NO319628B1 - Fremgangsmate for ledende sammenfoyning og isolering av forste og andre elektriske ledere - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for ledende sammenføyning av første og andre elektriske ledere (2, 3) som består av forskjellige materialer. Ved utførelse av fremgangsmåten bringes endene av de første og andre ledere i mekanisk kontakt med hverandre i en overlappende stilling. De første og andre ledere (2, 3) sammenføyes deretter med hverandre ved sveising uten tilførsel av ekstra sveisemateriale. Til slutt formes det overlappende område (4) mekanisk for å oppnå en jevn breddeovergang mellom de første og andre ledere (2, 3).

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for ledende sammenføyning og isolering av første og andre elektriske ledere som består av forskjellige materialer.

Ved sammenføyning av slike ledere er det for eksempel aktuelt å sammenkople en mindre motstandsleder i en varmekabel og en såkalt "kaldleder" som er fremstilt av kobber, for tilkopling til en kraftforsyning. En motstandsleder er typisk fremstilt av en NiCr-legering. En slik leder kan ikke sammenføyes med en kobberleder ved hjelp av tradisjonelle sveisemetoder. Lodding av begge ledere forårsaker problemer på grunn av karboninnleiringer i skjøteområdet med redusert elektrisk ledningsevne. De samme problemer oppstår når andre elektriske ledere av forskjellige materialer skal sammen-føyes.

Ved en kjent fremgangsmåte ifølge EP 0 858 245 A2, som angår sammenføyning av en mindre motstandsleder og en større kobberleder, reduseres først enden av kobberlederen til en mindre diameter. Begge ledere sammenføyes deretter ved hjelp av en krympeforbinder med en diameter som ikke overskrider diameteren av kobberlederen. Krympeforbinderen er et ekstra element. Dette gjør skjøtingen kostbar. Forbindelsen har en forholdsvis høy kontaktmotstand og kan forårsake problemer under en ekstrusjons-prosess for påføring av en isolasjonskappe på lederne.

US 5 493 069 viser en fremgangsmåte for ledende sammenføyning av to elektriske ledere som består av forskjellige materialer, ifølge hvilken endene av de to ledere først bringes i mekanisk kontakt med hverandre i en overlappende stilling, og deretter sammenføyes med hverandre ved sveising uten tilførsel av ekstra sveisemateriale.

US 5 104 028 angår en fremgangsmåte for sammenføyning av lederne i en transformatorvikling, ifølge hvilken lederne først bringes i mekanisk kontakt med hverandre i en overlappende stilling, og deretter sammenføyes med hverandre ved ultralydsveising, idet sveiseskjøten formes mekanisk for å oppnå en jevn breddeovergang mellom lederne.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for ledende sammenføyning av første og andre elektriske ledere som består av forskjellige materialer og eventuelt har forskjellige diametere, idet denne fremgangsmåte gjør det mulig å oppnå en godt ledende skjøt og en føring gjennom en ekstruder for påføring av en isolasjonskappe uten forstyrrelser.

Ovennevnte formål oppnås med en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den omfatter følgende suksessive trinn: endene av de første og andre ledere bringes i mekanisk kontakt med hverandre i en overlappende stilling,

de første og andre ledere sammenføyes med hverandre ved hjelp av sveising uten tilførsel av ekstra sveisemateriale,

det overlappende område formes mekanisk for å oppnå en jevn breddeovergang mellom de første og andre ledere, og

etter den nevnte sammenføyning anbringes en isolasjonskappe over de første og andre ledere ved hjelp av en ekstrusjonslinje.

Med denne fremgangsmåte overføres materialene i lederne til sveisbar tilstand uten ekstra tilførsel av et separat sveisemateriale. Under sveiseprosessen bindes lederne til hverandre selv om de er dannet av forskjellige materialer, f.eks. forskjellige legeringer. Fremgangsmåten tilveiebringer mekanisk strekkfasthet i skjøteområdet og en dimensjonsmessig jevn breddeovergang mellom den første leder og den andre leder. Dette gjør det mulig å bearbeide de sveisede ledere gjennom et ekstrusjonshode på en vanlig isolasjonsekstrusjonslinje med en føring og en dyse hvor isolasjonsmaterialet påføres under vesentlig trykk. En skarp endring mellom de to ledere, som ville møte motstand ved passering gjennom den trykksatte plastmasse i ekstrusjonshodet, unngås. Dessuten opp-rettholder skjøteområdet sin duktilitet. Dette er bra for fremstillingsprosessen, da den sammenføyde leder må passere gjennom flere remskiver.

De første og andre ledere kan fortrinnsvis sammenføyes med hverandre ved hjelp av ultralydsveising, og fortrinnsvis ved å benytte et verktøy som har en riflet bunn. Bunnen er riflet for bedre å overføre vibrasjonskraften til lederne.

De første og andre ledere kan fortrinnsvis sammenføyes med hverandre ved hjelp av ultralydsveising med følgende trinn: innføring av den andre leder på toppen av den første leder i den overlappende

stilling mellom en første sideveis bevegelig ambolt og en andre sideambolt,

bevegelse av den første ambolt for å presse sidene av den første og/eller andre

leder,

pressing av et verktøy med flat topp mot toppen av den andre leder, og benyttelse av en transduser som bringer verktøyet med flat topp til å vibrere.

Den første leder kan fortrinnsvis være utflatet ved den ene ende slik at den danner i det minste en flat øvre overflate med hvilken den andre leder bringes i mekanisk kontakt. Dette trinn forbedrer både den mekaniske kontakt og sveiseforbindelsen.

En fordelaktig utførelse av oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den første leder har sirkulært tverrsnitt, og at det nevnte tverrsnitt,før lederne bringes i mekanisk kontakt, ved lederens ene ende omformes til et tverrsnitt som velges i hovedsaken kvadratisk eller rektangulært.

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den første leder har sirkulært tverrsnitt, og at det nevnte tverrsnitt, før lederne bringes i mekanisk kontakt, ved lederens ene ende omformes til et tverrsnitt som velges i hovedsaken kvadratisk ved hjelp av følgende trinn: innføring av den første leder mellom en første sideveis bevegelig ambolt og en andre sideambolt, bevegelse av den første ambolt for å presse sidene av den første leder, og pressing av et verktøy med flat topp mot toppen av den første leder.

Etter de nevnte trinn omfatter fremgangsmåten fortrinnsvis anvendelse av en transduser som bringer verktøyet med flat topp til å vibrere, og dermed ultrasonisk forsveiser den første leder.

Utførelse på denne måte sikrer minst deformasjon av den andre leder, for eksempel en hardere motstandstråd, og forbedrer dermed styrken av skjøten.

I en annen utførelse av oppfinnelsen, før lederne bringes i mekanisk kontakt, oppsplittes enden av den første leder i aksial retning i minst to deler som legges rundt enden av den andre leder.

I en ytterligere utførelse av oppfinnelsen, før lederne bringes i mekanisk kontakt, utformes enden av den første leder med et i lengderetningen forløpende spor for opptakelse av enden av den andre leder.

De første og andre ledere kan begge ha sirkulært tverrsnitt og kan ha forskjellige diametere.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes for sammenføyning av en motstandsleder for varmekabler med en kobberleder.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i forbindelse med foretrukne utførelser under henvisning til tegningene, der

fig. 1 skjematisk viser en varmekabel med en tilkoplet forsyningskabel,

fig. 2 viser fem trinn av en fremgangsmåte for ledende sammenføyning av to elektriske ledere i en første utførelse av oppfinnelsen,

fig. 3 og 4 viser detaljer i større målestokk av ledere som skal sammenføyes i overensstemmelse med oppfinnelsen,

fig. 5 viser skjematisk en første fase av en fremgangsmåte for ledende sammenføyning av to elektriske ledere i en andre utførelse av oppfinnelsen,

fig. 6 viser skjematisk den ene av de elektriske ledere etter utførelse av den første fase i utførelsen ifølge fig. 5, og

fig. 7 viser skjematisk fire ytterligere suksessive trinn i den andre utførelse av oppfinnelsen.

I de første og andre utførelser skal fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forklares i forbindelse med bruk av ultralydsveising. Ikke desto mindre skal også andre sveisemetoder uten tilførsel av ekstra sveisemateriale, så som TIG (Tungsten Inert Gas)-sveising, laser-sveising og HF (High Frequency)-sveising, være dekket.

Fremgangsmåten skal dessuten forklares for sammenføyning av en motstandsleder med en kobberleder.

Ikke desto mindre skal andre ledere med forskjellige materialer, f.eks. legeringer, også være dekket.

Fig. 1 viser skjematisk en varmekabel 1 som er montert meanderformet i gulvet i en bygning (ikke vist). Varmekabelen 1 omfatter en motstandsleder og en kobberleder (ikke synlige), som er forbundet med hverandre i et skjøteområde 4. Lederne er innelukket i en kappe 1' av isolasjonsmateriale som kan påføres ved hjelp av en ekstrusjonslinje (ikke vist). Bare som eksempel har motstandslederen mindre diameter enn kobberlederen. En kobberleder kan også i noen tilfeller være mindre enn den største motstandstråd. Begge ledere forbindes med hverandre i skjøteområdet 4 ved benyttelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i dennes første eller andre utførelse.

I den første utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bringes de to ledere 2, 3 i mekanisk kontakt med hverandre i en overlappende stilling ifølge fig. 2a. I denne stilling anbringes lederne i en ultralydsveisemaskin 5 og sveises til hverandre, ifølge fig. 2b. Ultralydsveisingen skjer ved hjelp av vibrasjon for eksempel ved 20 kHz i lengderetningen, idet det således fortrinnsvis benyttes høy vibrasjonsenergi med lave amplituder på bevegelsen. De to ledere 2, 3 beveger seg mot hverandre på en måte som fjerner oksidsjikt og frembringer en intermolekylær binding. Materialene i de to ledere 2 og 3 gjøres således sveisbare ved hjelp av ultralydenergi, og bindes derved til hverandre uten ytterligere sveisemateriale i en forbindelse med høy mekanisk strekkfasthet. De sammenføyde ledere 2 og 3 med sitt skjøteområde 4 er vist på fig. 2c.

Skjøteområdet 4 formes nå mekanisk for å oppnå en jevn breddeovergang 6 mellom de to ledere 2 og 3 som vist på fig. 2e. Den mekaniske deformasjon er antydet på fig. 2d ved hjelp av fire valser 7. Deformasjonen kan utføres f.eks. ved valsing, rulling eller smiing.

Forut for sveising av de to ledere 2 og 3, og, mer nøyaktig, før lederne bringes i mekanisk kontakt, er det mulig å forberede endene av kobberlederen 3 i overensstemmelse med fig. 3 og 4. Således er det mulig å splitte opp endene av kobberlederen 3 i aksial retning i minst to deler 8 og 9 mellom hvilke motstandslederen 2 kan innføres. Det er også mulig å danne et i lengderetningen forløpende spor 10 i enden av kobberlederen 3, i hvilket motstandslederen 2 kan legges.

I den andre utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen forberedes enden av kobberlederen 30 i en første fase, i overensstemmelse med fig. 5. Det sirkulære tverrsnitt av kobberlederen 30 skal omformes ved den ene ende 31 til et tverrsnitt som er i hovedsaken kvadratisk, fortrinnsvis ved hjelp av en ultralydsveisemaskin 50 omfattende en første sideveis bevegelig ambolt 51, en andre fast sideambolt 52 og et verktøy 53 med flat topp og en riflet bunn (overflaten ikke synlig). Den firkantede eller kvadratiske form gjør det lettere å plassere motstandslederen på toppen av denne.

Denne første fase omfatter følgende trinn:

innføring av kobberlederen 30 mellom den første sideveis bevegelige ambolt 51 og den andre sideambolt 52, bevegelse av den første ambolt 51 (se pilen F) for å presse sidene av kobberlederen 30,

nedsenking og pressing av verktøyet 53 med flat topp mot toppen av kobberlederen 30 med et forutbestemt trykk, og

fortrinnsvis benyttelse av en transduser (ikke vist) i sveisemaskinen 50 som bringer toppverktøyet 53 til å vibrere, for derved å ultralydforsveise kobberlederen 30. Deretter åpner amboltens 51 kjever seg og toppverktøyet 53 returnerer til en hvilestilling.

Fig. 6 viser skjematisk kobberlederen 30 etter den nevnte første fase. Ved den forberedte ende 31 er det sirkulære tverrsnitt av kobberlederen 30 omformet til et i hovedsaken kvadratisk tverrsnitt 33. Den flate toppoverflate 32 av kobberlederen 30 er egnet til å motta motstandslederen. Den flate toppoverflate 32 av kobberlederen 30 er riflet (slik som symbolisert på fig. 6).

I sveisemaskinen 50 og, mer nøyaktig, mellom den første sideveis bevegelige ambolt og den andre sideambolt, bringes motstandslederen 2 i mekanisk kontakt med den flate toppoverflate 32 av kobberlederen 30 med den firkantede form 33, i en overlappende stilling i overensstemmelse med fig. 7a. I denne stilling sveises de to ledere 2, 30 til hverandre ved hjelp av ultralydsveising. Den første ambolt beveger seg for å presse sidene av kobber- og/eller motstandslederen. Verktøyet med flat topp presser mot toppen av motstandslederen. Transduseren bringer toppverktøyet til å vibrere. Ultralydsveisingen finner sted når toppverktøyet vibrerer f.eks. ved 20 kHz i lengderetningen, idet det fortrinnsvis benyttes høy vibrasjonsenergi med lave amplituder på bevegelsen. De to ledere 2, 30 beveger seg mot hverandre på en måte som fjerner oksidsjikt og frembringer en intermolekylær binding. Materialene i de to ledere 2 og 30 gjøres således sveisbare ved hjelp av ultralydenergi, og bindes deretter til hverandre uten ekstra sveisemateriale i en forbindelse med høy mekanisk strekkfasthet.

De sammenføyde ledere 2 og 30 med sitt skjøteområde 40 er vist på fig. 7b. Skjøteområdet 40 formes nå mekanisk for å oppnå en jevn breddeovergang 60 mellom de to ledere 2 og 30 som vist på fig. 7d. Den mekaniske deformasjon er antydet på fig. 7c ved hjelp av fire valser 7. Deformasjonen kan utføres f.eks. ved valsing, rulling eller smiing.

Begge ledere 2, 3, 30 er enkelttrådsledere slik som beskrevet foran og vist på tegningene. Den ene av lederne eller begge kan også være flertrådsledere. Motstandslederen 2 kan f.eks. være en tretrådsleder som er sammenføyd med en entråds kobberleder 3, 30 eller en sjutråds kobberleder. Andre antall av ledere i flertrådslederne er også mulig.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for ledende sammenføyning og isolering av første og andre elektriske ledere (2, 3; 30) som består av forskjellige materialer, karakterisert ved at den omfatter følgende suksessive trinn: endene (31) av de første og andre ledere (2, 3; 30) bringes i mekanisk kontakt med hverandre i en overlappende stilling, de første og andre ledere (2, 3; 30) sammenføyes med hverandre ved hjelp av sveising uten tilførsel av ekstra sveisemateriale, det overlappende område (4; 40) formes mekanisk for å oppnå en jevn breddeovergang (6; 60) mellom de første og andre ledere (2, 3; 30), og etter den nevnte sammenføyning anbringes en isolasjonskappe over de første og andre ledere (2, 3; 30) ved hjelp av en ekstrusjonslinje.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de første og andre ledere (2, 3; 30) sammenføyes med hverandre ved hjelp av ultralydsveising og fortrinnsvis ved benyttelse av et verktøy (53) med en riflet bunn.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de første og andre ledere (2, 30) sammenføyes med hverandre ved hjelp av ultralydsveising med følgende trinn: innføring av den andre leder (2) på toppen av den første leder (30) i den overlappende stilling mellom en første sideveis bevegelig ambolt (51) og en andre sideambolt (52), bevegelse av den første ambolt (51) for å presse sidene av den første og/eller andre leder (30), pressing av et verktøy (53) med flat topp mot toppen av den andre leder (2), og benyttelse av en transduser som bringer verktøyet (53) med flat topp til å vibrere.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at den første leder (30) utflates ved den ene ende (31) slik at det dannes i det minste en flat øvre overflate (32) med hvilken den andre leder (2) bringes i mekanisk kontakt.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at den første leder (30) har sirkulært tverrsnitt, og at det nevnte tverrsnitt, før lederne bringes i mekanisk kontakt, ved lederens ene ende (31) omformes til et tverrsnitt (33) som velges i hovedsaken kvadratisk eller rektangulært.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at den første leder (30) har sirkulært tverrsnitt, og at det nevnte tverrsnitt, før lederne bringes i mekanisk kontakt, ved lederens ene ende (31) omformes til et tverrsnitt (33) som velges i hovedsaken kvadratisk ved hjelp av følgende trinn: innføring av den første leder (30) mellom en første sideveis bevegelig ambolt (51) og en andre sideambolt (52), bevegelse av den første ambolt for å presse sidene av den første leder, og pressing av et verktøy (53) med flat topp mot toppen av den første leder, og at fremgangsmåten, etter de nevnte trinn, fortrinnsvis omfatter benyttelse av en transduser som bringer verktøyet (53) med flat topp til å vibrere, og dermed ultralyd-forsveiser den første leder (30).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at enden av den første leder (3), før lederne bringes i mekanisk kontakt, oppsplittes aksial retning i minst to deler (8, 9) som legges rundt enden av den andre leder (2).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at enden av den første leder (3), før lederne bringes i mekaniske kontakt, utformes med et i lengderetningen forløpende spor (10) for opptakelse av enden av den andre leder (2).

9. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-8, karakterisert ved at de første og andre ledere (2, 3; 30) har sirkulært tverrsnitt og har forskjellige diametere.

10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-9, karakterisert ved at den anvendes for sammenføyning av en motstandsleder (2) for varmekabler (1) med en kobberleder (3; 30).