DE736835C

DE736835C - Screw connections of current conductors with low fatigue strength

Info

Publication number: DE736835C
Application number: DES140772D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Diet Mueller-Hillebrand; Dipl-Ing Hermann Plattner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-04-19
Filing date: 1940-04-19
Publication date: 1943-06-29

Description

Schraubverbindungen von Stromleitern geringer Dauerstandfestigkeit Bei elektrischen Leitungen aus Werkstoffen, die unter Last sich allmählich plastisch verändern, z. B. Aluminium, Zink, Blei usw., bemüht man sich, die Kontaktverbindungen gut federnd auszubilden, so daß Nachfließen des Werkstoffes und Dehnungen der Schrauben infolge von Temperaturveränderungen keinen Einfluß auf die elektrische Verbindung haben. Die Durchbildung einer Federung, die den vollen Kontaktdruck von mehreren ro bis zu einigen zoookg aufnimmt, macht jedoch zu-«-eilen besondere Schwierigkeiten. Man hatte daher zum Teil auf zusätzliche Federungen verzichtet und möglichst große Kontaktflächen geschaffen, um die spezifische Beanspruchung sicher unter die Dauerstandfestigkeit der Werkstoffe zu legen. Solche Verbindungen haben sich bei Verwendung von Blei als Konusverbinder bewährt. Ist jedoch die Dehnung und Schrumpfung durch Temperaturveränderungen sehr groß, so läßt sich auch auf diese Weise keine einwandfreie Verbindung erzielen. Der Stromübergangswiderstand wird größer. Das ist darauf zurückzuführen, daß bei Verwendung von Schrauben aus den üblichen Werktsoffen, die einen verhältnismäßig niedrigen Temperaturausdehnungskoeffizenten besitzen, der Kontaktdruck mit zunehmender Temperatur stark anwächst, so <laß der Leiter verformt wird, worauf beim Wiedererkalten der Kontaktdruck kleiner wird.Screw connections of electrical conductors with low fatigue strength In the case of electrical cables made of materials that gradually become plastic under load change, e.g. B. aluminum, zinc, lead, etc., an effort is made to establish the contact connections to train well resilient, so that flow of the material and expansions of the screws no influence on the electrical connection due to temperature changes to have. The formation of a suspension that takes the full contact pressure of several ro takes up to a few zooookg, but makes - «- rush special difficulties. For this reason, additional suspensions were partly dispensed with and as large as possible Contact surfaces created to ensure the specific stress below the creep strength to lay the materials. Such compounds have proven themselves when using lead proven as a cone connector. However, there is elongation and shrinkage due to temperature changes very large, a perfect connection cannot be achieved in this way either. The current transfer resistance increases. This is due to the fact that at Use of screws from the usual materials, which are proportionate have low coefficients of thermal expansion, the contact pressure with increasing The temperature rises sharply, so the conductor is deformed, which occurs when it cools down again the contact pressure becomes smaller.

Auf dieser Erkenntnis beruht die Erfindung. ach ihrem Vorschlag läßt sich der unerwünschte Temperatureinfluß auf den Kontaktdruck durch bewußtes Ausnutzen der verschiedenen Temperaturausdehnungsverhältnisse verschiedenartiger Werkstoffe, und zwar insbesondere durch geeignete Wahl der Werkstoffe für die Verbindungselemente, sowie deren Beniessung und /oder Verwendung zusätzlicher Ausgleichsglieder voll entsprechender _Ausbildung kompensieren.The invention is based on this knowledge. oh her suggestion the undesirable temperature influence on the contact pressure through conscious exploitation the different temperature expansion ratios of different materials, in particular through a suitable choice of materials for the connecting elements, as well as their wetting and / or use of additional compensating links fully compensate for _training.

Im folgenden sind die Erfindungsmerkmale, ausgehend von der in der Abbildung als Auäführungsbeispiel dargestellten Anordnung, im einzelnen erläutert.The following are the features of the invention, based on the Figure as an embodiment shown arrangement, explained in detail.

Es seien io und i i zwei Schienen der Gesamtdicke il. Der Werkstoff habe den Teinperaturausdehnungskoeffizienten x1. Die beiden Schienen «erden durch einen Schraubenbolzen 12. dessen für die Federung wirksame Länge i. betrage, zusammengehalten. Der Temperaturausdehnungskoeffizient betrage a.. Der Druck «-erde über zwei Ausgleichsglieder i j und i_1 der Länge i" und i4 mit dem Ausdelliiungslzoeffi7ienten u,, übertragen.Let io and i i be two rails of total thickness il. The material have the temperature expansion coefficient x1. The two rails «ground through a screw bolt 12 whose effective length for the suspension i. amount, held together. The temperature expansion coefficient is a .. The pressure «-earth via two compensating elements i j and i_1 of length i "and i4 with the Ausdelliiungslzoeffi7ienten u ,, transmitted.

Bei diesem einfachen Fall einer Schraubverbindung gilt für Temperaturkompensation die Beziehung: 11 * yl - 1. * Q. - (IS -+- 14) US-Die T eniperaturausdelinung der Stromleiter ist also gleich der Differenz der Temperaturausdehnungen der Druckglieder (Schraube und Druckplatten). Hieraus kann die erforderliche Dicke der Kompensationsplatten i, und 14 für Werkstoffe mit verschiedenen Werten as berechnet werden.In this simple case of a screw connection, the following relationship applies to temperature compensation: 11 * yl - 1. * Q. - (IS - + - 14 ) US-The temperature extension of the conductors is therefore equal to the difference in temperature expansion of the pressure members (screw and pressure plate) . The required thickness of the compensation plates i, and 14 for materials with different values as can be calculated from this.

Der Temperaturkoeffizient a,, der Druckplatten des Ausführungsbeispiels soll kleiner sein als der Temperaturkoeffizient 2i der Leitt-r io und i i -und der Temperaturkoeffizient y. der Schraube 12, wenn, wie das meist der Fall ist, der Temperaturkoeffizient der Schraube kleiner als der des Leiters ist. Werden beispielsweise Zinkschienen mit verhältnismäßig hohem Temperaturkoeffizenten angewendet. der größer als der der üblichen Schrauben-'. Eisen, Messing und Duraluwerhstofte, z. I# miniuni, ist, so können die Kompensationsplatten zwchmäßig aus Eisen hergestellt werden. Sie lJnnen gleich so ausgebildet sein, dah sie @tls Druckplatten den Schraubendruck über eine genügend große Fläche verteilen, damit @lie Fliclieripre-z;sutig der Zinkschienen entsprechend ihrer Datierstandfestigkeit abgepaßt ist. `Die Druckplatten können auch so durchgebildet sein, daß ein und dieselbe Platte für mehrere Schrauben verwendet wird. Falls mit Rücksicht auf Wirbelstromverluste größere Eisendruckplatten nicht verwendet werden ,sollen, so ist auch die Zwischenschaltung weiterer Druckglieder, z. B. von Platten aus Messing oder einer Aluminiumlegierung, möglich. Es soll dann jedoch tunlichst, soweit praktisch erforderlich, entsprechend der Erl=indung die Temperaturausdehnung dieser iilieder ebenfalls ausgeglichen werden. Es ist nicht notwendig, (lall die Isompensationsglieder aus leitendem Werkstoff bestellen. Vorteilhaft kann vor allein auch Keramik verwendet 1i-erden, deren Teniperaturausdelintingsl;oeffizient sehr niedrig ist.The temperature coefficient α i of the printing plates of the embodiment should be smaller than the temperature coefficient 2i of the Leitt-r io and i i -and the Temperature coefficient y. of the screw 12, if, as is usually the case, the The temperature coefficient of the screw is smaller than that of the conductor. For example Zinc rails with a relatively high temperature coefficient are used. the bigger one than that of the usual screw '. Iron, brass and Duraluwerhstofte, z. I # miniuni, is, the compensation plates can be made of iron. They can be designed in such a way that they are pressure plates for the screw pressure Spread over a sufficiently large area so that @lie Fliclieripre-z; sweetly the zinc rails is adjusted according to their dating stability. `The printing plates can also be designed so that one and the same plate is used for several screws will. If, in view of eddy current losses, larger iron pressure plates are not are to be used, the interposition of further pressure elements is also z. B. of plates made of brass or an aluminum alloy, possible. It should then however, if possible, as far as practically necessary, in accordance with the explanation Temperature expansion of these members can also be compensated for. It is not necessary, (lall order the iso-compensation elements made of conductive material. Advantageous Ceramics can also be used on their own, whose teniperature delineations are efficient is very low.

Es kann möglich sein, daß die Kontaktverbindungen einem Temperaturintervall ausgesetzt sind, in dessen oberem Bereich schon 1),#i verhä ltnismäßig niedrigen Druckbeanspruchtut-` gen plastische Veränderungen der Kontaktflächen stattfinden. 1. B. bei Verwendung voll Aluminium oder Zink als Stromleiter ist bei höheren Temperaturen, z. B. 9o- C, die Beanspruchung, bei der bleibende plastische Veränderungen eintreten, erheblich niedriger a15 bei Raumtemperaturen. Der Werkstoff neig-t daher bei höheren Temperaturen auch dann, wenn der Druck normal ist, zum Wegfließen. Die Erhöhung des Cbergangswiderstandes durch Hineinwachsen von Fremdschichten i!i die Kontal;tfläclie ist dadurch besonders erleichtert. Erfindungsgeiniiß wird dieser Nachteil durch I`berkoilipensation beseitigt: Die Dicke der Kompensationsplatte wird stärker gewählt, als sich aus der oben angegebenen horniel ergibt. Bei höheren Temperaturen dehnt sich dann der Schraubenbolzen stärker als die Stromleiter und Kompensationsplatten. Die Dicke der Kompensationsplatten wird also so gewählt, daß entsprechend der Minderung ,ler Dauerstandfestigkeit mit höherer Temperatur der Schraubendruck nachläßt. 1 innnt die Dauerstandfestigkeit der Stromleiter hei der liöcliste-n Verwendungsteniperatnr tun die Hälfte gegeniiber dem Wert der niedrigsten Verwendungstemperatur ah. so kann die Dicke der Kompensationsplatten so gewählt werden, daß die Schraubenkraft hei de-r höelisten Temperatur ebenfalls bis zur Hälfte abnimmt. Diese Forderung kann besonders leicht erfüllt werden, wenn als Werkstoff der Schrauben ein solcher gewählt wird, dessen Temperaturkoeffizient ähnlich dein der Stromleiter ist. z. B. bei Stromleitern aus Zink oder bei Stromleitern aus Aluminium Schrauben aus Duraluininitnn. Als Werkstoff für die Druckplatte ist dann ein solcher mit kleinem Temperaturkoeffizienten, z. E. Eisen, irgendeine bekannte Legierung mit besonders kleinem Temperaturkoeffizienten oder Keramik, zu wählen. E:: kann auch die Bemessung so vorgenommen sein. daß besondere Kompensationsglieder nicht erforderlich sind, indem die ohnehin in der Regel notwendigen Unterlegscheiben und Federringe in ihrem Werkstoff und in ihrer Dicke so bemessen «-erden, daß die beschrieheile kompensierende Wirkung auftritt.It may be possible that the contact connections have a temperature interval are exposed, in the upper area of which 1), # i are relatively low Pressure stressed plastic changes of the contact surfaces take place. 1. B. when using full aluminum or zinc as a conductor, at higher temperatures, z. B. 9o-C, the stress at which permanent plastic changes occur, considerably lower a15 at room temperatures. The material therefore tends towards higher Temperatures to flow away even when the pressure is normal. The increase of the transition resistance through the growth of foreign layers i! i the contact surface is particularly facilitated by this. This disadvantage is met by the invention Overcoilipensation eliminated: The thickness of the compensation plate is chosen to be stronger, than results from the above given horniel. Stretches at higher temperatures Then the screw bolts are stronger than the conductors and compensation plates. The thickness of the compensation plates is chosen so that according to the reduction , ler creep strength decreases with higher temperature the screw pressure. 1 innnt the long-term stability of the current conductors under the liöcliste-n application rule number do half of the value of the lowest use temperature ah. so the thickness of the compensation plates can be chosen so that the screw force as the highest temperature also decreases by half. This requirement can be met particularly easily if the material of the screws is such is chosen whose temperature coefficient is similar to that of the conductor. z. B. for electrical conductors made of zinc or electrical conductors made of aluminum screws made of Duraluininitnn. The material for the printing plate is then one with a low temperature coefficient, z. E. Iron, any known alloy with a particularly small temperature coefficient or ceramics, to choose. E :: the dimensioning can also be carried out in this way. that special Compensation elements are not required by the anyway usually necessary The material and thickness of washers and spring washers are dimensioned accordingly - earth that the described compensatory effect occurs.

Die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden durch die hier behandelten Beispiele keineswegs erschöpft. Die. Vorschläge der Erfindung können auch unabhängig von diesen einzeln, geineinsam oder in beliebigen Kombinationen mit Vorteil verwendet werden.The implementation and application of the invention are by no means exhausted by the examples dealt with here. The. Suggestions of the invention can also be used independently of these individually, together or in any combination can be used to advantage.

Claims

PATENT CLAIMS i. Screw connections of current conductors lower Endurance strength, characterized in that the temperature expansion of the current conductors and the compression members by selecting the materials and dimensioning the individual parts is balanced that with increasing temperature, the temperature expansion of the pressure members (Screws, pressure plates) is equal to or larger than that of the conductor.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that special compensation members as additional pressure members are provided and arranged so that through them together with the other pressure members the different temperature expansion of electrical conductors and pressure members is compensated or overcompensated.

3. Arrangement according to claim i and 2, characterized in that screws made of duralumin and compensation members made of iron are provided. q .. Arrangement according to claim i to 3, characterized in that that compensation plates made of ceramic material are provided.