Kupferschienen

Also hat die Schraubensicherung in dem Fall nix mit einer Elektrotechnik 
Norm zu tun, sondern mit einer Maschinenbau Norm?

Wobei man in dem Fall dann eine Schraubensicherung bräuchte, die gegen 
Losdrehen sichert um einen Vorspannkraftverlust zu vermeiden.. Da hilft 
am Besten Reibung...am allerbesten mit Dehnschrauben wenn man keine 
Möglichkeit hat eine Sicherungsmutter zu verwenden.

Ich würde jetzt mal auf Korrosionsschutz tippen...speziell auch 
Kontaktkorrosion

Also das Thema Spannscheiben bei Anschluss an Kupferschienen wird im 
Netz oft erklärt.
Geh davon aus das eine Kupferschiene sich sehr bewegt bei 
Temperaurschwankungen und es gibt immer ein Setzverhalten der Schien und 
vor allem des Kabelschuhs. Das muss ausgeglichen werden. Darum 
Spannscheiben.
Kupfer Pur macht Sinn wenn es um Verteilungen (mit Kreuzungen) in 
Schaltanlagen geht die meisten Hoch und trocken sind. In Schiffen oder 
in Werkhallen passt das und ist halt billig.
Vernickelt werden die bei Hochstromelektronik (z.B. Windkraft 
Konverter)die auch noch im Rauen Klima stehen. Niedriger Widerstand an 
den Übergängen und kein Oxidieren der Oberflächen.
Ist halt teuer und man sollte wissen wo die Löcher hin sollen weil ja 
erst nach dem Bohren vernickelt wird.
Versilbern oder Oberflächen verzinnen macht Sinn wenn man ein Anlaufen 
verhindern will und auch eine gute Kompatibilität zu den Kabelschuhen 
braucht. Die sind ja schon verzinnt und es ergibt sich so kein neues 
Galvanisches Element. Ist nicht ganz so teuer wie vernickeln hilft aber 
auch schon besser als Pur.
Wichtig sind solche Überlegungen wenn es um mehr als 100A pro Anschluss 
geht und man keine Chance zur permanenten Überprüfung der Drehmomente 
hat.

Peter E. schrieb:
> Geh davon aus das eine Kupferschiene sich sehr bewegt bei
> Temperaurschwankungen und es gibt immer ein Setzverhalten der Schien und
> vor allem des Kabelschuhs. Das muss ausgeglichen werden. Darum
> Spannscheiben.

Ich weiß nicht, was man da mit Federscheiben ausgleichen will. Wenn die 
Schrauben angezogen ist, ist die Federscheibe verpresst und die gewollte 
Vorspannkraft wird übertragen. Sollte sich jetzt aufgrund Setzen oder 
Bewegungen aufgrund Temperaturschwankungen im Material oder externen 
Vibrationen, etc. die Vorspannkraft reduzieren...was will die Billige 
Federscheibe da ausgleichen? Die Vorspannkraft sicherlich nicht. 
Weiterhin neigen solche Schraubverbindungen unter den vorher genannten 
Randbedingungen zum Lösen, was die Federscheibe wieder wirkungslos 
macht. Sobald die Federscheibe auch nur das geringste Spiel hat, gibts 
so gut wie keine Flächenpressung mehr und dementsprechend auch keine 
Reibung. Das ist der worst-case einer jeden Schraubverbindung.
Also entweder ist die Schraube fest oder locker...Eine Federscheibe kann 
hier keine lockere Verbindung ausgleichen.

Das sollte man unbedingt Siemens oder AEG stecken. Die glauben noch 
immer das es so besser ist. Liegt wohl daran das deren Drehmoment an die 
Spannscheibe angepasst ist und eben nicht aus dem Maschinenbau kommt wo 
es um Streckgrenzen geht.

Aus einer Anweisung von Siemens:
Für die Sammelschienen-Verschraubungen sind
die mitgelieferten Befestigungselemente zu
verwenden. Schrauben Festigkeitsklasse 8.8,
Muttern Festigkeits-klasse 8 und Spannscheiben nach
DIN 6796 gewährleisten bei Einhalten des
Anziehdrehmoments die erforderlichen Kontaktkräfte.
Unzulässige Befestigungselemente oder
Abweichungen von den vorgegebenen
Anziehdrehmomenten nach unten oder oben führen
durch zu geringe Vorspannung oder durch
Schädigung der Schrauben zu einer wesentlichen
Reduzierung der Stromtragfähigkeit. Daraus
resultierende Überhitzung kann zum Versagen von
Bauteilen und zu einem Störlichtbogen führen. Wenn
dieser bei offenen Umhüllungsteilen eintritt, können
Tod oder schwere Körperverletzung eintreten. Immer
werden hohe Sachschäden die Folge sein.

Peter E. schrieb:
> Liegt wohl daran das deren Drehmoment an die
> Spannscheibe angepasst ist und eben nicht aus dem Maschinenbau kommt wo
> es um Streckgrenzen geht.
>
> Aus einer Anweisung von Siemens:
> Für die Sammelschienen-Verschraubungen sind
> die mitgelieferten Befestigungselemente zu
> verwenden. Schrauben Festigkeitsklasse 8.8,
> Muttern Festigkeits-klasse 8 und Spannscheiben nach
> DIN 6796 gewährleisten bei Einhalten des
> Anziehdrehmoments die erforderlichen Kontaktkräfte.
> Unzulässige Befestigungselemente oder
> Abweichungen von den vorgegebenen
> Anziehdrehmomenten nach unten oder oben führen
> durch zu geringe Vorspannung oder durch
> Schädigung der Schrauben zu einer wesentlichen
> Reduzierung der Stromtragfähigkeit. Daraus
> resultierende Überhitzung kann zum Versagen von
> Bauteilen und zu einem Störlichtbogen führen. Wenn
> dieser bei offenen Umhüllungsteilen eintritt, können
> Tod oder schwere Körperverletzung eintreten. Immer
> werden hohe Sachschäden die Folge sein.

Wenn das entsprechend erprobt und verifiziert ist passt das ja.

Und wie es in der Anweisung von Siemens auch heisst...nur die speziell 
mitgelieferten Maschinenelemente unter Einhaltung der Randbedingungen 
gewährleisten eine sichere Schraubverbindung. mit einer anderen 
Spannscheibe würde es vll. gar nicht funktionieren...oder mit verzinkten 
Schrauben statt den vll. mitgelieferten phosphatierten...

Ne Schraubverbindung kann halt auch sehr speziell und alles andere als 
trivial sein

A. S. schrieb:
> Hermann S. schrieb:
>> Weiterhin neigen solche Schraubverbindungen unter den vorher genannten
>> Randbedingungen zum Lösen, was die Federscheibe wieder wirkungslos
>> macht.
>
> Naja, das Lösen muss man durch andere Maßnahmen verhindern. Zudem war
> von Spannscheiben die Rede.

Spannscheibe...Federscheibe, das ist eigentlich wurscht...

Das macht ja gar keinen Sinn, wenn ich ein Maschinenelement einsetzte, 
das das Lösen verhindern soll (vermeintlich), es aber nicht kann und man 
deswegen eine zusätzliche Sicherung benötigt. Dann kann ich auf die 
"Spannscheibe" oder was auch immer gleich verzichten.

> Wenn die Schraube sich nicht löst, gleicht so eine Spannscheibe einfach
> ein wenig mehr Dehnung/Setzung aus.

Und nochmal...sobald sich etwas an der ausgelegten Schraubverbindung, 
was nicht in der Auslegung oder den Versuchen berücksichtigt worden ist, 
setzt oder in negative Richtung dehnt, geht Vorspannkraft flöten -> 
Schraubverbindung hat sich gelöst (auch wenn sich die Schraube nicht 
bewegt hat). In der Regel berücksichtigt man das Setzten der 
Schraubverbindung ja bereits bei der Auslegung. D. h. so ein 
"Ausgleichselement"  würde man im klassischen Maschinenbau vorher schon 
rausrechnen.

Das hängt natürlich alles von der Auslegung der Schraubverbindung ab, 
wann eine Verbindung als "fest" oder "lose" gilt, also...wieviel 
Vorspannkraft brauche ich, damit ich die auftretenden Kräfte übertragen 
kann (mal unabhängig von der Löseneigung). Das wird sich im Rahmen einer 
Ringöse eher in Grenzen halten. K. a. vll. gibts in der Elektrotechnik 
Normen, wo geregelt ist, mit wieviel Kraft z. B. so eine Ringöse 
befestigt werden muss.

Aber wie schon von Peter angemerkt...dafür gibts dann speziell 
ausgelegte Schraubverbindungen, die auch abgeprüft werden, pauschal kann 
man das nicht wirklich beantworten, das hängt im wesentlichen alles von 
Reibung ab...und diese von vielen anderen Faktoren, die man bestenfalls 
einschätzen kann.

Gefühlsmässig ist so eine Feder/Spannscheibe eher nix...aber aus den 
Versuchen und Erfahrungen geht halt doch hervor, dass es funktioniert.

Horscht schrieb:
> Ein Federring war ein bis zum Zurückziehen der Normen DIN 127 A und B im
> Jahre 2003[1] als Schraubensicherung benutztes Maschinenelement. Nachdem
> seine Wirkungslosigkeit erkannt war[2], wurde die entsprechende Norm
> zurückgezogen. Im Handel sind Federringe jedoch nach wie vor erhältlich
> und werden im Hobbybereich häufig in Unkenntnis der Wirkungslosigkeit
> immer noch eingesetzt.

Demzufolge müssten hierzulande regelmäßig aus Stahlbauteilen gebaute 
Hallen einstürzen....
Wenn man mal anschaut wie die "Wirkungslosigkeit" von Federringen im 
Vergleich zu Nordlockscheiben ermittelt wird wundert das nicht.
Das ist ungefähr so wie eine Nachrüstpflicht von AFFDs in allen 
Bestandsgebäuden.

Hermann S. schrieb:

> Und nochmal...sobald sich etwas an der ausgelegten Schraubverbindung,
> was nicht in der Auslegung oder den Versuchen berücksichtigt worden ist,
> setzt oder in negative Richtung dehnt, geht Vorspannkraft flöten ->
> Schraubverbindung hat sich gelöst (auch wenn sich die Schraube nicht
> bewegt hat). In der Regel berücksichtigt man das Setzten der
> Schraubverbindung ja bereits bei der Auslegung. D. h. so ein
> "Ausgleichselement"  würde man im klassischen Maschinenbau vorher schon
> rausrechnen.
>
> Das hängt natürlich alles von der Auslegung der Schraubverbindung ab,
> wann eine Verbindung als "fest" oder "lose" gilt, also...wieviel
> Vorspannkraft brauche ich, damit ich die auftretenden Kräfte übertragen
> kann (mal unabhängig von der Löseneigung). Das wird sich im Rahmen einer
> Ringöse eher in Grenzen halten. K. a. vll. gibts in der Elektrotechnik
> Normen, wo geregelt ist, mit wieviel Kraft z. B. so eine Ringöse
> befestigt werden muss.
>
> Aber wie schon von Peter angemerkt...dafür gibts dann speziell
> ausgelegte Schraubverbindungen, die auch abgeprüft werden, pauschal kann
> man das nicht wirklich beantworten, das hängt im wesentlichen alles von
> Reibung ab...und diese von vielen anderen Faktoren, die man bestenfalls
> einschätzen kann.
>
> Gefühlsmässig ist so eine Feder/Spannscheibe eher nix...aber aus den
> Versuchen und Erfahrungen geht halt doch hervor, dass es funktioniert.

Du sprichst da ein für mich interessantes Thema an. Ich werde demnächst 
selber damit konfrontiert sein verzinnte oder vernickelte Stromschienen 
in einem Prüfstand verschrauben zu müssen, die Strömen von bis zu 1 kA 
ausgesetzt sein werden.

Ich traue mir zu die Schraubverbindung so auszulegen, dass das Kupfer an 
der Verbindungsstelle nicht fließt. Allzu genau sind die 
Werkstoffeigenschaften des verwendeten Werkstoffs jedoch auch nicht 
bekannt, erst recht nicht nach der Bearbeitung und 
Oberflächenbehandlung. Intuitiv hätte ich daher auch zu Spannscheiben 
gegriffen, um die Vorspannkraft, trotz Setzen der Beschichtung und 
eventuellem Kriechen des Kupfers, zu erhalten.

Da du Ahnung zu haben scheinst, würde mich deine Vorgehensweise 
interessieren. Würdest du noch eine Schraubensicherung verwenden und, 
wenn ja, welche? Klebeverbindungen scheiden meiner Ansicht nach aus, 
weil die Stromschienen teil eines Prüfstands sind und daher 
vergleichsweise häufig demontiert werden. Die Montage erfolgt auf einem 
Stehbolzen mit Gewinde.

LG Simon

Armin X. schrieb:
> Horscht schrieb:
>> Ein Federring war ein bis zum Zurückziehen der Normen DIN 127 A und B im
>> Jahre 2003[1] als Schraubensicherung benutztes Maschinenelement. Nachdem
>> seine Wirkungslosigkeit erkannt war[2], wurde die entsprechende Norm
>> zurückgezogen. Im Handel sind Federringe jedoch nach wie vor erhältlich
>> und werden im Hobbybereich häufig in Unkenntnis der Wirkungslosigkeit
>> immer noch eingesetzt.
>
> Demzufolge müssten hierzulande regelmäßig aus Stahlbauteilen gebaute
> Hallen einstürzen....
> Wenn man mal anschaut wie die "Wirkungslosigkeit" von Federringen im
> Vergleich zu Nordlockscheiben ermittelt wird wundert das nicht.
> Das ist ungefähr so wie eine Nachrüstpflicht von AFFDs in allen
> Bestandsgebäuden.

Das ist mal wieder so ein typischer deutscher Wikipedia-Artikel. Es wird 
vom irgendwem irgendeine Behauptung in den Raum gestellt und dann acht 
bis zwölfmal wiederholt, damit es auch jeder weiß.

War beim Artikel über geplante Obsoleszenz, die es überall gab, nur 
nicht in der deutschen Wikipedia, genauso.

Die Wirksamkeit von Federringen ist sicherlich anders als der 
Eisengehalt von Spinat über Jahrzehnte hinweg belegt. Gut möglich, daß 
es eine bestimmte Schwäche gibt (vor allem die Patentfreiheit), weshalb 
man die Norm zurückzog. Aber wo die Wiki-Faschos immer nach Belegen 
schreien, wird das in dem Artikel einfach nur unbelegt behauptet. Da 
platzt mir glatt der Federring.

Also wenn ich einen Prüfstand zur Verfügung hätte und solch 
Verschraubungen von Kupferschienen selbst auslegen und testen müsste 
würd ich erstmal ganz pragmatisch vorgehen. Erstmal mit einer gängigen 
Verbindung probieren...z. B. M6...Gewindetiefe mind. 2xd = 12mm würd ich 
bei Kupfer vorschlagen. Dann reisst eher die Schraube ab als das 
Kupfergewinde. Anzug mit Norm-Drehmoment für die gewählte Schraube...bei 
M6 sind das 10 Nm und als Unterlage vll. erstmal eine normale 
Unterlegscheibe.
Testen...Weiterdrehmoment, bzw. Losdrehmoment prüfen (schaun ob noch 
"fest"), ggf. Laboranalyse der Verbindungsstelle...schaun ob i. O.
Ich weiss ja nicht wie die Last genau aussieht, kommen hier noch 
Vibrationen drauf? Welche Umwelteinflüsse (Feuchtigkeit, etc.) Das muss 
der Prüfstand dann alles können.

Man muss auch nicht immer alles neu erfinden...vll. kannst ja hier auch 
von Siemens mit der Verbauvorschrift "abkupfern". Wenn hier nur 
Normteile verwendet wurden, dürfte es leicht sein rauszufinden was das 
für Teile sind.

Hier gibts noch eine Exceltabelle für Schraubenauslegung aus dem Roloff 
Matek:
https://www.rbillich.de/software_fuer_berechnung.htm

Schraubenkleber, also Loctite oder so würde ich erstmal kritisch sehen. 
Er muss auf jeden Fall die auftretenden Temperaturen aushalten und darf 
auf keinen Fall an die Strom-Kontaktflächen kommen. Vll. ist hier eher 
eine Mikroverkapselung auf den Schrauben besser. Die Schrauben kauft man 
fertig mit der Mikroverkapselung (ist im endefekt auch ein 
Schraubenkleber).

Wenn Du die Möglichkeit eines Durchgangslochs hast und hinten drauf eine 
Mutter setzen kannst, könntest Du eine genormte Sicherungsmutter 
verwenden.

Als Legierung für Stromschienen würd ich mal auf E-Cu tippen?! Im DB 
steht eigentlich alles drin (gut, bis auf die Beschichtung). Reibwerte 
der Oberfläche kann man sich aus Tabellen holen (Materialpaarung, 
Oberflächengüte), oder einfach im Labor messen.
https://www.kupferinstitut.de/wp-content/uploads/2019/11/Cu-ETP.pdf

Bin berufsbedingt auch an einer Schraubenauslegung dran...aber mit etwas 
anderen Randbedingungen. 4 Spezial-Stehbolzen zur Flanschverschraubung 
mit Dichtung, 2 Spezial-Unterlegscheiben und 4 Spezial-Muttern. 
Temperatur bis 600 °C, Schwingungen und Vibrationen ohne Ende. Die 
Muttern haben auch ein mehr oder weniger selbst entworfenes 
"Sicherungselement" eingebaut. Schraubenkleber bei 600 °C scheidet 
natürlich aus. Ausdehnung des Flansches ca. 2,5 mm...das wird über 
Langlöcher ausgeglichen. Die Unterlegscheiben sind blank +2H und 
verhindern dabei weitgehend den Querkrafteintrag in die Stehbolzen.
Hier wurde am Anfang viel Simuliert, war ganz interessant...da kam raus, 
dass sich die Muttern beim aufheizen bis zu einem gewissen grad lösen 
(also wirklich aufdrehen), beim abkühlen wieder festziehen. Die Muttern 
haben noch eine Gleitbeschichtung, die ist aber rein für die Montage, um 
die nötige Vorspannkraft bei einem maximal zur Verfügung stehenden 
Drehmoment sicherzustellen. Die Simulation lief aber ohne dem 
Sicherungselement in der Mutter, das kann wohl simulativ nicht 
dargestellt werden. Den auftretenden Vorspannkraftverlust muss man dann 
eben mit mehr Anzugsmoment (Vorspannkraft) wett machen. Genug Reserven 
hab ich da noch.

Aber...Berechnung und Simulation bei einer Schraubenauslegung sind immer 
Daumenwerte. Verlass dich zum Schluss auf deine Prüfstandergebnisse.

Simon D. schrieb:
> Die Montage erfolgt auf einem Stehbolzen mit Gewinde.
>
> LG Simon

Ach den letzten Satz hab ich ganz überlesen...ich weiss nicht wie 
kostengetrieben Du bist...dann würd ich es erstmal vll. mit einer 
normalen Mutter mit normaler Unterlegscheibe ausprobieren.
Wenn Du bemerkst, dass sich nach dem Test was gelockert hat (Messung 
Losdreh- Weiterdrehmoment) musst Du rausfinden an was es 
liegt...Fließen, Setzen, gelockerte Mutter, dann kannst Du entsprechend 
reagieren. Aber: vermindertes Los-Weiterdrehmoment heißt noch nicht, 
dass deine Verbindung n. i. O. ist. Wenn die auftretenden Kräfte 
weiterhin übertragen werden können, passt das. Wenn du anhand Deiner 
Berechnung ein Fliessen schon ausschließen kannst, grenzt sich der Kreis 
schon ein. Im Falle einer gelockerten (aufgedrehten) Mutter dann eine 
Sicherungsmutter einsetzen. Gibts verschiedene...mit Kunststoffring, 
verpresst, geschlitzt, mit Helicoils, ...

Super Hermann,

danke dir für die Hilfe, deine Gedanken dazu werden mich gut 
weiterbringen.

Ich habe mich vielleicht etwas unklar ausgedrückt. Der Prüfstand 
verwendet die Stromschienen, da testen wir nämlich Batterien. Es geht 
nicht um einen Prüfstand für den Test von Schraubverbindungen von 
Stromschienen untereinander. Deswegen werden die Strom schienen auch auf 
Stehbolzen verschraubt, das sind die entsprechenden Anschlüsse.

Deine Hinweise bezüglich Schraubendurchmesser (M6) und Anzugdrehmoment 
(8 bis 10 Nm) passen ganz gut zu meinen Vorstellungen, das werden wir 
als Startpunkt nutzen. Die Anregung mit der normalen Unterlegscheibe 
finde ich auch gut, erst einmal kein Problem lösen, das man noch nicht 
hat. Als Alternative kann dann eine Sicherungsmutter herhalten. Bei 
unseren Temperaturmessungen werden wir dann schon merken, ob der 
Übergangswiderstand im Rahmen ist und dann kann man noch nachsteuern.

Unsere Bedingungen sind zum Glück ja wesentlich angenehmer als deine, 
das wird schon hinhauen.

Ich hätte jetzt aber noch eine Frage zu der Gleitbeschichtung auf eurer 
Mutter: war die Idee dann, dass man diese Beschichtung thermisch 
auflöst, wenn die Mutter angezogen ist, damit die Mutter dann besser 
gegen Losdrehen gesichert ist? Ich finde den Gedanken nämlich ganz 
interessant.

LG Simon

Simon D. schrieb:

> Ich hätte jetzt aber noch eine Frage zu der Gleitbeschichtung auf eurer
> Mutter: war die Idee dann, dass man diese Beschichtung thermisch
> auflöst, wenn die Mutter angezogen ist, damit die Mutter dann besser
> gegen Losdrehen gesichert ist? Ich finde den Gedanken nämlich ganz
> interessant.
>
> LG Simon

Nein das war dabei nicht der Gedanke.
Folgendes...es stehen zur Montage max. 40 Nm Drehmoment zur Verfügung. 
Mit diesen 40 Nm Drehmoment muss ich eine gewisse Vorspannkraft 
erreichen, damit die Dichtung dicht macht. Hat man jetzt zu viel Reibung 
irgendwo (sei es im Gewinde oder unter Kopf), erreiche ich mit den max. 
40 Nm nicht die geforderte Vorspannkraft. Die Gleitbeschichtung 
verringert dabei die Reibung im Gewinde der Mutter und unter Kopf so 
weit, dass die geforderte Vorspannkraft mit den 40 Nm erreicht werden 
kann.
Die Beschichtung wird im Betrieb verbrennen oder verdampfen, ob dann 
Rückstände zurück bleiben wird der Prüfstand zeigen. Es ist aber nicht 
beabsichtigt, dass die Gleitbeschichtung sich irgendwo verbackt, das 
wäre eigentlich kontraproduktiv, da die Mutter auf den Unterlegscheiben 
möglichst wenig Reibung haben soll um möglichst wenig Querkraft auf die 
Stehbolzen zu bringen.

Hermann S. schrieb:

> Die Beschichtung wird im Betrieb verbrennen oder verdampfen, ob dann
> Rückstände zurück bleiben wird der Prüfstand zeigen.

Genau das meinte ich und die Frage war eben, ob das hilfreich oder 
kontraproduktiv ist.

> Es ist aber nicht
> beabsichtigt, dass die Gleitbeschichtung sich irgendwo verbackt, das
> wäre eigentlich kontraproduktiv, da die Mutter auf den Unterlegscheiben
> möglichst wenig Reibung haben soll um möglichst wenig Querkraft auf die
> Stehbolzen zu bringen.

Stimmt, soweit hatte ich nicht gedacht. Ich hatte angenommen, dass sich 
das mit der Reibung nur auf die Ausnutzung des Drehmoments bezog und im 
Betrieb dann eine hohe Reibung gewünscht wäre.

Thomas Korner schrieb:
> Kann mir jemand bitte kurz erklären, wieso es Kupferschienen in blank,
> verzinnt und vernickelt gibt?
Das kommt auf die Atmosphäre an in der die E-Anlage steht. Es gibt 
Anwendungsfälle jenseits des beiztem Büro- oder Wohnraum fernab von 
Küsten.
Abfallhandtierung, Abwasser aber auch Rohwasser (Schwefelwasserstoff!), 
Schwimmbad, Ammoniakkühlanlagen, natürlich die komplette chemische und 
Pharmaindustrie, die maritime Welt mit ihrer eigenen Normenwelt... etc. 
pp.

> Wann nimmt man welche?
Passend der Korrosionsklasse zur aufgestellten Atmosphäre und natürlich 
dem Spannungsniveau.