DE2949174C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer mechanischen oder elektrischen Verbindung zwischen einer Mehrzahl länglicher Gegenstände nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer aus der US-PS 38 72 237 bekannten Vorrichtung der gattungsgemäßen Art umschließen die insgesamt rohrförmigen, offenendigen Abschnitte ein Volumen mit variierendem Querschnitt, der im Mittelbereich am größten ist und sich zu beiden Enden hin verkleinert. Die Vorrichtung dient zur Verbindung von Koaxialkabeln bei gleichzeitiger Anpassung der Impedanz. Die Form der offenendigen Abschnitte ist dabei durch die Forderung der Impedanzanpassung festgelegt. Innerhalb der Endbereiche der offenendigen Abschnitte ist der Querschnitt konstant auf einem Minimalwert. Da Koaxialkabel eine gewisse Flexibilität haben, können sie exakt aufeinander ausgerichtet werden. Die bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht anwendbar zum Verbinden von Gegenständen, die nicht exakt aufeinander ausgerichtet sind.

Aus der GB-PS 13 27 441 ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer fluiddichten Verbindung zwischen zwei Rohrleitungen bekannt, die aus einer Kupplungshülse mit einer Anzahl axial beabstandeter Zähne auf der Innenseite besteht, die sich in die Oberflächen der zu verbindenden Rohrleitungen eingraben, wenn die Kupplungshülse durch Erwärmung rückgestellt wird. Diese Verbindungsvorrichtung erfordert eine genaue Ausrichtung der Rohrleitungen. Dadurch daß sich die Zähne der Verbindungshülse in die Oberfläche der zu verbindenden Rohrleitungen eingraben, entsteht zwar eine fluiddichte Verbindung, die Berührungsfläche zwischen der Verbindungshülse und den zu verbindenden Gegenständen ist jedoch klein, was insbesondere für elektrische Verbindungen ungünstig ist.

Aus der GB-PS 9 79 833 und US-PS 37 40 839 sind Wärmeschrumpfringe für Verbindungsvorrichtungen bekannt. Die Wärmeschrumpfringe werden dabei über Verbindungsvorrichtungen mit gleichförmigem Innenquerschnitt angeordnet. Hierbei ist wiederum eine exakte Ausrichtung der zu verbindenden Gegenstände notwendig und lassen sich elektrische Verbindungen, die auch hohen Stromstärken standhalten, nicht herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die auch starre, längliche Gegenstände, die nicht zueinander ausgerichtet sind, elektrisch oder mechanisch fest miteinander zu verbinden.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die offenendigen Abschnitte sind rohrförmig und können dabei auch einen rechteckigen oder quadratischen Innenquerschnitt aufweisen. Der Außenquerschnitt ist im allgemeinen kreisförmig, zumindest in dem Bereich, in dem die Befestigungseinrichtungen angebracht werden.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 hat der Kontaktbereich eine Breite des 0,1- bis 0,25fachem äquivalenten Durchmessers des umschlossenen Querschnitts am Minimalwert der Querschnittsfläche. Bei nicht kreisförmigem Innenquerschnitt wird die Breite des Kontaktbereiches dabei auf einen kreisförmigen Querschnitt gleicher Fläche bezogen.

Der konvexe Kontaktbereich hat zweckmäßig einen Radius gleich 0,55±0,1×D², wobei D der äquivalente Durchmesser der Querschnittsfläche bei ihrem Minimalwert ist.

Die Abflachung im Kontaktbereich beträgt etwa 0,05 d und zweckmäßig wenigstens 0,1 d in Längsrichtung, wobei d der äquivalente Durchmesser des Leiters oder des sonstigen zu verbindenden Gegenstandes ist. Zweckmäßig liegt die Länge der Abflachung im Bereich von 0,05 bis 0,5 d, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Bei üblichen Leiterquerschnitten ergibt sich dadurch eine Länge der Abflachung von 1 bis 5 mm.

Die insgesamt rohrförmigen Abschnitte bestehen im allgemeinen aus zwei Halbhülsen. Die zwei oder mehr Hülsenteile können mit Mitteln versehen sein, durch die sie miteinander in Eingriff gebracht werden können.

Die Hülsenteile haben im allgemeinen eine Stärke von mindestens 5 oder 7 mm, die am Ende um mindstens 2 mm reduziert ist, um die ringförmige Befestigungseinrichtung aufzunehmen. Die fertige Verbindungsvorrichtung hat dadurch ein glattes äußeres Profil, auf das dann gegebenenfalls eine Isolierschicht aufgebracht werden kann.

Die Hülsenteile können mit Schwächungsbereichen versehen sein, zum Beispiel Schlitzen oder Flachstellen, wie es aus der GB-PS 14 88 393 bekannt ist, um die Verformung zu erleichtern. Im wesentlichen verformen sich die Hülsenteile jedoch nur an den konvexen Kontaktbereichen.

Der Werkstoff der Hülsenteile wird entsprechend dem Einsatzzweck gewählt. Zur Herstellung elektrischer Verbindungen eignen sich insbesondere Kupfer, Messing oder Aluminium, wobei eine Silberplattierung vorgesehen sein kann. Kupferhülsen eignen sich insbesondere in Verbindung mit Befestigungseinrichtungen aus vorbehandelten beta-Messing-Legierungen. Die Querschnittsfläche der Hülsenteile soll dabei mindestens 70% der Querschnittsfläche der zu verbindenden Leiter betragen, um eine übermäßige Wärmeentwicklung zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei der Verbindung von Stromschienen elektrischer Schaltungen von Bedeutung, da hier Stromstärken bis 2500 A und Spannungen von gewöhnlich 11 kV auftreten können.

Die ring- oder bandförmigen Befestigungseinrichtungen können beispielsweise aus einer beta-Messing-Legierung hergestellt sein und bei der Wärmeerholung einen Kontaktdruck von über 270 MPa (40 000 PSI) oder sogar über 550 MPa (80 000 PSI) ausüben, während die Streckgrenzen von Hülsenteilen aus massivem Kupfer, das kaltverfestigt wurde, bei etwa 140 MPa (20 000 PSI) liegt.

Befestigungseinrichtungen aus wärmeerholbaren beta-Messing- Legierungen schrumpfen etwa um 4% bei Erwärmung, so daß die maximal mögliche Verformung der Vorsprünge im Kontaktbereich 2% des Durchmessers des Ringes oder Bandes beträgt. In der Praxis wird ein Teil durch die Toleranzen bei der Herstellung der Hülsenteile und Ringe aufgebracht, so daß sich die konvexen Vorsprünge der Kontaktbereiche um mindestens 0,5% des Durchmessers des Ringes oder Bandes verformen.

Befestigungseinrichtungen in Ringform können durchgehend sein oder einen unterbrochenen Querschnitt haben, d. h. Spaltringe sein, und werden derart verformt, daß sie eine radiale Schrumpfung von etwa 4% zeigen. Wie erwähnt, bestehen sie zweckmäßig aus beta-Messing-Legierungen und sie haben eine Übergangstemperatur oberhalb Raumtemperatur, damit nicht die Gefahr einer vorzeitigen Rückstellung besteht. Im allgemeinen liegt die Übergangstemperatur bei etwa 100°C, so daß sie mittels eines Brenners oder einer Heißlufteinrichtung rückgestellt werden können.

Zur Verbindung zweier länglicher Gegenstände werden die insgesamt rohrförmigen, offenendigen Abschnitte um die Enden der Gegenstände herum angeordnet. Die Befestigungseinrichtungen werden dann über dem Bereich der Abschnitte angeordnet, der sich mit den Enden der Gegenstände überlappt. Durch Erwärmen der Befestigungseinrichtungen schrumpfen diese, wodurch die Abschnitte der Gegenstände festklemmen. Die auf der Innenfläche der Abschnitte ausgebildeten konvexen Flächen verformen sich dabei und bilden einen großen Kontaktbereich zu den Gegenständen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Verbinden von Sammelschienen bei elektrischen Schaltungen, die zum Beispiel für den Versand vormontiert werden.

Um die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Sammelschienen kann eine Isolierschicht aufgeschrumpft werden, die aus einem Kunststoff mit der notwendigen Entladungs- und Spannungsfestigkeit besteht.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß Gegenstände an Ort und Stelle verbunden werden können, und zwar auch unter beengten räumlichen Verhältnissen, in denen eine durchgehend rohrförmige Hülse nicht mehr verwendbar ist. Die Befestigungseinrichtungen, bei denen es sich im allgemeinen um wärmerückstellbare Ringe handelt, werden dabei zunächst um die zu verbindenden Gegenstände herum angeordnet, bevor die Hülsenteile um die Gegenstände herum angeordnet werden.

Vorteilhaft ist bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner, daß trotz der durch die ringförmigen Befestigungseinrichtungen ausgeübten hohen Kraft nahezu keine Biegekräfte auf Gegenstände ausgeübt werden, die nicht exakt miteinander fluchten.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 zwei Sammelschienen, die verbunden werden sollen,

Fig. 2 die Sammelschienen von Fig. 1 in verbundenem Zustand,

Fig. 3 die Verbindungsvorrichtung mit zwei Sammelschienen im Längsschnitt,

Fig. 4a eine bogenförmige Verbindungsvorrichtung im Schnitt,

Fig. 4b eine Schnittdarstellung nach A-A von Fig. 4a,

Fig. 5 eine T-förmige Verbindungsvorrichtung und

Fig. 6 eine Verbindungsvorrichtung im Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt zwei Sammelschienen 1 und 2, welche innerhalb von Formstücken 3, 4 aus Epoxykunstharz fest angebracht sind. Die Sammelschienen 1, 2 sind massive Kupferstücke von kreisförmigem Querschnitt mit einer Silberplattierung von 0,0127 mm (0,0005 Zoll) Stärke. Der Spalt D1 zwischen den Enden der Sammelschienen 1 und 2 und der Abstand D2 zwischen den Formstücken 3, 4 aus Epoxykunstharz sind variabel. Im allgemeinen sind jedoch die Abstände so gewählt, daß sie im Interesse der Kompaktheit der elektrischen Schaltanlage klein sind.

Fig. 2 zeigt eine Verbindung der Sammelschienen 1 und 2. Diese Verbindung weist zusammengesetzte, insgesamt röhrenförmige Abschnitte auf, die aus zwei hohlen Halbhülsen 5 und 6 aus Kupfer bestehen, und unter Wärme schrumpfbare Metallbänder 7 und 8 sind als Befestigungseinrichtung an beiden Enden der Halbhülsen 5, 6 vorgesehen.

Die Verbindung kann zweckmäßigerweise wie folgt zusammengebaut werden: Die beiden unter Wärme schrumpfbaren Metallbänder 7 und 8 werden zunächst auf die Sammelschienen 1 bzw. 2 geschoben, wobei dann, wenn der Spalt D1 zwischen den Sammelschienen 1 und 2 kleiner als die Breite der Bänder 7, 8 ist, es notwendig wird, die Bänder 7, 8 auf die Sammelschienen 1, 2 zu schieben, bevor die Anlage zusammengebaut wird. Die Halbhülsen 5 und 6 werden dann um die Verbindungsstelle der Sammelschienen 1, 2 herum angebracht, worauf die Metallbänder 7 und 8 auf die Enden der Halbhülsen 5, 6 geschoben werden. Sobald diese Anordnung fertiggestellt wurde, können die Metallbänder durch Wärmewirkung beschrumpft werden, und zwar bei einer Temperatur, die der Übergangstemperatur des Memory-Metalls, aus welchem sie gemacht sind, gleich ist oder diese Temperatur überschreitet. Sobald dieser Vorgang beendigt wird, kann eine oder können mehrere Schichten aus einem elektrischen Isolierungsstoff auf die Verbindung aufgebracht werden, um sie zu isolieren und damit die erforderliche Entladungs- und Spannungsfestigkeit zu erzielen.

Gemäß Fig. 3 ist ein Innenvorsprung 12 als Kontaktbereich an jedem Ende der Halbhülsen 5, 6 angeordnet, so daß ein innerer kreisringförmiger Vorsprung an jedem Ende vorhanden ist. Wenn die Sammelschienen 1, 2 nicht absolut genau ausgerichtet sind, beispielsweise um bis 3 mm versetzt sind, so wird durch die Innenvorsprünge 12 gewährleistet, daß dennoch eine gute elektrische Verbindung hergestellt wird, wobei die Vorsprünge 12 nach dem Schrumpfen der Metallbänder 7 und 8 verformt und plattgedrückt werden.

Die Fig. 4a und Fig. 4b zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hülsenteile 5, 6 und die Metallbänder 7, 8 in Stellung gebracht sind, wobei jedoch die Sammelschienen einfachheitshalber weggelassen sind. Die Verbindung ist aus zwei bogenförmigen Halbhülsen 5, 6 gebildet und die schrumpfbaren Metallbänder 7, 8 sind an jedem Ende des Kniestückes vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Verbindung zwischen den Sammelschienen 1, 2 gebildet, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine Verbindung für drei Stromschienen. Die rohrförmigen Abschnitte bilden ein T und sind aus drei Hüsenteilen 5, 6, 6a zusammengesetzt, wobei schrumpfbare Metallbänder 7, 8, 9 am Ende jedes Armes der T-förmigen Anordnung vorgesehen sind.

Typische Bemessungen für die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Verbindung sind wie folgt: Die Länge der aus Kupfer bestehenden Halbhülsen 5, 6 ist 50 mm und deren Stärke ist 3 mm; die Breite der Metallbänder 7, 8 ist 12 mm und ihre Dicke ist 2 mm. Eine solche Verbindung wird typischerweise verwendet, um Sammelschienen miteinander zu verbinden, die einen Durchmesser von etwa 17 mm haben, wobei der Abstand D2 etwa 80 mm und der Abstand D1 etwa 10 bis 15 mm beträgt.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem von Fig. 3, wobei jedoch die Sammelschienen einfachheitshalber weggelasen sind. Die zwei Halbhülsen 5, 6 aus Messing oder Kupfer haben einen verhältnismäßig dicken Bereich zwischen ihren Enden und haben an jedem Ende einen Abschnitt 13, 14 von kleinerem Durchmesser zur Aufnahme der Ringe 7, 8.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung ist die Dicke des Mittelabschnittes der Hülsen 5, 6 typischerweise etwa 7,5 mm, die Höhe des Vorsprunges 12 etwa 1 mm (von der Innenoberfläche der Hülse aus gemessen), wobei die Außenoberfläche des Mittelabschnittes der Hülse um etwa 3 mm oberhalb der Oberfläche der Abschnitte 13 und 14 herausragt. Diese Vorrichtung hat einen Innenkrümmungsradius (am Scheitel der Vorsprünge) von etwa 15 mm, um Sammelschienen mit einem Durchmesser von etwa 29 mm zu verbinden, indem Ringe 7, 8 mit einem Innendurchmesser von etwa 42 mm vorgesehen werden, die auf etwa 40 mm schrumpfen. Die Dicke der Ringe 7, 8 beträgt 2,5 bis 6 mm und die Breite etwa 12 mm.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung:

Eine Anzahl von Verbindungsvorrichtungen gemäß Fig. 6 mit massiven Kupferhülsen 5, 6 mit einer Plattierung einer Dicke von 0,0125 mm wird zwischen Sammelschienen 1, 2 von 31 mm Durchmesser als Verbindung vorgesehen, wobei ein Spalt von 14 mm zwischen den Enden dieser Schienen 1, 2 vorhanden ist und diese um 3 mm fehlausgerichtet sind. Diese Verbindungen wurden einem Belastungszyklustest unterworfen, bei welchem ein Strom von 1900 A 90 Minuten lang durch die Sammelschienen geschickt wurde, damit die Temperatur der Verbindung von 40°C auf 105°C erhöht wurde, worauf er für die Dauer von 60 Minuten abgeschaltet wurde, damit die Verbindung abkühlt, bevor der Vorgang wiederholt wurde. Nach 1400 Zyklen wurde keine nachteilige Wirkung auf die Verbindung festgestellt. Der Spannungsabfall an der Verbindung variierte von 19,9 bis 13,25 mV bei 1800 A und hat sich seit dem Beginn des Belastungszyklus nicht nennenswert erhöht.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Herstellung einer mechanischen und/oder elektrischen Verbindung zwischen einer Mehrzahl länglicher Gegenstände (1, 2), mit einer Mehrzahl insgesamt rohrförmiger, offenendiger Abschnitte (5, 6) zur Aufnahme der Enden der Gegenstände (1, 2), so daß sie sich zwischen den Gegenständen (1, 2) erstrecken, und einer Mehrzahl von Befestigungseinrichtungen (7, 8) in Form von Bändern oder Ringen zur Anordnung um die Abschnitte (5, 6) herum an deren Enden oder im Bereich deren Enden und zur Verformung der Abschnitte (5, 6) zur Berührung mit den darunterliegenden Gegenständen (1, 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen (7, 8) aus einem Memory-Metall hergestellt sind und daß wenigstens einer der offenendigen Abschnitte (5, 6) einen sich axial erstreckenden Kontaktbereich (12) mit einer glatten Innenfläche aufweist, wovon wenigstens ein wesentlicher Anteil im axialen Querschnitt konvex ausgebildet ist, so daß das von dem Kontaktbereich (12) umschlossene Volumen eine sich in Axialrichtung verändernde Querschnittsfläche aufweist, die sich von einem ersten Wert nahe dem offenen Ende allmählich auf einen Minimal-Wert verringert und dann entfernt vom offenen Ende auf einen zweiten Wert ansteigt und wobei jeder Bereich der Abschnitte (5, 6), der den Kontaktbereich (12) von dem entsprechenden offenen Ende trennt, ein Volumen umschließt, dessen Querschnittsfläche an allen Punkten wenigstens so groß wie der erste Wert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Kontaktbereich (12) eine an seiner Basis gemessene Breite im Bereich vom 0,1- bis 0,25fachen des äquivalenten Durchmessers des umschlossenen Querschnitts am Minimalwert der Querschnittsfläche aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Kontaktbereich (12) eine von dem Teil der Abschnitte (5, 6), der das dem zweiten Wert entsprechende Volumen der Querschnittsfläche umschließt, gemessene Höhe im Bereich von 1 bis 2,5 mm hat.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Kontaktbereich (12) ein kreisförmiges Axialprofil aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte aus zwei oder mehr schalenförmigen Bauteilen (5, 6) gebildet sind, von denen sich jedes um einen Teil jedes Gegenstandes (1, 2) transversal erstreckt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel zur Anordnung einer Befestigungseinrichtung (7, 8) auf der Außenfläche der Abschnitte (5, 6), so daß sich die Befestigungseinrichtung (7, 8) um den Kontaktbereich (12) zurückstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungsmittel durch einen Bereich (27, 28) der Abschnitte (5, 6) gebildet werden, der ein niedrigeres Außenprofil hat.