DE69106963T2

DE69106963T2 - Verfahren zum Anschweissen eines flexiblen Leiters an einen Kontaktfinger, und Kontaktfinger.

Info

Publication number: DE69106963T2
Application number: DE69106963T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Favre-Tissot; Georges Fevrier
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: ES2070469T3; FR2665026A1; FR2665026B1; EP0467798A1; KR100188813B1; EP0467798B1; KR920003360A; JP3020664B2; DE69106963D1; MX9100170A; JPH04248283A; CA2046781A1; US5163221A; CA2046781C

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweissverfahren zur Verbindung eines flexiblen Leiters, insbesondere eines Kupfer-Leiterbands, mit dem rückwärtigen Ende eines Kontaktfingers, der aus einem Werkstoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer, besteht und aus zwei mit ihren Seitenflächen aufeinandergelegten Grundlamellen zusammengesetzt ist, die identische Außenkonturen aufweisen und durch ein gemeinsames Kontaktplättchen an der Vorderseite miteinander verbunden sind.
In der Druckschrift EP-A-0 148 051 ist eine Vorrichtung mit elektrischem Mehrfachkontakt für Leistungsschalter hoher Nennströme beschrieben, bei der jeder Kontaktfinger zwei identische seitlich zusammengefügte Lamellen umfaßt. Das rückwärtige Ende jeder Lamelle weist einen Spalt zur Befestigung des Leiterbands auf. Diese Verbindung erfolgt in einem ersten Arbeitsschritt durch mechanisches Einsetzen des Leiterbandendes unter Wärmezufuhr in die beiden, die gesamte Breite der Lamellen durchragenden Spalte und in einem anschließenden zweiten Arbeitsschritt durch Löten unter Zufuhr von Lötzinn. Ein dritter Arbeitsschritt zur Oberflächenbearbeitung ist anschließend erforderlich, um unerwünschte Lötrückstände zu entfernen. Dieser letzte Arbeitsschritt wird mit Hilfe eines Reinigungspinsels von Hand durchgeführt und muß unmittelbar nach dem Löten erfolgen, wenn die beiden sich gegenüberliegenden Verbindungsflächen noch heiß sind. Das entgegengesetzte Ende des Leiterbands wird in Aufnahmen eines Anschlusses für die Stromzufuhr eingesetzt und nach örtlichem Umbiegen der die Aufnahmen begrenzenden Zähne durch Widerstandsschweissen befestigt.
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren zur Verbindung eines Leiterbands mit einem Kontaktfinger zu verbessern. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
- das Ende des Leiterbands verdichtet ist, um ein starres Anschlußende zu bilden, dessen Form derjenigen der in der ersten Lamelle ausgebildeten halboffenen Aussparung entspricht, wobei das Anschlußende eine geringfügig größere Dicke aufweist als die erste Lamelle;
- der Kontaktfinger mit der Außenseite der zweiten Lamelle flach auf die feststehende Elektrode einer Schweisspresse aufgelegt wird, wobei die Aussparung der ersten Lamelle zusammen mit der darunterliegenden ebenen Fläche der zweiten Lamelle einen Aufnahmesitz bildet;
- das Anschlußende anschließend durch Stromwärme erhitzt und nach dem in Höhe der Verbindungszone erfolgenden Festspannen der einander gegenüberliegenden Außenkanten der Kontaktfinger mit Hilfe der beweglichen Elektrode durch Warmpressen in den Aufnahmesitz eingepreßt wird, wobei die Wirkrichtung der mechanisch aufgebrachten Spannkraft rechtwinklig zur Einpreßrichtung bzw. zur Flußrichtung des Schweiss-Stroms verläuft, um eine örtliche Verformung der Lamellen zu verhindern.
Die Verbindung durch Widerstandsschweissen erfolgt in einem einzigen Arbeitsschritt ohne Lotzufuhr. Der zusätzliche Arbeitsschritt zur Oberflächenbehandlung entfällt, da die Verwendung von Elektroden mit ebenen Auflageflächen eine örtliche Verformung der Lamellen sowie jeglichen Materialüberstand in der Schweisszone verhindert.
Der aufgrund der größeren Dicke des verdichteten Leiterbandendes vorhandene Kupferüberschuß wird während des Warmpressens in der Verbindung automatisch ausgeglichen. Die Verminderung des Dickenüberstands erfolgt dabei entweder durch maximales Zusammenpressen der Leiterfasern des verdichteten Anschlußendes des Leiterbands oder durch Abführung des geschmolzenen Kupfers in eine in der zweiten Lamelle ausgebildete Auffangöffnung.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kontaktfingers für einen Leistungsschalter für hohe Nennströme, der aus mehreren Lamellen und einem Leiterband für die Anschlußverbindung besteht. Das Leiterband wird in einen Aufnahmesitz eingeschweisst, der durch eine halboffene Aussparung der ersten Lamelle und die dahinterliegende ebene Fläche der zweiten Lamelle begrenzt wird. Durch die in der zweiten Lamelle in Höhe der Aussparung der ersten Lamelle ausgebildete Auffangöffnung kann während des Warmeinpressens des verdichteten Anschlußendes des Leiterbands in den Aufnahmesitz der Kupferüberschuß aufgefangen werden. Daraus ergibt sich eine zusätzliche Verankerung, die die Festigkeit der Schweissverbindung erhöht.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines an ein Verbindungs- Leiterband angeschlossenen aus zwei Lamellen bestehenden Kontaktfingers;
- Fig. 2 eine Draufsicht des Kontaktfingers aus Fig. 1;
- Fig. 3 eine Detailansicht des rückwärtigen Endes des Kontaktfingers aus Fig. 1 vor dem Einschweissen des Leiterbands;
- Fig. 4 und 5 die erste bzw. zweite Lamelle des Kontaktfingers aus Fig. 1;
- Fig. 6 eine Seitenansicht von rechts der Lamellen aus Fig. 3;
- Fig. 7 bis 11 zu Fig. 1 bis 6 analoge Ansichten einer Ausführungsvariante;
- Fig. 12 eine schematische Darstellung der Schweisspresse vor dem Einschweissen des Leiterbands in den Kontaktfinger;
- Fig. 13 eine schematische Draufsicht der Schweisspresse aus Fig. 12 zu Beginn des Schweissvorgangs.
Die Figuren zeigen einen in einem Niederspannungs-Schaltgerät, insbesondere einem Leistungsschalter für hohe Nennströme eingesetzten beweglichen Kontaktfinger 10, der aus zwei seitlich aufeinandergelegten Grundlamellen 12, 14 mit identischen Außenkonturen zusammengesetzt ist. Beide Lamellen sind aus einem Kupferband mit einer Dicke von etwa 2 Millimeter ausgeschnitten. In jeder Lamelle 12, 14 ist eine kreisrunde Bohrung 16 ausgebildet, um die Montage des Kontaktfingers 10 auf einer quer verlaufenden Schwenkachse zu ermöglichen. Die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Grundlamelle 12, 14 erfolgt durch Befestigung eines Kontaktplättchens 18 an der Vorderseite sowie durch Anschluß des Anschlußendes 21 eines flexiblen Leiterbands 20 an das rückwärtige Ende des Kontaktfingers 10. Das entgegengesetzte Ende 22 des Leiterbands 20 dient dazu, mit einem Anschluß für die Stromzufuhr (nicht dargestellt) verbunden zu werden.
Die Befestigung des auf Silberbasis hergestellten Kontaktplättchens 18 an den Unterkanten der Lamellen 12, 14 erfolgt durch herkömmliches Widerstandslöten oder -schweissen entsprechend der Detailbeschreibung in der französischen Patentschrift 2.541.520.
Das flexible Leiterband 20 besteht aus Kupfer, und das Ende 21 wird durch Verdichtung oder Abscherung so geformt, daß ein starres rechteckiges und unverzinntes Anschlußstück entsteht. Diese Verdichtung des Leiterbands 20 wird in einer Spezialmaschine durchgeführt.
Das rückwärtige Ende der ersten Lamelle 12 weist eine halboffene Aussparung 24 auf, die mit der angrenzenden ebenen Fläche der zweiten Lamelle 14 zusammenwirkt, um einen Aufnahmesitz 25 für das Anschlußende 21 zu bilden.
Die Aussparung 24 und das Anschlußende 21 weisen aufeinander abgestimmte rechteckige Formen auf, und die Aufnahmetiefe des Sitzes 25 entspricht annähernd der Dicke der Lamelle 12 (siehe Fig. 6 und 11). Die Dicke h des verdichteten Anschlußendes 21 des Leiterbands 20 hingegen (siehe Fig. 12) ist geringfügig größer als die Tiefe des Aufnahmesitzes 25 bzw. die Dicke der Lamelle 12.
Die Figuren 1 bis 6 sowie 7 bis 11 zeigen zwei Ausgestaltungen des Kontaktfingers 10 für zwei verschiedene Leistungsschalter-Nenngrößen.
Bei der kleineren Nenngröße, auf die sich die Figuren 1 bis 6 beziehen, weist das Leitungsband 20 einen kleineren Querschnitt auf, und der gesamte, hinter der Bohrung 16 liegende rückwärtige Teil der zweiten Lamelle 14 ist massiv ausgeführt.
Bei der höheren Nenngröße entsprechend Fig. 7 bis 11 erfordert der doppelte Querschnitt des Leiterbands 20 eine größere Aussparung 24 in der ersten Lamelle 12. In diesem Fall ist eine längliche Auffangöffnung 26 (siehe Fig. 8 und 9) zwischen dem rückwärtigen Ende der zweiten Lamelle 14 und der Bohrung 16 ausgebildet, um die Verbindung zwischen dem Leitungsband 20 und dem Kontaktfinger 10 während des Einschweissens zu verbessern. Die Form dieser Auffangöffnung 26 kann unterschiedlich ausgeführt sein oder mehrere Löcher aufweisen. Bei zusammengefügter erster und zweiter Lamelle 12,14 (siehe Fig. 8) liegt die Auffangöffnung 26 der zweiten Lamelle 14 in der Nähe einer Ebene, die durch den Grund der Aussparung 25 der ersten Lamelle 12 verläuft. Die Länge der Auffangöffnung 26 entspricht annähernd der Breite der Aussparung 24.
Aus den Figuren 12 und 13, die insbesondere die Anfangsphase des Einschweissens des Leiterbands 20 in den Kontaktfinger 10 zeigen, ist ersichtlich, daß das verdichtete Anschlußende 21 des Leiterbands 20 zwischen die bewegliche Elektrode 30 einer Widerstandsschweisspresse 31 und die Aussparung 24 der ersten Lamelle 12 des Kontaktfingers 10 eingesetzt wird. Die zweite Lamelle 14 dieses Kontaktfingers wird flach auf die feststehende Elektrode 32 aufgelegt, derart daß die Längsachse der Bohrungen 16 senkrecht, in Verschiebungsrichtung der beweglichen Elektrode 30 verläuft. Die aufeinander abgestimmten Formen des Anschlußendes 21 und der Aussparung 24 erlauben ein Kalt- oder Warmeinpressen vor bzw. nach dem Schweissvorgang.
In dem in Fig. 12 gezeigten Beispiel erstreckt sich das Anschlußende 21 parallel zur Lamelle 12 und ragt nach oben aus der Aussparung 24 hervor. Die Absenkbewegung der beweglichen Elektrode 30 in Richtung des Pfeils F1 bewirkt zunächst eine allmähliche Zuführung der beiden Spannbacken 34, 36 der Schweisspresse an die Außenkanten des Kontaktfingers 10 und anschließend das Warmeinpressen des Anschlußendes 21 in den Aufnahmesitz 25 durch mechanischen Druck und durch vom Schweissstrom erzeugte Stromwärme. Das Festspannen des Kontaktfingers 10 durch Einwirkung der Spannbacken 34, 36 auf die sich gegenüberliegenden Außenkanten der Lamellen 12, 14 (Pfeil F2 in Fig. 13) erfolgt im rückwärtigen Bereich des Kontaktfingers 10, um eine örtliche Verformung der Lamellen 12, 14 während des Schweissvorgangs zu verhindern. Die Spannkraft F2 der Spannbacken 34, 36 wird in Querrichtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung der beweglichen Elektrode 30 aufgebracht. Die Befestigung des flexiblen Kupferleiterbands 20 auf dem Kupferkontaktfinger 10 durch Widerstandsschweissen erfolgt ohne Lotmetallzufuhr (Zinn) und ohne Glühen. Die flache Ausführung der beiden Elektroden 30, 32 begünstigt die Entstehung glatter Oberflächen in Höhe der Verbindungszone nach dem Schweissvorgang, so daß kein zusätzlicher Arbeitsschritt zur Oberflächenbearbeitung oder Reinigung des Kontaktfingers 10 erforderlich ist.
Der aufgrund der größeren Dicke des verdichteten Anschlußendes 21 des Leiterbands 20 vorhandene Kupferüberschuß wird während des Warmpreßvorgangs durch die Schweisspresse automatisch vermindert, und zwar
- entweder durch maximale Zusammenpressung der Leiterfasern im Anschlußende 21 des verdichteten Leiterbands (vgl. Fig. 1 bis 6),
- oder durch Abführung des geschmolzenen Kupfers in die Auffangöffnung 26, die in der angrenzenden zweiten Lamelle 14 ausgebildet ist, wodurch eine zusätzliche Verankerung erreicht wird, die die Zugfestigkeit der Schweissverbindung erhöht.
Die Spannbacken 34, 36 der Schweisspresse bestehen vorteilhafterweise aus Molybdän und sind so angeordnet, daß sie einen Teil des über die Elektroden 30, 32 fließenden Stroms ableiten.
Dieses Verfahren zum Aufschweissen eines Kupferleiterbands auf einen Kupferkontakt ohne Lotzufuhr wird vorteilhafterweise für Mehrfachkontakte von Polen mit einem Nennstrom von über 1000 A eingesetzt.

Claims

1. Schweissverfahren zur Verbindung eines flexiblen Leiters, insbesondere eines Kupfer-Leiterbands (20), mit dem rückwärtigen Ende eines Kontaktfingers (10), der aus einem Werkstoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer, besteht und aus zwei mit ihren Seitenflächen aufeinandergelegten Grundlamellen (12, 14) zusammengesetzt ist, die identische Außenkonturen aufweisen und durch ein gemeinsames Kontaktplättchen (18) an der Vorderseite miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Ende des Leiterbands (20) verdichtet ist, um ein starres Anschlußende (21) zu bilden, dessen Form derjenigen der in der ersten Lamelle (12) ausgebildeten halboffenen Aussparung entspricht, wobei das Anschlußende (21) eine geringfügig größere Dicke (h) aufweist als die erste Lamelle (12);

- der Kontaktfinger (10) mit der Außenseite der zweiten Lamelle (14) flach auf die feststehende Elektrode (32) einer Schweisspresse (31) aufgelegt wird, wobei die Aussparung (24) der ersten Lamelle (12) zusammen mit der darunterliegenden ebenen Fläche der zweiten Lamelle (14) einen Aufnahmesitz (25) bildet;

- das Anschlußende (21) anschließend durch Stromwärme erhitzt und nach dem in Höhe der Verbindungszone erfolgenden Festspannen der einander gegenüberliegenden Außenkanten der Kontaktfinger (10) mit Hilfe der beweglichen Elektrode (30) durch Warmpressen in den Aufnahmesitz eingepreßt wird, wobei die Wirkrichtung der mechanisch aufgebrachten Spannkraft rechtwinklig zur Einpreßrichtung bzw. zur Flußrichtung des Schweissstroms verläuft, um eine örtliche Verformung der Lamellen (12, 14) zu verhindern.

2. Verbindungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (30, 32) mit flachen Auflageflächen verwendet werden, um zusätzliche Seitenflächen in Höhe der Verbindungszone zu erhalten, wobei nach dem ohne Lotzufuhr durchgeführten Schweissvorgang keine Materialüberstände entstehen, und daß der aufgrund der größeren Dicke des verdichteten Anschlußendes (21) des Leiterbands (20) vorhandene Kupferüberschuß während des Warmpressens in der Verbindung automatisch ausgeglichen wird.

3. Verbindungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Kupferüberschusses durch maximales Zusammenpressen der Leiterfasern des verdichteten Anschlußendes (21) erfolgt.

4. Verbindungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung des Kupferüberschusses durch Abführung in eine in der zweiten Lamelle (14) ausgebildete Auffangöffnung (26) erfolgt, wodurch eine zusätzliche Verankerung erreicht wird, um die Zugfestigkeit der Schweissverbindung zu erhöhen.

5. Finger eines elektrischen Kontakts, insbesondere zum Einsatz in einem Leistungsschalter für hohe Nennströme, der zwei mit ihren Seitenflächen aufeinandergelegte Grundlamellen (12, 14) umfaßt, die identische Außenkonturen aufweisen, aus einem Werkstoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit bestehen sowie an der Vorderseite durch ein Kontaktplättchen (18) und an der Rückseite durch ein Verbindungs-Leiterband (20) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lamelle (12) eine halboffene Aussparung (24) aufweist, die mit der dahinterliegenden ebenen Fläche der zweiten Lamelle (14) zusammenwirkt, um einen Aufnahmesitz (25) für ein verdichtetes Anschlußende (21) des Leiterbands (20) zu bilden, wobei das genannte Anschlußende durch Warmpressen unter Druck in den Aufnahmesitz (25) eingeschweisst wird, ohne daß sich die Lamellen (12, 14) örtlich verformen.

6. Finger eines elektrischen Kontakts nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lamelle (14) eine senkrecht zur Aussparung (24) angeordnete Auffangöffnung (26) aufweist, um die Abführung des während des Schweissvorgangs geschmolzenen Kupfers zu ermöglichen, wobei die Auffangöffnung (26) eine kleinere Oberfläche aufweist als die Aussparung (24).

7. Finger eines elektrischen Kontakts nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangöffnung (26) in der Nähe des Grunds der Aussparung (24) angeordnet ist, um eine zusätzliche Verankerung der Schweissverbindung zu bilden.