DE2523276A1 - Flexibles anschlussendstueck an einem aluminiumdraht sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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MÜLLER-BORE · GROENING · UEUlEL · SCHÖN · HERTEJL

PATENTANWÄLTE MÜNCHEN - BRAUNSCHWEIG -KÖLN Z 0 Z 0 Z /

2 a HAI 1975

AUNSCHWEIQ

TT T / H.W QROENiNG. D'F¹L. -I N O - MÜNCHEN

**·*-/ DR- P- OEUFEL, DIPL-CHEM. ■ MÜNCHEN

L 1 OO 7 ^{DR A}- SCHON. DiPL-CHEM. MÜNCHEN

ARTHUR D. LITTLE, INC. Cambridge, Massachusetts, USA

Flexibles Anschlußendstück an einem Aluminiumdraht sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch leitenden Draht aus Aluminium und insbesondere auf einen Aluminiumdraht mit einem Anschlußendstück , das daran zur Herstellung eines sicheren und dauerhaften elektrischen Kontaktes mit einer Klemme angebracht ist.

Als elektrischer Leiter wird in zunehmendem Maße Aluminiumdraht verwendet. So bestehen beispielsweise alle Verteilungsleitungen, zwischen TransformatorZentren und lokalen Transformatoren aus Aluminium. Darüber hinaus besteht ein Hauptanteil der Verbraucheranschlußleitungen, die sich zwischen den örtlichen Transformatoren und den daran angeschlossenen Häusern oder Gebäuden erstrecken, sowie ein Hauptteil der Verbraucherzuführungskabel, die von den Verbraucheranschlußleitungen zu den Verbrauchsmessern und von den Meßgeräten zu dem Verbrauchsgerät innerhalb der Häuser oder Gebäude führen, aus Aluminium. Zusätzlich geht man davon aus, daß etwa 2o % der Zuführungskabel von den Hauptschalttafeln zu entfernten Stellen und etwa 15 % der Verdrahtung von Zweigleitungen, die sich von den Sicherungen

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oder Stromkreisunterbrechungseinrichtungen aus zu Verteilerstellen in dem Gehäuse erstrecken, gegenwärtig aus Aluminium hergestellt werden. Obwohl sich die Erfindung hauptsächlich mit den sogenannten VerbraucherZuführungskabeln befaßt, also mit Stromleitern für 15- und 2o-Ampereschaltungen sowie den sogenannten Verzweigungsleitungen bzw. Stichkabeln, ist die Erfindung auch auf massive Aluminiumdrähte anwendbar, die für alle vorstehend genannten Anwendungszwecke geeignet sind.

Ein Aluminiumleiter hat gewöhnlich etwa 61 % der elektrischen Leitfähigkeit eines Kupferleiters des gleichen Durchmessers. Kupfer wiegt jedoch das Dreifache von Aluminium und kostet, bezogen auf die Gewichtseinheit, etwa das Zwei- bis Dreifache. Das bedeutet, daß anstelle von etwa 2 kp Kupfer 1 kp Aluminium erforderlich ist. Dies führt dazu, daß die Aluminiumverdrahtung einfacher und wirtschaftlicher vornehmbar und installierbar ist und einen geringeren Halterungsaufbau erfordert. Der Kostenunterschied zwischen Aluminium und Kupfer ist noch ausgeprägter, da nämlich die Kosten von Kupfer das Zwei- bis Dreifache der Kosten von Aluminium ausmachen. Das bedeutet, daß die Kosten für Kupfer auf einer gleichen Leistungsbasis etwa das Vier- bis Sechsfache der Kosten von Aluminium betragen. Außerdem unterliegt die Förderung bzw. Lieferung von Kupfer anderen Einflüssen, so daß es manchmal schwierig sein kann, genügend Kupfer für elektrische Leitungen zu erhalten.

Aluminium ist deshalb ein idealer Ersatz für Kupfer bei vielen Arten von elektrischen Leitern. Es hat jedoch den Nachteil, daß sich der elektrische Leiterdraht aus Aluminium an den Klemmen überhitzt, was zu Bränden führen kann. Man nimmt an, daß die Ursache der überhitzung der Aluminiumdrähte an den Klemmen sich aufgrund der Bildung von Aluminiumoxyd an der Oberfläche des Drahtes ergibt. Aluminiumoxyd ist ein guter Isolator, so daß der hohe Widerstand, der in einer Aluminiumoxydschicht erzeugt wird, die sich an dem Draht an dem Klemmenkontakt bilden kann, zu einer übermäßigen Wärmeerzeugung führen kann.

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Um dieses Problem der Wärmeerzeugung infolge der Oxydation der Kontaktstellen an der Aluminiumdrahtoberfläche zu überwinden, sind bereits mehrere Maßnahmen entwickelt worden. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, daß der Aluminiumdraht über der ganzen Länge mit einer Plattierung in Form eines Kupfermantels versehen wird. Der Kontakt erfolgt dann zwischen der Kupferumhüllung und der Klemme. Da die Kupferumhüllung metallurgisch mit dem Aluminium verbunden ist, bildet sich an dieser Grenzfläche kein Aluminiumoxyd. Obwohl diese Maßnahme technisch brauchbar ist, ist sie wirtschaftlich ungünstig, da eine beträchtliche Kupfermenge erforderlich ist und zusätzliche Kosten für das Aufbringen der Kupferplattierung auf das Aluminium entstehen. Man hat auch versucht, Aluminium mit einem geeigneten Metall zu legieren, um den Kriechwiderstand zu verbessern, der wiederum die Oxydbildung auf ein Minimum reduzieren soll. Ein derartiges Legieren beseitigt jedoch nicht das Problem der überhitzung.

Andere Maßnahmen, mit denen die Herstellung von Klemmenkontakten mit Aluminiumdraht ausgeschlossen werden sollen, bestehen in dem Vorsehen eines Anschlußdrahtes bzw. in dem Befestigen eines kurzen Längenstückes eines Kupferdrahtes an dem Aluminium mit einem Aufwickel- bzw. Aufdrilleiter. Das Kupferdrahtende wird dann an der Klemmenverbindung befestigt. Diese Maßnahme hat den Nachteil, daß die Verbindung zwischen dem Kupfer und dem Aluminium nicht immer so gestaltet ist, daß eine Oxydation von wenigstens einem Teil der Aluminiumfläche verhindert wird. Darüber hinaus gibt es nicht genügend Raum, um den Anschlußdraht innerhalb der Grenzen der normalen Abzweigdose zu installieren.

Da nur ein kurzes Längenstück eines Kupferdrahtes am Ende des Aluminiumdrahtes erforderlich ist, könnte man davon ausgehen, daß durch herkömmliche Schweißmaßnahmen zum Verschmelzen von Metall das Endverbindungsstück aus Kupfer mit dem Aluralniumdraht verbunden werden könnte. Dies ist jedoch nicht

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ausführbar, da diese Maßnahme zur Bildung intermetallischer Verbindungen aus Kupfer und Aluminium an der Verbindungsstelle führt. Diese intermetallischen Verbindungen sind spröde und haben deshalb nicht die erforderliche Duktilität sowie die bei dem Draht benötigte Zug- und Biegefestigkeit.

Obwohl die bekannten Maßnahmen zur Bildung einer nicht oxydierenden Verbindung von elektrischen Leitern aus Aluminium mit Klemmen normalerweise Kupfer verwenden, das entweder durch Plattieren auf der ganzen Drahtlänge aufgebracht oder in Form eines kurzen, am Ende angesetzten Anschlußstücks vorgesehen ist, ist es auch möglich, das Endverbindungsstück aus geeigneten Kupferlegierungen, wie Phosphorbronze, Nickelmetall und geeigneten Nickellegierungen herzustellen. Für die meisten Aluminiumdrähte und die meisten Verwendungszwecke werden jedoch Kupfer und Kupferlegierungen bevorzugt, da sie billiger sind und eine höhere Leitfähigkeit aufweisen. In der nachstehenden Beschreibung der Erfindung wird auf das Verbindungsendstück als "Kupferverbindungsendstück¹¹ Bezug genommen, wobei dieser Ausdruck auch solche Endstücke umfassen soll, die aus für die Herstellung elektrischer Leiter geeigneten Kupferlegierungen bestehen. Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung von Nickel und von Nickellegierungen bei der Herstellung des Endverbindungsstücks, wobei die gleichen, für Kupfer und seine Legierungen beschriebenen Maßnahmen für Nickel und seine Legierungen verwendbar sind.

Erfindungsgemäß soll also ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem relativ kurzen Längenstück aus Kupfer oder Nickel als Anschlußendstück und dem Ende eines Aluminiumdrahtes geschaffen werden, wobei die Verbindung derart gestaltet sein soll, daß die Bildung von Aluminiumoxyd ausgeschlossen oder auf ein Minimum reduziert ist, das hergestellte Verbindungsendstück die dem Aluminiumdraht entsprechende Duktilität und Zugfestigkeit hat, daß die Verbindung

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flexibel und leicht biegbar ist, ohne daß ein Bruch der Verbindungsstelle auftritt, und daß die Verbindung an der Installierungsstelle ausgebildet werden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Anschließen von Verbindungsendstücken an elektrische Leiterdrähte aus Aluminium zu schaffen, wobei eine Verbindung hergestellt werden soll, die die Möglichkeit der Bildung von Aluminiumoxyd beseitigt oder auf ein Minimum reduziert und ein Verbindungsendstück ergibt, welches eine Duktilität, Zug- und Biegefestigkeit hat, die wenigstens so groß wie die des auf diese Weise verbundenen Aluminiumdrahtes ist· Mit dem Verfahren soll eine Verbindung zwischen einem Endverbindungsstück aus Kupfer oder Nickel und einem Aluminiumdraht' geschaffen werden, deren elektrischer Kontaktwiderstand niedrig ist, so daß der erhaltene Aluminiumdraht mit einem Kupferende oder Nickelende leicht gebogen werden kann, ohne daß die Verbindung reißt und zusammen mit den genormten Klemmenverbindungen benutzbar ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll ein Verbindungsendstück an leitenden Drähten aus Aluminium befestigt werden, so sie völlig betriebssicher in elektrischen Stichleitungen in Wohnungen installiert werden können, wozu vor allem, jedoch nicht ausschließlich, 15- und 2o-Ampereleitungen gehören, die als Leiter von den Verbraucherzuführungen zu den Verzweigungsleitungen und für Gerätekabel verwendet werden. Das Verfahren soll es ermöglichen, auf billige Weise einen sicheren Anschluß von Aluminiumleiterdrähten aller Größen zu ermöglichen. Wie erwähnt, soll das Verfahren an der Stelle der Installierung des Aluminiumdrahtes ausführbar sein, nachdem dieser auf die gewünschte Länge zugeschnitten ist.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht auch in der Schaffung eines verbesserten elektrisch .leitenden Drahtes aus Aluminium mit einem damit verbundenen Endanschluß aus Kupfer, einer Kupferlegierung, aus Nickel oder einer Nickellegierung. Bei einem solchen elektrisch leitenden Aluminiumdraht soll die Verbindung so ausgebildet sein, daß sie einen niedrigen Kontaktwiderstand hat und eine Zug- und Biegefestigkeit aufweist, die wenigstens so groß wie die des Aluminiumdrahtes ist, wobei das Verbindungsendstück ohne Bruch bzw. Reißen der Verbindung leicht biegbar sein soll. Der hergestellte elektrisch leitende Draht aus Aluminium soll hinsichtlich der Möglichkeit der überhitzung an den Klemmenanschlüssen völlig zuverlässig und sicher sein, wobei der Aluminiumdraht insbesondere für die Verwendung als Verbraucherzuführungskabel, Einspeiskabel, Verzweigungsleitungen und Gerätekabel geeignet sein soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Anschlußendstück bzw. ein Verbindungsendstück, welches den vorstehend genannten Anforderungen genügt, an dem Klemmenende eines Aluminiumleiterdrahtes dadurch befestigt, daß zwischen dem Klemmenende des Aluminiumdrahtes und einer vorgeformten Gestalt eines elektrisch leitenden Materials eine Verbindung bewirkt wird, die zu einem elektrischen Kontakt mit einem niedrigen Widerstand führt, wobei sich die erhaltene Verbindung über einen Verbindungsabschnitt ähnlicher Länge erstreckt und das so gebildete Verbindungsendstück üb'er dem ganzen Verbindungsabschnitt eine Querschnittsfläche hat, die gleich oder etwas größer ist als die Querschnittsfläche des Aluminiumdrahtes, an dem das Endstück befestigt ist. Vorzugsweise hat das so gebildete Verbindungsendstück eine solche Größe und Gestalt, daß es in gleicher Weise mit den gleichen elektrischen Klemmen verbunden werden kann, wie sie der Aluminiumdraht ohne Verbindungsendstück bisher hatte.

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Die zwischen einer schraubenförmigen Wicklung und dem Aluminium draht gebildete Verbindung muß eine Verbindung sein, die einen elektrischen Kontakt von niedrigem Widerstand gibt, d. h. einen Kontakt,zwischen der anzuschließenden Klemme und dem Aluminiumdraht über das Verbindungsendstück. Der Ausdruck "niedriger Widerstand" soll einen Widerstand bezeichnen, der nicht merklich größer ist als der (volumenbezogene) spezifische Widerstand des Aluminiumdrahtes. In der Praxis führt ein Teil der zwischen der schraubenförmigen Metallwicklung und dem Aluminium geschaffenen Grenzfläche zur Bildung einer Festkörperverbindung zwischen diesen Metallen. Die Bildung irgendeiner merkbaren Festkörperbindung ist jedoch solange nicht zwingend, wie die Bindung den erforderlichen elektrischen Kontakt mit niedrigem Widerstand gibt.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besteht die vorgeformte Gestalt des elektrisch leitenden Materials aus einem büchsenförmigen Teil und insbesondere aus einer schraubenförmigen Wicklung, wobei die Verbindung vorzugsweise dadurch ausgeführt wird, daß eine Vorverbindung dadurch gebildet wird, daß das büchsenartige Teil über das Klemmenende des Aluminiumdrahtes geschoben wird und ein ausreichender Druck um die Außenfläche dieser vorausgehenden Verbindung aufgebracht wird, um die Verbindung und das Anschlußendstück auszubilden. Die Querschnittsfläche des Verbindungsendstücks kann kreisförmig oder nicht kreisförmig, beispielsweise elliptisch oder polygonal sein.

Der im folgenden verwendete Ausdruck "quer" bezieht sich auf die Qerschnittsgestalt oder Querschnittsfläche des Aluminiumdrahtes, der schraubenförmigen Wicklung, der vorausgehenden Anordnung von Wicklung und Draht oder des Verbindungsendstückes senkrecht zur Achse dieser Elemente.

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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch eine erste Ausführungsform eines Aluminiumleiters mit einer erfindungsgemäßen Kupferendverbindung .

Fig. 2 zeigt perspektivisch eine zweite Ausführungsform des Aluminiumleiters, wobei der Kupferendanschluß vorgeformte Kontaktzungen hat.

Fig. 3 zeigt perspektivisch eine Modifizierung der Ausführungsform von Fig. 2, wobei der Kontaktzungen aufweisende Kupferanschluß während des Verbindens gebildet wird.

Fig. 4 zeigt perspektivisch eine Kupferbüchse, wie sie zur Bildung des Kupferendanschlusses durch Kaltextrusion verwendet wird.

Fig. 5 zeigt im Axialschnitt eine Strangpreßdüse und einen Kolben für ein kaltes Extrudieren der Kupferbüchse von Fig. 4 an den Aluminiumleiterdraht zur Herstellung des Kupferverbindungsendstücks.

Fig. 6 zeigt den Aluminiumleiterdraht von Fig. 1 im Axialschnitt, wobei das Kupferverbindungsendstück wie in Fig. 5 gezeigt hergestellt ist.

Fig. 7 zeigt perspektivisch einen Kupferpfropfen zum Anschluß durch kaltes Extrudieren an den Aluminiumleiterdraht, wobei ein mit Kontaktzungen versehenes Kupferverbindungsendstück gemäß Fig. 3 gebildet wird.

Fig. 8 zeigt im Axialschnitt eine Strangpreßdüse und einen Kolben, die zum kalten Extrudieren des Kupferpfropfens von Fig. 7 an den Aluminiumleiterdraht verwendet werden.

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Fig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig. 8.

Fig. 1o ist ein Axialschnitt durch den Aluminiumleiterdraht von Fig. 3, wobei das mit Zungen versehene Kupferverbindungsendstück wie in Fig. 8 gezeigt ausgebildet wird.

Fig. 11 zeigt die Ausbildung des Aluminiumleiterdrahtes gemäß der Erfindung, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, durch Festkörperverschweißung, wobei konisch gestaltete Verbindungsflächen verwendet werden.

Fig. 12 zeigt den Verbindungsabschnitt des Leiters von Fig. 11 im Schnitt.

Fig. 13 zeigt in einer Schnittansicht wie Fig. 11 einen Verbindungsabschnitt des Leiters mit halbkugelförmig ausgebildeten Verbindungsflächen.

Fig. 14 zeigt perspektivisch die Herstellung des Aluminiumleiterdrahtes gemäß Fig. 1 oder 2 durch Festkörperverschweißung, wobei Verbindungsflächen verwendet werden, die parallel zueinander und senkrecht zur Achse des Drahtes verlaufen.

Fig. 15 zeigt in einer Schnittansicht den Verbindungsabschnitt des gemäß Fig. 14 hergestellten Leiters.

Fig. 16 zeigt in einer Seitenansicht eine zur Bildung des Verbindungsendstückes geeignete Schraubenwicklung.

Fig. 17 bis 21 zeigen verschieden gestaltete Querschnitte von zur Bildung der Wicklung von Fig. 16 benutztem Draht.

Fig. 22 zeigt im Axialschnitt einen Extruder zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungsendstückes.

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Fig. 23 bis 25 zeigen verschiedene Querschnitte des Austrittsabschnittes des Extruders von Fig. 22 längs der Linie A-A von Fig. 22.

Fig. 26 zeigt im Längsschnitt ein Verbindungsendstück, welches eine Wicklung benutzt, die aus einem Draht mit Kreisquerschnitt gebildet wird.

Fig. 27 ist ein Querschnitt durch das Verbindungsendstück von Fig. 26 längs der Linie B-B von Fig. 26, wenn der Austrittsabschnitt des Extruders einen kreisförmigen Querschnitt hat, wie dies in Fig. 23 gezeigt ist.

Fig. 28 zeigt im Längsschnitt eine Wicklung, die aus einem quadratischen Draht gebildet ist, wobei sich die Wicklung über dem Klemmenende eines Aluminiumdrahtes vor der Bildung des Verbindungsendstücks befindet.

Fig. 29 ist ein Längsschnitt durch ein Verbindungsendstück, das unter Verwendung der Wicklung von Fig. 28 gebildet wird.

Fig. 3o ist ein Querschnitt durch ein modifiziertes Verbindungsendstück von Fig. 26 längs der Linie B-B von Fig. 26, wobei der Austrittsquerschnitt des Extruders einen quadratischen Querschnitt hat, wie dies in Fig. 25 gezeigt ist.

Fig. 31 zeigt die Verwendung von Profilwalzen, um die Festkörperverbindung zwischen der Schraubenwicklung und dem Aluminiumdraht zur Ausbildung des Verbindungsendstückes gemäß der Erfindung zu bewirken.

Fig. 32 und 33 zeigen zwei unterschiedlich gestaltete Profilwalzen von Fig. 31 im Querschnitt.

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Fig. 34 zeigt die Verwendung einer Ausführungsform einer Einrichtung zum faltenden Verformen, um die Festkörperverbindung zwischen der schraubenförmigen Wicklung und dem Aluminiumdraht zur Herstellung des Verbindungsendsttickes zu bewirken.

Fig. 35 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung für die faltende Verformung, die so gebaut ist, daß das Verbindungsendstück gleichzeitig mit seiner Ausbildung gebogen wird.

Fig. 36 ist ein Querschnitt durch das unter Verwendung der Profilwalzen von Fig. 33 hergestelle Anschlußendstück.

Fig. 37 ist ein Querschnitt durch eine Anordnung vor der Ausbildung des Verbindungsendstückes, wobei die ursprüngliche Querschnittsfläche A. gezeigt ist.

Fig. 38 und 39 zeigen im Querschnitt das vervollständigte Verbindungsendstück sowie die endgültige Querschnittsfläche

Fig. 4o zeigt in einem Diagramm den mittleren Temperaturanstieg der Klemmen bei 3oo Zyklen für zwölf Verbindungen von genormtem Kupferdraht und zwölf Verbindungen von Aluminiumdraht mit erfindungsgemäß daran befestigten Verbindungsends tücken.

Für die verschiedenen, vorstehend im einzelnen genannten Verwendungszwecke wird elektrisch leitender Draht aus Aluminium unterschiedlicher Qualität und Abmessung verwendet. Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren für alle Qualitäten und Abmessungen verwendbar ist, eignet es sich besonders für eine Qualität eines Aluminiumdrahtes, der aus einem Massivdraht besteht, welcher eine Zugfestigkeit zwischen 1o5o und 155o kp/cm (15 ooo und 22 ooo psi) und

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eine Dehnung mit einem Minimum von 1o % hat. Dieser Draht ist als Zwischenglühprodukt klassifiziert und wird als "halbgeglüht" bezeichnet. Das Aluminium hat eine Reinheit von 99,45+%. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 61 % IACS (International Annealed Copper Standard). Der Draht hat eine nicht metallische Hülle als Isolator, einen Durchmesser zwischen 2,o5 mm und 5,19 mm (o,o8o81 und o,2o43 ") entsprechend Nr. 12-4 AWG (American Wire Gage). Der Draht wird als Verbraucherzuführungskabel, als Einspeiskabel und als Verzweigungsleitung verwendet. Er wird normalerweise an Drahtverbindungsschraubenklemmen,von festen Steckdosen, von an der Wand befestigten Kippschaltern, von Sicherungskästen, Stromkreisunterbrechern und dergleichen angeschlossen. Zusätzlich zu dieser Art eines elektrisch leitenden Aluminiumdrahtes werden auch hartgezogene Drähte mit größeren Durchmessern als Freileiter verwendet, beispielsweise als Überlandleitung und als Verbraucheranschlußkabel. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf diese Arten von Drähten sowie auf jede Form eines massiven elektrisch leitenden Aluminiumdrahtes anwendbar.

Im folgenden wird zur Vereinfachung nur auf ein Verbindungsendstück in Form eines Kupferverbindungsendstücks Bezug genommen. Wie vorstehend erwähnt, fallen darunter jedoch auch Verbindungsendstücke aus Kupferlegierungen, Nickel und Nickellegierungen.

Der Kupferendanschluß an einen elektrisch leitenden Draht aus Aluminium kann verschiedene Formen haben, wovon zwei in den Figuren 1 bis 3 gezeigt sind. In Fig. 3 hat der Aluminiumdraht 1o mit einem nicht metallischen Mantel 11 ein Kupferendstück 12, das daran so befestigt ist, daß ein Draht mit einem im wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser gebildet wird. Der Kupferendanschluß 12 muß nur lang genug sein, daß die Herstellung des erforderlichen Kontaktes mit einer Klemmstelle oder einer anderen Verbindungseinrichtung

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möglich ist. Fig. 2 und 3 zeigen den Kupferendanschluß in Form einer vorgeformten Kontaktzunge 13 oder einer Zunge 14, die bei der Herstellung der Festkörperbindung geformt wird. Im folgenden wird die Herstellung der in den Figuren 1 bis gezeigten Leiterdrähte beschrieben.

Eine bevorzugte Ausführung zur Herstellung der erforderlichen Verbindung zwischen dem Aluminium und dem Kupfer gemäß der Erfindung ergibt sich durch kaltes Extrudieren. Dieses Verfahren eignet sich für die Durchführung an der Installierungsstelle und hat zwei,- weitere getrennte Vorteile, Der erste dieser Vorteile besteht darin, daß die mechanische Zerstörung und Verteilung der Oberflächenoxyde durch die Oberflächendeformation jede Notwendigkeit ausschließt, eine spezielle Vorbehandlung der zu verbindenden Oberflächen vorzunehmen, um Oberflächenoxyde zu entfernen. Der zweite Vorteil besteht darin, daß durch die Massenverformung der Metallteile in großem Maße eine neue Kontaktfläche in Form einer metallischen Oberfläche erzeugt wird, so daß man eine Verbindungsfläche erhält, die beträchtlich größer ist als irgendeine ursprüngliche Kontaktfläche zwischen dem Ende des Aluminiumleiterdrahtes und dem Ende eines Kupferverbindungsendstücks .

Beim Extrudieren sowie bei den anhand der Figuren 31 bis beschriebenen Maßnahmen wird das elektrisch leitende Material für die Ausbildung des Verbindungsendstückes in einer vorgeformten Gestalt verwendet, beispielsweise als Büchse, als pfropfenförmiger Rohrling mit einer Bohrung oder als schraubenförmige Wicklung, wobei ein innerer, axial ausgerichteter Durchlaß vorgesehen ist, der so bemessen ist, daß ein lockerer Paßsitz um das Klemmenende des Aluminiumdrahtes herum möglich ist. Diese vorherige Anordnung wird in das Strangpreßwerkzeug eingebracht, wobei der Aluminiumdraht durch den Austrittshohlraum der Düse bzw.

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des Werkzeugs eingeführt wird. Anschließend erfolgt das Extrudieren.

Eine Form der Kaltextrusion, die zur Herstellung des Drahtes von Fig. 1 benutzt wird, ist in den Figuren 4 bis gezeigt. Bei diesem Verfahren wird eine Kupferbüchse 15 (Fig. 4) um den Aluminiumdraht 1o herum extrudiert, wobei die Vorwärtsextrusion verwendet wird. Ein Beispiel für eine Einrichtung, mit welcher dieser Strangpreßvorgang ausgeführt· werden kann, besteht aus dem in Fig. 5 gezeigten Werkzeug bzw. der dort gezeigten Düse und,·dem Kolben. Der Durchmesser des inneren Kanals 16 der Kupferbüchse 15 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Aluminiumdrahtes 1o, so daß der Draht leicht in dem Kanal 16 eingeführt v/erden kann, ohne daß ein genaues Ausrichten der Büchse in dem Düsenhohlraum erforderlich ist. Die Kupferbüchse 15 wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, in den Düsenhohlraum des Werkzeugs 17 eingebracht. Der Düsenhohlraum hat einen Einlaßabschnitt 18 von größerem Querschnitt, der so bemessen ist, daß die Kupferbüchse 15 hineinpaßt, und einen Austrittsquerschnitt 19 von kleinerem Durchmesser, der so bemessen ist, daß der Aluminiumdraht leicht durch ihn hindurch eingeführt werden kann. Diese beiden Abschnitte werden durch einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 2o miteinander verbunden, an dessen oberem Rand die Kupferbüchse vor dem Extrudieren aufliegt. Bei einer alternativen Gestaltung kann die Büchse 15 so gebaut sein, daß sich ein Ende verjüngt, so daß es in den kegelstumpfförmigen Abschnitt 2o des Düsenhohlraums paßt. Der Kolben 21 ist so bemessen, daß er in dem Abschnitt 18 des Düsenhohlraums entsprechend dem bekannten Arbeitsprinzip eines Extruders gleitend verschiebbar ist.

Der bevorzugte Außendruchmesser der Kupferbüchse beträgt etwa das 1,25-bis etwa 2-fache des Außendurchmessers des Aluminiumleiterdrahtes, mit dem die Kupferbüchse verbunden werden soll. Die Länge der verwendeten Kupferbüchse kann

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für jeden Aluminiumdraht leicht ermittelt werden und hängt von dem Außendurchmesser der Kupferbüchse bezogen auf den Außendurchmesser des Aluminiumdrahtes und von der gewünschten Endlänge des Kupferverbindungsendstückes ab. Beispielsweise sollte das Kupferverbindungsendstück bei einer Verzweigungsleitung etwa 16 mm (5/8 ") lang sein.

Bei der Verbindung der Kupferbüchse mit dem Aluminiumdraht zur Herstellung des Kupferverbindungsendstückes wird die Kupferbüchse in den Düsenhohlraumabschnitt 18 fallen gelassen und der Aluminiumdraht durch den Düsenhohlraumabschnitt 19 eingeführt, so daß er sich in den Durchlaß 16 der Kupferbtichse 15 erstreckt. Der Aluminiumdraht braucht sich am Anfang des Extrudierens, wenn der Kolben 21 mit der Büchse in Kontakt kommt, nicht über die ganze Länge der Kupferbüchse erstrecken. Wenn der Kolben 21 in den Düsenhohlraum gedrückt wird, um die Vorwärtsextrusion herbeizuführen, nimmt die Kupferbüchse zwangsweise die Gestalt des Düsenabschnittes 19 von kleinerem Durchmesser an und der Aluminiumdraht wird nach oben in die Kupferbüchse gedrückt. Der erhaltene Leiterdraht ist vergrößert im Schnitt in Fig. 6 gezeigt.

Man sieht, daß zwisheen dem Kupfer 26 und dem Aluminium 27 eine langgestreckte Verbindung 25 ausgebildet wird, die als Verbindungsabschnitt 28 bezeichnet wird und sich zwischen den gestrichelten Linien erstreckt. Der Verbindungsabschnitt kann als die Länge des Drahtes definiert werden, über der sich die erforderliche Verbindung zwischen dem Aluminium und dem Kupfer erstreckt. Eine mikroskopische Untersuchung der Verbindung 25 zeigt die Ausbildung eines innigen Metall-Metall-Kontaktes. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, hat die auf diese Weise hergestellte Festkörperverbindung eine wellenförmige Gestalt, die zur Festigkeit der Verbindung durch Erhöhung der Verbindungsfläche und durch das Bewirken eines Ineinandergreifens von Kupfer und Aluminium beiträgt.

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Die zur Ausführung der Vorwärtsextrusion von Fig. 5 erforderliche Kraft liegt in der Größenordnung von etwa 5oo kp. Diese Kräfte können durch mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigte Zylinder aufgebracht werden, die klein genug sind, daß sie in einem in der Hand haltbaren Werkzeug aufgenommen werden können. Dadurch ist es möglich, Kupferendanschlüsse an Ort und Stelle anzubringen. Bei Verwendung eines Aluminiumdrahtes kann der Elektriker den Aluminiumleiterdraht auf die gewünschte Länge abschneiden, das Kupferendstück anbringen und es auf übliche Weise mit einer genormten Klemme verbinden, so daß die Klemmenverbindung über die Kupferendverbindung hergestellt wird. Aufgrund dieser Ausbildung der Verbindung hat sie eine . Duktilität und Zug- sowie Biegefestigkeit, die gleich oder größer als die des Aluminiumdrahtes selbst sind. Deshalb kann der mit einem Kupferendstück versehene Draht gebogen werden, ohne daß die Gefahr eines Bruches oder einer Änderung der Eigenschaft der Verbindung besteht. Da die Klemmenverbindung über eine Kupferoberfläche und nicht über eine Aluminiumoberfläche, welche oxydieren kann, erfolgt, ist die Möglichkeit einer überhitzung und die sich daraus ergebende Brandgefahr beseitigt.

Zum Anbringen eines Kupferendanschlusses an einen Aluminiumleiterdraht kann zur Bildung von Kontaktzungen an der Kupferverbindung beim Extrudieren eine Kombination einer Vorwärts- und Rtickwärtsextrusion verwendet werden. Diese Ausführung des Verfahrens ist in den Figuren 7 bis 1o gezeigt. Das dabei benutzte Kupferstück hat die Form eines Pfropfens 3o (Fig. 7) mit einer mittig vorgesehenen Bohrung 31, deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Aluminiumleiterdrahtes, mit dem er verbunden werden soll. Die Bohrung 31 erstreckt sich nur über einen Teil der Stärke des Kupferpfropfens. Das Werkzeug 32 ist so ausgebildet, daß es einen Düsenhohlraum hat, welcher einen Eintrittsabschnitt 33 mit einem größeren Durchmesser, der so

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bemessen ist, daß der Stopfen 3o hineinpaßt, und einen Auslaßabschnitt 34 mit kleinerem Durchmesser aufweist, der so bemessen ist, daß der Aluminiumleiterdraht 1o leicht hindurchgeführt werden kann. Die beiden Abschnitte 33 und 34 sind über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Auslaßabschnitte der Werkzeuge der Figuren 5 und 8 für einen relativ losen Sitz des Aluminiumleiterdrahtes vorgesehen, so daß der Draht leicht in den Düsenhohlraum eingeführt werden kann und eine geringe seitliche. Bewegung ausführen kann, um eine Justierung zu ermöglichen, wenn der Durchgang in der Kupferbüchse (Fig. 5) oder die Bohrung in dem Kupferpfropfen (Fig. 8) etwas außerhalb der Mitte liegt.

Der Kolben 36 des Extrudiermechanismus von Fig. 8 ist so ausgenommen, daß er zwei gegenüberliegend angeordnete Schlitze 37 und 38 hat, in welche ein Teil des Kupferpfropfens 3o rückwärts extrudiert wird, wodurch die Zinken 39 und des eine Kontaktzunge aufweisenden Kupferendanschlusses von Fig. 1o ausgebildet werden. Bei dem Verfahren gemäß Fig. 5 erstreckt sich die erforderliche Verbindung 42 (Fig. 1o) zwischen dem Aluminiumleiterdraht 1o und dem Kupferendanschluß 41 über eine relativ große Fläche, ist wellenförmig gestaltet und hat eine Duktilität und eine hohe Zug- und Biegefestigkeit.

Fig. 11 und 12 zeigen die Verwendung einer Festkörperschweißung, mit der man eine Festkörperbindung zwischen dem Aluminiumleiterdraht und dem Kupferendanschlußstück erhält. Bei diesem Schweißverfahren wird kein plastisches Strömen der Masse benutzt, statt dessen wird die zu befestigende Kupferfläche relativ zur Aluminiumoberfläche bewegt, um eine Oberflächenscherung zu erzeugen, um die Oxyde aufzubrechen und zu verteilen und eine Kupfer-Aluminium-Festkörperverbindung zu erreichen. Unter dem hier verwendeten Ausdruck Festkörperverschweißung sind

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die Formen von Verschweißungen zu verstehen, mit denen man eine Festkörperverbindung erhält. Beispiele für solche Festkörperverschweißungstechniken sind das Reibungsschweißen, das Inertialschweißen, das Ultraschallschweißen und dergleichen.

Die in Fig. 11 gezeigten Bereiche der Kontaktoberflächen werden dadurch erhalten, daß das Ende des Aluminiumleiterdrahtes 1o so zugeschnitten wird, daß es eine konische Spitze 45 hat, wobei das Kupferendanschlußstück 46 einen konisch geformten Hohlraum 47 hat¹'. Dem Kupferverbindungsendstück 46 wird durch Drehen oder Oszillieren um seine Achse eine Winkelbewegung aufgegeben. Gleichzeitig wird es unter axialer Belastung in Kontakt mit dem konischen Ende des Aluminiumleiterdrahtes 1o gedrückt, der fest und unbeweglich gehalten wird. Die Relativbewegung, nämlich die Dreh- oder Schwingbewegung einschließlich der dem Ultraschallverbinden zugeordneten Frequenzen, kann durch geeignete Einrichtungen aufgebracht werden, wobei elektrische, mechanische pneumatische, hydraulische oder Treibmittelenergiequellen verwendet werden. Geeignete metallurgische Festkörperverbindungen können zwischen Kupfer und Aluminium bei einer Relativdrehbewegung von beispielsweise 17o bis 33o Oberflächenmeter/min (5oo bis 1ooo ft/min) erreicht werden, wobei Axialbelastungen bis zur Fließ- bzw. Streckgrenze des Aluminiums benutzt werden.

Bei der Verschweißung gemäß Fig. 11 erhält man eine Verbindung 48, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist. Der Verbindungsoberflächenbereich, d. h. der Oberflächenbereich zwischen dem Kupfer und dem Aluminium, ist kleiner und der Verbindungsabschnitt 28 ist kürzer als in den Fällen, in welchen durch das Extrudieren eine plastische Verformung der Materialmasse herbeigeführt wurde. Die Oxyde werden jedoch ausreichend aufgebrochen, um eine wirksame Festkörperverbindung zu schaffen, welche die erforderliche Duktilität sowie Zug- und Biegefestigkeit hat.

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Erfindungsgemäß kann auch ein gerades Stück Kupferdraht anstelle des mit Zungen versehenen Stücks 46 von Fig. 11 als Kupferendanschluß verwendet werden. Weiterhin können auch halbkugelförmig geformte Kontaktenden an dem Kupferstück und dem Aluminiumdraht anstelle der konisch geformten Flächen 45 und 47 von Fig. 11 verwendet werden, um die Verbindung 49, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, zu erreichen. In gleicher Weise ist es nigölich, planparallele Flächen 5o und 51 (Fig. 14) zu verwenden, die senkrecht zu den Achsen des Kupferstücks und des Aluminiumdrahtes verlaufen, um so eine Verbindung 52 (Fig. 15) zu erhalten, deren Oberflächenbereich etwa der QuerSchnittsfläche des Drahtes entspricht. Bei dieser Ausführungsform einer Festkörperverbindung ist die Länge des Verbindungsabschnittes im wesentlichen null. In den meisten Fällen werden die Verbindungen 25 von Fig. 6, 42 von Fig. 1o, 48 von Fig. 12 und 49 von Fig. 13 bevorzugt, wobei der Oberflächenbereich der Verbindung größer ist als die Querschnittsfläche des Drahtes normal zur Drahtachse und wobei die Verbindung eine endliche Länge hat. Die planparallele Verbindung von Fig. 15 ist nur bei Drähten mit größerem Durchmesser günstig.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die vorgeformte Gestalt des elektrisch leitenden Materials, das zur Bildung des Anschlußendstückes verwendet wird, d. h. das büchsenförmige Teil, die Form einer schraubenförmigen Wicklung, beispielsweise die Form der Wicklung 6o von Fig. 16. Die Wicklung kann aus Draht hergestellt werden, der eine Vielzahl von Querschnittsformen haben kann. Der zur Bildung der Wicklung 6o verwendete Draht hat einen kreisförmigen Querschnitt 61, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist. Darüber, hinaus kann der Draht mit dem kreisförmigen Querschnitt so modifiziert werden, daß er eine aufgerauhte geätzte Oberfläche 62 (Fig. 18) oder eine mit Einprägungen versehene Oberfläche 63 (Fig. 19) hat, was durch Ziehen durch ein geeignetes Werkzeug erreicht werden kann. Bei dem geätzten oder mit

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Einprägungen versehenen Draht ist der Oberflächenbereich des Kupfers für die Verbindung vergrößert. Der Draht, aus welchem die Wicklung gebildet wird, kann auch einen nicht kreisförmigen Querschnitt haben, beispielsweise einen polygonalen Querschnitt, wie er durch den dreieckigen Querschnitt 64 von Fig. 2o oder den rechteckigen Querschnitt 65 von Fig. 21 gezeigt ist. Wie nachstehend erläutert wird, können solche Wicklungsdrahtoberflächen, welche einen scharfen winkligen Punktkontakt mit dem Aluminiumdraht während der Herstellung der Verbindung aufweisen, in bestimmten Fällen vorteilhaft

sein. Jedoch sind Drähte mit einem polygonalen Querschnitt aufwendiger herzustellen, was einen Faktor darstellt, der andere Vorteile dieser Gestaltungen nicht zur Geltung gelangen lassen kann.

Die erforderliche Verbindung zwischen der schraubenförmigen Wicklung und dem Klemmenende des Aluminiumdrahtes kann auf mehrere Weisen erreicht werden. Gemäß einem ersten Verfahren wird, wie in Fig. 22 gezeigt ist, extrudiert. Wie im Falle von Fig. 7 hat die Extru^lervorrichtung 66 ein Werkzeug 67 mit einem Düsenhohlraum, der in einen Eintrittsabschnitt der Düse 68 mit größerem Durchmesser, der so bemessen ist, daß die schraubenförmige Wicklung 5o hineinpaßt, und einen Austrittsabschnitt der Düse 69 von kleinerem Durchmesser unterteilt ist, der so bemessen ist, daß der Aluminiumdraht 7o hindurchgeführt werden kann, damit er lose darin sitzt, wodurch eine Voranordnung des Drahtendes in der Wicklung erreicht wird. Die beiden Abschnitte 68 und 69 des Düsenhohlraums werden durch einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 71 verbunden, an dessen oberem Rand die Schraubenwicklung 6o vor der Bildung des Anschlußendstückes sitzt. Der Werkzeugkolben 72 ist so bemessen, daß er in dem Abschnitt 68 gleitend verschiebbar sitzt. Wenn der Querschnitt des Austrittsabschnittes 69 kreisförmig (Fig. 23) oder quadratisch (Fig. 25) ist, hat das hergestellte Anschlußendstück im Längsschnitt die in Fig. 26 im

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einzelnen gezeigte Gestalt. Die Verbindung 72 zwischen den abgeflachten verschweißten Kupferwindungen 73 und der verformte Aluminiumdraht 74 erstrecken sich über einen Verbindungsabschnitt, der innerhalb der Klammer 75 liegt, wobei die Gesamtfläche der Verbindung 72 ein Mehrfaches des Oberflächenbereiches des Drahtes senkrecht zu seiner Achse geschnitten beträgt. Wie in den Figuren 22 und 23 gezeigt ist, besteht die Wicklung aus rundem Draht und das Anschlußendstück wird durch Extrudieren durch ein Werkzeug von Kreisquerschnitt gebildet. Das Anschlußendstück 78 hat den in Fig. 27 gezeigten Querschnitt. Wenn eine kleine Aluminiumoberfläche, beispielsweise die Oberfläche 79, freiliegt, wird dadurch die Wirksamkeit der Verbindung nicht beeinträchtigt und die Herstellung des Verbindungsendstückes nicht beeinflußt.

Der Draht der Wicklung kann, wie erwähnt, einen polygonalen Querschnitt haben, beispielsweise gemäß Fig. 2o dreieckförmig oder gemäß Fig. 21 rechteckförmig. Fig. 28 zeigt im Längsschnitt eine Voranordnung des Klemmenendes eines Aluminiumdrahtes 7o und einer Wicklung 77, die aus einem Kupferdraht mit einem quadratischen Querschnitt hergestellt ist. Das sich ergebende Anschlußendstück 78 ist in Fig. 29 gezeigt. Insgesamt ist es dem Endstück von Fig. 26 ähnlich. Bei dieser Gestalt des Wicklungsdrahtes ist es jedoch etwas einfacher für die Ecken bzw. Spitzen der Wicklung, in den Aluminiumdraht einzudringen, als bei Verwendung eines Drahtes mit kreisförmigem Querschnitt zur Herstellung der Ausgangswicklung .

Bei einer bevorzugtesn Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Anschlußendstück so ausgebildet, daß es einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat. Es hat sich gezeigt, daß, wenn das Anschlußendstück, das durch Verwendung einer Wicklung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet wird, so geformt ist, daß es einen kreisförmigen Querschnitt hat,

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eine bestimmte Entspannung des Endes nach der Bildung der Verbindung auftreten kann. Dies kann wiederum den Kontakt zwischen dem Kupfer in der Wicklung und dem Aluminium des Drahtes verringern. Es wird deshalb gewöhnlich bevorzugt, das Anschlußendstück so auszubilden, daß es einen polygonalen oder ovalen Querschnitt hat, um eine solche Entspannung nach der Verformung zu verhindern. Obwohl das Anschlußendstück eine dreieckige Querschnittsform haben kann, was sich beispielsweise bei Verwendung eines dreieckförmigen Werkzeugaustrittsabschnittes 80 gemäß Fig. 24 ergibt, wird ein polygonaler Querschnitt mit vier oder mehr Seiten bevorzugt, was man beispielsweise bei Verwendung des quadratisch gestalteten Werkzeugaustrittsabschnittes 81 von Fig. 25 erhält. Im letzteren Fall ist die Querschnittsform des fertiggestellten Anschlußendstückes gleich der in Fig. 2o gezeigten.

In den Figuren 31 bis 34 sind weitere Möglichkeiten von Maßnahmen zur Herstellung der erforderlichen Verbindung zwischen der Wicklung und dem Ende des Aluminiumdrahtes gemäß der Erfindung gezeigt. Bei der Ausführungsform der Figuren 31 bis werden geformte Walzen bzw. profilwalzen verwendet, um die Verbindung bei der Herstellung des Anschlußendstückes zu bewirken, Eine vorausgehende Zuordnung besteht darin, daß die Wicklung 60 über das Ende des Drahtes 7o geschoben wird und daß dann diese Anordnung zwischen zwei Profilwalzen 82 und 83, wie sie in Fig. 31 gezeigt sind, geführt wird. Eine Teilumdrehung der Walzen dient dazu, die erforderliche Festkörperverbindung zu bewirken und das Anschlußendstück herzustellen. Wie in Fig. gezeigt ist, besteht eine bevorzugte Ausführung der Walzen 84 und 85 darin, daß sie zwischen sich am Spalt 86 einen quadratisch geformten Werkzeughohlraum 87 mit den erforderlichen Abmessungen,wie sie nachstehend definiert sind, bilden. Durch die Verwendung von Walzen 84 und 85 erhält man ein Anschlußendstück mit dem in Fig. 3o gezeigten Querschnitt.

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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Anschlußendstück so geformt werden, daß es einen elliptischen Querschnitt hat, wobei Walzen 88 und 89, wie sie in Fig. 33 gezeigt sind, verwendet werden, welche zwischen sich am Spalt 9o einen elliptisch geformten Werkzeughohlraum 91 bilden. Der Querschnitt des erhaltenen Anschlußendstückes ist in Fig. 36 gezeigt.

Es kann jedes andere geeignete Verfahren und Gerät verwendet werden, welches in der Lage ist, einen ausreichenden Druck auf die vorherige Zuordnung von Wicklung und Draht auszuüben, um die gewünschte Verbindung zu bewirken und um das Anschlußendstück auszubilden. Ein solches Verfahren besteht darin, daß ein eine faltende Verformung herbeiführender Mechanismus verwendet wird, wie er schematisch in Fig. 34 gezeigt ist. Bei Einsatz einer solchen Vorrichtung wird die vorherige Zuordnung aus Draht 7o und Wicklung 6ο in der Bodenhälfte 62 des Werkzeughohlraums in dem stationären Block 93 angeordnet und dann geformt und verbunden, wenn die obere Hälfte 94 des Werkzeughohlraums des Blocks 95 in fluchtender Ausrichtung zu dem Formhohlraum 94 gebracht wird.

Es kann sein, daß man das Anschlußendstück gleichzeitig mit seiner Herstellung biegen möchte, um so einen Schritt bei der Herstellung des Aluminiumdrahtes für die Verbindung mit einer Klemme auszuschließen. Dies kann beispielsweise bei der im Schnitt in Fig. 35 gezeigten Einrichtung für die faltende Verformung geschehen. Bei dieser Ausführungsform einer Einrichtung für die faltende Verformung hat ein Faltblock 96 eine bogenförmige Ausnehmung bzw. Bohrung 96, deren Breite gleich dem gewünschten Durchmesser des fertiggestellten Anschlußendsttickes ist. Der zugeordnete Faltblock 98 hat einen entsprechend geformten Stempel 99, der mit der Bohrung 96 den Hohlraum in der gewünschten Gestalt bildet. Dieser Hohlraum kann irgendeine gewünschte Querschnittsform

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haben. Das Aufbringen der Kraft in der durch die Pfeile angezeigten Richtung formt so das Anschlußendstück im gebogenen Zustand, das für das Einsetzen um eine Schraube einer Schraubklemme geeignet ist. Es ist auch möglich, gebogene Verbindungsendstücke nach anderen Verfahren herzustellen, wovon eines eine oder mehrere Hilfswalzen bei einem Profilwalzenmechanismus gemäß Fig. 31 vorsieht. Der Zweck der Hilfswalze besteht darin, das Anschlußendstück, wenn es aus dem Hohlraum 87 oder 91 in Fig. 32 bzw. 33 austritt, in eine Windung zu drücken, beispielsweise nach oben oder nach unten.

Die Schraubenwicklung, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird, muß aus einem Draht geeigneter Größe und innerhalb bestimmter Durchmesserbereiche hergestellt werden. Der verwendete Draht zur Bildung der Wicklung muß elektrisch leitend und für elektrische Verbindungen mit elektrischen Normklemmen geeignet sein. Wie vorstehend erwähnt, können hochgradig reines, elektrisch leitendes, klassierte genormtes Kupfer oder Kupferlegierungen verwendet werden. In gleicher Weise können elektrisch leitendes klassiertes Nickel und Nickellegierungen benutzt werden. Ein bevorzugtes Material für die Wicklungen ist eine zinnplattierte Phosphorbronze mit etwa 95 % Cu und 5 % Sn.

Die Wicklung wird aus Draht hergestellt, dessen Durchmesser zwischen o,13 und o,51 mm, vorzugsweise bis etwa o,25 mm liegt (5 bis 2o mil, vorzugsweise 1o mil). Wenn der Draht einen anderen Querschnitt als einen kreisförmigen Querschnitt hat, ist seine Größe so bemessen, daß der Oberflächenbereich seiner Querschnittsfläche senkrecht zur Drahtachse gleich dem Oberflächenbereich eines kreisförmig gestalteten Drahtes ist, dessen Durchmesser zwischen o,13 und o,51 mm liegt. Wickel, die aus Drähten mit einem Durchmesser von weniger als o,13 mm hergestellt werden, sind nicht ausreichend steif, um ihre Handhabung als Wicklung zu gewährleisten. Wickel, die

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aus einem Draht hergestellt sind, dessen Durchmesser größer als o,51 mm ist, erfordern eine übermäßig große Kraft für die Herstellung des Abschlußendstückes, insbesondere in einem von Hand aktivierten Werkzeug.

Die Wicklung wird so ausgebildet, daß sie einen Innendurchmesser hat, dessen Größe einen lockeren Sitz über dem Aluminiumdraht ermöglicht, mit welchem sie zur Bildung des Abschlußendstückes verbunden"werden soll. Auf diese Weise wird dieser Wickelparameter für jede unterschiedliche Abmessung des Aluminiumdrahtes einfach bestimmt. Unter einem losen Sitz ist zu verstehen, daß der Aluminiumdraht leicht in den Wickel nach dem Abschneiden eingeführt werden kann.

Bei der Herstellung des Anschlußendstückes gemäß der Erfindung unter Verwendung eines von Hand aktivierten Werkzeuges müssen die Größe der Wicklung, die Querschnittsfläche des Werkzeughohlraums, in welchem das Anschlußendstück hergestellt wird, beispielsweise die Werkzeugauslaßhohlräume 69, 8o oder 81 des Extruders von Fig. 22, die Hohlräume 87 oder 91 der Profilwalzen von Fig. 31 oder die Hohlräume 92 und 94 der faltend wirkenden Einrichtung von Fig. 34, sowie die Größe des in die vorherige Zuordnung aus Wicklung und Draht eingeführten Aluminiumdrahtes derart sein, daß die anfängliche Querschnittsfläche A. der vorher vorgenommenen Anordnung Wicklung/Draht, die in Fig. 37 durchgehend schraffiert gezeigt ist, einer Verringerung von etwa 15 bis 45 % bei der Herstellung des Anschlußendstückes unterliegt. Somit hat die endgültige QuerSchnittsfläche A_f in Fig. 38 und 39 des Anschlußendstückes 55 bis 85 % der Querschnittsfläche der vorher getroffenen Anordnung von Wicklung/Draht. Eine bevorzugte Querschnittsflächenverringerung liegt zwischen etwa 25 und etwa 3o %. Diese Reduzierung der Fläche gilt für alle Querschnittsformen des Anschlußendstückes, beispielsweise für den kreisförmigen Querschnitt von Fig. 38, den polygonalen

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Querschnitt von Fig. 39 und den elliptischen Querschnitt von Fig. 34.

Wenn ein treibitiittelbetätigtes Werkzeug oder Aluminiumdrähte mit relativ großem Durchmesser verwendet werden, kann außerhalb der genannten Bereiche gearbeitet werden. Wenn also eine stärkere Kraft für die Herstellung der Verbindung verfügbar ist, kann die Fläche um mehr als 45 % reduziert werden. Wenn Aluminiumdraht mit einem relativ großen Durchmesser verwendet wird, kann die Fläche um weniger als 15 % verringert werden.

Schließlich kann die Querschnittsfläche des Anschlußenstückes im wesentlichen gleich oder etwas größer sein als die Querschnittsfläche des ursprünglichen Aluminiumdrahtes, an dem es befestigt wird. Diese letzte Forderung ermöglicht es, daß das Anschlußendstück an die gleichen elektrischen Klemmen in der gleichen Weise angeschlossen wird, an die der Aluminiumdraht wie bisher ohne Verwendung eines Anschlußendstückes angeschlossen wurde.

Die Länge der bei der Herstellung des Anschlußendstückes verwendeten Wicklung wird durch die Länge des Drahtes bestimmt, der erforderlich ist, um die gewünschte Verbindung mit der Klemme, an welcher es befestigt werden soll, herzustellen. Bei Schraubenklemmen für die Drahtverbindung, wo das Ende des Drahtes um etwa 18o° umgebogen ist, um teilweise um die Schraube herum zu passen, sollte das Anschlußendstück etwa 16 mm (5/8") lang sein. Die Wicklung muß deshalb so gewickelt werden, daß sie die gewünschte Länge des Anschlußendstückes ergibt. Wenn die Wicklung festgewickelt ist, d. h. der Draht der Wicklung im wesentlichen über der Wicklungslänge aneinanderliegt, ist die Länge des Anschlußendstückes im wesentlichen gleich der Länge der Wicklung bei der vorausgehenden Zuordnung von Wicklung und Draht. Diese Art von Wicklung wird bevorzugt, wenn Profilrollen, beispielsweise bei der

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Vorrichtung von Fig. 31 bis 33, benutzt werden. Bei Verwendung eines Extruders ist eine anfänglich fest gewickelte Wicklung nicht erforderlich, da die Verwendung eines Stößels in dem Werkzeughohlraum zwangsweise zu einer festgewickelten Wicklung während des Extrudierens und der Ausbildung des Anschlußendstückes führt.

Anhand des nachstehenden Beispiels werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäß erhaltene Produkt näher erläutert.

Eine Anzahl von 61o mm (24 ") langen Stücken eines thermoplsstisch isolierten Aluminiumdrahtes für Gebäude (Nr. 12 AViG), der als Zweigleitung in einem Wohnhaus verwendbar ist, wird an beiden Enden nach dem Abstreifen kurzer Längenstticke der Isolierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Anschlußendstück versehen » Dabei wird eine Wicklung verwendet, die aus einem o,25 mm zinnplattierten Phosphorbronzedraht hergestellt ist, der etwa 95 % Cu und 5 % Sn enthält (CDA 5o5, Copper Development Association). Der Zinnbelag eines solchen Drahtes hat eine Stärke, die zwischen etwa o,oo25 und o,oo75 mm (o,1 bis o,3 mil) liegt. Die Wicklung hat einen anfänglichen Außendurchmesser von 2,6 mm, so daß die Wicklung und der Draht bei der vorausgehenden Zuordnung eine Anfangsquer-

2 -3 schnittsfläche A. von 5,4 mm (8,33 χ 1o sqin) hat. Das .Anschlußendstück wird gemäß Fig. 7 durch Extrudieren hergestellt. Der obere Düsenhohlraum 68 hat einen Durchmesser von 2,64 mm (o,1o4 "), während der Austrittshohlraum bzw. die Düse 69 einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,18 mm (0,086 ") hat. Die Durchmesser der fertiggestellten Anschlußendstücke liegen im Mittel bei etwa 2,18 mm, was bedeutet, daß die Querschnittsfläche Α~ des

2 —3 Anschlußendstückes bei etwa 3,75 mm (5,81 χ 1o ") liegt, was eine Verringerung von etwa 3o % ausmacht.

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Diese Längenstücke von Aluminiumdraht mit den Anschlußendstücken werden dann zur Herstellung von zwölf elektrischen Anschlüssen in Reihe verwendet. Bei der benutzen Versuchsanordnung sind die Anschlußendstücke um 18o° gebogen und an genormten, den Draht biegenden Schraubenklemmen befestigt. Auf diese Weise werden die Anschlußendstücke so behandelt, als wenn es sich um den Aluminiumdraht selbst handeln würde, d. h. sie werden an die gleichen elektrischen Klemmen in gleicher Weise wie der Aluminiumdraht angebracht, wenn er keine Anschlußendstücke haben würde. Bei der Herstellung der Krümmungsabschnitte der Anschlußendstücke haben sich keine Schwierigkeiten gezeigt. Während des Versuchsverlaufs hat sich eine minimale Rißbildung der Verbindungen gezeigt.

Angrenzend an jeden Anschluß wird ein Thermoelement angelötet, um den Temperaturanstieg zu messen, der sich an jedem Anschluß einstellt, wenn ein Strom von 4o A bei 9,88 V durch das System fließt. Ein Zyklus besteht aus 3,5 h Stromeinschaltung und 5 h Stromausschaltung.

Als erster Kontrollversuch wird ein Kupferdraht (Nr. 14 AWG) für die Erstellung einer identischen Versuchsanordnung verwendet. Bei solchen Berechnungen werden normalerweise Kupferdrähte von kleinerem Durchmesser benutzt, um die erforderliche Einstellung in der Leitfähigkeit des Kupfers verglichen mit Aluminium zu erzielen.

Als zweite Kontrolle wird ein Aluminiumdraht (Nr. 12 AWG) ohne Anschlußendstücke in einer Versuchsanordnung verwendet, die zu der beschriebenen identisch ist.

Die Daten, die aus 3oo Zyklen umfassenden Versuchen in Form des mittleren Temperaturansteigs für zwölf Anschlüsse erhalten werden, sind in Fig. 4o für Aluminiumdraht mit Anschlußendstücken und für Kupferdraht aufgetragen. Ein Vergleich der Leistungsfähigkeit des Aluminiumdrahtes mit dem

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Anschlußendstück gemäß der Erfindung mit genormten Kupferdraht zeigt, daß, obwohl der mittlere Temperatüransteig von 63,2 C bei 3oo Zyklen etwas höher für Aluminiumdraht mit Anschlußende ist als für den Kupferdraht, wo der Wert 58,2°C beträgt, die Leistungsfähigkeit des Aluminiumdrahtes weit innerhalb der Sicherheitsgrenzen liegt.

Die Daten für den zweiten Kontrollversuch, bei welchem Aluminiumdrahtlängenstücke ohne Anschlußendstücke verwendet werden, sind nicht eingetragen, da die Versuche nach 12o Zyklen dadurch gestört wurden, daß eine oder mehrere Anschlüsse über 125°C anstiegen, d. h. die untersuchte Anschlußtemperatur stieg um mehr als 1oo°C.

Durch das Verbinden der Wicklung des elektrischen Anschlußmaterials an das Ende des Aluminiumdrahtes gemäß der Erfindung erhält man ein Anschlußendstück, welches ermöglicht, daß Aluminiumdraht den Kupferdraht bei den meisten Verwendungszwecken ersetzt. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren an der Stelle der Drahtinstallierung durch einfache Werkzeuge in sehr kurzer Zeit vom Elektriker ausgeführt werden. Das Anschlußendstück hat die Eigenschaft, daß dafür keine anderen oder speziellen Klemmen erforderlich sind und der Elektriker keine neuen Techniken erlernen muß.

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Claims (25)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ./Verfahren zum Anbringen eines Anschlußendstückes aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer, einer Kupferlegierung, Nickel oder einer Nickellegierung an dem Klemmenende eines massiven elektrischen Leiterdrahtes aus Aluminium, wobei der Aluminiumdraht mit einer elektrischen Klemme über das Anschlußendstück verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Klemmenende des Aluminiumdrahtes und einer vorher ausgebildeten Gestalt des elektrisch leitenden Materials eine Verbindung bewirkt wird, die einen elektrischen Kontakt mit niedrigem Widerstand gibt, wobei sich die Verbindung über einen Verbindungsabschnitt begrenzter Länge erstreckt, und daß das so gebildete Anschlußendstück über dem Verbindungsabschnitt eine Querschnittsfläche hat, die im wesentlichen gleich oder etwas größer ist als die Querschnittsfläche des Aluminiumdrahtes, an welchem es befestigt ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine Festkorperverbindung ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "vorgeformte Gestalt ein kurzes Längenstück eines elektrisch leitenden Materials umfaßt, welches einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem des Aluminiumdrahtes ist, und daß die Herstellung der Verbindung das Festlegen des Aluminiumdrahtes, das Anlegen einer Winkelbewegung an das kurze Längenstück des elektrisch leitenden Materials und das Inkontaktbringen des kurzen Längenstücks des Materials umfaßt, während eine axiale Belastung daran angebracht wird, wobei das Klemmenende des Aluminiumdrahtes die Oberflächenoxyde an

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   den Kontaktenden des Aluminiumdrahtes und des Anschlußendsttickes mechanisch aufreißt und verteilt, so daß ein Metall-Metall-Kontakt zur Bildung der Verbindung zwischen dem Aluminiumdraht und dem Anschlußendstück möglich wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktenden des kurzen Längenstücks des elektrisch leitenden Materials und des Klemmenendes des Aluminiumdrahtes zur Vergrößerung ihrer Querschnittsflächenbereiche zugeschnitten werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformte Gestalt ein büchsenförmiges Teil ist, welches einen inneren, axial ausgerichteten Durchgang hat, der sich über wenigstens einen Längenabschnitt des büchsenförmigen Teils erstreckt, etwas größer ist als der Aluminiumdraht, mit dem es verbunden werden soll, so daß der Draht in einer losen Passung in dem Durchgang sitzt, und daß die Verbindung dadurch bewirkt wird, daß der Aluminiumdraht in dem inneren Durchgang des büchsenförmigen Teils eingeführt wird, so daß eine vorherige . Zuordnung gebildet wird,und daß ein ausreichender Druck um die Außenfläche der vorherigen Anordnung ausgeübt wird, um die Verbindung zwischen dem Aluminiumdraht und dem büchsenförmigen Teil zur Bildung des Anschlußendstückes zu bewirken.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen eines ausreichenden Druckes zur Bewirkung der Verbindung dadurch erreicht wird, daß die vorher vorgenommene Anordnung so unter Druck gesetzt wird, daß sie die Form eines Werkzeugs annimmt.

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7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das büchsenförmige Teil ein massiver zylindrischer Kupferpfropfen ist, der als inneren Durchgang eine Bohrung hat, wobei die vorherige Zuordnung dadurch erreicht wird, daß der Stopfen in den Werkzeughohlraum eines Extruders eingebracht und das Klemmenende des Aluminiumdrahtes durch die Auslaßdüse des Extruders in den Bohrungshohlraum eingeführt wird, und daß die Ausübung von Druck auf die vorher vorgenommene Anordnung, um die Gestalt des Werkzeugs zu erreichen, dadurch vorgenommen wird, daß der Kupferpfropfen mit einem Stempel in Kontakt gebracht wird, der einen Durchmesser hat, der gleich dem des Pfropfens ist, und der zwei gegenüberliegend angeordnete Schlitze aufweist, daß der Stempel gegen den Pfropfen gedrückt wird, wodurch gleichzeitig ein Teil des Kupferpfropfens durch die Auslaßdüse vorwärts extrudiert wird, wodurch der Kupferpfropfen mit dem Aluminiumdraht durch die plastische Verformung verbunden wird, so daß die Verbindung erreicht wird, und daß ein Teil des Kupferpfropfens in die Schlitze nach hinten extrudiert wird, wodurch eine zungenförmige Ausbildung des Endes des Anschlußendstückes erreicht wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das büchsenartige Teil eine Zylinderbüchse ist, deren innerer Durchgang sich über die ganze Länge erstreckt, daß die vorausgehende Zuordnung dadurch gebildet wird, daß die Büchse in dem Düsenhohlraum eines Extruders angeordnet wird und das Klemmenende des Aluminiumdrahtes durch die Austrittsdüse des Extruders in den innenliegenden Durchgang eingeführt wird, und daß die Ausübung des Druckes auf diese vorher vorgenommene Anordnung, um zu erreichen, daß die Gestalt des Werkzeugs angenommen wird, dadurch bewirkt wird, daß die vorher vorgenommene Anordnung mit einem Stempel in Kontakt gebracht wird, um die Anordnung durch die Auslaßdüse nach vorwärts zu

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   extrudieren, wobei die Auslaßdüse eine Größe hat, die es ermöglicht, daß der Aluminiumdraht in einer lockeren Passung hindurchgeht.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Zylinderbüchse zwischen etwa dem 1,25-fachen und etwa dem 2-fachen des Durchmessers des Aluminiumdrahtes liegt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das büchsenförmlge Teil eine schraubenförmige Wicklung ist und daß das Werkzeug die Form eines Austrittsabschnittes einer Extrudereinrichtung ist, die zwischen Profilrollen oder in einer eine Faltung verursachenden Einrichtung begrenzt ist, wobei das so gebildete Anschlußendstück eine Größe und Gestalt hat, die es ermöglicht, daß es an die gleichen elektrischen Klemmen in der gleichen Weise wie der Aluminiumdraht angeschlossen wird, wenn dieser kein Anschlußendstück aufweisen würde.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schraubenwicklung bildende Draht einen kreisförmigen Querschnitt hat.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schraubenwicklung bildende Draht einen Durchmesser zwischen etwa o,13 und o,51 mm (5 und 2o mil) hat.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schraubenwicklung bildende Draht einen polygonalen Querschnitt hat.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schraubenwicklung bildende Draht einen Querschnittsoberflächenbereich hat, der gleich dem eines kreisförmigen Drahtes mit einem Durchmesser zwischen etwa o,13 und o_r51 mm (5 und 2o mil) ist.

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15. 15. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der die schraubenförmige Wicklung bildende Draht aus einer plattierten Kupferlegierung besteht.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 1o_f dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen kreisförmigen Querschnitt hat. wodurch das Anschlußendstück einen kreisförmigen Querschnitt erhält.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen polygonalen Querschnitt hat, wodurch das Anschlußendstück einen polygonalen Querschnitt erhält.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen elliptischen Querschnitt hat, wodurch das Anschlußendstück einen elliptischen Querschnitt erhält.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußendstück zur Anpassung an eine Klemme gebogen wird.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen eines ausreichenden Drucks eine Abnahme der Querschnittsflächenbereiches der vorhergehenden Anordnung derart bewirkt, daß das Anschlußendstück einen Querschnittsflächenbereich hat, der etwa zwischen 55 und 85 % des Querschnittsflächenbereichs der vorausgehenden Anordnung beträgt.
21. 21. Elektrischer Leiterdraht aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Anschlußendstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist.

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22. 22. Elektrischer Leiterdraht aus Aluminium nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Aluminiumdraht und dem Anschlußendstück eine Festkörperverbindung ist.
23. 23. Elektrischer Leiterdraht aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Anschlußendstück versehen ist, das nach dem Verfahren nach Anspruch 5 hergestellt ist.
24. 24. Elektrischer Leiterdraht nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das büchsenförmige Teil eine schraubenförmige Wicklung ist.
25. 25. Elektrischer Leiterdraht aus Aluminium nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das AnSchlußendstück einen kreisförmigen, elliptischen oder polygonalen Querschnitt hat.

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