DE1954708A1 - Zusammengesetzter elektrischer Leiter und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

H. SCHROETfR · K. ΈΗΜΛΝΝ -j 9 5 4708

8 München 25 Lipuw&kystr. i 0 ■ I el. 77 89 56

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50. Oktober I969

INSUL-8-CORPORATION

Zusammengesetzter elektrischer Leiter und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Verteileranlagen, wobei ein Stromabnehmer in Berührung mit einem elektrischen Leiter gleitet, und insbesondere auf einen verbesserten zusammengesetzten Leiter für eine solche Anlage.

Elektrifizierungsanlagen mit beweglichem oder gleitendem

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Kontakt werden in der Industrie vielfach verwendet, um elektrische Leistung beweglichen Vorrichtungen, wie Brückenkränen, Straßenbahnen und dergleichen, zuzuführen. Allgemein weisen solche Anlagen einen Leiter, der sich längs der Bahn der beweglichen Vorrichtung erstreckt, und einen sich mit der Vorrichtung bewegenden Stromabnehmer auf. Der Leiter weist eine frei liegende Fläche auf, die in Gleitkontakt mit dem Abnehmer steht, so daß der Maschine Strom zugeführt wird.

Außer niedrigem elektrischem Widerstand muß ein zufriedenstellender Leiter für solche Gleitkontaktanlagen eine Oberfläche besitzen, die eine gute elektrische Verbindung mit dem Stromabnehmer-Kontaktschuh herstellt und in der Lage sein muß, die ständige Abnützung durch den Abnehmer-Gleitschuh auszuhalten. Außerdem sind Festigkeit, geringes Gewicht und Billigkeit erwünschte Merkmale. Die Kosten sind insbesondere angesichts der großen Mengen von Leiterschienen wichtig, die für viele Elektrifizierungsanlagen erforderlich sind.

Aluminiumleiterschienen besitzen eine verhältnismäßig gute Kombination von hoher Festigkeit, geringem elektrischem Widerstand, geringem Gewicht und niedrigen Kosten im Vergleich zu Leiterschienen aus anderen Metallen und sind Insbesondere geeignet für Hochleistungsanlagen, wie Stahlwerke und Werftkrangerüste, wobei die Leiter oft mals so groß sein müssen, daß sie Ströme in der Größenordnung von 500 bis 1 000 Ampere oder mehr führen. Aluminium hat jedoch bei einer Gleitkontaktanlage schwere Nachteile, da Aluminiumoxyd, das sich auf seiner Ober-

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fläche bildet, ein sehr schlechter elektrischer Leiter ist. Darüberhinaus ist Aluminium weich und hat einen verhältnismäßig hohen Reibungskoeffizienten, wodurch sich eine schlechte Verschleißfläche für den Gleitkontakt ergibt.

Um diese Nachteile des Aluminiums zu beseitigen, während trotzdem seine vielen Vorteile erhalten bleiben, wurden zusammengesetzte Leiterschienen hergestellt, wobei eine Stahlkappe auf der Aluminiumschiene befestigt wird, so daß der Stahl die Kontaktfläche für den Stromabnehmer bildet. Da Stahl wesentlich härter ist als Aluminium, kann es natürlich dem ständigen Verschleiß des Gleitkontakts besser widerstehen als Aluminium.

Eine Schwierigkeit, die bei der Ausstattung einer Aluminiumschiene mit einer Stahlkappe angetroffen wird, besteht darin, daß Mittel vorgesehen werden müssen, die die Leitung des· Stroms von der Aluminiumschiene zum gleitenden Stromabnehmer bei minimaler Erhöhung des Widerstandes infolge der Stahlkappe gewährleisten. Bei einer bekannten Lösung werden Löcher in die seitlichen Schenkel einer stranggepreßten Stahlkappe vorgebohrt und sodann Aluminiumstifte durch die Löcher in die Aluminiumschiene eingeschweißt, so daß die eingeschweißten Stifte die Kappe sicher an der Schiene befestigen. Die eingeschweißten Aluminiumstifte ergeben auch einen guten elektrischen Kontakt mit der Stahlkappe ohne jede unerwünschte Oxydierung des Aluminiums. Infolgedessen erfolgt der größte Teil des elektrischen Übergangs zwischen der Leiterschie ne und der Kappe durch die Aluminiumschweißungen. Diese

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Lösung ist zwar verhältnismäßig erfolgreich, es ist aber natürlich eine Kostensenkung erwünscht, da das Vorbohren und der Schweißvorgang selbst die Kosten erhöhen. Außerdem muß die Stahlkappe stranggepreßt werden, damit sie gut auf die Leiterschiene paßt, während sie extremen Temperaturänderungen unterworfen ist, wobei man die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Metalle bedenken muß. Warm gewalzter Baustahl ist billiger. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Schweißstellen nach längerem Gebrauch sich lockern können, da der größte Teil des Stromflusses durch die Punkfcschwelßungen erfolgt, so daß die Kappe mit der Leiterschiene unter Umständen nicht fest verbunden bleibt.

Es ist weiter bekannt, daß besonders geformte Stahlelemente an einem Aluminiumleiter mittels Bolzen oder Schweißungen durch vorgestanzte Löcher befestigt werden, die sich vollständig durch die Leiterschiene und das Stahl-Oberflächenorgan erstrecken. Eine 3olche Anordnung ist in der USA-Patentschrift 3 222 464 beschrieben. Diese Lösung ist zwar ebenfalls verhältnismäßig erfolgreich, jedoch können die Kosten durch Ausschaltung bestimmter Herstellungsschritte vermindert werden.

Die Mittel zur Befestigung der Kappe an der Schiene sollen nicht nur billig, sondern auch so einfach sein, daß sie durch verhältnismäßig ungeschulte Arbeiter angebracht werden können, und sie müssen natürlich extrem zuverlässig 3ein, damit sie die robusten Anforderungen des Betriebs erfüllen, denen solche zusammengesetzten Leiterschienen unterworfen sein können.

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Kurz gesagt, weist die zusammengesetzte Leiterschiene gemäß der Erfindung eine langgestreckte Schiene aus elektrisch gut leitendem Material, wie Aluminium, mit einer verhältnismäßig großen Querschnittsfläche auf, wobei die Schiene eine Vorderwand und ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden besitzt. Eine allgemein U-förmige Stahlkappe wird kraftschlüssig an die Leiterschiene angelegt, wobei deren Innenfläche an den Vorder- und Seitenwänden der Schiene anliegt. Sodann wird die Kappe mittels eingeschossener Hagel fest an der Schiene befestigt, wobei die Nägel in die seitlichen Schenkel der Stahlkappe eindringen und in den Aluminlum-Seltenwänden der Löiterschiene eingebettet werden. Nägel werden in Abständen auf beiden Seiten der Kappe angebracht. Dieses Nageln kann billig ohne Jegliches Vorbohren oder andere Vorgänge durchgeführt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Aluminiumschiene mit abgeschrägten Seitenwänden und mit einem oder mehreren Paaren von Schlitzen nahe den Seitenwänden der Schiene ausgebildet, wobei sich die Schlitze allgemein senkrecht zur Vorderfläche der Leiterachiene erstrecken. Bei dieser Ausbildung wird eine Stahlkappe mit einer etwas geringeren Abschrägung an der Innenfläche der Schenkel ausgebildet, deren Innenweite etwas geringer ist als die entsprechende Abmessung der Leiterschiene, so daß die Kappe auf die Schiene aufgedrückt werden muß. Die Schlitze innerhalb der Schiene ermöglichen, daß die Schiene seitlich verschoben wird, solange Platz vorhanden 1st, in den sich das Aluminium hineinbewegen kann, wenn der Druck ausgeübt wird. Daraus

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ergibt sich ein guter mechanischer und elektrischer Kontakt der Kappe mit der Schiene. Während die Kappe unter Kraftausübung an der Schiene gehalten wird, wird eine Reihe von Nägeln in den zusammengesetzten Leiter eingeschlagen. Der ausgezeichnete Kontakt wird daher aufrechterhalten, da die Aluminiumschiene eine Neigung besitzt, etwas in ihre ursprüngliche Form zurückzufedern. Ein größerer Vorteil dieser Ausfuhrungsform besteht darin, daß billige Baustahlrinnen oder U-Profile in zufriedenstellender Weise verwendet werden können.

Um den elektrischen Kontakt zwischen der Stahlkappe und der Aluminiumschiene noch weiter zu verbessern, wird eine Schicht von leitendem Fett auf die Schiene aufgebracht, bevor die Kappe angebracht wird. Die Schiene mit der Fettschicht wird sodann mit Stahlbürsten gebürstet, so daß die Außenfläche abgescheuert und ein großer Teil des urter Umständen auf der Oberfläche der Schiene vorhandenen Aluminiumoxyds entfernt wird und das Fett in die nicht oxydierten Aluminiumflächen eingebettet wird, die durch die Bürstwirkung freigelegt werden.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 eine Schrägansicht des zusammengesetzten Leiters gemäß der Erfindung, wobei ein Ende des Leiters im Querschnitt dargestellt ist, um seinen Aufbau zu zeigen,

Figur 2 einen vergrößerten Querschnitt der Leiterschiene vor dem Anbringen der Stahlkappe an der Schiene,

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Figur 3 eine Schrägansicht der in Figur 2 gezeigten Schiene, wobei die Anbringung des leitenden Fetts nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt ist,

Figur J] eine der Figur 3 ähnliche Ansicht, in der der Bürstvorgang zur Entfernung der Aluminiumoxydschichten dargestellt ist,

Figur ^cj eine Stirnam;icht des Endes der zusammengesetzten Lei!erschiene und eine Ansicht der Druckanlage und Nagelvorrichtung, aus der hervorgeht, in welcher Weise die Nagelung durchgeführt wird,

Figur 6 einen vergrößerten Querschnitt einer weiteren Aus· führungfiform der Leiterschiene gemäß der Erfindung vor dem Anbringen einer Kappe und

Figur 7 die in Figur 6 dargestellte Schiene nach dem Aufdrücken einer Kappe auf dieselbe.

Aus Figur 1 ist der elektrische Leiter 10 gemäß der Erfindung ersichtlich, welcher eine stranggepreßte, langgestreckte Aluminiumschiene 12 aufweist, deren Querschnitt grundsätzlich demjenigen eines Doppel-T-Trägers ähnelt. Die Schiene 12 weist eine Basis 17, eine Mittelsäule 16 und einen verbreiterten Kopf 18 auf, der dem oberen Teil des sogenannten Doppel-T-Querschnittes entspricht.

Die Ober- oder Vorderwand und die Seitenwände des Kopfes 18 umschließt eine langgestreckte Stahlrinne oder -kappe

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20, die eine Verschleißfläche für den zusammengesetzten Leiter 10 bildet. Erfindungsgemäß wird die allgemein U-förmige Kappe 20 durch eine Mehrzahl von in Längsabschnitten angeordneten Nägeln 24 in ihrer Lage gehalten, die sich durch die seitlichen Schenkel 21 und 22 der Kappe in den Kopf 18 der Leiterschiene 12 erstrecken.

Der Hauptverwendungszweck der Leiterschiene 10 besteht in der Leitung von Elektrizität zu einer beweglichen Anlage, wie einem Laufkran, Hebewerk oder einer ähnlichen, nicht dargestellten Anlage. Die Elektrizität wird vom Leiter mittels eines großen, leitenden Stromabnehmer-Kontaktschuhes 26 abgenommen, der mechanisch mit einem Arm 27 verbunden 1st. Der Arm 27 ist an der die Elektrizität verbrauchenden Anlage befestigt, so daß der Kontaktschuh längs der Vorderoder Außenfläche des Mittelstreifens 23 der Kappe 20 gleitet. Der Kontaktschuh ist durch Kabel 29 elektrisch mit der Anlage verbunden. Die Stahlkappe wird verwendet, damit man eine härtere Vers chi %ßf lache als Aluminium erhält, das andererseits ein besserer Leiter ist. Da es erforderlich ist, daß der Strom von der Aluminiumschiene in die Stahlkappe übergeht, ist es wesentlich, daß ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Schiene und der Kappe hergestellt wird.

Die Aluminium-Leiterschiene 12 wird zunächst so stranggepreßt, daß ihr Kopfteil 18 den verhältnismäßig breiten, in Figur 2 dargestellten Querschnitt besitzt. Dieser Querschnitt umfaßt eine allgemein flache Ober- oder Vorderwand 30, ein Paar von gegenüber liegenden Seitenwänden

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und 32 und eine Rückwand 33, die in zwei von der vertikalen Säule l6 getrennten Abschnitten 33a und 33b ausgebildet ist. Die Seitenwände 31 und 32 verlaufen schräg von der Vorderwand 30 zu den Rückwandabschnitten 33a und 33b. Es können zwar verschieden starke Abschrägungen angewendet werden, wie weiter unten erläutert, bevorzugt wird jedoch ein Betrag von etwa 12° bezüglich der Vertikalen, betrachtet gemäß Figur 2.

Ein Paar von langgestreckten Schlitzen 38 und 39 ist in der Schiene ausgebildet, wobei der Schlitz 38 im Abstand von der Seitenwand 31 nach innen liegt und der Schlitz 39 im Abstand von der Seitenwand 32 nach innen liegt. Die Schlitze 38 und 39 sind allgemein vertikal ausgerichtet, betrachtet gemäß Figur 2, und erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zur Vorderwand 30. Die offenen Enden 38a und 39a der zwei Schlitze münden in die Vorderwand der Schiene, während die geschlossenen Enden der Schlitze sich nach unten bis zu einer Tiefe erstrecken, die etwas mehr als die Hälfte der Entfernung zur Rückwand 33 beträgt. Die Seitenwände der Schlitze 39 und 38 verlaufen von den engeren geschlossenen Enden 38b und 39b unter einem Winkel von etwa 5° bezüglich der Vertikalen leicht schräg nach außen zur Vorderwand 30.

Ein zweites Paar von Schlitzen 42 und 43 ist ebenfalls im Kopf 18 der Leiterschiene l6 ausgebildet, erstreckt sich etwa parallel zu den Schlitzen 38 und 39 und ist zwischen den Seitenwänden 31 und 32 und den Schlitzen 38 und 39 angeordnet. Die unteren Enden der Schlitze 42

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und 43 münden jeweils in die Rückwände 33a bzw. 33b» während die geschlossenen Enden 42b und 43b sich so weit nach oben erstrecken,, daß sie näher an der Vorderwand 30 liegen als die geschlossenen Enden 38b und 39b der Schlitze 38 und 39. Dadurch überlappen sich die geschlossenen Enden der Schlitze in vertikaler Richtung, ohne sich zu schneiden. Daher erstreckt sich irgendein Teil eines Schlitzes von der Vorderwand zur Rückwand über die ganze Länge der Seitenwände 31 und 32·

Die seitlichen Teile des Leiterschicnenkopfes 18 sind im wesentlichen in Form von Flügeln 46 und 48 ausgebildet, die aus Abschnitten 46a und 46b bzw. 48a und 48b zusammengesetzt sind. Der Abschnitt 46a ist in auskragender Form an seinem oberen oder vorderen Ende am oberen oder vorderen Ende des Abschnitts 46b befestigt. Der Abschnitt 46b ist seinerseits in auskragender Form am Mittelteil des Kopfes 18 befestigt. In gleicher Weise ist der äussere Abschnitt 48a des Leiterschienenflügels 48 in auskragender Weise an seinem oberen Ende mit dem inneren Abschnitt oder der Säule 48b verbunden, die ihrerseits in auskragender Weise an ihrem unteren Ende mit dem Mittelteil des Leiterkopfes 18 verbunden ist. Infolge der Schlitze und der dadurch gebildeten auskragenden Verbindungen können die Flügel 46 und 48 ziehharmonikaartig etwas nach innen verbogen oder verschoben werden, wenn eine ausreichende Kraft angewendet wird.

Da es schwierig ist, Elektrizität durch eine Trennfläche von Aluminium und Stahl zu leiten, müssen einige zu-

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sätzliche Maßnahmen durchgeführt werden. In Figur 3 ist eine Ausgabedüse 54 dargestellt, durch die ein leitendes Fett 56 auf die Ober- oder Vorderfläche der Leiterschiene aufgebracht wird. Es ist gegenwärtig eine Mehrzahl von solchen fettartigen leitenden Stoffen erhältlich. Sie sind nicht nur stark leitend, sondern auch ziemlich viskos, und haben die Fähigkeit, verhältnismäßig hohe Temperaturen auszuhalten. Ein Beispiel für ein gegenwärtig erhältliches, geeignetes Fett wird von der Firma Alcoa unter der Kennzeichnung EJC-2 in den Handel gebracht.

Als nächste Maßnahme ist in Figur k eine horizontal gelagerte, kreisförmige Bürste 58 mit Borsten aus rostfreiem Stahl dargestellt, die an der Vorderfläche 30 der Leiterschiene angreift. Ein gleichartiges Paar von kreisförmigen Bürsten 60 ist so angebracht, daß dieselben an den vorderen Kanten J>k und 35 der Leiterschiene angreifen, und ein weiteres Paar von Bürsten 62 ist allgemein vertikal ausgerichtet, so daß die Bürsten an den Seitenwänden der Leiterschiene anliegen. Die Bürsten drehen sich langsam mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 Umdrehungen in der Minute, während die Leiterschiene zwischen den Rollen durchgezogen wird.

Die Bürsten scheuern die Oberflächen der Vorder- und Seitenwände der Leiterschiene ab und entfernen den größten Teil des auf denselben gebildeten Aluminiumoxyds. Außerdem verteilen die Bürsten das leitende Fett, so daß die Vorder- und Seitenwände Im wesentlichen mit dem

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Fett überzogen sind. Da das Aluminiumoxyd durch die Bürstenwirkung entfernt wird, wird das Fett direkt in Berührung mit dem nicht oxydierten Aluminium gebracht. Da Aluminiumoxyd ein guter Isolator ist, wird durch diesen Vorgang diese Isolierschicht entfernt, eine weitere Oxydierung des Aluminiums verhindert und ein leitendes Medium angebracht, das alle Unvollkommenheiten in der mechanischen Verbindung zwischen den aneinanderliegenden Oberflächen ausgleicht.

Als nächste Maßnahme muß die Stahlkappe 20 auf die Leiterschiene 12 in die in den Figuren 1 und 5 dargestellte Lage gedrückt werden. Die Stahlkappe sollte vorzugsweise vorher abgescheuert oder mit/Sandstrahlgebläse behandelt werden, um jeglichen Zunder oder Fremdstoffe zu entfernen, welche sich auf der Kappe angesammelt haben können. Wie oben erläutert, 1st die Kappe aus einer billigen Baustahlrinne hergestellt, die durch Warmwalzen erzeugt ist, was die billigste erhältliche Stahlrinnenoder U-Profilart 1st. Durch Warmwalzen erzeugte U-Profi-Ie haben häufig eine beträchtliche Menge Zunder auf ihren Außenflächen, insbesondere wenn sie längere Zeit gelagert worden sind. Zusätzlich zu einem mechanischen Abscheuern kann, wenn erwünscht, zur weiteren Reinigung des Metalls ein chemisches Bad angewendet werden.

Die seitlichen Schenkel 21 und 22 der Baustahlkappe weisen Außenflächen auf, die etwa senkrecht zur Außenfläche des Mittelstreifens 23 verlaufen. Die innere, allgemein

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ü-förmige Fläche der Kappe weist eine ebene Innenfläche am Mittelabschnitt 23 auf, die etwa parallel zur Aussenf lache des Mittelabschnitts verläuft. Die Innenflächen der seitlichen Schenkel 21 und 22 verlaufen jedoch vom Mittelstreifen 23 unter einem Winkel von etwa 8 schräg nach außen, wie in Figur 5 dargestellt. Diese Abschrägung wird durch das bei der Herstellung des U-Profils verwendete Walzwerk hervorgerufen.

Das vordere Ende der Leiterschiene 12 ist so stranggepreßt, daß es geringere Abmessungnbesitzt als die öffnung des offenen Endes der Stahlkappe, so daß die Kappe teilweise auf die Leiterschiene paßt. Da jedoch die Seitenwände 31 und 32 der Leiterschiene unter einem Winkel von etwa 12° schräg nach außen verlaufen, ergibt eine weitere Bewegung der Kappe nach unten ein Auffcreffen der Kappenschenkel, welche unter 8° schräg verlaufen, auf die Seitenwände der Leiterschiene, bevor die Innenfläche des Kappenmittelstreifens 23 an der Vorderwand 30 der Leiterschiene zur Anlage kommt. Infolgedessen ist es erforderlich, die Kappe mittels äußeren Drucks auf die Schiene zu drücken.

Wie in Figur 5 gezeigt, wird dies durchgeführt, indem die Leiterschiene auf einer Unterlage 64 angeordnet und Druck auf die Kappe 20 durch eine geeignete Einrichtung, wie einen Hydraulikkolben 66 und eine Druckplatte 68, ausgeübt wird. Eine Anlage mit einer Druckkraft von 136Ο8 kg je 0,30 m Länge (30 000 pounds per lineal foot)

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der Leiterschiene ist mehr als ausreichend, um die Kappe auf die Schiene zu drücken. Es ist natürlich klar, daß angesichts der zwischen der Kappe und den Seitenwänden der Leiterschiene vorhandenen Winke] tatsächlich wesentlich weniger als 13608 kg (30 000 pounds) auf die Seitenwände der Leiterschiene ausgeübt werden. In der Praxis kann der Druck auf die Kappe und die Schiene in verschiedenen Weinen ausgeübt- werden. Wenn gewünscht, kann ein ganzer Kappenabschnitt gleichzeitig auf eine Schiene gedrückt werden, wenn eine ausreichende Druckanlage angewendet wird, oder, was praktischer ist, es kann ein Paar von Kolben und Druckplatten in zweckmäßigem Abstand längs der Schiene angewendet werden, um nacheinander Abschnitte der Kappe auf die Leiterschiene zu drücken.

Warmgewalzte Baustahlrinnen, wie sie für die Stahlkappe 20 verwendet werden, haben beträchtliche Toleranzen in ihren Abmessungen zwischen den Innenflächen der seitlichen Schenkel 21 und 22. Dies gilt nicht nur zwischen einer Stahl-charge und einer anderen und zwischen einem Hersteller und einem anderen, sondern es kann auch eine beträchtliche Änderung zufällig an einem bestimmten Abschnitt einer Stahlrinne oder eines Stahlprofils vorge funden werden. Erfindungsgemäß 1st die Leiterschiene so ausgebildet worden, daß sie eine Rinne oder Kappe mit der geringsten erwarteten Innenabmessung für eine gegebene Nenngröße der Rinne aufnimmt und daß sie auch die Rinne mit der weitesten erwarteten Abmessung aufnimmt, wobei trotzdem ein guter elektrischer und mecha-

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nischer Kontakt zwischen der Kappe und der Schiene erzielt wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß die seitliche Änderung der Innenabmessung der Kappe oder der Rinne 20 mehr als 6,35 mm (1/4 inch) betragen kann. Dementsprechend ist die zusammengefaßte Breite der Schlitze 38, 39, 42 und 43 gleich diesem Betrag oder größer als derselbe. Bei einem bevorzugten Beispiel werden die Schlitze so hergestellt, daß ihr Radius am geschlossenen Ende etwa 3,18 mm (1/8 inch) beträgt und sie sich auf 6,35 mm (1/4 inch) am offenen Ende erweitern.

Erfindungsgemäß ist der Aluminiumleiter so ausgebildet, daß er sich solchen Änderungen anpaßt. Wenn die Stahlkappe durch den Hydraulikkolben 66 und die Druckplatte 68 nach unten gedrückt wird, greifen die seitlichen Schenkel 21 und 22 der Stahlkappe an den Seitenwänden 31 und 32 der Aluminiumschiene an und drücken oder verschieben die Flügel 46 und 48 seitlich nach innen in die in Figur 5 gezeigte Stellung, in der die gesamte Innenfläche der Stahlkappe in gutem elektrischem und mechanischem Kontakt mit der Vorderwand 30 und den Seitenwänden 31 und 32 der Leiterschiene steht. Wie aus dem Vergleich der Figuren 2 und 5 hervorgeht, ermöglichen die Schlitze 38, 39, 42 und 43 diese seitliche Verbiegung. Eine vollständig massive Leiterschiene kann natürlich nicht auf diese Weise zusammengedrückt oder verbogen werden. Der wichtige Gesichtspunkt besteht darin, daß Platz vorgesehen werden muß, damit das Aluminium ausweichen kann, wo die Kappe und die Leiterschiene aufeinandertreffen.

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Infolge des Aufeinanderstoßens der Kappe und des Leiters wird ein guter elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen großen Flächen der Leiterschiene und der Stahlkappe hergestellt. Ein Nebengesichtspunkt, der zum guten elektrischen Kontakt beiträgt, besteht in dem Schleifen oder Kratzen der Schenkel der Kappe 20 an den Seitenwänden cer Leiterschiene beim Aufbringen der Kappe auf die Schiene. Dadurch wird vorteilhafterweise jegliches oxydierte Aluminium, das nach dem Bürstvorgang zurückgeblieben sein könnte, in der von der Kappe abgeschabten Fläche mit großer Wahrscheinlichkeit entfernt.

Als nächste Maßnahme der Erfindung ist es nötig, die Kappe in der Lage, in der sie unter Druck an der Leiterschiene anliegt, festzulegen. Die Leiterschiene 1st stark federnd oder besitzt gespeicherte Kraft, so daß die Stbjalkappe teilweise von der Leiterschiene nach oben abspringen würde, wenn der Druck von der Stahlkappe weggenommen würde, bevor die Stahlkappe an der Leiterschiene befestigt ist. Es ist daher notwendig, daß der Druck aufrechterhalten wird, während die Kappe an der Leiterschiene befestigt wird. Die Spitzen der Nägel 24 werden durch die seitlichen Schenkel der Stahlkappe eingeschlagen und in der Leiterschiene eingebettet, wobei der Nagelkopf an der Außenfläche des Kappenschenkels anliegt. Dieser Vorgang kann durch ein In Pigur 5 dargestelltes, explosiv angetriebenes Werkzeug 70 durchgeführt werden. Das Werkzeug weist einen Kolben 72 auf, der durch Zündung einer explosiven Ladung

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nach vorne getrieben wird, so daß der Nagel 24 in die Kappe und die Leiterschiene eingeschlagen wird.

Der Preß- und Uagelungsvorgang wird über die ganze Länge der Schiene wiederholt, wobei die Nägel vorzugsweise in Abständen zwischen 15 und 30 cm (6 and 12 inch) auf beiden Seiten der Stahlkappe und auf den beiden Seiten gegeneinander versetzt angeordnet werden. Die Nägel sollen ausreichend weit von den freien Enden der Kappenschenkel angeordnet werden, um eine ausreichende Festigkeit zu erzielen und eine Verzerrung der Kappe längs der unteren Kante der Kappenschenkel zu verhindern. Vorzugsweise soll der Nagel bei der dargestellten Kappe etwa einen Abstand von 1,27 cm (1/2 inch) von den freien Enden des Kappenschenkels aufweisen.

Aus Figur 5 ist ersichtlich, daß die Nägel 24 sich vollständig durch die seitlichen Schenkel und die äußeren Abschnitte 46a und 48a der Leiterschiene erstrecken. Je nach den auftretenden Abmessungen können die Spitzen der Högel teilweise in die nächsten Abschnitte der Schiene eindringen.

Es hat sich herausgestellt, daß die Nägel 24 die Kappe ausgezeichnet an der Aluminiumleiterschiene halten. Die Nägel selbst liefern den größten Teil der Haltekraft durch Reibung mit dem Aluminium und Stahl, aber zusätzlich geht aus Figur 5 hervor, daß der innere Teil 74 des den Nagel umgebenden Kappenschenkels in eine daran

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angepaßte Aussparung in der Seitenwand der Leiterschiene ausgepreßt oder kalt verformt wird. Das bedeutet, daß der Leiterstab durch den in seine Oberfläche gedrückten Teil 74 der Kappe verbogen oder verzerrt wird. Dieser herausgedrückte Teil 7^ erhöht darüberhinaus die Güte der erzielten Befestigung.

Außerdem wird angenommen, daß die beim Einschlagen des Nagels durcli die beiden Metalle erzeugte Reibungswärme Ausdehnungen in der Gitterstruktur der anliegenden Metallmoleküle hervorruft, woraus sich eine gegenseitige Diffusion zwischen den Molekülen ergibt. Dadurch wird die Festigkeit der Verbindung weiter erhöht. Diese feste Verbindung zusammen mit der rückfedernden Eigenschaft des Aluminiums ermöglicht die Aufrechterhaltung eines guten elektrischen Kontakts zwischen der Kappe und dem Leiter während der verschiedenen Temperaturextreme, denen eine Leiterschiene dieser Art ausgesetzt sein kann, wobei man die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten des Aluminiums und Stahls bedenken muß. Weiter ist festzustellen, daß ein guter elektrischer Kontakt im wesentlichen über die ganze Innenfläche der Stahlkappe und die daran anliegenden Oberflächen der Leiterschiene infolge des auf die Kappe und die Schiene während des Nagelvorgangs ausgeübten Drucks aufrechterhalten wird. Weiter gleicht das Vorhandensein des leitenden Fetts alle mechanischen Unvollkommenheiten in den aneinanderliegenden Oberflächen aus.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für die Leiterschiene eine Aluminiumlegierung mit der Kennzeichnung ASTM 6O63-T6 verwendet, welche ausgezeichnete Leitfähigkeitseigenschaften besitzt. Für die Stahlkappe wurde warmgewalzter Baustahl mit der Bezeichnung IOI8 verwendet.

Die verwendeten Nägel müssen natürlich härter sein als die Stahlkappe, so daß sie die Kappe durchdringen. Sie sollten auch eine ausreichende Größe besitzen, damit sie den auftretenden Kräften widerstehen. Bei einer Leiterschiene mit einer Kopfabmessung von etwa 3,8l cm auf 6,35 cm (1 1/2 inches auf 2 1/2 inches) und einer Kappe mit einer Schenkeldicke von etwa 0,635 cm (1/4 inch) an der Stelle des Eindringens hat sich ein Nagel mit einer Gesamtlänge von etwa 1,905 cm (3/4 inches) und einem Durchmesser von etwa 0,397 cm (5/32 inches) als zufriedenstellend erwiesen.

Es ist zwar eine Vielzahl von explosiv angetriebenen Nagelwerkzeugen gegenwärtig auf dem Markt erhälULchm jedoch wird ein Modell, das sich als besonders zufriedenstellend erwiesen hat, unter der Handelsbezeichnung Hilti von der Firma Fastening Systems in Stamford, Connacticut, V.St.A. verkauft, wobei die Nummer des Modells DXlOO-L ist. Eine allgemein ähnliche Anlage wird unter der Handelsbezeichnung Ramset von der Olln Mathieson Chemical Corporation verkauft·

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Die zusammengesetzten Leiter werden normalerweise in Abschnitten zu dem Ort versandt, wo sie verwendet werden sollen, und sodann zu den erforderlichen Längen zusammengesetzt. Spleissungen oder Verbindungen zwischen aneinandergrenzenden Abschnitten der Leiterschiene werden zweckmäßig durch Befestigung von Spleißteilen an aneinandergrenzenden Mittelsäulen 16 der aneinandergrenzenden Leiterschienen gebildet. Die Rückwandabschnitte 33a und 33b werden zusammen mit den Oberflächen der Basis 17 zweckmäßigerweise so abgeschrägt, daß das Einsetzen der Spleißteile erleichtert wird.

Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform wird der Kopf 80 einer Aluminium-Leiterschiene mit einem einzigen Paar von langgestreckten Schlitzen 8l und 82 stranggepreßt, die in die Rückwand 83 der Schiene münden und im allgemeinen senkrecht zur Vorderwand 84 verlaufen. Die geschlossenen Enden 8la und 82 der Schiene enden nahe, jedoch im Abstand von der Vorderwand. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Abstand etwa 0,953 cm (3/8 inch), wobei der Schlitz etwa 2,54 cm (1 inch) lang ist und sich von den geschlossenen Enden zur Rückwand nach außen etwas erweitert. Die Schlitze bilden ein Paar von seitlichen Flügeln 85 und 86, die auskragend an ihren oberen Enden am Mittelteil des Kopfes 80 befestigt sind.

Die Ecken 87 und 88 zwischen der Vorderwand 84 und den Seitenwänden 89 und 90 verlaufen sanft gekrümmt über einen Bogen, dessen Radius etwa 1,905 cm (3/4 inch) beträgt. Die Seitenwände 89 und 90 sind nach außen zur Rückwand 83

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hin unter einem Winkel von etwa 12° bezüglich der zur Vorderwand 84 senkrecht verlaufenden Vertikalen abgeschrägt.

Die in Figur 7 dargestellte Kappe 92 ist gleich der anhand der Figuren 1 bis 5 erläuterten Kappe und weist eine allgemein U-förmige Innenfläche mit seitlichen Schenkeln 93 und 94 auf, deren Innenflächen nach außen gegen das offene Ende der Kappe unter einem Winkel von etwa 8° bezüglich der senkrecht zur Außenfläche des Streifens 95 der Kappe verlaufenden Vertikalen abgeschrägt sind. Die Außenfläche der Kappe und die Innenfläche des Kappenstreifens sind allgemein eben. Die Innenkanten 96 und 97 sind schärfer gekrümmt als die gekrümmten Ecken 87 und 88 der Schiene, wobei der Krümmungsradius bei dem dargestellten Beispiel etwa 0,635 cm bis 0,953 cm (1/4 bis 3/8 inch) beträgt. Die Abmessungen des Leiterschienenkopfes 80 sind so gewählt, daß das offene Ende der Kappe 92 teilweise auf den Kopf 80 paßt, so daß die Kappenschenkel an den Ecken 87 oder 88 oder den Seitenwänden 89 und 90 der Leiterschiene an einem Punkt unterhalb der geschlossenen Schlitzenden 8la und 82a anliegen. Eine weitere Bewegung wird infolge des Aufeinandertreffens der unterschiedlichen Abschrägungen der Leiterschiene und der Kappe behindert. Es ist festzustellen, daß die oben erläuterten Einfettungs- und Abscheuervorgänge an der Schiene durchgeführt werden, bevor die Kappe auf die Schiene aufgebracht wird.

Indem die Kappe auf die Leiterschiene durch auf die Kappe

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ausgeübten Druck aufgedrückt wird, drücken die seitlichen .Schenkel 93 und 94 die auskragenden Flügel 85 und

86 der Leiterschiene nach innen um ihre oberen Enden in die in Figur 7 gezeigte Lage, wobei die seitlichen Schenkel 93 und 94 der Kappe kraftschlüssig an den Seitenwänden 89 und 90 der Leiterschiene anliegen, und die Innenwandfläche des Kappenstreifens 95 liegt an der ebenen Ober- oder Vorderfläche 84 der Leiterschiene an. Diese Verbiegung der Flügel 85 und 86 nach innen wird durch die Schlitze 8l und 82 in der Leiterschiene ermöglicht. Da die Kanten oder Ecken 87 und 88 der Leiterschiene sanfter gekrümmt sind als die inneren Kanten 96 und 97 der Kappe 92, liegt die Kappe, wie in Figur 7 gezeigt, nicht vollständig kraftschlüssig an den Kanten

87 und 88 der Leiterschiene an. Es ist weiter festzustellen, daß die Schlitzenden 8la und 82a, die in einem Abstand von etwa 0,953 cm (3/8 inch) von der Wand 84 liegen, den Bereich überlappen oder sich in denselben erstrecken, welcher durch den die Krümmung der Kanten 87 und 88 bildenden Radius von 1,905 cm (3/4 inch) festgelegt wird. Dementsprechend ermöglichen die Kanten und die Schlitze zusammen, daß die Flügel ausreichend weit nach innen verbogen werden, so daß Kappen mit sehr unterschiedlicher Weite auf die Leiterschiene in gutem Kontakt mit der Schiene gedrückt werden können. Der wichtige Punkt besteht darin, daß Platz vorhanden ist, in den das Aluminium bei Druckausübung durch die Kappe ausweichen kann. Wenn die Kappe 92 auf den Widerstand von massivem Aluminium in der Leiterschiene treffen würde,

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könnte die Kappe mit den vorgesehenen Kräften nicht auf die Schiene gedrückt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Anordnung besteht darin, daß die Verwendung eines einzigen Paais von Schlitzen in der Leiterschiene einen einfachen Strangpreßvorgang der Schiene ermöglicht. Obwohl das Ausmaß eines guten Oberflächenkontakts zwischen der Leiterschiene und der Kappe im Durchschnitt vielleicht etwas geringer ist als bei der vorher geschilderten Ausführungsform, ist festzustellen, daß sehr große Flächen der Schiene sich in gutem Kontakt mit der Kappe befinden.

Die Kappe wird kraftschlüssig an der Leiterschiene gehalten, indem eine Mehrzahl von Nägeln 98 durch die Schenkel der Kappe und in die Flügel 85 und 86 der Leiterschiene geschossen wird, wie bei der vorher geschilderten Ausführungsform. Es wird jedoch bemerkt, daß die Flügel 85 und 86 genügend dick sind, so daß der Nagel 98 innerhalb des Flügels endet.

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Claims (1)

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Patentansprüche

!./Zusammengesetzter elekirischer Leiter mit einer langge- ^*"*"*^ streckten Schiene aus elektrisch gut leitendem Material, wie Aluminium, einer Kappe aus elektrisch leitendem Material, das härter ist als das Material der Schiene, wie Stahl, sowie Einrichtungen zum kraftschlüssigen Halten der Kappe an der Schiene zur Erzielung eines guten mechanischen Kontakts zwischen der Kappe und der Schiene, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Halten der Kappe an der Schiene eine Reihe von eingeschossenen Nägeln aufweisen, die in Längsabständen in der Schiene und der Kappe eingebettet sind.

2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe eine von einem Stromabnehmer zu bestreichende Kontaktfläche sowie kraftschlüssig an der Schiene anliegende Schenkel aufweist und daß die Schiene mit Schlitzen versehen ist, die eine Verbiegung der Schiene ermöglichen, wenn die Kappenschenkel in Anlage an die Schiene gedrückt werden, wobei sich die Nägel quer zu den Kappenschenkeln erstrecken.

3. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Kappe oder die Schiene einen U-förmigen Teil und die Schiene oder die Kappe einen daran angepaßten

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Teil aufweist, der unter Kraftausübung in den U-förmigen Teil paßt, so daß sich ein guter elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen der Kappe und der Schiene ergibt, und daß die eingeschossenen Nägel sich quer durch die Schenkel des U-förmigen Teils in den daran angepaßten Teil erstrecken.

Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe allgemein U-förmig ausgebildet und so angeordnet ist, daß ihre Innenflächen unter Kraftausübung an ■Vorderwand und Seitenwänden der Schiene anliegen und daß die Nägel sich von der Seite her durch die Seitenwände der Kappe in die Schiene erstrecken.

"Leiter nach Anspruch *1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschiene mit Einrichtungen versehen ist, die eine Verbiegung der Schiene ermöglichen, so daß die Stahlkappe auf die Schiene gedrückt werden kann, wenn der Abstand zwischen der Innenfläche der Kappenschenkel anfänglich etwas geringer ibt als der entsprechende Abstand zwischen den Seitenwänden der Schiene.

Leiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Verbiegung der Schiene ermöglichenden Einrichtungen ein Paar von Schlitzen aufweisen, deren jeder nahe, jedoch im Abstand von jeweils einer der gegenüberliegenden Seitenwände der Schiene angeordnet ist, wobei ein Ende jedes Schlitzes im Abstand von der Vorderwand der Schiene liegt und der übrige Schlitz sich allgemein von der

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Vorderwand weg erstreckt und an einem Punkt jenseits der Schenkel der Kappe endet und wobei die Kappe und die Schiene so bemessen sind, daß kein wesentliches Aufeinandertreffen zwischen der Kappe und der Schiene in dem zwischen einem Ende jedes Schlitzes und der Vorderwand der Schiene gelegenen Bereich der Seitenwände der Schiene eintritt.

7. Leiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze ein erstes Paar von langgestreckten, in der Schiene ausgebildeten Schlitzen, die in die Vorderwand münden, wobei jeder Schlitz ein geschlossenes Ende besitzt, sich von der Vorderwand weg erstreckt und einen Abstand von jeweils einer der Seitenwände der Schiene besitzt, sowie ein zweites Paar von langgestreckten, in der Schiene ausgebildeten Schlitzen aufweist, deren jeder nahe, jedoch im Abstand von jeweils einem Schlitz des ersten Schlitzpaares angeordnet ist und ein geschlossenes Ende besitzt, das näher an der Vorderwand der Schiene liegt als das geschlossene Ende des benachbarten Schlitzes des ersten Schlitzpaares, wobei die anderen Enden des zweiten Schlitzpaares an einem Punkt enden, der weiter von der Ebene der Vorderwand entfernt ist als die freien Enden der Kappenschenkel.

8. Leiter nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Weite der Schlitze nach außen unter einem Winkel von etwa 5° von etwa 0,318 cm (1/8 inch) an den geschlossenen Enden der Schlitze vergrößert.

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9« Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Überzug aus leitendem Fett, der
sich zwischen den aneinanderliegenden Oberflächen der
Kappe und der Schiene erstreckt.

10. Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe aus warmgewalztem Baustahl hergestellt ist.

11. Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Kappe, durch den sich die Nägel erstrecken, eine Dicke von etwa 0,635 cm (1/4 inch) aufweist.

12. Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschiene eine Vorderwand, eine durch einen stützenden Steg in zwei Abschnitte getrennte Rückwand sowie ein Paar von gegenüberliegenden Seitenwänden aufweist, die nach außen zur Rückwand hin etwas abgeschrägt sind, und daß die Innenflächen der seitlichen Kappenschenkel zum offenen Kappenende hin in einem etwas geringeren Ausmaß leicht nach
außen abgeschrägt sind als die Seitenwände der Schiene und die Weite zwischen den Innenflächen der seitlichen Kappenschenkel anfänglich vor dem Anbringen der Kappe
geringer ist als die entsprechende Breite der Schiene.

13. Leiter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Seitenwände am Mittelteil der Schiene auskragend befestigt sind und daß die Kanten zwischen den Seitenwänden

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und der Vorderwand der Leiterschiene sowie die Kanten auf der Innenfläche zwischen den Schenkeln und dem Vorderstreifen der Kappe so bemessen sind, daß kein wesentliches Aufeinandertreffen von Kappe und Schiene an den aneinander angepaßten Kanten eintritt.

14. Leiter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Kanten der Kappe schärfer gekrümmt sind als die Kanten an der Schiene, so daß das einzige wesentliche Aufeinandertreffen zwischen der Kappe und der Schiene an einem Punkt eintritt, der näher an der Rückwand der Schiene gelegen ist als das geschlossene Ende der Schlitze.

15. Verfahren zur Herstellung des zusammengesetzten elektrischen Leiters nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe unter Kraftausübung in Anlage an der Leiterschiene gehalten wird und die Kappe mittels eingeschossener Nägel an der Schiene angenagelt wird, so daß die Kappe in gutem elektrischem und mechanischem Kontakt mit der Schiene bleibt, wenn die auf die Kappe und die Schiene ausgeübte Kraft weggenommen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Kappe oder die Schiene mit einem U-förmigen Teil ausgebildet wird, die Schiene oder die Kappe mit einem daran angepaßten Teil ausgebildet wird, der etwas welter ist als der Abstand zwischen den Schenkeln des U-förmigen Teils, der ü-förmige Teil auf den daran angepaßten Teil zur Erzielung eines guten Kontaktes zwischen

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der Kappe und der Schiene aufgedrückt wird und die Nägel so angeordnet werden, daß sie sich durch die Schenkel des U-förmigen Teils in den daran angepaßten Teil erstrecken.

lt. Verfahren nach Anspruch 15 oder l6, dadurch gekennzeichnet, daß ein überzug aus leitendem Fett auf die Leiterschiene vor dem Anbringen der Kappe auf der Schiene aufgebracht wird und die Leiterschiene zur Entfernung von Oxyden und zum Anbringen des leitenden Fetts auf nicht oxydierten Stellen der Leiterschiene gebürstet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschiene auf eine feste Unterlage gelegt wird, die Kappe auf der Lelterschiene angeordnet wird und Druck gegen die Vorderseite der Kappe zur Schiene hin ausgeübt wird, so daß die Kappe auf die Schie*- ne gedrückt wird.

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