. sich bildenden Kupfer-Aluminiumbronzen weisen einen niedrigen elektrischen Leitwert auf, so daß an der Verbindungsstelle bei ihrer elektrischen Belastung ein erheblicher elektrischer Spannungsabfall und damit verbunden starke elektrische Verluste sowie eine lokale, den Verlusten entsprechende Wärmeentwicklung resultieren.
• Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Leiter zu schaffen, der einseitig aus Kupfer besteht und an seinem anderen Ende im wesentlichen Aluminium aufweist, und bei dem der Übergang vom Kupfer zum Aluminium mit geringem Übergangswiederstand erfolgt, der durch weitgehende oder vollkommene Ausschaltung der Korrosionsgefahr sowie die Verbindungsstelle beaufschlagender mechanischer Kräfte über lange Zeiten praktisch nicht beeinträchtigen läßt. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung, indem ein Endabschnit des Kupferleiters mit einer Aluminiummufe umgossen ist. Diese Muffe umgreift zweckmäßig den Endabschnitt des Kupferleiters vollkommen, so daß sie auch die den Endabschnitt des Kupferleiters begrenzende Stirnfläche überdeckt. Die Verbin dung wird dadurch besonders korrosionsfest, daß an der Grenze zwischen Kupfer und Aluminium eine dünne Legierungsschicht bewirkt ist; erzielt werden kann eine solche Legierungsschicht durch vollständige Säuberung der Oberfläche des Endabschnittes des Kupferleiters insbesondere von Zunder und Korrosionsrücks tänden und Vergießen des Aluminiums mit einer ausreichenden Temperatur. Eine weitere Verbesserung der Eigenschaften der Verbindungsstelle läßt sich erzielen, indem mindestens der von der Aluminiummuffe umgrenzte Endabschnitt des KupferleiSrsß zweckmäßig aber zusätzlich ein sich vor die Muffe erstreckender weiterer Bereich mit einem für sich oder in Legierung edlem Metall überzogen wird.
• So hat es sich bspw. bewährt, den Endbereich des Kupferleiters zu verzinnten, und als vorteilhart wurde erkannt, diesen Endbereich zu versilbern. Das Verzinnen kann im Zinnbad, als Feuerverzinnung oder aber auch auf galwnischem Wege bewirkt werden, während zum Versilbern sich im wesentlichen galvanische Prozesse anbieten.
• Die Festigkeit der erwirkten Verbindung wird dadurch erheblich gefördert, daß der von der Aluminiummuffe überzogene Endabschnitt des Kupferleiters mit vom Aluminium durchgriffenen Querbohrungen ausgestattet ist, die zweckmäßig sich zu ihren freien Enden hin trichterförmig erweitern.
• Die Aluminiummuffe kann sich an ihrem dem Kupferleiter abgewandten Ende als Leitschiene fortsetzen. Als zweckmäßig wurde erkannte das freie Ende dieser Leitschiene vorzugsweise beidseitig schräg auszubilden, so daß eine Schweißstelle zur Verbindung mit weiteren Leitschienen vorbereitet ist.
• Andererseits können die Aluminiurnmuffe und/oder das Ende einer Aluminium-Leitschiene mit Querlöchern zur Aufnahme von Preßschrauben ausgestattet sein, die zur Verbindung mit weiteren Leitern dienen können. Als nachahmenswert wurde erkannt, solche Querlöcher im die (<uerhohrurlgen des Kupferleiters erfüllenden Aluminium verlauilerl zu lassen.
• Im einzelnen sind die-Merkmale der Erfindung anhand der folgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen in Verbindung-mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei: Fig. 1 die Seitenansicht eines Kupferleiters mit angesetztem Aluminium-Leitschienenstück, Fig. 2 die Aufsicht auf die Leiteranordnung nach Fig. 1, Fig. 3 die Ansicht eines Abschnittes eines Kupferleiters mit Aluminiummuffe und einer anschließenden, für Schraubverbindungen vorgesehenen Aluminium-Leitschiene und Fig. 4 die Aufsicht auf die Leiteranordnung nach Fig. 3.
• In Fig. 1 ist ein Kupferleiter 1 dargestellt, der ein Teil eines Leitungsnetzes, aber auch eines elektrischen Apparates, bspw. eines Schaltapparates, sein kann. Der Endabschnitt 2 des Kupferleiters ist mit Querbohrungen 3 ausgestattet, die sich beidseitig in Bereichen 4 trichterförmig erweitern. Der Endabschnitt 2 ist nach sorgfältiger Reinigung mit Aluminium umgossen, das eine Aluminiummuffe 5 bildet und den Endabschnitt seitlich ebenso fest umschließt, wie sie sich auf die Stirnfläche 6 des Kupferleiters 1 legt und sich in den Querbohrungen 3 des Kupferleiters verankert. Durch das Umgießen des sorgfältig gereinigten Kupferleiters wird ein außerordentlich fester Anschluß an den Kupferleiter und nach hiesiger Ansicht ein oberflächliches Anlegieren desselben erreicht, das für einen dauernden, niedrigen Ubergangswiderstand Sorge trägt.
• Das feste Umschließen sorgt dafür, daß eine Korrosion der aneinandergrenzenden Flächen unmöglich wird. Die feste mechanische Verankerung birgt weiterhin dafür, daß auch beim Auftreten extremer Temperaturschwankungen die erwirkte Verbindung sich nicht löst. Für den geringen Übergangswiderstand spricht auch der Umstand, daß der Stromübertritt über die Stirnfläche 6 sowie die beiden Flanken, die obere und die untere Fläche des Endabschnittes 2 großflächig erfolgt und die beim Umgießen erzielte Legierungsschicht nur eine äußerst geringe Stärke aufweist, so daß sie, insbesondere bei der geringen, in ihr vorherrschenden Stromdichte, keine wesentlichen Verluste bedingt.
• Im Ausführungsbeispiel schließt sich an die Aluminiummuffe 5 ein kurzes Stück einer Aluminium-Leitschiene 7 an, deren rreies Ende 8 beidseitig abgeschrägt ist, wie insbesondere Fig. 2 zeigt. Hierdurch ist eine Schweißstelle bereits vorbereitet, und es ist ein leichtes, an die Aluminium-Leitschiene 7 weitere Aluminium-Leitschienen anzuschweißen. Im Bedarfs falle läßt sich die Begrenzungskante zwischen freien Aluminium- und kupferteilen am Eintritt des Kupferleiters in die Aluminiummuffe 5 durch Lacke oder ähnliches weiterhin schützen, so daß eine mechanisch und chemisch beständige, mechanisch und elektrisch hochbeanspruchbare Verbindung zweier unterschiedlicher Metalle geschaffen ist. Der Kupferleiter 1 kann mit weiteren Kupferleitschienen, bspw. durch Schraubverbindung, verbunden werden, während die Aluminium-Leitschiene 7 zweckmäßig durch Schweißen mit weiteren Leitschienen verbunden wird.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verbindung eines Kupferleiters mit einer Aluminium-Leitschiene ist in der Seitenansicht in Fig. 3 und in' der Aufsicht in Fig. 4 gezeigt.
• Das mit Querbohrungen 9 ausgestattete freie Ende des Kupferleiters 10 ist galvanisch mit einer Silberschicht 11 überzogen, und mit Aluminium umgossen, das eine die Silberschicht nicht völlig abdeckende Aluminiummuffe 12 bildet. , Die Aluminiummuffe 12 setzt sich 9n einer kurzen Aluminium-Leitschiene 13 forst, die ihrerseits mit Querlöchern 14 ausgestattet ist, um vermittels von Klemmleisten die Verbindung zu weiteren Aluminium-Leitschienen herstellen ZU können.
• Da der erforderliche Querschnitt der Aluminium-Leitschiene 13 eine geringere Stärke aufweist als die Aluminiummuffe 12, verjüngt sich die Muffe im Übergangsbereich zur Aluminium-Leitschiene. Auch hier ist das Umgießen so vorgegommen, daß sich mindestens eine innige mechanische Verbindung ergibt, wenn nicht zusätzlich ein oberflächliches Anlegieren des silbers. Auch hier ist der Endbereich des Kupferleiters mit Querbohrungen ausgestattet, deren Wandungen beim Galvanisieren ebenfalls mitversilbert wurden und vom Aluminium durchgriffen sind, so daß einerseits eine mechanische Verankerung einen besseren mechanischen Halt der erzielten Verbindung ergibt, und andererseits die Flächenerstreckung der Verbindung vergrößert ist.
• Die Erfindung erlaubt die Erstellung überaus sicher Kontakt ge bender Verbindungsstücke zwischen Kupfer- und Aluminiumteilen von Leitungsnetzen. Gegenüber der üblichen, einfachen Kiemmverbindung mit zwischengelegtem Bimetallblech ergibt sich eine wesentlich vergrößerte Oberfläche, da die Wandungen der zum Verankern vorgesehenen Bohrungen zur den Stromübergang bewirkenden Fläche ebenso beitragen wie beide Seitenflächen, die Stirnfläche sowie die obere und untere Fläche des Endbereiches, während bei einfachen, überlappten Stoßverbindungen nur jeweils eine Seitenfläche in Erscheinung tritt, die um die Flächenbeträge der Durchschnittsöffnungen für Preßschrauben verkleinert wird. Hier ist es möglich, eine evtl. erforderliche, überlappte Preßverbindung in eine besondere Aluminium-Leitschiene 19 zu verlegen. Abweichend von den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen besteht weiterhin die Möglichkeit, solche Schraubverbinaungen ohne besondere Aluminium-Leitschienen im Bereiche der Aluminiummuffe 12 selbst vorzunehmen. Die für dis Preßschrauben vorzusehenden Durchgangs löcher können hierbei beliebig gebohrt werden; bewährt hat es sich aber, zumindest einige der Querbohrungen des Kupferleiters ausreichend stark zu machen und die Durchgangslöcher in das die Querbohrungen durchziehende Aluminium einzubringen, so daß keine weiteren Stirnflächen der Berührungszonen zwischen Kupfer und Aluminium freigelegt werden. Die eigentliche Verbindung zwischen dem Aluminium und Kupfer ist mechanisch derart gut geschützt, daß Korrosionsvorgänge keine Ansatzpunkte den und die guten Verbindungseigenschaften Uber lange Zeiten aurreehterhalten werden.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Aus Kupfer bestehender, für den einseitigen Anschluß von Aluminium-Leitschienen vorgesehener elektrischer Leiter in elektrischen Schalt-, Verteilungs- und/oder Übertragungsanlagen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Endabschnitt (2) des Kupferleiters (1, 10) mit einer Aluminiummuffe (5, 12) umgossen ist.

2. Leiter nach Anspruch 1, d a d u r 0 h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aluminiummuffe (5, 12) auch die den Endabschnitt (2) des Kupferleiters (1, 10) begrenzende Stirnfläche (6) desselben überdeckt.

3. Leiter nach Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an der Grenze zwischen dem Kupferleiter (1, 10) und der Aluminiummuffe (5, 12) eine dünne Legierungsschicht bewirkt ist.

4. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens der Endbereich des Kupferleiters verzinnt ist.

5. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens der Endbereich des Kupferleiters (10) versilbert (Silberschicht 11) ist

6. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der von der Aluminiummuffe (5, 12) umfaßte Endabschnitt (2) des Kupferleiters (1, 10) mit vom Aluminium der Aluminiummuffe durchgriffenen Querbohrungen (3, 9) ausgestattet ist.

7. Leiter nach Anspruch 6, da dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Querbohrungen (3, 9) sich an ihren freien Enden trichterförmig (Bereich 4) erweitern.

8. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 7, da dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aluminiummuffe (5, 12) an ihrem dem Kupferleiter (1, 10) angewandten Ende sich als Leitschiene (7, 13) fortsetzt.

9. Leiter nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das freie Ende (8) der Aluminium-Leitschiene (7) vorzugsweise beidseitig abgeschrägt ausgebildet ist.

10. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aluminiummuffe (5, 12) und/oder das Ende einer Aluminium-Leitschiene (13) mit Querlöchern (14) zur Aufnahme von Preßschrauben ausgestattet ist-.

11. Leiter nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Querlöcher im die Querbohrungen des Kupferleiters erfüllenden Aluminium der Aluminiummuffe verlaufen.

L e e r s e i t e