DE19928320A1

DE19928320A1 - Elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Endelektrode und einem Anschlußdraht

Info

Publication number: DE19928320A1
Application number: DE19928320A
Authority: DE
Inventors: Frank Bothe; Juergen Pries; Juergen Boy
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2001-01-04
Also published as: WO2000077899A2; WO2000077899A3; ATE241867T1; CN1355950A; JP2003502810A; US6570090B1; EP1186080B1; DE50002372D1; EP1186080A2; KR20020012276A

Abstract

Um die elektrisch leitende, stoffschlüssige Verbindung zwischen einer Endelektrode (12), einer gasgefüllten Entladungsstrecke (1) und einem Anschlußdraht (3) fertigungstechnisch einfacher herstellen zu können, ist der an der Endelektrode vorgesehene, erhabene Anschlußbereich (14) mit einem Sackloch (16) versehen, in das das eine Ende des Anschlußdrahtes (3) eingeführt und dort mittels einer Laserschweißung (4) mit dem Anschlußbereich verbunden wird.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrische leitenden Verbindungen und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung ei ner Schweißverbindung zwischen einer Endelektrode einer gas gefüllten Entladungsstrecke - wie einem Überspannungsableiter oder einer Schaltfunkenstrecke - und einem Anschlußdraht an zuwenden.

Bei gasgefüllten Überspannungsableitern oder gasgefüllten Schaltfunkenstrecken mit napfartig ausgebildeten Endelektro den ist es bekannt, die aus Kupfer bestehenden Endelektroden bei deren Herstellung durch Fließpressen einstückig mit einem erhabenen, zapfenartigen Anschlußbereich zu versehen, der mittig zum Lötflansch der Endelektrode in deren napfartiger Vertiefung angeordnet ist (US 4,266,260 A). Um eine sichere stoffschlüssige Verbindung zwischen diesem Anschlußbereich und dem einen Ende des Anschlußdrahtes durch Widerstands schweißung zu gewährleisten, ist es weiterhin bekannt, den erhabenen Anschlußbereich in Abhängigkeit vom Durchmesser des Anschlußdrahtes in bestimmter Weise zu dimensionieren (EP 0 034 360 B1 / US 4,362,962 A). - Bei der Herstellung derarti ger Schweißverbindungen fließen relativ große Ströme, die ei ne erhebliche Erwärmung der Endelektrode bewirken und damit auch die angrenzende Lötstelle zum Isolator thermisch bela sten. Diese Verbindungstechnik ist im übrigen bei Anschluß drähten mit einem Durchmesser < 1 mm kaum noch anwendbar.

Ausgehend von einer elektrisch leitenden Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, die stoffschlüssige Verbindung so auszugestalten, daß sie fertigungstechnisch einfacher hergestellt und auch für Drahtdurchmesser unter 1 mm eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der erhabene Anschlußbereich mit einem axialen Sackloch versehen ist und daß der Anschlußdraht mit seinem einen Ende in das Sackloch eingeführt und mittels einer Laserschweißung mit dem erhabenen Anschlußbereich verbunden ist. Zweckmäßig werden mehrere Schweißpunkte gleichmäßig am Umfang verteilt vorgesehen.

Eine derart ausgebildete stoffschlüssige Verbindung läßt sich infolge der an sich bekannten Verwendung eines Laserstrahles zur Zufuhr der Schweißenergie mit sehr hoher Reproduzierbar keit der Schweißparameter und demzufolge auch mit sicherer Verbindungsqualität herstellen. Die Koaxialität zwischen An schlußdraht und Lötflansch der Elektrode ist dabei allein durch die Koaxialität des Sackloches zum Lötflansch bestimmt. Die Herstellung der Verbindung bringt eine nur geringe Wärme belastung des Ableiters mit sich. Die neue Verbindung kann dabei sowohl für galvanisch beschichtete oder unbeschichtete Elektroden aus Kupfer oder aus Eisen- oder Nichteisen- Legierungen, insbesondere Eisen-Nickel-Legierungen, als auch für blanke oder vernickelte oder verzinnte Kupferdrähte ein gesetzt werden, wobei eine Nickel- oder Zinnbeschichtung den Absorptionsgrad für das Laserlicht verbessert. Hierzu kommen Schichtdicken von 1 bis 100 µm in Betracht. Eine Schichtdicke von 6 µm hat sich als vorteilhaft erwiesen. Für den Schweiß vorgang ist dabei von Vorteil, daß der Laserstrahl sehr genau positioniert und hinsichtlich seiner Wärmeenergie dosiert werden kann, wobei während der Schweißung zunächst Material von der Kuppe des erhabenen Anschlußbereiches aufgeschmolzen wird, daß sich dann mit dem anschließend aufschmelzenden Ma terial des Drahtendes verbindet.

Der gemäß der Erfindung vorgesehene Anschlußbereich der Ende lektrode kann zylindrisch ausgebildet sein. Vorteilhaft ist jedoch eine Ausgestaltung als Kegelstumpf, weil dann der La serstrahl so positioniert werden kann, daß er vorzugsweise rechtwinklig auf die Mantelfläche des Kegelstumpfes auf trifft; in diesem Fall ist eine optimale Wärmeabsorption ge geben.

Die Abmessungen des kegelstumpfförmigen Anschlußbereiches sollten bei Drahtdurchmessern von 0,5 bis 3 mm innerhalb fol gender Grenzen liegen:
Kegelwinkel α: 30 bis 80°,
Höhe h: 0,2 bis 3 mm,
Basisdurchmesser D: 1 bis 8 mm;
Stumpfdurchmesser d: 0,5 bis 7 mm;
Tiefe d des Sackloches: 0,2 bis 16 mm.

Mit Rücksicht auf eine einfache Herstellbarkeit der Endelek troden durch Kaltfließpressen sollte das Sackloch dabei leicht konisch ausgebildet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Schweißverbindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Fig. 2 bis 6 zeigen weiterhin mehrere Ausführungsbeispiele für eine Endelektrode mit erha benen Anschlußbereich und Fig. 7 eine Variante für die Aus gestaltung des zu verschweißenden Endes eines Anschlußdrah tes.

Gemäß Fig. 1 ist ein gasgefüllter Überspannungsableiter 1, der aus einem Keramikisolator 2 und den beiden Endelektroden 11 und 12 besteht, mit zwei Anschlußdrähten 3 versehen, die jeweils axial mit den Endelektroden 11 und 12 stoffschlüssig verbunden sind. Jede Endelektrode weist einen Lötflansch 13 auf und ist mittig zu diesem Lötflansch innerhalb einer Ka lotte 15 mit einem erhabenen Anschlußbereich 14 versehen, in dem sich die Schweißstelle 5 befindet. Hierzu ist der erhabe ne Anschlußbereich 14 mit einem Sackloch 16 versehen, in den das eine Ende des Anschlußdrahtes 3 eingeführt ist. Der erha bene Anschlußbereich 14 ist als Kegelstumpf gestaltet, wobei zum Verschweißen dieses Anschlußbereiches mit dem Anschluß draht ein unter einem Winkel β einfallender Laserstrahl 4 auf die Mantelfläche des erhabenen Anschlußbereiches gerichtet wurde.

Gemäß Fig. 2 ist der mittig und damit konzentrisch zum Löt flansch 13 der Endelektrode 12 liegende Anschlußbereich durch folgende Parameter gekennzeichnet:
Fußdurchmesser D,
Stumpfdurchmesser d,
Tiefe t des Sackloches,
Breite b der Kuppe des Kegelstumpfes,
Höhe h des erhabenen Anschlußbereiches, wobei die Grundfläche des eigentlichen Elektrodenkörpers die Bezugsfläche bildet,
Durchmesser e der Sacklochbohrung,
Kegelwinkel α,
Einfallswinkel β des Laserstrahles in Bezug auf die Man telfläche des Kegelstumpfes.

Für einen Durchmesser von 1 mm für den Anschlußdraht 3 haben sich folgende Werte für die verschiedenen Parameter als zweckmäßig erwiesen:
Durchmesser D: 3,3 mm
Durchmesser d: 2 mm
Breite b: 0,4 mm
Höhe h: 1,5 mm
Tiefe t: 3 mm
Durchmesser e: 1,05 mm
Kegelwinkel α: 55°
Einfallswinkel β: 90°

Abweichend von der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform kann der erhabene Anschlußbereich gemäß Fig. 3 bei Elektro denkörpern ohne Kalotte einen über den Lötflansch 13 axial hinausragenden Kegelstumpf 17 bilden, oder gemäß Fig. 4 ei nen Zylinderstumpf 18.

Gemäß Fig. 5 kann der erhabene Anschlußbereich auch derart ausgebildet sein, daß der Kegelstumpf 19 eine Kuppenbreite von b gleich 0 mm hat.

Gemäß Fig. 6 kann der erhabene Anschlußbereich als hohlzy lindrischer, buchsenförmiger Einsatz 20 ausgebildet sein, der in eine entsprechende Bohrung des Elektrodenkörpers einge setzt oder eingelötet ist.

Gemäß Fig. 7 kann das mit dem erhabenen Abschlußbereich zu verlötende Drahtende des Drahtes 31 mit einem angestauchten Nagelkopf 32 und einem Zapfen 33 versehen sein, um den Draht mit einem Anschlußbereich zu verlöten, der gemäß Fig. 4 zy lindrisch gestaltet ist und eine relativ breite Kuppe auf weist.

Claims

1. Elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Endelektrode einer gasgefüllten Entladungsstrecke wie einem Überspannungs ableiter oder einer Schaltfunkenstrecke und einem Anschluß draht,
bei der die Endelektrode einen Lötflansch aufweist und mittig zu diesem Lötflansch mit einem erhabenen Anschlußbereich ver sehen ist
und bei der der Anschlußdraht mit seinem einen Ende mit dem erhabenen Anschlußbereich stoffschlüssig verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erhabene Anschlußbereich (14) mit einem axialen Sack loch (16) versehen ist
und daß der Anschlußdraht (3) mit seinem einen Ende in das Sackloch (16) eingeführt und mittels einer Laserschweißung (4) mit dem erhabenen Anschlußbereich (14) verbunden ist.

2. Schweißverbindung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erhabene Anschlußbereich (14) als Kegelstumpf ausge bildet ist.

3. Schweißverbindung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf (14) bei einem Durchmesser des Anschluß drahtes (3) von 0,2 bis 3 mm

- einen Kegelwinkel α von 30 bis 80°,
- eine Höhe h von 0,2 bis 3 mm,
- einen Basisdurchmesser D von 1 bis 8 mm und
- einen Stumpfdurchmesser d von 0,5 bis 7 mm aufweist,

während das axiale Sackloch (16) eine Tiefe t von 0,2 bis 16 mm aufweist.

4. Schweißverbindung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sackloch (16) leicht konisch ausgebildet ist.

5. Schweißverbindung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Elektrode wenigstens im Anschlußbereich als auch der Anschlußdraht (3) mit einer galvanisch aufgebrachten Nickel- oder Zinn-Schicht versehen sind.