DE2802779A1 - Verfahren zur herstellung von verbindungen, insbesondere elektrischen verbindungen und vorrichtung zur verwendung in solchen verfahren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von verbindungen, insbesondere elektrischen verbindungen und vorrichtung zur verwendung in solchen verfahren

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DE2802779A1 DE19782802779 DE2802779A DE2802779A1 DE 2802779 A1 DE2802779 A1 DE 2802779A1 DE 19782802779 DE19782802779 DE 19782802779 DE 2802779 A DE2802779 A DE 2802779A DE 2802779 A1 DE2802779 A1 DE 2802779A1
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  • Cable Accessories (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
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Description

Rolls House, 7 Rolls Building, Fetter Lane, London EC4
(England)
Verfahren_zur_Herstellun2_vgn_Verbindungenx
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Verbindungen, insbesondere elektrischen Verbindungen und Vorrichtungen zur Verwendung in solchen Verfahren.
Zahlreiche Versuche sind unternommen worden, um Verbinder für Substrate, wie beispielsweise elektrische Leiter, zur Verfügung zu stellen, die kein Verklemmen oder eine andere mechanische Deformation des Leiters erfordern. Beispielsweise wird in der US-PS 3.247.315 ein Verbinder beschrieben, der ein rohrförmiges Teil aufweist, welches sich zusammenziehen kann, wobei das Rohr aus einem Stück aus elastischem bzw. federndem Plattenmaterial besteht, das zu einem Rohr zusammengerollt ist. Bei einer Ausführungsform wird das rohrförmige Teil in radial expandiertem Zustand mittels eines inneren Rohrs oder Stopfens aus Lötmittel gehalten. Bei Gebrauch wird das Verbindungsstück über einem Paar von Drähten in Stellung gebracht und erhitzt, so daß das Lötmittel schmilzt und das Rohr sich zusammenzieht und hierbei die elektrischen Leiter
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ergreift und festhält. Diese Bauweise leidet an dem Nachteil, daß der Innendurchmesser des rohrförmigen Teils durch die Anwesenheit des Stopfens bzw. Rohrs aus Lötmittel verringert wird. Daher benötigt das Rohr ein verhältnismäßig hohes Maß an elastischer Rückstellung, um die Dicke des Rohrs oder Stopfens aus Lötmittel zu kompensieren.
In der GB-PS 1.062.870 wird ein wärmerückstelIfähiger Gegenstand beschrieben, in dem die rückstellfähige Komponente ein federndes Teil in Rohrform ist, wobei das Rohr am Umfang unterbrochen ist, um Änderungen des Radius zu ermöglichen und in ausgedehnter Konfiguration durch ein schmelzbares Teil gehalten wird, welches wenigstens teilweise im Rückstellungsweg des rückstellbaren Teils gehalten wird. Wenn das schmelzbare Teil auf eine Temperatur erhöht wird, bei der es unzureichend starr ist, um das federnde Teil in seiner expandierten Form zu halten, kontrahiert sich das rückstellfähige Teil und zwingt dadurch wenigstens einen Teil des Materials des schmelzbaren Bauteils in Richtung der Rückstellung. Ein solcher Gegenstand erfordert ebenfalls einen relativ hohen Grad an Rückstellung seitens des federnden Teils zur Kompensation der Dicke des schmelzbaren Teils.
Bei der Bildung von Abschlüssen und Spleißungen in mineralisch isolierten elektrischen Kabeln ist es erwünscht und wird zunehmend notwendig, um die offiziellen Vorschriften zu erfüllen, den Kabelmantel zu erden. Mineralisch isolierte elektrische Kabel bestehen aus einem oder mehreren Leitern, die von einem Mantel, gewöhnlich aus Kupfer oder Aluminium, umgeben sind und als Isoliermaterial ein gepulvertes Mineral, z.B. Magnesiumoxid, enthalten. Die Abschlüsse und Spleißungen sind gewöhnlich durch eine Muffe aus wärmerückste11fähigem Material zwecks Ausschluß von Feuchtigkeit vom Isoliermaterial bedeckt, wie beispielsweise in der GB-PS 1.098.304 beschrieben. In der GB-PS 1.428.134 wurde eine Vorrichtung sowohl zur Abdichtung als auch zur Herstellung einer Erdverbindung eines abgeschnitte-
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nen rückwärtigen Endes eines mineralisolierten Kabels beschrieben, in welchem der Erdverbinder mittels einer wärmerückstellfähigen Muffe in Kontakt mit dem Kupfermantel des Kabels gezwungen wird. Eine solche Verbindung ist jedoch mechanisch schwach, da die einzige Kraft, die den Verbinder in Berührung mit dem Mantel hält, die Rückstellkraft der wärmerückstellfähigen Muffe ist. Es besteht daher ein Bedarf für eine Erdverbindung für ein mineralisch isoliertes Kabel, welche keine Verklemmung (die die Isolierung des Kabels beschädigen könnte) erfordert, welche einen festen mechanischen Kontakt mit dem Mantel sowie einen niedrigen Kontaktwiderstand hat und die klein genug ist, um von einer wärmerücksteilfähigen Muffe aufgenommen zu werden, die für den Abschluß oder die Spleißung des Kabels verwendet wird.
In der US-PS 3.355.202 wird eine Abschlußvorrichtung für einen linearen Körper, wie ein Fiberglaskabel, beschrieben, die aus einer darin befestigten Federwendel besteht. Es heißt jedoch ausdrücklich, daß die Abschlußvorrichtung durch ihre Befestigung an das Fiberglaskabel durch molekulare Adhäsion wirkt. Weiter heißt es ausdrücklich, daß keine Kompressionskräfte durch die Vorrichtung auf das Kabel ausgeübt werden.
Die Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß eine besonders wirksame und einfache elektrische Verbindung mit einem geraden Substrat hergestellt werden kann, indem man eine radial schrumpffähige Wendel als Verbindungsvorrichtung verwendet.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Substrat, wobei das Substrat innerhalb einer radial rückstelIfähigen Federwendel angeordnet ist und diese Federwendel unter Bildung der Verbindung zur Rückstellung veranlaßt wird, wobei kein Rückhalteglied in der Richtung der Rückstellung angeordnet ist.
Die Erfindung ist besonders geeignet für die Verbindung von
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Erdleitungen mit den Mänteln von mineralisch isolierten Kabeln (Kupfermantelkabeln) und wird daher nachfolgend der Einfachheit halber in Verbindung mit einer solchen Anwendung beschrieben. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch zur Bildung von elektrischen Leitungen mit anderen Leitungen geeignet ist, die selbstverständlich keinen kreisförmigen Querschnitt zu haben brauchen.
Bei einer einfachen Form der Erfindung ist das gewendelte Teil elastisch bzw. federnd und in Längsrichtung um das Kabel herum in einer radial expandierten Form angeordnet, in der es durch mechanische Rückhalteeinrichtungen wie ein Handwerkzeug gehalten wird. Die Einspannung wird dann entfernt, worauf sich die Wendel auf einen kleineren Radius zurückstellt, so daß sie das Kabel zusammenpreßt und fest ergreift. Beispielsweise kann die Wendel oder Spirale aus einem federnden Material, vorzugsweise einem Metall, insbesondere einem elektrisch leitenden Metall, wie einer Beryllium-Kupfer-Legierung, hergestellt sein. Ein solches Teil kann aus einem Metalldraht oder einem Stab beliebigen geeigneten Querschnitts hergestellt werden, indem der Draht oder der Stab zu einer Spirale aufgewickelt wird. Zum Beispiel kann das Teil aus einer Zugfeder gebildet werden und wirksam radial beispielsweise durch longitudinale Kompression oder durch eine aufwickelnde Deformation ausgedehnt werden und in dieser Form über dem freiliegenden Kabelmantel beispielsweise unter Verwendung eines Transfer-Dorns in Stellung gebracht werden, worauf der Feder ermöglicht wird, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, worauf sie den Kabelmantel unter Bildung der gewünschten Verbindung dicht umfaßt. Bei bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung ist jedoch das wendeiförmige Teil um das Kabel herum in einer radial expandierten, jedoch vorübergehend stabilen Form angeordnet. Beispielsweise kann die Wendel aus einem wärmerückstellfähigem Material gebildet sein.
Bekanntlich können aus wärmerückstellfähigen Materialien her-
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gestellte Bauteile aus einer ursprünglichen Konfiguration deformiert werden und behalten die deformierte Konfiguration bis zum Erhitzen bei, worauf sie in Richtung auf ihre ursprüngliche Konfiguration zurückgehen. Unter solchen Materialien sind beispielsweise die Polymeren, wie die vernetzten, in den US-PS 2.027.962 und 3.086.242 beschriebenen Polyolefine zu nennen. Diese Polymeren können gewünschtenfalls mit leitfähigen Materialien gefüllt sein und/oder mit einem dünnen Metallfilm beschichtet sein, um sie leitfähig zu machen.
Kürzlich wurde gefunden, daß bestimmte Metallegierungen Memory-Eigenschaften haben. Unter solchen Legierungen sind beispielsweise die verschiedenen Legierungen von Titan und Nickel zu nennen, die z.B. in den US-PS 3.174.851, 3.351.463, 3.753.700, 3.759.552, den GB-PS 1.327.441 und 1.327.442 sowie in der NASA-Publikation SP 110 "55-Nitinol-The Alloy with a Memory, usw." (U.S. Government Printing Office, Washington, D.C. 1972) beschrieben sind. Die Eigenschaft der Wärmerückstellfähigkeit ist jedoch nicht allein auf solche Titan-Nickel-Legierungen beschränkt. So wurde gezeigt, daß beispielsweise auch verschiedene ß-Messing-Legierungen diese Eigenschaft aufweisen (z.B. N.Nakanishi et al, Scripta Metallurgica 5, 433-440 (Pergamon Press 1971)). Solche Materialien können zur Erniedrigung ihrer Ümwandlungstemperatüren auf Tieftemperaturzustände mittels bekannter Techniken dotiert werden. Auf ähnliche Weise wurde gezeigt, daß 304 rostfreie Stähle diese Eigenschaften aufweisen (E.Enami et al, id, S. 663-68).
Im allgemeinen haben diese Metalle eine Ümwandlungstemperatür im Bereich von -196 bis +1350C, insbesondere von -196 bis -700C (wobei dies die niedrigste im Alltagsbetrieb zu erwartende Temperatur ist). Sie können daher in ihren Martensitzustand durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff gebracht werden. Kürzlich wurde jedoch gefunden, daß es möglich ist, Memory-Metalle "vorzukonditionieren", um so vorübergehend
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ihre Umwandlungstemperatur zu erhöhen. Hierdurch ist es möglich, die aus solchen Legierungen hergestellten Gegenstände vor der Verwendung bei Raumtemperatur zu halten, wenn sie durch Erhitzen rückgestellt werden können. Solche Vorkonditionierungsmethoden, durch die die Notwendigkeit einer Lagerung und eines Transports in flüssigem Stickstoff entfällt, werden beispielsweise in den DT-OS 2.603.911 und 2.603.878 beschrieben.
Erfindungsgemäß kann die Wendel beispielsweise aus einem gefüllten oder beschichteten wärmerückstellfähigen Kunststoff oder bevorzugt aus einer Memory-Legierung, wie einer Messing-Legierung, hergestellt werden und in einer radial expandierten deformierten Konfiguration um den Kabelmantel herum angeordnet werden. Die Wendel wird dann erwärmt, so daß sie sich rückstellt und unter Erfassen des Kabelmantels schrumpft. Die Erdleitung wird bevorzugt als integraler Teil der Wendel geformt.
In der DT-OS 2.615.683 wurde früher bereits vorgeschlagen, ein Bauteil aus einem wärmerückstellfähigen Memory-Teil in Form einer Spirale bzw. Wendel herzustellen und ein solches Element als Teil einer Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungen, beispielsweise zwischen Rohrleitungen, zu verwenden. Jedoch wird nach der DT-OS 2.615.683 die wärmerückstellfähige Spirale über einer Muffe angeordnet, welche die Spirale vom Substrat trennt und dazu dient, die Rückstellung der Spirale zu hindern bzw. zu beschränken. Es findet sich kein Vorschlag für die Verwendung der Spirale an sich zur Bildung einer elektrischen Verbindung gemäß der Erfindung.
Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besteht die Wendel oder Spirale aus einem elastischen Material und kann in radial expandierter Konfiguration durch ein schmelzbares, chemisch abbaubares oder zerbrechliches Material gehalten werden, welches in den Zwischenräumen der
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Wendel angeordnet ist.
In der britischen Patentanmeldung Nr. 2832/77 sind elastisch rückstellfähige Leiter beschrieben, die im dimensionsinstabilen Zustand mittels lösbarer Halteeinrichtungen gehalten werden. Der lösbare Halter kann beispielsweise aus einem schmelzbaren oder in der Wärme erweichenden Material, wie einem thermoplastischen Polymer oder einer niedrigschmelzenden Legierung oder aus einem pyrolysierbaren Material oder einem Material, welches erweicht oder seine Form ändert, wenn es einer chemischen Behandlung unterworfen wird, hergestellt werden, einschließlich verschiedener plastischer Materialien, wie Polycarbonaten, die durch Spannungsriß zerfallen, wenn sie mit bestimmten Lösungsmitteln behandelt werden, sowie weiterer löslicher Materialien. In anderen Fällen kann die HaI-teeinrichtung einfach mechanisch zerbrochen oder entfernt werden, wenn eine Verbindung erforderlich ist. All diese Materialien können verwendet werden, um eine elastische Spirale gemäß der Erfindung auszuhalten.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Spirale aus einem elastischen Material, z.B. Beryllium-Kupfer hergestellt und wird in einer radial expandierten deformierten Konfiguration durch Einbettung in ein schmelzbares Material, vorzugsweise ein Lötmittel, gehalten, wobei das schmelzbare Material zwischen den Windungen der Spirale angeordnet ist. Im Gebrauch ist die Spirale oder Wendel in Position um den Kabelmantel herum und wird dann erhitzt. Beim Erhitzen schmilzt das schmelzbare Material und die federnde Spirale kontrahiert sich radial und ergreift den Mantel. Die Verwendung von Lötmittel als schmelzbarem Material verbessert die elektrischen Eigenschaften der erhaltenen Verbindung.
Falls gewünscht, kann das schmelzbare Material durch ein Material ersetzt werden, das bei einer anderen Behandlung erweicht, z.B. durch ein lösliches Material.
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Speziell wird mit der Erfindung ein wärmerückstellfähiges hohles Verbindungsstück bereitgestellt, welches aus einer elastischen Spirale besteht, die aus einer ursprünglichen Konfiguration radial in eine dimensionsinstabile Konfiguration expandiert worden ist und in dieser radial expandierten Konfiguration durch ein schmelzbares oder in der Wärme erweichendes Material gehalten wird, welches zwischen den Zwischenräumen der Spirale angeordnet ist, wobei das Verbindungsstück beim Erhitzen zwecks Schmelzen oder Erweichen dieses Materials radial kontrahiert.
Bevorzugt ist das schmelzbare oder in der Wärme erweichende Material ein Lötmittel, das vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 40 bis 1000C hat.
Eine Form des Verbinders, die für die Verwendung in der Erfindung geeignet ist, sowie seine Herstellung wird nachfolgend in größeren Einzelheiten lediglich beispielhaft anhand der Figuren 1a bis 1e beschrieben, die verschiedene Stadien in der Herstellung der Spirale oder Wendel zeigen.
Eine spiralförmig gewickelte Feder 1 mit einem integral daran befestigten Erdleiter 2 wird radial durch gegenläufige Rotation der Enden der Spirale expandiert und auf einen Dorn aus Polytetrafluoräthylen 3 gebracht. Der die Feder tragende Dorn wird dann in ein Bad aus niedrig schmelzendem Lötmittel getaucht, so daß das Lötmittel 4 die Zwischenräume zwischen den benachbarten Wicklungen der Spirale ausfüllt. Nach dem Abkühlen des Lötmittels wird die Spirale vom Dorn genommen, wobei das Lötmittel die Spirale an ihrer radialen Kontraktion hindert. Bei Gebrauch wird der Verbinder über einen Kabelmantel gebracht und zwecks Schmelzens des Lötmittels erhitzt, worauf die Wendel sich zurückstellt und fest den Kabelmantel erfaßt.
Bestimmte Vorteile ergeben sich aus der Verwendung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Durch Verwendung eines
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schmelzbaren Materials, das in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Federwicklungen angeordnet ist, ist es möglich, im wesentlichen die gesamte radiale Rückstellung der Spirale auszunutzen. Die Spirale kann auch in den meisten Fällen radial expandiert werden, um eine weite Vielfalt von Kabelmäntelgrößen aufzunehmen, ohne daß das Material der Wendel über seine Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht wird. Desgleichen wurde in der Praxis gefunden, daß sich bei der Rückstellung einzelne Windungen der Spirale unabhängig voneinander einstellen und sich so kleineren Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Kabelmantels anpassen.
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Claims (16)

Patentansprüche
1)!Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einer in Radialrichtung rückstellbaren Spirale oder Wendel angeordnet ist und die Spirale oder Wendel unter Bildung der Verbindung zur Rückstellung veranlaßt wird, wobei kein die Rückstellung behinderndes Teil in der Rückstellungsrichtung angeordnet ist.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel oder Spirale elastisch ist und in Längsrichtung um das Substrat herum in radial expandierter Form angeordnet ist und in dieser Form durch mechanische Einspannvorrichtungen gehalten wird, worauf die Einspannkraft entfernt wird und die Spirale sich auf einen kleineren Radius zurückstellt.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale aus einer Zugfeder gebildet wird und in radial expandiertem Zustand durch longitudinale Kompression oder durch aufwickelnde Deformation gehalten wird.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spirale um das Substrat herum in radial expandierter, jedoch vorübergehend stabiler Form angeordnet ist.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale oder Wendel aus einem wärmerückstellfähigen Material geformt ist.
6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale aus einem Memory-Metall geformt ist.
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7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall eine Messing-Legierung ist.
8) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale aus einem elastischen Material hergestellt ist und in radial ausgedehntem Zustand durch ein schmelzbares, chemisch abbaubares oder zerbrechliches Material gehalten wird, welches innerhalb der Zwischenräume der Spirale angeordnet ist.
9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material Beryllium-Kupfer ist.
10) Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale mittels Lötmittel radial expandiert gehalten wird.
11) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen einer Erdleitung und dem Mantel eines mineralisch isolierten Kabels hergestellt wird.
12) Spiral- bzw. wendeiförmiges Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem elastischen Material hergestellt und durch ein schmelzbares, chemisch abbaubares oder zerbrechliches, in den Zwischenräumen der Spirale oder Wendel angeordnetes Material im radial expandierten Zustand gehalten wird.
13) Wärmerückstellbarer hohler Verbinder, gekennzeichnet durch eine elastische Spiralfeder, die radial aus einer ursprünglichen Konfiguration in eine dimensionsinstabile Konfiguration ausgedehnt und in diesem Zustand durch ein in den Zwischenräumen der Spirale angeordnetes schmelzbares oder in der Wärme erweichendes Material gehalten wird.
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14) Wärmerückstellfähiger hohler Verbinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material aus einem Lötmittel besteht.
15) Wärmerückstellfähiger hohler Verbinder nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Schmelzpunkt des Lötmittels von 40 bis 1000C.
16) Wärmerückstellfähiger hohler Verbinder nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material Beryllium-Kupfer ist.
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