-
Lötverbindung elektrischer Kupferleiter miteinander bei Verwendung
eines im Lichtbogen abgeschmolzenen Phosphorkupferstabes als Lötmittel Bei elektrischen
Geräten tritt vielfach die Aufgabe auf, elektrische Leitungsteile metallisch und
elektrisch gut miteinander zu verbinden. Das ist insbesondere vielfach erforderlich
hei solchen Geräten, die mit beweglichen Kontakten arbeiten, also vorzugsweise bei
elektrischen Schaltern. Wenn es sich um die Stromführung von einem feststehenden
Kontakt zu einem beweglichen Kontakt handelt, verwendet man als Leitung vielfach
gebündelte Kupferlitzen. Die Verbindung solcher Kupferlitzen mit den Anschlußstücken
bringt die Gefahr mit sich; daß durch Erwärmung des Litzenbündels Oxydation der
einzelnen Kupferleitungen eintritt, so daß bei der im Betrieb erfolgenden Bewegung
der Kupferleitung Bruchgefahr besteht.
-
Die Erfindung betrifft eine Lötverbindung elektrischer Kupferleiter
miteinander, bei dem es in einwandfreier Weise gelingt, eine gute metallische und
elektrische Verbindung der Leitungsteile herzustellen, wobei auch in unmittelbarer
Nähe der Verbindungsstelle die geforderten Werkstoffeigenschaften der zu verbindenden
Teile, z. B. bei hartblankem Kupfer, voll erhalten bleiben.
-
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, das Verbinden elektrischer
Leiter miteinander mit Hilfe eines im Lichtbogen abgeschmolzenen
Kupferstabes
vorzunehmen, dem zur Verhinderung der Oxydbildung Phosphor zugesetzt wurde. Im Gegensatz
zum Lichtbogenschweißen von Stahlteilen, wo wegen der hohen Schmelztemperatur der
Lichtbogen nur dort Schmelzfluß erzeugt wird, wo er unmittelbar auftritt, und daher
im Bereich des Lichtbogens eine nur mehr teigige Schweißraupe auf eng begrenztem
Raum erzeugt wird, würde bei einem solchen Verfahren wegen der geringeren Schmelztemperatur
der beteiligten Werkstoffe ein regelrechtes Schmelzbad auch im erweiterten Bereich
des Lichtbogens entstehen, wobei der Phosphor im Kupferschmelzstab durch sein Reduziervermögen
Oxydbildungen verhindert und eine einwandfreie Legierung der beteiligten Werkstoffe
zustande kommt. Durch das entstehende Schmelzbad bleiben alle . Bedingungen, Voraussetzungen
und Wirkungen einer normalen Hartlötverbindung erhalten. Der Lichtbogen ist hierbei
die äußerst kurzfristig wirkende Wärmequelle und dosiert durch das Abschmelzen des
Schmelzstabes gleichzeitig die Lotmenge. Bisher ist es aber noch nicht gelungen,
ein solches Verfahren mit Erfolg durchzuführen.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dies darauf zurückzuführen
ist, daß für den Ansatz des Lichtbogens an den zu verbindenden Teilen diese besonders
ausgestaltet sein müssen. Die Erfindung besteht daher darin, daß bei einer Lötverbindung
elektrischer Kupferleiter miteinander bei Verwendung eines im Lichtbogen abgeschmolzenen
Phosphorkupferstabes als Lötmittel in einem regulären Schmelzfuß zumindest einer
der zu verbindenden Kupferleiter an seinen im Bereich des. Lichtbogens liegenden
Flächen Erhöhungen und Vertiefungen. als Angriffspunkte für den Lichtbogen aufweist.
-
Bei dieser Verbindung handelt es sich im Gegensatz zu den bekannten
Verbindungen nicht um eine Schweißverbindung, bei der die zu verbindenden Kupferleiter
zum Schmelzen gebracht werden, sondern um eine ausgesprochene Lötverbindung, bei
der die Leiter ohne eigenes Schmelzen bei entsprechend niedriger Arbeitstemperatur
durch ein an sich bekanntes Lötmittel, das im elektrischen Lichtbogen schmilzt,
miteinander verbunden werden.
-
Falls -es sich dabei um die Verbindung von Litzenleitern u. dgl. handelt,
so kann für die Zwecke der Erfindung unmittelbar die Querschnittsfläche des Litzenbündels
Verwendung finden. Bei Anwendung des Verfahrens auf die Verbindung von massiven
Leitern untereinander muß durch entsprechende Formgebung der dem Lichtbogen zugewandten
Fläche dafür gesorgt werden, daß diese Erhöhungen erhält, an denen der Lichtbogen
angreifen kann.
-
Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung wird dafür gesorgt, daß der
Lichtbogen eine eindeutig definierte Angriffsfläche erhält. Die kurzzeitige, fast
stoßartige Erwärmung der Lötstelle ergibt auf diese Weise ein eng begrenztes Feld
der Erwärmung, so daß die auch in unmittelbarer Nähe der Lötstelle geforderten Werkstoffeigenschaften
der zu verbindenden Teile erhalten bleiben. Für die Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung kann ein aus Kupfer und Phosphor gegossener Stab von etwa 3 bis
6 mm Durchmesser, der beispielsweise ä bis 12 % Phosphor enthält, verwendet
werden.
-
Man kann das Verfahren nach der Erfindung für verschiedene Anwendungsgebiete
in Betracht ziehen. Wenn man die Erfindung anwenden will zur Verbindung von flexiblen
Leitern untereinander, wird man gemäß der weiteren Erfindung so vorgehen, daß das
Litzen.bündel an der Verbindungsstelle zunächst mechanisch verdichtet wird und daß
dann das Verlöten durch Abschmelzen des Phosphorkupferstabes im Lichtbogen erfolgt.
In den Fig. i,a, und 11) sind diese Verfahrensschritte für das Verbinden
von flexiblen Leitern untereinander dargestellt. Fig. i a zeigt das Ende des Litzenbündels,
welches mechanisch verdichtet ist. In Fig. i b ist die gemäß der Erfindung ausgeführte
Lötstelle am Ende dieses Litzenbündels dargestellt. Im Gegensatz zu glatten Flächen
an Kupferteilen, auf denen der Lichtbogen infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit des
Kupfers schwer angreift und daher ein Schmelzfluß nur schwer erreicht werden kann,
kommen bei dieser Anwendungsform der Erfindung die umgebogenen Windungen des Litzenbündels
und die .hierdurch entstehenden Erhöhungen und Vertiefungen der Oberfläche der Eigenart
des Lichtbogens entgegen, an hervorstehenden Stellen primär anzugreifen. Die schnelle
Erwärmung und der entstehende Schtnelzfluß ergeben hierbei ein ausreichendes. Eindringen
des Lotes. in die Zwischenräume, wobei die Werkstoffeigenschaften bis in die unmittelbare
Nähe der Lötstelle erhalten bleiben.
-
Man kann die Erfindung auch dazu benutzen., um flexible Leiter mit
einem massiven Leiterstück zu verbinden. In diesem Falle kann beispielsweise das
Verfahren nach der Erfindung so durchgeführt werden, daß in einem Schmelzfluß die
einzelnen Litzen des Litzenbündels unter sich und mit dem massiven Leiter verbunden
werden. Hierbei kann vorzugsweise so verfahren werden, daß der beispielsweise von
außen anzubringende massive Leiter vor dem Lötvorgang vorgewärmt wird, während das
Litzenbündel kalt bleibt. Fig. 2 zeigt in zwei Bildern die wesentlichen Schritte
für die Herstellung einer derartigen Verbindung. Fig. 2 a zeigt ein am Ende verdichtetes
Litzenbündel i, dessen Ende in die innere Bohrung eines ringförmigen massiven Leiters
:2 eingesetzt ist. In Fig. 2b ist die fertige Verbindungsstelle dargestellt, wobei
mit 3 die den festen Zusammenhalt bewirkende erstarrte Kupfermasse bezeichnet ist.
Die hohe Temperatur des Lichtbogens und. die sich daraus ergebende hohe Abschmelzgeschwindigkeit
des Phosphorkupferstabes ergeben in kurzer Zeit die gewünschte Verbindung. Die kurzfristige
Erwärmung des Litzenbündels und das anschließende Abkühlen erhalten in der Nähe
der Verbindungsstelle die Eigenschaften der hartblanken Litzen.
Die
Verbindung zwischen flexiblen Leitern und einem massiven Leiter kann aber auch in
der Weise durchgeführt werden, daß zunächst in einem besonderen Arbeitsgang die
am Ende mechanisch verdichteten Leiter des Litzenbündels durch Abschmelzen des Phosphorkupferstabes
im Lichtbogen miteinander verlötet werden und, daß im Anschluß daran dieses Ende
des Litzenbündels mit den massiven Leitern unter Hochfrequenzerwärmung verbunden
wird, wobei die Lötverbindung des vorangegangenen Arbeitsganges nicht beeinträchtigt
wird. Fig. 3 zeigt die wesenttichen Schritte dieses Verfahrens. Mit i ist wieder
das mechanisch verdichtete Ende des Litzenbündels bezeichnet, 4. ist die Kupfermasse,
die die Enden des Bündels miteinander verbindet. Mit 5 ist ein hülsenförmiger massiver
Leiter bezeichnet, der mit dem Litzenbündel fest verbunden werden soll. Nachdem
die Einzelteile in der in Fig. 3.a dargestellten Weise mechanisch zusammengesteckt
sind, wird gemäß Fig.3b von außen eine Heizwindung 6 für die Hochfrequenzerwärmung
angelegt. Die Verbindung mittels Hochfrequenzerwärmung wird erst möglich durch die
vorangegangene Verbindung der Litzen unter sich gemäß dem in Fig. i dargestellten
Verfahren, da die Hochfrequenzerwärmung von außen her fortschreitend nach innen
erfolgt und ein gleichzeitiges Verbinden beider Leiter ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten
Verfahren wegen der Übererwärmung der Außenzonen nicht möglich wäre. Bei dem in
Fig. 3 dargestellten Verfahren wird von außen her nur die beide Leiter miteinander
verbindende Lötstelle erwärmt, während die Lötverbindung der Litzen unter sich in
keiner Weise beeinträchtigt wird.
-
Man kann das Verfahren nach der Erfindung auch dazu benutzeny um massive
Leiter untereinander zu verbinden. Für diese Anwendungsmöglichkeit der Erfindung
ist in Fig. q. schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Fig. q.azeigt einen
Kupferstab 7, der mit einem ringförmigen massiven Leiter 8 verbunden werden soll.
Fig. q.b zeigt die fertige Lötstelle. Durch entsprechende Formgebung sind hierbei
die an der Lötung beteiligten Flächen der Eigenart des Lichtbogens anzupassen. So
ist der Innenleiter 7 an seiner Oberfläche z. B. durch Riffelung 9 in einzelne unterbrochene
Flächenteile zerlegt, so daß der Lichtbogen an den vorspringenden Flächen oder Spitzen
der Oberfläche angreifen kann. Bei dem äußeren Leiter verlaufen ausführungsgemäß
die inneren Flächen des Durchbruchs unter einem Winkel, so daß der Lichtbogen nicht
durch scharfe Kanten in der Nähe der Lötstelle abgelenkt werden kann.