DE6914959U - Elektrischer leiter - Google Patents

Description

PATENTINGENIEURE F.W. HEMMERICH · GERD MÖLLER. D. GROSSE

11. April 1969 &.rp. 70982

Hundt & Weber Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 593 Hüttental-Geisweid, Birlenbacher Str. 1

Elektrischer Leiter

Die Neuerung betrifft einen aus Kupfer bestehenden elektrischen Leiter im elektrischen Schalt-, Verteilungs- und/oder Übertragungsanlagen, der für den einseitigen Anschluß von Aluminium-Leitschienen vorgesehen ist·

Im allgemeinen wird als Material für elektrische Leiter in Schalt-, Verteilungs- und/oder Übertragungsanlagen insbesondere seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit wegen, aber auch wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit sowie seiner chemischen Resistenz bereits Kupfer verwendet«, Bei

ΙΌ ausgedehnten Anlagen für stärkere Ströme, die auch entsprechend stärkere Querschnitte erfodern, wird wegen des wesentlich geringeren Preises sowie des geringeren Gewichtes gleich stark beaufschlagbarer Querschnitte Aluminium als Material für Leitschienen vorgezogen. Da bestimmte Sch al tkreise bzw. Schaltelemente sich nur aus Kupfer bzw.

Bronze oder Messing herstellen lassen, besteht die Notwendigkeit, Übergänge von Aluminium-Leitschienen und Kupferleiter zu schaffen. Derartige Übergänge sind des großen Abstandes "Ton Kupfer und Aluminium in der Voltaschen Spannungsreihe wegen stets korrosionsgefährdet.

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Zur Lösung dieses Problemes ist eine Beihe von Maßnahmen versucht worden, die eine mehr oder weniger starke Einschränkung der Korrosion bewirkten, eine weitgehende oder gar vollkommene Unterbindung der Korrosion sowie die Schaffung von Übergänge^ geringen zusätzlichen Widerstandes jedoch sind bis heute nicht erreicht. So hat man versucht, befriedigende Verbindungen zu erhalten, indem auf Kupferschienen Aluminium aufgespritzt wurde; die Korrosionsbeständigkeit sowie der Übergangswiderstand derart hergestellter Verbindungen haben nicht befriedigt. Verbreitet sind aus Kupfer und Aluminium erstellte Bimetallbleche verwendet worden, die bei zu erstellenden Verbindungen derart zwischen die Leitschienen gelegt werden, daß ihre iCupferseite dem Kupferleiter, ihre Aluminiumseite der Aluminium-Leitschiene zugewandt ist. Der Stromübergang von einem der Leitermaterialien auf das andere wird zwar in die im Innern des Bimetalles angeordnete Verbindungsschicht verwiesen, der Stromübergang erfolgt nunmehr aber über drei Kontaktstellen, so daß der Übergangswiderstand sowie die Korrosionsgefährdung der gesamten Anordnung unliebsam erhöht werden, zumal das Bimetallblech seiner geringen Stärke wegen ohnehin der Korrosion stärker ausgesetzt ist, als starke Materialien. Stark belastet sind derart aufgebaute Verbindungsstellen durch die ungleiche Wärmedehnung der beiden Leitermaterialien, die bei extremen Temperaturdifferenzen zu mechanischen Beschädigungen der Verbindungsstelle führen können, durch erhöhte mechanische Beanspruchung aber auf jeden Fall der gefürchteten Korrosion Vurschub leisten.

Es sind Kupfer- und Aluminium-Leitschienen durch Schweißung verbunden worden. Die im Bereiche der Schweißstelle eingebrachten bzw. sich bildenden Kupfer-

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Aluminiumbronzen weisen einen niedrigen elektrischen Leitwert auf, so dai an der Verbindungsstelle bei ihrer elektrischen Belastung ein erheblicher elektrischer Spannungsabfall und damit verbunden starke elektrische Verluste sowie eine lokale, den Verlusten entsprechende Wärmeentwicklung resultieren.

Die Neuerung geht von der Aufgabe aus, einen Leiter zu schaffen, der einseitig aus Kupfer besteht und an seinem anderen Ende im wesentlichen Aluminium aufweist, und bei dem der Übergang vom Kupfer zum Aluminium mit geringem Übergangswiderstand erfolgt, der durch weitgehenie oder vollkommene Ausschaltung der Korrosionsgefahr sowie die Verbindungsstelle beaufschlagender mechanischer Kräfte sich über lange Zeiten praktisch nicht beeinträchtigen läßt. Erreicht wird dies gemäß der Neuerung, indem ein Endabschnitt des Kupferleiters mit einer Aluminiummuffe umgössen ist. Diese Muffe umgreift zweckmäßig den Endabschnitt des Kupferleiters vollkommen, so daß sie auch die den Endabschnitt des Kupferleiters begrenzende Stirnfläche überdeckt. Die Verbindung wird dadurch besonders korrosionsfest, daß an der Grenze zwischen Kupfer und Aluminium eine dünne Legierungsschicht bewirkt ist; erzielt werden kann eine solcne Legierungsschicht durch vollständige Säuberung der Oberfläche des Endabschnittes des Kupferleiters insbesondere von Zunder und Korrosionsrückständen und Vergießen des Aluminiums mit einer ausreichenden Temperatur. Eine weitere Verbesserung der Eigenschaften der Verbindungsstelle läßt sich erzielen, indem mindestens der von der Aluminiummuffe umgrenzte Endabschnitt des Kupferleiters, zweckmäßig aber zusätzlich ein sich vor die Muffe erstreckender weiterer Bereich mit einem für sich oder in Legierung edlem Metall überzogen wird. So hat es sich bspw. bewährt,

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den Endbereich des Kupferleiters zu verzinnen, und als vorteilhaft wurde erkannt, diesen Endbereich zu versilbern. Das Verzinnen kann im Zinnbad, als Feuerverzinnung oder aber auch auf galvanischem Wege bewirkt werden, während zum Versilbern sich im wesentlichen galvanische Prozesse anbieten.

Die Festigkeit der erwirkten Verbindung wird dadurch erheblich gefördert, daß der von der Aluminiummuffe überzogene findabschnitt des Kupferleiters mit vom Aluminium durchgriffenen Querbohrungen ausgestattet ist, die zweckmäßig sich zu ihren freien Enden hin trichterförmig erweitern.

Pie Aluminiummuffe kann sich an ihrem dem Kupferleiter abgewandtem finde als Leitschiene fortsetzen. Als zweckmäßig wurde erkannt, das freie Ende dieser Leitschiene vorzugsweise beidseitig abgeschrägt auszubilden, so daß eine Schweißstelle zur Verbindung mit weiteren Leitschienen vorbereitet ist. Andererseits können die Aluminiummuffe und/oder das Ende einer Aluminium-Leitschiene mit Querlöchern zur Aufnahme von Preßschrauben ausgestattet sein, die zur Verbindung mit weiteren Leitern dienen können. Als nachahmenswert wurde erkannt, solche Querlöcher im die Querbohrungen des Kupferleiters erfüllenden Aluminium verlaufen zu lassen.

Im einzelnen sind die Merkmale der Neuerung an Hand der folgenden Beschreibungen von Ausfiihrungs bei spielen in Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert, Es zeigen hierbei:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Kupferleiters mit angesetztem Aluminium-Leitschienenstück,

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Fig. 2 die Aufsicht auf die Leiteranordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 die Ansicht auf einen Abschnitt eines Kupferleiters mit Aluminiummuffe und einer anschliejßenden, für Schraubverbindungen vorgesehenen

Aluminium-Leitschiene und

Fig. 4 die Aufsicht auf die Leiteranordnung nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Kupferleiter 1 dargestellt, der ein Teil eines Leitungsnetzes, aber auch der eines elektrischen Apparates, bspw. eines Schalt apparates, sein kann. Der Bndabschnitt 2 des Kupferleiters ist mit Querbohrungen 3 ausgestattet, die sich beidseitig in Bereichen 4 trichterförmig erweitern. Der Endabschnitt 2 ist nach sorgfältiger Beinigung mit Aluminium umgössen, das eine Aluminiummuffe 5 bildet und den Endabschnitt seitlich ebenso fest umschließt, wie sie sich auf die Stirnfläche 6 des Kupferleiters 1 legt und sich in den Querbohrungen 3 des Kupferleiters verankert. Durch das Umgießen des sorgfältig gereinigten Kupferleiters wird ein außerordentlich fester Anschluß an den Kupferleiter und nach hiesiger Ansicht ein oberflächliches Anlegieren desselben erreicht, das für einen dauernden, niedrigen Übergangswiderstand Sorge trägt. Das feste Umschließen sorgt dafür, daß eine Korrosion der aneinandergrenzenden Flächen unmöglich wird. Die feste mechanische Verankerung bürgt weiterhin dafür, daß auch beim Auftreten extremer TemperaturSchwankungen die erwirkte Verbindung sich nicnt löst. Für den geringen Übergangswiderstand spricht auch der Umstand, daß der Stromübertritt über die Stirnfläche 6 sowie die beiden Flanken, die

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obere und die untere Fläche des Endabechnittes 2 großflächig erfolgt und die beim Umgießen erzielte Legieiungsschient nur eine äußerst geringe Stärke aufweist, so daß sie, insbesondere bei der geringen, in ihr vor- b herrschenden Stromdichte, keine wesentlichen Verluste bedingt.

Im Ausführungsbeispiel schließt sich an die Aluminiummuffe 5 ein kurzes Stück einer Aluminium-Leitschiene 7 an, deren freies Ende 8 beidseitig abgeschrägt ist, wie insbesondere Fig. 2 zeigt· Hierdurch ist eine Schweißstelle bereits vorbereitet, und es ist ein leichtes, an die Aluminium-Leitschiene 7 weitere Aluminium-Leitschienen anzuschweißen. Im Bedarfsfalle läßt sich die Begrenzungskante zwiscaen freien Aluminium- und Kupferteilen am ■* Eintritt des Kupferleiters 1 in die Aluminiummuffe 5 durch Lacke oder ähnliches weiter zu se^{1 J;}tzen, so daß eine mechanisdh und chemisch beständige, mechanisch und elektrisch hochbeanspruchbare Verbindung zweier unterschiedlicher Metalle geschaffen ist· Der Mipferleiter 1 kann mit weiteren Kupferleitschienen, bsjjw. durch Schraubverbindung verbunden werden, während di_ Aluwinium-Leitschiene 7 zweckmäßig durch Schweißung mit weiteren Leitschienen verbunden wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verbindung eines Kupferleiters mit einer Aluminium-Leitschiene ist in

der Seitenansicht in Fig. 3 und in der Aufsicht in Fig. 4 gezeigt. Das mit Querbohrui.gei: 9 ausgestattete freie Ende des Kupferleiters 10 ist galvanisch mit einer Silber-11 überzüge^ urd kit Aluminium umgössen, das

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eine die oilberscuicnt nicht völlig abdeckende Aluminiumniuffe \'ά bildete Die Aluwiniumiiiuff e 12 setzt sich in einer kurzen Aluminium-Leitschiene 13 fort, die ihrerseits iiiit Querlöchern 14 ausgestattet ist, um vermittelst VOL Klemmscnrauben die Verbindung zu weiteren Aluminium-Leitschienen herstellen zu können. Da. der erfor- I derliche Querschnitt der Aluminium-x.eitschiene 13 eine | geringere Stärke aufweist als die Aluminiummuffe 12, verjüngt sich die Muffe im tbergangsbereich zur Aluminium-Leitschiene. Auch hier ist das Um-^i ei^en so vorgenommen, daß sich mindestens eine innige mechanische Verbindung ergibt, wenn nicht ein oberflächiienes Anlegieren des Silbers. Auch hier ist der Endbereicn des Kupferleiters mit Querbohrungen ausgestattet, deren wandungen beim ^J Galvanisieren ebenfalls mitversilbert wurden und vom Aluminium durchgriffen sind, so daß einerseits eine mechanische Verankerung einen besseren mechanischen Halt der erzielten Verbindung ergibt und andererseits die Flächenerstreckung der Verbindung ver_c:röijert wurde,

Die Erfindung erlaubt die Erstellung überaus sicher Kontakt _toe bender Verbindungsstücke zwischen Kupfer- unä Aluminiumteilen von Leitungsnetzen. Gegenüber der üblichen, einfachen Klemmverbindung mit zwischengelegtem ^metallblech, ergibt sich eine wesentlich vergrößerte I Oberfläche, da die wandungen der zum Verankern vorgesehenen Bohrungen zur den Stromübergang bewirkenden Fläche ebenso beitragen wie beide Seitenflächen, die Stirnfläche sowie die obere und untere Fläche dts ^ndberoiches, während bei einfachen, überlappten btoßverbindungen nur jeweils eine Seite..fläche in Erscheinung tritt, die um d±e Flächenbeträge der Durchschnittsöffnungen für Preßschraube!, verkleinert wird. Hier ist es möglich,

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eine evtl. erforderliche, überlappte Preßverbindung in eine besondere Aluminium-Leitschiene 13 zu verlegen. Abweichend von den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen besteht weiterhin die Möglichkeit, solche Schraubverbindungen ohne besondere Aluminium-Leitschienen im Bereiche der Aluminiummuffe 12 selbst vorzunehmen. Die für die Preßschrauben vorzusehenden Durchgangslöcher können hierbei beliebig gebohrt werden; bewährt hat es sich aber, zumindest einige der Querbohrungen des Kupferleiters ausreichend stark zu machen und die Durchgangslöcher in das die Querbohrungen durchziehende Aluminium einzubringen, so daß keine weiteren Stirnflächen der Berührungszonen zwischen Kupfer und Aluminium freigelegt werden. Die eigentliche Verbindung zwischen dem Aluminium und Kupfer ist mechanisch derart gut geschützt, daß Korrosionsvorgänge keine Ansatzpunkte finden und die guten Verbindungseigenschaften über lange Zeiten aufrechterhalten werden.

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   11. April 1969 g.we 70

   Hundt & neber Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Hütteiital-Geisweid, Birlenbacher Str. 1

   Schutzanspräche

   1. Aus Kupfer bestehender, für den einseitigen Anschluß γοη Aluminium-Leitschienen vorgesehener elektrischer Leiter in elektrischen Schalt-, Verteilungs- und/oder Übertragungsaniagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sndabschnitt (2) des Kupferleiters (1, 10) mit einer Aluminiummuffe (5? 12) umgössen ist.

   2* Leiter nach Anspruch 1_f I

   dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiummuffe (5_f 12) auch die dem Endabschnitt (2) des Kupferleiters (1, 10) begrenzende Stirnfläche (6) desselben überdeckt./

   3. Leiter nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grenze zwischen dem Kupferleiter (1, 10) und der Aluminiummuffe (5, 12) eine dünne Legierungsschicht bewirkt ist. /

   4. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Endbereich des Kupferleiters verzinnt ist.

   PATENTINGENIEURE F. vV. HEMMER H. GERD MDlLER- D. GROSSE

   5. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 3,
   dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Endbereich des Kupferleiters (10) versilbert (Silberschicht 11) ist. .

   6. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 5,
   dadurch gekennzeichnet, daß der von der Aluminiummuffe (5, 12) umfaßte Sndabschnitt (2) des Kupferleiters (1, 10) mit vom Aluminium der Aluminiummuffe durchgriffenen Querbohrungen (3, 9) ausgestattet ist. •

   7. Leiter nach Anspruch 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrungen (3, 9) sich an ihren freien Enden trichterföripig (Bereich 4) erweitern.

   8. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 7,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiummuffe (5, 12) an ihrem dem Kupferleiter (1, 10) abgewandten Ende sich als Leitschiene (7, 13) fortsetzt.

   9. Leiter nach Anspruch 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (8) der Aluminium-Leitschiene (7) vorzugsweise beidseitig abgeschrägt ausgebildet ist.

   10. Leiter nach Ansprüchen 1 bis 8,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiummuffe (5, 12) und/oder das Ende einer Aluminium-Leitschiene (13) mit Querlöchern (14) zur Aufnahme von Preßschrauben ausgestattet ist. /

   PATENTINGENIEURE F.W. HEMMERICH ■ GERD MDLLER-D. GROSSE

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   11. Leiter nach Anspruch 10,

   dadurch gekennzeichnet, daß Querlöcher im die Querbohrungen des Kupferleiters erfüllenden Aluminium der Aluminiummuffe verlaufen.