DE2949174A1

DE2949174A1 - Mechanische und/oder elektrische verbindung zwischen laenglichen bauteilen und vorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2949174A1
Application number: DE19792949174
Authority: DE
Inventors: Robin James Thomas Clabburn
Original assignee: Raychem Ltd
Current assignee: Raychem Ltd
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1980-06-26
Also published as: DE2949174C2; FR2443755A1; CH653419A5; FR2443755B1; CA1163002A; US4424411A

Description

DR.-ING. VSTALTER ABlTZ

DR. DIETER F. MORF ' Γ ~

DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

Patentanwälte

-M(iiic;...n. 6. Dezember 1979

PohtHnnchrlft / Postal Actrtri··· I Foslfnch B6O1O0, BOOO Miimjimi Ββ Ι PienKenauHrHtrnfi· 28

Telefon 08 32 23

TetejfΓΛίηΐηβ: ChemlnduH Manchen

Telex: (O) 8 23908

RK 95

RAYCHEM LIMITED Fetter Lane, London, E.C.4, England

Mechanische lind/oder elektrische Verbindung zwischen länglichen Bauteilen und Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen länglichen Bauteilen und auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Es handelt sich dabei um sogenannte "Gedächtnis"- oder "Speicher"-Metalle oder -Legierungen und um daraus hergestellte Gegenstände, insbesondere Bauteile, wie z.B. Verbinder, die unter Wärmewirkung wiedererholend sind.

"Gedächtnis"- oder "Speicher"-Metalle , welche zuweilen auch "Gedächtnis"-»· oder "Speicher"-Legierungen genannt werden, sind bekanntlich metallische Werkstoffe, aus welche ein unter Wärmewirkung sich wiedererholender Gegenstand hergestellt werden kann, d.h. ein Gegenstand, der aus einer ursprünglichen, thermalstabilen Form in eine unterschiedliche, unter Wärmewirkung unstabile Form verformt werden kann, in welch letzteren der Gegenstand verbleibt, bis seine Temperatur, welche als die Übergangstemperatur bekannt ist, über eine vorbestimmte Temperatur (oder innerhalb eines engen Temperaturbereiches) erhöht wird, worauf dann dieser Gegenstand zu seiner ursprünglichen Form zurückkehrt oder versucht, zu ihr zurückzukehren. Es ist ersichtlich, daß der unter Wärmewirkung sich wiedererholende Gegenstand oder Bauteil ohne weitere Anwendung einer äußeren Kraft seine ursprüngliche Form wiedereinnehmen kann.

In diesem Zusammenhang wird auf folgende Entgegenhaltungen verwiesen: US-PS 3 17**- 851, 3 351 ^63, 3 753 700, 3 759 552, 3 783 037, J* 019 925, Ί- 036 669, ^ O67 752, 4 095 999 und

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GB-PS 1 327 hkl, 1 327 442, 1 395 601, 1 1*88 393» l 420 682, l $Qk 707, 1-553 ^27, 1 5^8 964, l 554 431, 1 554 432, l ^h 423.

Nach einem Aspekt wird erfindungsgemäß ein Einsatzstück oder eine Anzahl oder Vielzahl von Einsatzstücken vorgesehen, welche zusammengefaßt werden können, um ein einzelnes Einsatzstück zu erhalten, wobei diese Einsatzstücke oder dieses Einsatzstück innerhalb zumindest eines unter Wärmewirkung schrumpfbaren Befestigungsteiles angeordnet werden können, der aus einem Gedächtnis-Metall gebildet' ist, um eine Kupplung zum Verbinden der Enden einer Vielzahl länglicher Unterlagen oder Bauteile oder Substrate zu bilden, wobei das Einsatzstück eine Vielzahl von im allgemeinen röhrenförmigen Abschnitten mit offenen Enden zur Aufnahme der Enden der zu verbindenden Bauteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Abschnitte mit-offenen Enden einen sich axial erstreckenden Kontaktbereich aufweist, der eine glatte Innenoberfläche besitzt, wovon wenigstens ein wesentlicher Anteil in der Axialquerschnittsrichtung konvex ist, so daß das vom besagten Kontaktbereich umschlossene Volumen einen axial veränderlichen Querschnittsbereich hat, der sich von einem ersten Wert am offenen Ende aus allmählich in einen Minimalwert verkleinert und dann auf einen vom offenen Ende entfernten zweiten Wert anwächst, wobei der Kontaktbereich das offene Ende nur durch einen Endbereich, dessen Querschnittsbereich an allen Stellen zumindest so groß ist wie der besagte erste Wert, begrenzt oder nur durch den besagten Endbereich vom besagten offenen Ende getrennt ist.

Somit kann eine Verbindung zwischen einer Vielzahl länglicher Teile gebildet werden, indem um die Teile herum ein Einsatz oder eine Vielzahl von Einsatzstücken nach der vorliegenden

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/ir

Erfindung angebracht werden, so daß das Einsatzstück mit einem Substrat oder. Bauteil an jeden im allgemeinen röhrenförmigen Abschnitt mit offenem Ende in Berührung oder Kontakt kommt, worauf ein oder mehrere unter Wärmewirkung schrumpfbare Befestigungsteile um das Einsatzstück herum angebracht und jedes Befestigungsstück erhitzt wird, so daß dieses schrumpft und bewirkt, daß das Einsatzstück die Substrate oder Bauteile festklemmt. Während es möglich ist, eine Verbindung zu bilden, indem ein einziges erfindungsgemäßes Einsatzstück verwendet wird, werden zumindest in gewissen Fällen, beispielsweise dann, wenn-die Substrate oder Bauteile dicht nebeneinander in einer festen Stellung angeordnet sind, vorzugsweise die einzelnen Einsatzstücke durch Anordnen einer Vielzahl von Einsatzstücken um die Substrate herum an Ort und Stelle gebildet.

Das Einsatzstück kann einen kreisförmigen oder nichtkreisförmigen Innenquerschnitt haben, wobei wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, der Ausdruck "im allgemeinen röhrenförmig", wie hler verwendet, nicht auf recht zylindrische hohle Teile beschränkt ist, sondern auch Teile mit einem rechteckigen oder quadratischen inneren Querschnitt oder einen unregelmäßigen oder veränderlichen Querschnitt umfaßt, wie z.B. Teile mit Y-förmigen, T-förmigen und X-förmigen Querschnitten.

Das Einsatzstück hat jedoch vorzugsweise einen kreisförmigen Außenquerschnitt, und zwar zumindest dort, wo jeder Befestigungsteil mit dem Einsatzstück in Berührung oder Anlage kommt.

Jeder der besagten Abschnitte mit offenem Ende weist vorteil hafterweise einen sich axial erstreckenden Kontaktbereich, wie oben beschrieben, auf. Wie oben erwähnt, hat der oder jeder

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Kontaktbereich eine glatte Oberfläche, und zwar im Gegensatz zu den "verzahnten? Oberflächen, welche in manchen bisher verwendeten Verbindungseinrichtungen vorgesehen worden sind. Der oder jeder Kontaktbereich hat vorzugsweise eine Vielte, die von seinem Grund her bemessen ist, von 0,1 bis 0,25 mal den äquivalenten Durchmesser des veränderlichen Querschnittsbereiches bei seinem Minimalwert. Unter "äquivalentem Durchmesser" wird der Aktualdurchmesser verstanden, falls das Einsatzstück einen kreisförmigen inneren Querschnitt hat, oder der Durchmesser eines Kreises mit einem Bereich gleich dem Wert des Querschnittsbereichs, falls das Einsatzstück einen nicht kreisförmigen Abschnitt hat.

Der oder jeder Kontaktbereich hat vorzugsweise eine Höhe im Größenbereich von 1 bis 25 mm und vorzugsweise von 1,2 bis 1,75 mm bzw. etwa 1,5 mm, von der Innenoberfläche des Teiles des Einsatzstückes aus gemessen, der ein Volumen des Querschnittsbereiches umgibt, das dem zweiten Wert gleich 1st. Der oder jeder Kontaktbereich kann im allgemeinen einen Axialquerschnitt oder ein Axialprofil einer beliebigen Form haben, sofern die Oberfläche glatt ist, obwohl der Querschnitt oder das Profil vorzugsweise einen Teil eines konischen Abschnittes eines Teiles eines Kreises bildet. In diesem Falle hat der Kreis vorzugsweise einen Radius gleich

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0,55 + 0,1 x D , worin D der äquivalente Durchmesser des veränderlichen Querschnittsbereiches bei seinem Minimalwert ist.

Der Kontaktbereich ist entlang seiner Gesamtlänge quer zur Achse ,vorzugsweise konvex, obwohl in gewissen Fällen, beispielsweise dann, wenn das Einsatzstück einen quadratischen Querschnitt hat, es möglich ist, daß die entgegengesetzte Innenoberfläche des Teiles des Kontaktbereiches konvex 1st.

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Nach einem zweiten Aspekt wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Bilden einer mechanischen und/oder elektrischen Verbindung zwischen zwei oder mehreren länglichen Substraten oder Gegenständen, welche eine Vielzahl .-ι von Hülsenteilen aufweist, die um das Ende jedes Gegenstan-. des herum angebracht werden kann, um eine im allgemeinen röhrenförmige Verbindungsanordnung zu bilden, welche sich zwischen den Gegenständen oder Bauteilen erstreckt, wobei eine Vielzahl von unter Wärmewirkung sich erholende Bändern oder Hingen vorgesehen ist, die aus einem Gedächtnis-Metall gebildet sind, wobei zumindest ein Band oder ein Ring um die Verbindungsanordnung herum an oder neben jedem Ende angeordnet werden kann, so daß die Wiedererholung der Bänder oder der Ringe bewirken wird, daß die Verbindungsanordnung die zu verbindenden Gegenstände festklemmt.

Erfindungsgemäß wird ferner auch ein Verfahren zur Herstellung einer mechanischen und/oder elektrischen Verbindung zwischen zwei oder mehreren länglichen Teilen, wobei . zwei oder mehrere Hülsenteile um das Ende jedes Bauteiles herum angebracht wird, um eine im allgemeinen röhrenförmige Verbindungsanordnung zu bilden, die sich zwischen den Gegenständen erstreckt, worauf ein Band oder Ring, die unter Wärmewirkung erholbar sind und aus einem Gedächtnis-Metall hergestellt sind, um die Verbindungsanordnung herum an jedem Ende oder neben jedem Ende angebracht werden, worauf die Bänder oder Ringe erhitzt werden, damit sie sich wiedererholen und die Verbindungsanordnung zwangsmäßig dazu zu bringen, die zu verbindenden Gegenstände festzuklemmen.

Die Ausdrücke "Einsatzstück" und "Hülsenteil" werden hier synonym genau wie die Ausdrücke "Befestigungsteil" und "Ring oder Band" verwendet. Die Ausdrücke "Kontaktbereich" und "kreisringförmiger Ursprung" werden ebenso genau wie die Ausdrücke "Substrat" und "Gegenstand" synonym verwendet. Da-

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rüber hinaus wird hier der Ausdruck "Einsatz" verwendet, um auf die Verbindungsanordnungen hinzuweisen, wobei jedoch dieser Ausdruck auch Verbindungsanordnungen umfaßt, die aus einem einzelnen Hülsenteil gebildet sind.

Die im allgemeinen röhrenförmige Anordnung ist in den meisten Fällen aus zwei Hülsenteilen gebildet, wobei beispielsweise ein gerades zylindrisches Rohr zweckmäßig aus zwei hohlen, halbzylindrischen Hülsenteilen gebildet wird. Für gewisse Verwendungszwecke kann, es jedoch zweckmäßig sein, diese Anordnung aus drei oder mehreren Hülsenteilen zu bilden. Die Hülsenteile können gegebenenfalls mit Mitteln versehen werden, damit sie miteinander in Eingriff kommen, um die Anordnung zu bilden.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß in gewissen Fällen es möglich ist, Substrate an Ort und Stelle zu verbinden, und zwar für Verwendungszwecke, bei welchen die dichte Anlage der verbundenen Substrate zueinander und/ oder andere besondere Einschränkungen die Installation einer durchgehenden röhrenförmigen Hülse verhindert. Durch das Bilden der im allgemeinen röhrenförmigen Anordnung um die Substrate herum, bei dem sie in Stellung gebracht werden, und durch Verwendung von verhältnismäßig schmalen unter Wärmewirkung schrumpfbaren Bändern oder Ringen zur Erzielung der wesentlichen Verbindungskraft können ernsthafte Probleme in Bezug auf den Raumbedarf überwunden werden. Die Ringe können vorläufig um das Substrat herum angeordnet werden, bevor die röhrenförmige Anordnung gebildet ist, worauf sie um die röhrenförmige Anordnung herum angeordnet werden können. Ein besonders wichtiger Verwendungszweck der vorliegenden Erfindung besteht in der elektrischen und mechanischen Verbindung von Sammelschienen, welche bei elektrischen Schaltungen verwendet werden, die als eine vorfabrizierte

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Einheit herzustellen sind, z.B. für Exportzwecke, wobei für die Sammelschienen, die-in Stellung gebracht werden sollen, beispielsweise ein Block aus Epoxykunstharz oder Polyurethanisolierungsstoff verwendet wird. Bisher war die nachträgliche elektrische Verbindung der Sammelschienen eine zeitraubende · Affare und daher ein kostspieliger Vorgang. Wie jedoch nachfolgend zu erörtern ist, können durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindung die Sammelschienen ohne weiteres elektrisch und mechanisch verbunden werden, wobei es gefunden wurde, daß die elektrischen und anderen Eigenschaften der derart hergestellten Verbindung zumindest gleich den Verbindungen, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt sind, oder im allgemeinen diesen überlegen sind.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von Substraten, die anders als Sammelschienen sind, verwendet werden, beispielsweise für Motorwicklungen und dergleichen.

Nach gewissen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die Hülsenteile innen mit Mitteln versehen werden, welche die Auflagefläche für die Gegenstände bilden, die zu verbinden sein werden.

Eine solche Auflageoberfläche kann beispielsweise durch einen inneren kreisringförmigen Vorsprung auf den Hülsenteilen oder neben ihren Enden erhalten werden. Die Anordnung eines solchen kreisringförmigen Vorsprunges kann die Sicherverbindung der Sammelschienen erleichtern, welche nicht vollständig und genau ausgerichtet sind. Die kreisringförmigen Vorsprünge haben eine glattevund runde Form (und vorzugsweise eine Weite oder Breite an ihrem Grundteil, welche zumindest das zweifache ihrer Höhe ausmacht), so daß ein großer Kontaktbereich zwischen den Hülsenteilen und den Sammelschienen vorliegt, und zwar sogar dann,

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wenn die Sammelschienen nicht korrekt fluchten. Auf diese Art und Weise wird die Gefahr einer lokalisierten Erhitzung reduziert, und zwar sogar dann, wenn Ströme von über 20 kA durch die Sammelschienen fließen.

Die Hülsenteile können auch an ihren Außenoberflächen mit Mitteln zur genauen Anbringung und Einstellung der unter Wärmewirkung schrumpfbaren Bänder oder Ringe über die kreisringförmigen Vorsprünge versehen sein.

Die Verwendung der bevorzugten Vorrichtung oder der Einsatzstücke nach der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß obwohl die aus dem Gedächtnis-Metall hergestellten Befestigungsstücke eine beträchtliche Kraft auf die Verbindungsanordnung oder auf das Einsatzstück während des Wiedererhol ungsνorganges ausüben, wobei ein guter elektrischer Kontakt hergestellt wird, sehr wenig oder überhaupt keine Biegebewegung auf die Substrate ausgeübt wird, und zwar sogar dann, wenn sie nicht korrekt ausgerichtet sind.

Die Vorrichtung ist vorteilweise derart angeordnet, daß die kreisringförmigen Vorsprünge gegen die Sammelschienen zumindest teilweise plattgedrückt werden, wenn sich die Ringe oder Bänder aus Gedächtnis-Metall wiedererholen, wodurch der Kontaktbereich zwischen den Sammelschienen und dem Verbindungsglied vergrößert wird. Falls die Metallringe oder Metallbänder beispielsweise aus einer ß-Messinglegierung hergestellt sind, ist somit möglich, daß sie einen Kontaktdruck bei der Wiedererholung von über 27580 N/cm (^O 000 p.s.i.) und sogar bis 55160 N/cm (80 000 p.s.i.) ausüben, wogegen dann, wenn die Hülsenteile aus massivem Kupfer hergestellt sind,das bis zu einem gewissen Ausmaß kaltverfestigt worden ist, die Streckbeanspruchung der Kupferhülse typisch etwa bei 13790 N/cm² (20 000 p.s.i.) liegt.

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Dor Grad der Ausflachung der Vorsprünge oder Kontaktteile gegen das Bauteil ist vorzugsweise derart, daß Jeder einen flachen Teil längs der Achse des Einsatzes oder Hülsenteils von mindestens 0,05 d_f vorzugsweise zumindest 0,1 d bildet, . ^; wobei d der äquivalente Durchmesser des Leiters ist. Vorteilhaft soll die axiale Länge jedes flachen Teils im Bereich von 0,05 d bis 0,5 d liegen, besonders von 0,1 d bis 0,4 d, um einen guten elektrischen Kontakt zu geben. Gewöhnlich kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die axiale Länge jedes flachen Teils beispielsweise im Bereich von 1 bis 5 mm liegen, vorzugsweise zwischen 2 ^:bis 4 mm und insbesondere etwa 5 mm.

Da ein Ring oder Band, welche aus einer unter Wärmewirkung sich wiedererholenden ß-Messinglegierung hergestellt sind, um etwa 4 % typischerweise zusammenschrumpft, wenn erhitzt, ist die maximal mögliche Verformung ^Reduktion der Höhe) der kreisringförmigen Vorsprünge 2 % des Durchmessers des Ringes oder Bandes,dbwohl in der Praxis ein gewisser Teil der Zusammenziehung des Gedächtnis-Metalls von den Toleranzen bei der Herstellung der Hülsenteile und der Ringe absorbiert wird, damit die Ringe um die Hülsenteile herum in Stellung gebracht werden können. Diese Vorrichtung ist vorzugsweise derart angeordnet, daß die kreisringförmige Vorsprünge sich bei mindestens 0,5 % des Durchmessers des Ringes oder Bandes verformen.

Die Hülsenteile können auch gegebenenfalls mit anderen Schwächungszonen versehen sein, wie z.B. mit den Schlitzen und Flachstellen, welche in der GB-PS 1 488 393 erörtert sind, um somiit ihre Verformung zu erleichtern, wenn sich die Bänder oder Ringe wiedererholen, obwohl im wesentlichen keine Verformung der Hülsenteile vorzugsweise erfolgen kann, als jene der kreisringförmigen Vorsprünge, wenn die Bänder oder Ringe sich wiedererholen.

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Der W_erkstoff für die Hülsenteile wird je nach dem Verwendungszweck zu wählen sein, wobei jedoch bei den erfingungsgemäßen bevorzugten Ausführungsformen diese Hülsenteile aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie z.B. Kupfer, Messing oder Aluminium hergestellt werden, wobei sie auch beispielsweise mit Silber aufblattiert sind. Die Verwendung von Kupferhülsen wird vorzugsweise aus Gründen der Verträglichkeit empfohlen, wenn, wie z.B. bei den erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsformen, unter Wärmewirkung schrumpfbare Metallbänder aus vorbehandelten ß-Messinglegierungen hergestellt sind. Für elektrische Verbindungen soll die Querschnittsfläche des Einsatzes vorzugsweise mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 % der Querschnittsfläche des Leiters betragen, um eine angemessene Strombelastbarkeit ohne Erzeugung übermäßiger Wärme zu gewährleisten. Dies ist besonders wünschenswert, wenn die Vorrichtung zur Verbindung von Stromschienen in elektrischen Schaltanlagen verwendet werden soll, da Ströme bis zu 25OO Amp. und Spannungen von gewöhnlich 11 kV auftreten können.

Die Metallbänder selbst können entweder durchgehend sein oder einen unterbrochenen Querschnitt haben, d.h. in Form von Spaltringen, wobei sie vorzugsweise derart verformt sind, daß sie bis etwa h % radial schrumpfen. Wie erwähnt, sie werden vorzugsweise aus vorbehandelten ß-Messinglegierungen hergestellt, wobei sie anfängliche Übergangstemperaturen aufweisen, die die Zimmertemperaturen oder Raumtemperaturen ziemlich überschreiten, um somit die Möglichkeit einer vorzeitigen Wiedererholung bei der Lagerung auszuschalten. Sie haben typisch eine Übergangstemperatur von etwa 100° C, so daß sie ohne weiteres bei Verwendung eines Brenners oder einer Heißlufteinrichtung ihren ursprünglichen Zustand wieder einnehmen.

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Für viele Verwendungszwecke, wie z.B. bei der elektrischen Verbindung von Sammelschienen, wie oben erwähnt, wird es zweckmäßig sein, zumindest eine Isolierschicht über der Verbindung, die hergestellt wurde, vorzusehen. Besonders geeignete Materialien in dieser Hinsicht sind schrumpfbare polymere Materialien mit verknüpften Kunststoffmolekülen, welche zweckrnäßigerweise Füllstoffe aufweisen können, um somit die erforderlichen Boanspruchungseigenschaften zu erhalten und damit die erforderliche Isolierung sowie eine zufriedenstellende Entladung und Impulswirkung erzielt wird. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, zumindest zwei zusätzliche Hülsenschichten vorzusehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform hat jeder Hülsenteil einen Bereich an jedem Ende desselben, welcher einen Ring oder ein Band aufnehmen kann, wobei jeder dieser Bereiche ein kleineres Außenprofil als der Teil des Hülsenteiles zwischen den beiden gleichen aufweist. Der Mittelabschnitt jedes Hülsenteiles, d.h. der Abschnitt zwischen den Enden des Hülsenteiles, ist vorteilhafterweise verhältnismäßig dick, und weist beispielsweise zumindest 5 mm und sogar zumindest 7 mm auf, sowie einen Bereich an jedem Ende des Hülsenteiles, aus welchem der Ring oder das Band, die unter Wärmewirkung ihre ursprüngliche Form wiedereinnehmen, angeordnet werden kann, wobei dieser Bereich ein Außenprofil hat, das zumindest um 2 mm und sogar um zumindest k mm kleiner als jenes des Mittelbereiches ist. Die bevorzugte Ausbildung hat den Vorteil, daß die Herabsetzung der Außendimensionon an den Enden der ringförmigen Verbindungsanordnung zur genauen Anbringung und Einstellung dient und daß dadurch zumindest wahlweise das Band oder der Ring, die unter Wärmewirkung ihre ursprüngliche Form einnehmen, angenommen werden (die in manchen Fällen eine Dicke über 3 mm und sogar über 5 mm haben können), so daß die zusammengebaute Verbindung ein glatteres Außenprofil hat, auf welches die Isolierschicht

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aufgetragen wird.

Nachfolgend werden verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen nur beispielsweise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben; darin zeigen:

Fig. 1 zwei Sammelschienen;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Verbindung, die für die elektrische Verbindung der Sammelschienen gemäß Fig. 1 vorgesehen ist bzw. sich in Stellung befindet;

Fig.3 einen Längsquerschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Verbindung zur Verbindung zweier Sammelschienen;

Fig. 4a einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung;

Fig. 4b eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 4a;

Fig. 5 eine weitere Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Verbindung mit einer im allgemeinen T-förmigen Gestaltung, und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der vorliegenden Verbindung.

Bezugnehmend nun auf die Zeichnungsfiguren, zeigt Fig. 1 zwei Sammelschienen 1 und 2, welche innerhalb der Formstücke aus Epoxykunstharz 3 bzw. h fest angebracht sind. Die Sammelschienen sind typisch massive Kupferstücke mit einem kreisförmigen Querschnitt, wobei sie mit einer Stärke von etwa 0,0127 mm (0,0005 Zoll) mit Silber aufblattiert sind. Der

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Spalt Dl zwischen den Enden der Sammelschienen 1 und 2 ist selbstverständlich nach den Erfordernissen des Benutzers der elektrischen Schaltung veränderlich, so daß der Abstand D2 zwischen den Formstücken aus Epoxykunstharz 3 und h als . niassgebend hier zu betrachten ist. Im allgemeinen sind jedoch die Abstände so ausgewählt, daß sie zum Zwecke der Kompaktheit der elektrischen Schaltanlage klein sind.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindung um die Sammelschienen 1 und 2 herum. Diese Verbindung weist eine zusammengesetzte röhrenförmige Anordnung auf, die aus zwei hohlen Halbhülsen 5 und 6 aus Kupfer besteht, wobei erfindungsgemäß unter Wärme schrumpfbare Metallbänder 7 und 8 neben den beiden Enden der röhrenförmigen Anordnung vorgesehen sind.

Die Verbindungsanordnung kann zweckmäßigerweise wie folgt zusammengebaut werden: Die beiden unter Wärme schrumpfbaren Metallbänder 7 und 8 werden zunächst auf die Sammelschienen 1 bzw. 2 angebracht (wobei dann, wenn der Spalt Dl zwischen den Sammelschienen 1 und 2 kleiner als die Breite oder Weite der Bänder ist, es notwendig wird, daß die Bänder auf die Sammelschienen aufgebracht werden, bevor die Anlage zusammengebaut wird). Die Halbhülsen 5 und 6 werden dann um die Verbindungsstelle der Sammelschienen herum angebracht, worauf sie auf die Metallbänder 7 und 8 auf die Enden der Halbhülsen in Stellung geschlüpft sind. Sobald diese Anordnung fertiggestellt wurde, können die Metallbänder zum Schrumpfen unter Wärmewirkung gebracht werden, und zwar auf eine Temperatur die der Übergangstemperatur des Gedächtnis-Metalls, aus welchem sie gemacht sind, gleich ist oder diese Temperatur überschreitet. Sobald dieser Vorgang beendigt wird, kann eine oder können mehrer Schichten aus einem elektrischen Isolierungsstoff auf die Verbindung angebracht werden, damit sie isoliert wird und damit die zweckmäßige Entladungsund Impulswirkung erzielt werden kann. Hinsichtlich derartiger

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zweckmäßiger Isolierteile sollen hier insbesondere die unter Wärmewirkung schrumpfbaren Polymerhülsen genannt werden, welche unter den Bezeichnungen CNTW und BBIT von der Firma Raychem Limited verkauft werden.

Fig. 3a zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Verbindung mit dem dort gezeigten Querschnitt. Bei dieser Verbindung ist jede Halbhülse 9 "bzw. 10 als ein Innenvorsprung 12 vorgesehen, der an jedem Ende der Hülse angeordnet ist, so daß die dabei erhaltene im allgemeinen röhrenförmige Anordnung im Effekt mit einem inneren kreisringförmigen Vorsprung an jedem Ende versehen ist. Wie manchmal der Fall ist, wird dabei so vorgegangen, daß dann, wenn die Sammelschienen, die miteinander zu verbinden sein werden, nicht absolut genau ausgerichtet sind (sondern beispielsweise um bis 3 mm ersetzt sind), so wird durch die Auflageoberflächen, die durch die Innenvorsprünge 12 erhalten sind, gewährleistet, daß nichtsdestoweniger eine gute elektrische Verbindung hergestellt wird, wobei die Vorsprünge 12 selbst nach dem Schrumpfen der Metallbänder 7 und 8 verformt und plattgedrückt werden.

Die Flg. ¹^a und Fig. 4b zeigen eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der vorliegenden Verbindung, bei welcher die Hülsenteile und die Metallbänder in Stellung gebracht sind, wobei jedoch die Sammelschienen einfachheitshalber weggelassen sind. Eine Knieanordnung ist aus zwei zweckmäßig geformten Halbhülsen 13 und I^ gebildet, wobei schrumpf bare Metallbänder 15 und 16 an jedem Ende' des Kniestückes vorgesehen sind, welches ausgebildet ist, um beispielsweise eine Verbindung zwischen den Sammelschienen zu bilden, die in rechten Winkeln zueinander angeordnet sind.

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Fig. 5 zeigt eine Verbindung, die im Prinzip ähnlich ist, wobei jedoch sie ausgebildet ist, um eine elektrische Dreiwegverbindung zu bilden. In diesem Falle ist die röhrenförmige Anordnung T-förmig und aus drei Hülsenteilen 17» 18 und 19 zusammengesetzt, wobei schrumpfbare Metallbänder 20,' 21 und 22 am Ende jedes Schenkels oder Armes der T-förmigen Anordnung vorgesehen sind.

•typische Bemessungen für die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Verbindung sind wie folgt: Die Länge der aus Kupfer bestehenden Halbhülsen ist 50 mm; die Stärke oder Dicke der aus ' Kupfer hergestellten Halbhülsen ist 3 mm;die Breite oder Weite der Metallbänder ist 12 mm; die Stärke oder Dicke ist 2 mm. Eine solche Verbindung wird typischerweise verwendet, um Sammelschienen miteinander zu verbinden, die einen Durchmesser von etwa 3/**· Zoll (Inch) haben, wobei ein Abstand D2 etwa 80 mm und der Abstand Dl etwa 10 bis 15 mm beträgt.

Fig. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der vorliegenden Verbindung, bei welcher die Hülsenteile und die Metallringe in Stellung gebracht sind, wobei jedoch die Sammelschienen einfachheitshalber weggelassen worden sind. Diese Verbindung ist der in Fig. 3 gezeigten ähnlich und weist zwei Halbhülsen 23 und Zk aus Messing oder Kupfer auf, welche zusammen eine im allgemeinen röhrenförmige Verbindungsanordnung bilden, sowie ferner zwei Gedächtnis-Metallringe 25 und 26,wobei ein Ring um jedes Ende der Verbindungsanordnung vorgesehen ist. Bei der gezeigten Vorrichtung haben die Hülsen 23 und 2k einen verhältnismäßig dicken Bereich zwischen ihren Enden, wobei im Bereich jedes Endes sie einen Abschnitt 27 bzw. 28 eines kleineren Außenprofils zur Aufnahme der ,Ringe25 und 26 aufweisen. Diese Vorrichtung hat auch einen abgerundeten, kreisringförmigen inneren"Vorsprung an jedem Ende, so daß eine gute Verbindung hergestellt werden kann,

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und zwar sogar dann, wenn die Sammelschienen nicht genau fluchten.

BQi der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung ist die Dicke des Mittelabschnittes der Hülsen typischerweise etwa 7,5 ff"¹"» die Höhe des Vorsprunges etwa 1 mm (von der Innenoberfläche der Hülse aus gemessen), wobei die Außenoberfläche des Mittelabschnittes der Hülse um etwa 3 mm oberhalb der Oberfläche der Abschnitte 27 und 28 herausragt. Diese Vorrichtung hat einen Innenkrümmungsradius (am Scheitel der Vorsprünge) von etwa 15 mm, wobei es zweckmäßig ist,' Sammel schienen mit einem Durchmesser von etwa 29 mm zu verbinden, indem Ringe mit einem Innendurchmesser von etwa kZ mm vorgesehen werden, wobei nach dem freien Schrumpfen sie auf etwa ΊΌ mm zusammenschrumpfen und die Dicke 2,5 bis 6 mm und die Weite oder Breite etwa 12 mm beträgt.

Während die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf das Bilden elektrischer Verbindungen bei elektrischen Schaltanlagen beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß der Erfindungsgegenstand auf manchen Anwendungsgebieten zur Verbindung anderer massiver oder hohler, relativ unbeweglicher Teile Verwendung finden kann, bei welchen durch die leichte Zusammensetzung und den leichten Zusammenbau der Verbindung an Ort und Stelle die kritischen Raumbedarfsprobleme überwunden werden, wobei verschiedene Abwandlungen und Abänderungen unter den Schutzumfang gemäß den vorliegenden Patentansprüchen fallen, wie es den Fachleuten ersichtlich sein dürfte.

Das folgende Beispiel dient zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung:

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Eine Anzahl von Verbindungsvorrichtungen, welche den in Fig. 6 gezeigten ähnlich sind, wobei massive Kupferhülsen vorgesehen sind, die auf eine Dicke von 0,0125 mm datiert sind, zwischen Sammelschienen von 1 1/4 Zoll als Verbin- ■: dungsteile vorgesehen sind, wobei ein Spalt von I^ mm zwischen den Enden dieser Schienen vorhanden ist und sie um 3 mm fehlausgerichtet sind. Diese Verbindungen wurden einem Belastungszyklustest unterworfen, bei welchem ein Strom von 1900 A durch die Sammelschienen im Laufe von 90 Minuten dazwischen gelassen wurde, damit die Temperatur der Verbindung von 40° C auf 105° C erhöht wurde, worauf sie für die Dauer von 60 Minuten abgeschaltet wurden, damit die Verbindung abkühlt, bevor der Arbeitsvorgang wiederholt wurde. Nach l403Zyklen wurde keine nachteilige Wirkung auf die Verbindung hergestellt. Der Spannungsabfall an der Verbindung variierte von 19,9 bis 13,25 mV bei 1800 A und hat sich seit dem Beginn des Lagezyklus' nicht nennenswert erhöht.

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Claims

Patentansprüche

Λ.) Mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen länglichen Bauteilen, die in Form eines einzelnen Einsatzstückes oder eines aus einer Vielzahl von Einsatzstücken zusammengesetzten Einsatzstückes besteht und innerhalb zumindest eines unter Wärmewirkung schrumpfbaren Befestigungsteils zum Verbinden der Enden besagter Bauteile angeordnet ist, wobei das Einsatzstück eine Vielzahl von im allgemeinen röhrenförmigen Abschnitten mit offenen Enden zur Aufnahme der Enden der länglichen Bauteile, die miteinander zu verbinden sind, aufweist,

dadurch gekennzeichnet , daß mindestens einer der Abschnitte mit offenen Enden einen sich axial erstreckenden Kontaktbereich aufweist, der eine glatte Innenoberfläche besitzt, wovon wenigstens ein wesentlicher Anteil in der Axialquerschnittsrichtung konvex ist, so daß das von besagtem Kontaktbereich umschlossene Volumen einen axial veränderlichen Querschnittsbereich hat, der sich von einem ersten Wert am offenen Ende aus allmählich in einen Minimalwert verkleinert und dann auf einen vom offenen Ende entfernten zweiten Wert anwächst, wobei der Kontaktbereich das

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offene Ende nur durch einen Endbereich, dessen Querschnittsbereich an allen Stellen zumindest so groß ist wie der besagte erste Wert, begrenzt oder nur durch den besagten Endbereich vom besagten offenen Ende getrennt ist·

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Außenoberfläche des Einsatzstückes oder der Einsatzstücke mit Mitteln zur Anbringung eines sich wiedererholenden Metallbefestigungsteils aufweist, SQ daß sich dieser Metallbefestigungsteil auf dem Kontaktbereich wiedererhol ti'■'.

3· Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einsatzstück zumindest dort einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweist, wo das Einsatzstück durch das Befestigungsteil verbunden werden soll.

^. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß jedes Einsatzstück einen kreisförmigen Innenquerschnitt hat.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Einsatzstück einen nichtkreisförmigen Innenquerschnitt hat.

6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß jeder Kontaktbereich eine Weite, vom Grund dieses Kontaktbereiches aus gemessen, im Bereich von 0,1 bis 0,25 mal die Größe des äquivalenten Durchmessers des umschlossenen Querschnitts beim Minimalwert des Querschnittsbereichs hat.

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7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß Jeder Kontaktbereich eine vom ein Volumen eines dem zweiten Wert gleichen Querschnittsbereiches umschließenden oder umgebenden Einsatzstück gemessene Höhe innerhalb des Größen- ■ bereiches von 1 bis 2,5 mm hat.

8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Kontaktbereich ein kreisförmiges Axialprofil hat.

9. Verbindung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet , daß das Axialprofil jedes Kontaktbereiches einen Teil eines Kreises mit

ο einem Radius innerhalb der Größenordnung von 0,55 + 0*1 x D

hat, worin D in Inch bzw. Zoll bzw. cm gemessen 1st.

10. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß zumindest ein unter Wärmewirkung zusammenschrumpfender Befestigungsteil um das Einsatzstück herum angeordnet ist.

11. Vorrichtung zur Herstellung der Verbindung nach den vorhergehenden Ansprüchen,

gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Hülsen (5» 6), die um das Ende jedes zu verbindenden Bauteiles (1, 2) herum angeordnet sein können, um eine sich zwischen den Bauteilen (l_f 2) und einer Vielzahl von In Form von Bändern oder Ringen (7» 8) aus einem sich wiedererholenden Metall gebildeten und unter Wärmewirkung schrumpfbaren Befestigungsteilen (7» β) erstreckende, im allgemeinen röhrenförmige Verbindungsanordnung zu bilden, wobei jeder Befestigungsteil (7» 8) um die Verbindungsanordnung herum an einem Ende oder neben einem Ende derselben angeordnet werden

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kann, so daß die Wiedererholung der Befestigungsteile (7, 8) bewirkt, daß die. Verbindungsanordnung die Bauteile (1, 2) festklemmt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß jede Hülse (9» 10) einen inneren kreisringförmigen Vorsprung (12) im Bereich Jedes Endes derselben hat.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,

dadurch gekennze lehne t ^ daß sie derart angeordnet ist, daß nach der Wiedererholung der Befestigungsteile (7, 8) jeder kreisringförmige Vorsprung (12) zumindest teilweise gegen den Bauteil, mit welchem er In Kontakt steht, plattgedrückt wird.

lh. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13» dadurch gekennzeichnet ,daß die Im allgemeinen röhrenförmige Verbindungsanordnung aus zwei Hülsenteilen (13, HO gebildet ist, wovon jede sich um im wesentlichen die Hälfte jedes Bauteiles herum querausdehnen kann.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14·, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Hülsenteil (13, 14) Mittel zur genauen Anbringung und Einstellung von zumindest einem Befestigungsteil aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15# gekennzeichnet durch einen elektrisch isolierenden Werkstoff, der über der Vorrichtung angeordnet sein kann, wenn diese auf den VorSprüngen angeordnet ist.

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17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Befestigungsteil aus einer ß-Messinglegierung hergestellt ist.

18. Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach den Ansprüchen 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet , daß ein Einsatzstück bzw. mehrere Einsatzstücke um die Bauteile herum angebracht wird bzw. werden, so daß jedes Einsatzstück mit einem Bauteil an jedem im allgemeinen röhrenförmigen Abschnitt mit offenem Ende in Berührung kommt, worauf ein oder mehrere unter der Wärmewirkung schrumpfbare Befestigungsteile um die Einsatzstücke herum angebracht und die Befestigungsteile erhitzt werden, so daß sie schrumpfen und somit bewirken, daß das Einsatzstück die Bauteile festklemmt.

19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Einsatzstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 10 um die Bauteile herum zum Bilden des Einsatzteils angebracht werden.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19»

dadurch gekennzeichnet , daß der oder jeder Kontaktbereich zumindest teilweise gegen das Bauteil aufgrund der Wiedererholung des oder jedes Befestigungstells plattgedrückt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20,

dadurch. gekennzeichnet , daß der oder Jeder Kontaktbereich zum Bilden eines flachen Abschnittes einer Länge von 1 bis 5 mm entlang der Achse plattgedrückt wird.

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22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß ein sich unter Wärmewirkung wiedererholender Band- oder Ringteil, der aus einem sich wiedererholenden Metall hergestellt ist, um die Verbindungsanordnung herum am oder neben dem Ende derselben angebracht und jeder Band- oder Ringteil zum Zwecke der Wiedererholung derselben erhitzt wird, damit sie die Bauteile festklemmen.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet , -.daß die länglichen Bauteile und der Unterlagen bzw. Substrate Sammelschienen in einer elektrischen Schaltanlage sind.

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