Соединение между гибким проводником и клеммой и способ его осуществления

Изобретение относится к узлу электрического соединения между гибким проводником и клеммой, который содержит клемму, выполненную в форме параллелепипеда и имеющую верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, две боковые поверхности и концевую поверхность, которая содержит одну или несколько прорезей, выполненных в форме параллелепипеда и проходящих по всей толщине клеммы, по меньшей мере, один гибкий проводник, одна концевая часть которого имеет форму, согласующуюся с формой внутренних стенок прорезей, и вставлена в прорези, причем гибкий проводник отходит, по существу, под прямым углом от одной из верхней, нижней или концевой поверхностей, а по меньшей мере один валик лазерного сварного шва, проходящий по прорезям вдоль, по меньшей мере, одной из двух поверхностей, от которых не отходит гибкий проводник. Технический результат - повышение механической прочности и электрической проводимости экономичного в изготовлении соединения. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к узлу соединения гибких проводников, в частности рубильников и контакторов низковольтных цепей, и к способу соединения гибкого проводника, в частности одного или нескольких жгутов, и клеммы подвижного контакта рубильника или контактора низковольтной цепи, посредством лазерной сварки.

Предшествующий уровень техники

В рубильниках и контакторах электрической цепи обычно предусмотрен гибкий проводник, который функционально соединяет подвижный контакт с неподвижным контактом. Известные способы обеспечения соединения гибкого проводника с подвижным контактом и неподвижным контактом обычно основаны на процессах сварки с припоем.

В этих процессах создаются высокие температуры в течение относительно большого времени и в относительно большой области вокруг зоны сварки. Это приводит к отжигу проводника, обычно выполненного из меди, с последующим снижением и ухудшением механических характеристик гибкого проводника, что неизбежно приводит к сокращению срока службы всего рубильника или контактора, усложнению операций обслуживания или даже к замене устройств.

Часть клеммы, которая окружает зону сварки, как на подвижном контакте, так и на неподвижной клемме, также подвергается отжигу, вызванному нагревом, с последующим ухудшением механических свойств этих элементов.

Кроме того, эти процессы требуют весьма интенсивного использования энергии, а также отличаются дороговизной, почти полным отсутствием гибкости и громоздкостью.

Однако этим методам трудно найти альтернативу, которую можно осуществлять в промышленном масштабе, поскольку проблема состоит в том, что соединительные элементы имеют неправильную форму. Например, в случае соединения между проводящими жгутами и клеммой подвижного контакта необходимо обеспечивать соединению достаточную механическую прочность и, вместе с тем, необходимую электрическую проводимость, наилучшим образом используя полезные поверхности клеммы, что не всегда легко осуществить ввиду характеристик формы жгута. Кроме того, размеры гибкого проводника и клеммы могут быть относительно велики, и, соответственно, сварочная система должна иметь надлежащий уровень мощности.

Например, ультразвуковая сварка не имеет вышеупомянутых недостатков отжига, но непрактична в использовании ввиду ограниченной мощности.

Из вышеприведенного описания следует, что в настоящее время имеется необходимость в системах для соединения гибких проводников с жесткими элементами, которые являются реальной альтернативной соединениям, полученным посредством традиционных методов сварки с припоем. Также очевидно, что имеется необходимость в эффективном способе соединения гибких проводников, в частности медных жгутов, с клеммами.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание соединения между гибким проводником и клеммой, которое обладает высокой механической прочностью и высокой электрической проводимостью, а также экономичного в изготовлении.

Задачей настоящего изобретения является также создание способа соединения гибкого проводника с клеммой, который не приводит к ухудшению механических свойств проводника и/или клеммы.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа соединения гибкого проводника с клеммой, который гарантирует высокую электрическую проводимость.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение соединения между медным жгутом и клеммой в рубильнике или контакторе низковольтной цепи.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа соединения гибкого проводника с клеммой и соединения между медным жгутом и клеммой, достаточно простого в применении в промышленности при умеренных затратах и экономически конкурентоспособного.

Настоящее изобретение позволяет использовать широко распространенные в настоящее время недорогие роботизированные узлы обработки, что обеспечивает значительные преимущества в отношении гибкости и программируемости в условиях эксплуатации, которые до сих пор считались исключительно негибкими. Эти характеристики позволяют, например, обрабатывать с помощью одной сварочной установки разнообразные соединители и клеммы.

Поставленные задачи решены путем создания соединения между гибким проводником и клеммой, которое характеризуется тем, что содержит

клемму, выполненную в форме параллелепипеда, имеющую верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, две боковые поверхности и концевую поверхность, которая содержит одну или несколько прорезей, выполненных в форме параллелепипеда и проходящих по всей толщине клеммы,

по меньшей мере один гибкий проводник, одна концевая часть которого имеет форму, согласующуюся с формой внутренних стенок прорезей, и вставлена в прорезь, а гибкий проводник отходит под прямым углом либо от верхней, либо от нижней, либо от концевой поверхности,

по меньшей мере один валик лазерного сварного шва, проходящий вдоль клеммы по прорезям на по меньшей мере одной из двух поверхностей, от которых не отходит гибкий проводник.

Поставленная задача решена также путем создания способа соединения гибкого проводника с клеммой, который характеризуется тем, что

используют клемму, выполненную в форме параллелепипеда, имеющую верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, две боковые поверхности и концевую поверхность, причем на концевой поверхности клеммы имеется одна или несколько прорезей, выполненных в форме параллелепипеда, которые проходят по всей толщине клеммы,

используют по меньшей мере один гибкий проводник, концевая часть которого имеет форму, согласующуюся с формой внутренних стенок прорезей,

вставляют и зачеканивают сформированную концевую часть в прорезе так, чтобы гибкий проводник отходил, по существу, под прямым углом либо от верхней, либо от нижней, либо от концевой поверхности клеммы,

подвергают по меньшей мере одну из сторон, от которой не отходит гибкий проводник, у прорезей, сварке лазерным средством для соединения сваркой клеммы с гибким проводником.

Было обнаружено, что благодаря использованию соединения и способа согласно изобретению, можно получить соединения, характеризующиеся высокой механической прочностью и высокой электропроводностью. Кроме того, при использовании средств лазерной сварки можно избежать проблем отжига, что позволяет сохранить механические свойства отдельных частей.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид клеммы и гибких проводников согласно изобретению;

фиг.2 - общий вид соединения между гибкими проводниками и клеммой согласно изобретению.

Описание предпочтительного варианта воплощения изобретения

Одним из элементов, образующих соединение, является клемма 1 (фиг.1), выполненная, по существу, в форме параллелепипеда, имеющая верхнюю поверхность 11, нижнюю поверхность 12, две боковые поверхности 13 и 14 и концевую поверхность 15. На концевой поверхности 15 клеммы выполнена одна или несколько прорезей 150, по существу, в форме параллелепипеда, которые проходят по всей толщине клеммы. Можно сказать, что концевая поверхность имеет профиль прямоугольной волны.

Вторым элементом, образующим соединение, является гибкий проводник 2, концевая часть 21 которого имеет форму, согласующуюся с формой прорезей 150.

Соединение согласно изобретению образовано концевой частью 21 (фиг.2) проводника 2, вставленной в прорезь 150. В этом случае гибкий проводник 2 отходит, по существу, под прямым углом от нижней поверхности 12 клеммы 1.

По меньшей мере, один валик 3 лазерного сварного шва проходит вдоль клеммы 1 по прорезям 150 на концевой поверхности 15 и/или на поверхности, лежащей напротив той, от которой отходит гибкий проводник. В представленном варианте валики 3 лазерного сварного шва проходят по концевой поверхности 15 и по верхней поверхности 11.

Термин «валик сварного шва» обозначает наплавленный материал, полученный при сканировании лазерным средством по заранее намеченным линиям.

Предпочтительно, чтобы гибкий проводник 2 был образован одним или несколькими медными жгутами. Ниже более подробно описано, что сформированную концевую часть 21 гибкого проводника 2 можно получить сжатием жгута.

В особенности, когда соединение относительно больших размеров, предпочтительно формировать множество валиков 3 лазерного сварного шва. В этом случае удобно, чтобы валики проходили вдоль концевой поверхности 15 и, например, вдоль поверхности 11 (фиг.2), которая является поверхностью, лежащей напротив поверхности 12, от которой отходят гибкие проводники 2.

Соединения согласно изобретению удобно использовать, например, в рубильниках и контакторах низковольтных цепей. Рубильники и контакторы обычно содержат по меньшей мере один подвижный контакт, гибкий проводник и клемму.

Соединения между подвижным контактом и гибким проводником и между гибким проводником и клеммой можно удобно получать согласно заявленному способу. Рубильники и контакторы составляют дополнительный аспект настоящего изобретения.

Еще один аспект настоящего изобретения касается способа получения соединения между гибким проводником и клеммой, который более подробно описан ниже.

Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом.

Подготавливают клемму 1 в форме, по существу, параллелепипеда, которая имеет верхнюю поверхность 11, нижнюю поверхность 12, две боковые стороны 13 и 14 и концевую поверхность 15. Выполняют на концевой поверхности 15 одну или несколько прорезей 150 в форме, по существу, параллелепипеда, проходящие по всей ширине клеммы. Кроме того, используют гибкий проводник 2, имеющий концевую часть 21, форма которой, по существу, согласуется с формой внутренних стенок прорезей.

Сформированную концевую часть 21 вставляют и зачеканивают в прорези 150 так, что гибкий проводник 2 отходит, по существу, под прямым углом либо от верхней, либо от нижней, либо от концевой поверхности клеммы, например, от нижней поверхности 12.

Затем концевую поверхность 15 и/или нижнюю поверхность 12 подвергают действию лазерного средства 40 (показано схематично) для обеспечения сварки между клеммой и гибким проводником.

Гибкий проводник предпочтительно состоит из одного или нескольких медных жгутов, причем форму концевой части получают сжатием жгута.

Сварку производят путем сканирования лазерным средством по поверхностям 15 и/или 11 или 12 в направлении, по существу, перпендикулярном поперечным поверхностям 13 и 14 клеммы. В любом случае для соединений большого размера, предпочтительно, чтобы лазерное средство выполняло сканирование как по концевой поверхности 15, так и по поверхности 11 или 12 в направлениях, по существу, перпендикулярных боковым поверхностям клеммы.

Специалистам в данной области очевидно, что сканирование можно осуществлять посредством перемещения лазерного средства относительно компонентов, подлежащих свариванию в ходе операции сварки. Такое относительное перемещение, на практике, можно обеспечить, оставляя неподвижным свариваемые компоненты и перемещая лазерное средство, либо оставляя неподвижными лазерные средства и перемещая свариваемые компоненты, или перемещая и то, и другое.

Скорость сканирования, угол падения и все остальные физические параметры лазерного пучка, подробнее описанные ниже, можно выбирать и модулировать в соответствии с характеристиками свариваемых элементов, например, их химическим составом или толщиной, но также можно надлежащим образом управлять и изменять в ходе сварочных операций для компенсации нагрева зон воздействия и для оптимизации результатов.

Можно использовать лазерные средства разных типов, но предпочтительно использовать твердотельный лазер, например ниодимовый лазер. Рабочие характеристики лазера, например его частоту, мощность, угол падения, скорость сканирования, можно изменять и модулировать в зависимости от характеристик свариваемых элементов и результатов, которые нужно получить.

На практике было обнаружено, что способ согласно изобретению позволяет получать соединения, обладающие хорошими механическими и электрическими свойствами. В частности, можно избежать проблем отжига меди, свойственных процессам сварки с припоем.

Высокая электрическая проводимость, обеспечиваемая зачеканиванием гибких проводников на клеммах, гарантируется даже после сварки, что позволяет избежать ухудшения проводимости, в отличие от обычной сварки, которая осуществляется с припоем. Лазерная сварка позволяет решить задачу обеспечения механической прочности системы и препятствует ухудшению характеристик электрической проводимости вследствие теплового расширения в условиях эксплуатации.

Кроме того, использование лазерных средств позволяет избежать нагревов, критических и опасных для механических характеристик отдельных компонентов.

Кроме того, способ согласно изобретению можно использовать в автоматизированных производственных циклах, позволяющих эффективно и сравнительно дешево изготавливать рубильники, контакторы и компоненты рубильников и контакторов.

Вышеописанные соединение и способ допускают многочисленные модификации и изменения, отвечающие сущности изобретения, кроме того, все детали можно заменить эквивалентными элементами.

Используемые материалы, а также формы и размеры составных деталей могут быть любыми, соответствующими требованиям и состоянию техники.

1. Соединение между гибким проводником и клеммой, отличающееся тем, что содержит клемму, выполненную в форме параллелепипеда, имеющую верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, две боковые поверхности и концевую поверхность, которая содержит одну или несколько прорезей, выполненных в форме параллелепипеда и проходящих по всей толщине клеммы, по меньшей мере один гибкий проводник, одна концевая часть которого имеет форму, согласующуюся с формой внутренних стенок прорезей, и вставлена в прорезь, а гибкий проводник отходит под прямым углом либо от верхней, либо от нижней, либо от концевой поверхности, по меньшей мере один валик лазерного сварного шва, проходящий вдоль клеммы по прорезям на по меньшей мере одной из двух поверхностей, от которых не отходит гибкий проводник.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что гибкий проводник образован медным жгутом.

3. Соединение по п.2, отличающееся тем, что концевая часть гибкого проводника сформирована сжатием жгута.

4. Соединение по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что содержит множество валиков лазерного сварного шва, проходящих по меньшей мере по одной из двух поверхностей, от которых не отходит гибкий проводник.

5. Рубильник или контактор низковольтной цепи, содержащий по меньшей мере один подвижный контакт, гибкий проводник, клемму, первое соединение между подвижным контактом и гибким проводником, второе соединение между гибким проводником и клеммой, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из первого и второго соединений является соединением по любому из пп.1-4.

6. Способ соединения гибкого проводника с клеммой, отличающийся тем, что используют клемму, выполненную в форме параллелепипеда и имеющую верхнюю поверхность, нижнюю поверхность, две боковые поверхности и концевую поверхность, причем на концевой поверхности клеммы выполнена одна или несколько прорезей, имеющих, по существу, форму параллелепипеда, которые проходят по всей толщине клеммы,

используют по меньшей мере один гибкий проводник, концевая часть которого имеет форму, согласующуюся с формой внутренних стенок прорезей,

вставляют и зачеканивают сформированную концевую часть в прорезь так, чтобы гибкий проводник отходил, по существу, под прямым углом либо от верхней, либо от нижней, либо от концевой поверхности клеммы,

подвергают по меньшей мере одну из сторон, от которой не отходит гибкий проводник, у прорезей сварочному действию лазерных средств, для соединения сваркой клеммы и гибкого проводника.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что гибкий проводник образован по меньшей мере одним медным жгутом.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что концевую часть гибкого проводника подвергают сжатию для формирования конца проводника.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что лазерным средством сканируют по меньшей мере одну из двух поверхностей, от которых не отходит гибкий проводник, в направлении, по существу, перпендикулярном боковым поверхностям клеммы.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что лазерным средством осуществляют сканирование одной или нескольких поверхностей, от которых не отходит гибкий проводник, в направлении, по существу, перпендикулярном боковым поверхностям клеммы.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве лазерного средства используют твердотельный лазер.

12. Соединение между гибким проводником и клеммой, полученное способом, заявленным по любому из пп.6-11.