DE736835C - Schraubverbindungen von Stromleitern geringer Dauerstandfestigkeit - Google Patents

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.
• 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.
• Im folgenden sind die Erfindungsmerkmale, ausgehend von der in der Abbildung als Auäführungsbeispiel dargestellten Anordnung, im einzelnen erläutert.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE i . Schraubverbindungen von Stromleitern geringer Dauerstandfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturausdehnung der Stromleiter und derDruckglieder durch Auswahl der Werkstoffe und Bemessung der Einzelteile so abgeglichen ist, daß mit zunehmender Temperatur die Temperaturausdehnung der Druckglieder (Schrauben, Druckplatten) gleich oder größer als die der Stromleiter ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß besondere Kompensationsglieder als zusätzliche Druckglieder vorgesehen und so angeordnet sind, daß durch sie zusammen mit den übrigen Druckgliedern die unterschiedliche Temperaturausdehnung von Stromleitern und Druckgliedern kompensiert oder überkompensiert wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schrauben aus Duraluminium und Kompensationsglieder aus Eisen vorgesehen sind. q.. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kompensationsplatten aus keramischem Werkstoff vorgesehen sind.