KR101014522B1 - 열간성형을 이용한 부스바 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간성형을 이용한 부스바 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 기지 외면을 동으로 감싸 부스바를 제조하는 방법에 있어서, 상기 알루미늄 기지와 동판을 예열된 성형보온로에 일정시간 수납하여 일정온도로 유지시키는 예열단계, 상기 알루미늄 기지를 감싸도록 상기 동판을 다단으로 절곡 및 압연시켜 부스바를 성형시키는 제1성형단계, 및 상기 부스바를 형성하고자 하는 형상까지 점진적으로 성형될 수 있도록 압연시켜 필요한 사이즈(Size)로 성형시키는 예열된 제2성형단계를 포함하고, 상기 각 단계는 하나의 공정상에서 이루어진다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 이동 시 동판을 절곡시켜 알루미늄 기지를 감쌀 수 있어 동판과 알루미늄 기지의 상호 계면 접합력을 향상시켜 부스바를 제조하고, 제조된 부스바를 필요한 사이즈로 성형시키되, 열간성형에 의해 제조됨에 따라 계면 접합력의 향상은 물론, 변형이 용이하여 형성하고자 하는 사이즈로 분리 및 규열없이 용이하게 변형시킬 수 있으며, 동판과 알루미늄 기지 사이에 전도체 물질을 도포하여 상호 용융시킴에 따라 접합력을 더욱 향상시킬 수 있다.

부스바, 동판, 알루미늄 기지, 열간성형

Description

열간성형을 이용한 부스바 제조방법{Bus bar forming method with hot forming}

본 발명은 부스바 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상온 상태에서 알루미늄 기지를 동판으로 감싸되 상호 방향으로 압연시키고, 하고자 하는 사이즈로 한 공정상에서 용이하게 성형시켜 부스바를 제조함에 따라 부스바의 기능은 물론, 알루미늄 기지와 동판의 접합력을 향상시켜 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 부스바(Bus bar)는 여러 개의 회로를 연결하여 전기 에너지를 전달하는 매개체로서, 발전소, 대형 건물 등과 같이 전류 용량이 큰 대형 송배전선, 통신 케이블 등의 송전 회로에 사용되고 있다.

이 부스바는 동일한 부피의 도체로 더욱 많은 전기 에너지를 전달할 수 있다는 장점으로 인하여, 최근 대용량 배전 시스템에 있어서, 케이블의 대체품으로 사용이 증가되고 있다.

이러한 부스바는 도전율이 우수한 동으로 만들어져 사용되고 있으나, 이 동 은 가격이 비싸고, 무게가 무거워 설치 공사가 어려운 문제점이 있었다.

이에 따라, 부스바의 중심부를 알루미늄으로 대체 사용하고 있으며, 이 제조방법은 도 1 내지 도 2에서 도시한 바와 같다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 알루미늄 기지(20)의 외면을 네 개의 동판(30)으로 각 면을 감싼 후, 각 동판(30)을 용접하고, 그 계면 접합력을 향상시키기 위해 압연을 실시하거나 접착부재를 사용하여 부스바(10)를 제조하게 된다.

이러한 제조방법은 각 동판(30)을 동시에 거치시키고 용접할 수 없어서, 작업공정이 많아 시간과 비용이 증가되어 비효율적이란 문제점이 있다.

그리고 도 2에서 도시한 바와 같이, 동(30')을 부스바(10')의 외형 형상으로 성형하되, 그 중심부가 통공되고, 이 통공에 알루미늄 기지(20')가 삽입되어 부스바(10')가 제조될 수 있다.

삽입된 알루미늄 기지(20')와 동(30')의 계면에는 접착부재(미 도시)나 압연 또는 이를 복수로 사용하여 그 접합력을 향상시키고 있다.

그러나 이 제조방법은 동(30') 내부를 균일하게 통공시킴에 어려움이 있고, 이 통공에 대응되도록 알루미늄 기지(20')를 제조함에도 어려움이 있으며, 특히 불량률이 높은 문제점이 있다.

이에 따라, 계면 접합력이 높고, 전도율도 높은 상태로 유지할 수 있는 새로운 동과 알루미늄 기지의 접합 방법을 통해 부스바를 제조하는 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 열간성형을 이용하여 동판을 알루미늄 기지 외면을 감싸고, 하고자 하는 사이즈로 성형함에 따라 계면 접합력이 향상된 부스바를 제조할 수 있다.

그리고 동판을 알루미늄 기지 외면을 감싸는 제1성형단계에서는 다단으로 동판을 절곡시키고, 상호 압연시킴에 따라 각 단계별 상호 계면 접합력은 지속적으로 향상된 상태로 유지시킬 수 있다.

또한 제2성형단계에서 제조된 부스바의 사이즈 성형 시, 예열된 상태의 성형장치에 의해 성형됨에 따라 종래 발생되던 이격, 분리 및 계면 균열을 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 알루미늄 기지 외면을 동으로 감싸 부스바를 제조하는 방법에 있어서, 상기 알루미늄 기지와 동판을 예열된 성형보온로에 일정시간 수납하여 일정온도로 유지시키는 예열단계, 상기 알루미늄 기지를 감싸도록 상기 동판을 다단으로 절곡 및 압연시켜 부스바를 성형시키는 제1성형단계, 및 상기 부스바를 형성하고자 하는 형상까지 점진적으로 성형될 수 있도록 압연시켜 필요한 사이즈(Size)로 성형시키는 예열된 제2성형단계를 포함하고, 상기 각 단 계는 하나의 공정상에서 이루어진다.

바람직하게, 상기 제1성형단계는, 상기 동판과 동판 상에 거치된 알루미늄 기지를 상하방향으로 가압하며 거치위치가 변동되지 않도록 이동시키는 가이드 압연단계, 상기 동판이 상기 알루미늄 기지의 외면을 감싸도록 동판의 양단부를 다단계로 절곡시키는 동판 절곡단계, 및 상기 알루미늄 기지와 동판의 계면 접합력을 향상시키도록 상기 접합된 알루미늄 기지 및 동판의 형상과 동일한 압연로를 통과시켜 부스바를 제조하는 마무리 압연단계를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 동판 절곡단계에서, 상기 동판의 폭은 상기 알루미늄 기지의 외면을 감싼 후, 양단부가 겹칠 수 있도록 형성되고, 상기 동판의 겹치는 양단부의 압연 시, 상호 경사지는 접합면이 형성된다.

또한, 상기 제1성형단계는 냉간 또는 열간 중 어느 하나 이상의 상태에서 성형된다.

그리고 상기 제1성형단계 전에는, 상기 알루미늄 기지와 접촉하는 상기 동판의 일면에 전도체 물질을 도금시키는 동판 도금단계가 더 구비된다.

또한, 상기 전도체 물질은, 상기 알루미늄 기지의 용융점과 상기 동판의 용융점 사이의 용융점을 갖는 물질이다.

그리고 상기 전도체 물질을 녹일 수 있는 고주파를 전도체 물질에만 발생시켜 상기 알루미늄 기지와 동판에 융착됨에 따라 계면 접합력을 향상시킨다.

또한, 상기 고주파는 상기 전도체 물질 중 상기 동판에 접하는 부위에 발생시키되, 상기 동판의 용융점에 근접한 온도를 발생시킨다.

그리고 상기 전도체 물질은, 상기 알루미늄 기지의 용융점 이하의 용융점을 갖는 물질이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 열간성형을 이용한 부스바 제조방법에 의하면, 이동 시 동판을 절곡시켜 알루미늄 기지를 감쌀 수 있어 동판과 알루미늄 기지의 상호 계면 접합력을 향상시켜 부스바를 제조하고, 제조된 부스바를 필요한 사이즈로 성형시키되, 열간성형에 의해 제조됨에 따라 계면 접합력의 향상은 물론, 변형이 용이하여 형성하고자 하는 사이즈로 분리 및 균열 없이 용이하게 변형시킬 수 있으며, 동판과 알루미늄 기지 사이에 전도체 물질을 도포하여 상호 용융시킴에 따라 접합력을 더욱 향상시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법 중 제1성형단계를 도시한 도면이며, 도 5는 도 4의 제1성형단계 중 동판 절곡단계에 의한 동판 절곡 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 도 5의 동판 양 단부의 접합상태를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법의 제2성형단계에 의한 사이즈 성형을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법에 의해 완성된 부스바를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 부스바 제조방법은 열간성형을 이용하여 제조되며 하나의 공정상에서 이루어지는 것으로, 예열단계(S10)와 제1성형단계(S20) 및 제2성형단계(S30)로 구성된다.

예열단계(S10)는 알루미늄 기지(110)와 동판(120)을 예열된 성형보온로(미 도시)에 일정시간 수납하는 것으로, 알루미늄 기지(110)와 동판(120)을 상온상태로 일정하게 유지시키게 된다.

그리고 제1성형단계(S20)에서는 예열된 알루미늄 기지(110)를 감싸도록 동판(120)을 다단으로 절곡 및 압연시켜 부스바(100)를 성형시키게 된다.

제2성형단계(S30)는 부스바(100)를 형성하고자 하는 형상까지 점진적으로 성형되도록 압연시켜 필요한 사이즈(Size)로 성형시키는 것으로, 이때 부스바(100)를 사이즈에 맞게 성형시키는 압연장치는 예열된 상태로 부스바(100)를 성형시키게 된다.

이때, 제1성형단계(S20)는 도 4 내지 도 6에서 도시한 바와 같이, 가이드 압연단계(S21)와 동판 절곡단계(S22) 및 마무리 압연단계(S23)로 구성된다.

가이드 압연단계(S21)는 동판(120)과 동판(120) 상에 거치된 알루미늄 기지(110)를 상하방향으로 가압하며 거치위치가 변동되지 않도록 이동시키게 된다.

그리고 동판 절곡단계(S22)는 동판(120)이 알루미늄 기지(110)의 외면을 감싸도록 동판(120)의 양단부를 다단계로 절곡시키는 것으로, 그 절곡되는 횟수는 동판(120)의 두께와 예열되는 온도 등의 상황을 고려하여 변경될 수 있다.

이때, 동판(120)은 그 폭이 알루미늄 기지(110)의 외면을 감싼 후, 양단부가 일정길이 겹칠 수 있도록 형성되는 것으로, 동판 절곡단계(S22)에서 겹친 양단부를 다수 번 압연하여 상호 경사지는 접합면(122)이 형성된다.

마무리 압연단계(S23)에서는 알루미늄 기지(110)와 동판(120)의 계면 접합력을 향상시키도록 접합된 알루미늄 기지(110) 및 동판(120)의 형상과 동일한 압연로를 통과시켜 부스바(100)를 제조하게 된다.

이 마무리 압연단계(S23)에서도 필요 계면 접합력에 따라 압연 횟수가 변동됨이 바람직하다.

이러한 제1성형단계(S20)는 냉간 또는 열간 중 어느 하나 이상의 상태에서 성형되는 것으로, 다수의 성형장치를 상온상태에서 부스바(100)을 압연시키거나 상온 이상으로 예열시켜 압연시키거나 또는 일부만 상온이상으로 예열시켜 압연시킬 수 있다.

이는, 동판(120)의 절곡을 용이하게 할 수 있도록 하고, 동판(12)과 알루미늄 기지(110)의 계면 접합력을 더욱 향상시키기 위한 것으로, 필요조건에 따라 사용됨이 바람직하다.

한편, 상기에서 냉간은 주변 온도 상에서 별도의 예열과정이 없는 상태를 나타내는 것이다.

그리고 제2성형단계(S30)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1성형단계(S20)을 거친 부스바(100)를 형성하고자 하는 형상까지 점진적으로 성형되도록 압연시켜 필요한 사이즈(Size)로 성형시키게 된다.

이때, 부스바(100)를 압연시키는 압연장치는 주변 상온보다 예열된 상태이며, 이 예열된 압연장치에 의해 부스바(100)의 형상이 용이하게 변형됨은 물론, 변형 시 동판(120)과 알루미늄 기지(110) 사이에 계면 접합력이 약해지는 것을 방지하게 된다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1성형단계(S20) 전에는, 알루미늄 기지(110)와 접촉하는 동판(120)의 일면에 전도체 물질(130)을 도금시키는 동판 도금단계(미 도시)가 더 구비된다.

이 전도체 물질(130)은 알루미늄과 동의 전도율을 방해하지 않는 전도체라면 사용가능한 것으로, 일 예로 은(Ag)나 니켈(Ni) 등으로 사용될 수 있다.

또한, 전도체 물질(130)은 알루미늄 기지(110)의 용융점(660.2℃)과 동판(120)의 용융점(1,083℃) 사이의 용융점을 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 은(Ag)은 그 용융점이 960.5℃로 본 발명에서 일 실시예로 사용될 수 있다.

이러한 전도체 물질(130)은 고주파에 의해 녹게되며, 제조된 부스바(100) 중 전도체 물질(130)에만 고주파를 발생시켜 녹임에 따라 알루미늄 기지(110)와 동 판(120)에 융착되어 계면 접합력을 향상시킨다.

이때, 고주파는 전도체 물질(130) 중 동판(120)에 접하는 부위에 발생시키는 것으로, 전도체 물질(130) 중 동판(120) 접촉부만 가열함에 따라 알루미늄 기지(110)에 접한 전도체 물질(130) 에는 그 보다 낮은 온도가 발생된다.

이는 전도체 물질(130)의 각 층의 온도를 다르게 발생시키기 위한 것으로, 동판(120)과 알루미늄 기지(110)의 용융점이 다르기 때문에 그에 대응되는 온도를 갖게 하여 상호 융착시키기 위함이다.

이에 따라, 전도체 물질(130) 중 동판(120)에 접한 부위에 발생되는 온도는 동판(120)의 용융점에 근접한 온도가 발생되도록 주파수를 발생시킴이 바람직하고, 알루미늄 기지(110)에 접한 부위의 온도는 알루미늄(110)의 용융점에 근접한 온도가 발생됨이 바람직하다.

한편, 이러한 전도체 물질(130)의 다른 실시 예로 알루미늄 기지(110)의 용융점(660.2℃) 이하의 용융점을 갖는 물질로 구성될 수 있다.

이는 부스바(100)의 제조 시, 알루미늄 기지(110)의 용융점 이하로 열을 가하여 전도체 물질(130)을 녹임에 따라 알루미늄 기지(110)와 동판(120)에 융착되어 접합력을 향상시키기 위한 것이다.

이때, 전도체 물질(130)의 용융점은 부스바(100)가 제조되는 상온 보다 높음이 당연하다.

이러한 전도체 물질(130)의 일 실시예로 아연(Zn)이 사용될 수 있으며, 이 아연(Zn)은 용융점이 419.47℃로 알루미늄 기지(110)보다 용융점이 낮아 전도체 물질(130)로 사용될 수 있는 것이다.

도 1은 종래 알루미늄-동 부스바를 도시한 도면이고,

도 2는 종래 다른 실시 예의 알루미늄-동 부스바를 도시한 도면이며,

도 3은 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법을 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법 중 제1성형단계를 도시한 도면이며,

도 5는 도 4의 제1성형단계 중 동판 절곡단계에 의한 동판 절곡상태를 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 도 5의 동판 양 단부의 접합상태를 도시한 도면이며,

도 7은 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법의 제2성형단계에 의한 사이즈 성형을 도시한 도면이고,

도 8은 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법에 의해 완성된 부스바를 도시한 도면이며,

도 9는 본 발명에 따른 열간성형을 이용한 부스바 제조방법의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 부스바 110 : 알루미늄 기지

120 : 동판 130 : 전도체 물질

Claims (9)

1. 알루미늄 기지 외면을 동으로 감싸 부스바를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 알루미늄 기지와 동판을 예열된 성형보온로에 일정시간 수납하여 일정온도로 유지시키는 예열단계;

   상기 알루미늄 기지를 감싸도록 상기 동판을 다단으로 절곡 및 압연시켜 부스바를 성형시키는 제1성형단계; 및

   상기 부스바를 형성하고자 하는 형상까지 점진적으로 성형될 수 있도록 압연시켜 필요한 사이즈(Size)로 성형시키는 예열된 제2성형단계를 포함하고,

   상기 각 단계는 하나의 공정 상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1성형단계는,

   상기 동판과 동판 상에 거치된 알루미늄 기지를 상하방향으로 가압하며 거치위치가 변동되지 않도록 이동시키는 가이드 압연단계;

   상기 동판이 상기 알루미늄 기지의 외면을 감싸도록 동판의 양단부를 다단계로 절곡시키는 동판 절곡단계; 및

   상기 알루미늄 기지와 동판의 계면 접합력을 향상시키도록 상기 접합된 알루미늄 기지 및 동판의 형상과 동일한 압연로를 통과시켜 부스바를 제조하는 마무리 압연단계를 포함하여 이루어지는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 동판 절곡단계에서,

   상기 동판의 폭은 상기 알루미늄 기지의 외면을 감싼 후, 양단부가 겹칠 수 있도록 형성되고, 상기 동판의 겹치는 양단부의 압연 시, 상호 경사지는 접합면이 형성되는 것을 특징으로 하는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1성형단계는 냉간 또는 열간 중 어느 하나 이상의 상태에서 성형되는것을 특징으로 하는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1성형단계 전에는,

   상기 알루미늄 기지와 접촉하는 상기 동판의 일면에 전도체 물질을 도금시키는 동판 도금단계가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 전도체 물질은,

   상기 알루미늄 기지의 용융점과 상기 동판의 용융점 사이의 용융점을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 전도체 물질을 녹일 수 있는 고주파를 전도체 물질에만 발생시켜 상기 알루미늄 기지와 동판에 융착됨에 따라 계면 접합력을 향상시키는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 고주파는 상기 전도체 물질 중 상기 동판에 접하는 부위에 발생시키되, 상기 동판의 용융점에 근접한 온도를 발생시키는 것을 특징으로 하는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 전도체 물질은,

   상기 알루미늄 기지의 용융점 이하의 용융점을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 열간성형을 이용한 부스바 제조방법.

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