أنماط ثقوب قضبان التوزيع وما تحدده DIN 43673-1 فعلاً

ابحث عن DIN 43673 فتجد كل نتيجة في الصفحة الأولى تريد أن تبيعك الوثيقة. ولا أحد يشرحها. فالمواصفة أربع صفحات بالألمانية من فبراير 1982، والرقم يظهر على رسومات العملاء باستمرار، وعادةً كإشارة مجرّدة دون أي أبعاد مرفقة.

ماذا تغطي المواصفة

DIN 43673-1

، Stromschienen-Bohrungen und -Verschraubungen; Stromschienen mit Rechteck-Querschnitt، المنشورة بالترجمة الإنجليزية بعنوان "الثقوب المخروقة والوصلات اللولبية لقضبان التوزيع؛ قضبان التوزيع ذات المقطع المستطيل". أربع صفحات. وهي تحدد موضع الثقوب المخروقة ومقاسها وتعطي البيانات الأساسية لتصميم الوصلات اللولبية وإنشائها. وتنطبق على التيار المستمر وعلى التيار المتردد حتى 60 Hz.

ونطاقها مرتبط بوثيقتَي DIN أخريين: فهي تنطبق على القضبان المستطيلة التي تُعطى تقنينات تيارها المستمر في DIN 43670 (الألمنيوم، 1975-12، عشر صفحات) وDIN 43671 (النحاس، 1975-12، تسع صفحات). والعائلة تنقسم بنظافة. فـ DIN 43671 تخبرك كم تياراً سيحمل مقطع قضيب معطى؛ وDIN 43673-1 تخبرك أين تضع الثقوب فيه. وكلتاهما ما زالتا مُدرجتين كساريتين لدى DIN Media، وهو أمر غير معتاد لوثيقتين من ذلك العهد.

ويتبع صياغة النطاق أمران. فالمواصفة تخصّ الوصلة، لا الثقب وحده، و"البيانات الأساسية لتصميم الوصلات اللولبية" هي النصف الذي ينساه الناس. وسقف 60 Hz حقيقي: ففوقه يعيد تأثيرا القشرة والتقارب في منطقة الوصلة توزيع التيار حول الثقوب بما يكفي لأن يكفّ النمط عن كونه النمط الصحيح.

DIN 46433 ليست مواصفة ثقوب لقضبان التوزيع

هذا التصحيح يحصل على عنوان خاص به لأن الاستشهاد الخاطئ في كل مكان، بما في ذلك وثائق المناقصات ورسومات الموردين التي تُنسخ إلى الأمام سنوات.

DIN 46433

عنوانها Flachdrähte und Flachstangen, gezogen, mit gerundeten Kanten — Maße: "أسلاك مستطيلة وقضبان مستطيلة، مسحوبة، بحواف مدوّرة؛ الأبعاد". ثماني صفحات. وهي مواصفة أبعادية للأسلاك والقضبان المستطيلة المسحوبة: العرض، والسماكة، ونصف قطر الحافة، والسماحيات. وهي لا تقول شيئاً عن مواضع الثقوب ولا أقطارها ولا الوصلات المربوطة بالبراغي. وقد سُحبت أيضاً، وحلّت محلها DIN EN 13601.

فإن قال رسم تستلمه "ثقوب وفق DIN 46433"، فالرسم خاطئ. والاستشهادان اللذان قصدهما ذلك الشخص هما DIN 43673-1 لنمط الثقوب وDIN 43671 لتقنين التيار، وإن كان يقصد مواصفة المادة، فتلك هي EN 13601، الوثيقة نفسها التي حلّت محل DIN 46433. أثِر الأمر قبل أن تقطع معدناً، لأن الرسم الذي يستشهد بمواصفة خطأً يستشهد عادةً بدرجة التصليد خطأً أيضاً.

أين يلتقي نمط الثقوب بالتحقق من المجموعة

تبدو أنماط الثقوب تفصيلاً تصنيعياً. وهي ليست كذلك، لأن الوصلة التي تنتجها تقع داخل نطاق مواصفة المجموعة التي يُتحقَّق من اللوحة النهائية مقابلها.

IEC 61439-1 صريحة. ففي اختبار ارتفاع درجة الحرارة، يشترط البند 10.10.2.3.3 "إيلاء عناية خاصة للوصلات في الموصلات والأطراف داخل الدوائر الرئيسية". فالوصلات نقاط قياس مسمّاة. ويشترط البند 10.10.2.3.7 أ) أنه حيث تُختبر قضبان التوزيع الرئيسية منفصلةً يكون الطول المختبَر 2 m على الأقل ويتضمن وصلة واحدة حيث تكون القضبان قابلة للتمديد، ويثبّت بند القصر 10.11.5.3.3 ذلك الطول عند (2 ± 0,4) m بالشرط نفسه.

ثم معيار القبول. فبعد اختبار القصر ينص البند 10.11.5.5 على أنه "يجب ألا يحدث ارتخاء في الأجزاء المستخدمة لتوصيل الموصلات". فالوصلة التي تنجو حرارياً لكنها ترتخي تحت القوة الكهرومغناطيسية تُفشل المجموعة، ومسافة الحافة وتحجيم البراغي هما ما يحسم ذلك.

مسافة الحافة

تثبّت المواصفة مراكز الثقوب نسبةً إلى حافة القضيب. وأمران مستقلان يجري موازنتهما.

ميكانيكياً، الرباط بين الثقب وحافة القضيب يحمل حمل الارتكاز من البرغي أثناء عطل. فتيار الصمود الذروي يدفع القضبان المتجاورة متباعدةً أو متقاربةً بقوى تُردّ في النهاية عبر مجموعة البراغي. وقلّة مادة الحافة تعني خضوع الرباط، واستطالة الثقب، وهبوط الشدّ المسبق، وارتخاء الوصلة. والتمزق الكامل نادر في النحاس بسماكة معقولة؛ والفشل الحقيقي استطالة تدريجية يتبعها فقدان لضغط التلامس، وهو أسوأ لأنه يبقى غير مرئي إلى أن يلتقطه المسح الحراري.

وكهربائياً، الرباط عنق. فعلى التيار أن يلتفّ حول الثقب، فالمادة بين الثقب والحافة تحمل كثافة أعلى من كتلة القضيب. ضع الثقب قريباً أكثر من اللازم من الحافة وتكون قد بنيت نقطة ساخنة موضعية في أشد أجزاء الوصلة إجهاداً.

ويضيف التصنيع قيداً ثالثاً. فحين تثقب بدل أن تخرم بالمثقاب، يحتاج القالب مادة حوله ليرتكز عليها. وثقّب بمسافة حافة أقل من اللازم في نحاس بدرجة تصليد صلدة فتنتفخ الحافة إلى الخارج، ويتصلّد الرباط بالشغل، ولا يعود القضيب يستلقي مستوياً على مقابله. وكممارسة ورشة لا كرقم مُلزِم، أبقِ المسافة الصافية من حافة الثقب إلى حافة القضيب مساويةً لسماكة القضيب على الأقل، و1.5 ضعفها في درجة التصليد الصلدة. وتغطي صفحة عملية التثقيب لدينا جانب الأدوات من القيد نفسه.

التباعد، وتكدّس التيار حول الثقوب

كتاب Copper for Busbars (المنشور 22) لجمعية تطوير النحاس يعطي أوضح معالجة منشورة لما تفعله الثقوب بالوصلة. فلمقاومة الوصلة جزآن: مقاومة خطوط الجريان أو الانتشار الناتجة عن اضطرار التيار إلى الانحراف عبر التراكب، ومقاومة التلامس عند الواجهة نفسها. وثقوب البراغي تزيد الأولى سوءاً، والتقدير الذي تعطيه الجمعية يتوقف على قطر الثقب وعلى n، عدد الثقوب المقيسة عبر عرض القضيب.

وذلك المتغير الواحد يحسم سؤالاً يتجادل فيه المصنّعون. فينبغي وضع الثقوب مصطفّة على امتداد طول الوصلة. أما تدريجها عبر العرض فيزيد المقاومة، لأن كل ثقب إضافي عبر العرض عائق آخر في مسار التيار نفسه. فثقبان مصطفّان على امتداد قضيب 60 mm وصلةٌ أفضل من ثقبين مزاحين قطرياً، وإن بدا الترتيب الثاني وكأنه ينشر حمل التثبيت بانتظام أكبر.

وطول التراكب يحكمه الأثر نفسه. فعقوبة خطوط الجريان تهبط بحدّة شديدة مع ارتفاع نسبة التراكب إلى السماكة حتى نحو 2، ثم تتحسن ببطء فقط حتى نسبة 10. وبعد ذلك لا يبقى ما يُكسب. وخلاصة الجمعية: التراكب لا يحتاج إلا أن يكون طويلاً بما يكفي لاستيعاب عدد كافٍ من البراغي لبلوغ ضغط التلامس المطلوب. فالتراكبات الطويلة تهدر نحاساً وتضيف وزناً دون شراء توصيلية.

وثمة تحسينان من المصدر نفسه رخيصان في التنفيذ ونادراً ما يُستخدمان. فقطع شقّ طولي عبر القضيبين معاً في التراكب يخفض مقاومة التلامس بنسبة 30 إلى 40 %، لأنه يسوّي ضغط التلامس في كل ساق من الوصلة. وقصّ أطراف القضيب بزاوية أقل من 45° يخفض مقاومة الوصلة الابتدائية بنحو 15 % ويبطئ معدل ارتفاع مقاومة الوصلة تحت دورات الحمل بعامل 1.3 إلى 1.5.

قطر الثقب

قطر الثقب يقايض الخلوص للبرغي بتراكم السماحيات وبمساحة التلامس التي تزيلها.

والخلوص أسخى مما يتوقع الناس. فإرشادات الجمعية الراسخة تقرن برغي M10 بثقب 11.5 mm وM12 بثقب 14 mm، يرتفع إلى 15 mm على القضبان الأعرض. وذلك 1.5 إلى 3 mm من الرخاوة، وهو مقصود: فهو يستوعب خطأ التباعد المتراكم عبر نمط بخمسة أو ستة براغٍ في قضيبين أُنتجا في يومين مختلفين، وربما على ماكينتين مختلفتين. وضيّق الخلوص فتشتري لنفسك وصلات لن تُجمَّع.

والكلفة مساحة تلامس. فكل ثقب يزيل نحاساً من التراكب، وتحديداً من المنطقة التي يكون فيها ضغط التثبيت أعلى ما يكون. فثقب 14 mm في قضيب 100 mm يأخذ 14 % من العرض من المقطع عند تلك النقطة. ولهذا يكون جواب الوصلة الحدّية مزيداً من البراغي بمقاس معتدل لا عدداً أقل من البراغي الكبيرة. فعدد البراغي يشتري انتظام الضغط؛ وقطر البرغي يشتري فقداً في المقطع.

وقطر الثقب يتفاعل مع الأداة أيضاً. فتثقيب ثقب أصغر من سماكة المادة قاسٍ على الأدوات في النحاس وتتضرر جودة الثقب. ونادراً ما يعضّ ذلك عند M10 فأعلى في قضبان 5 إلى 12 mm، لكنه يعضّ في قضبان التحكم الرفيعة بثقوب تثبيت صغيرة. وحاسبة قوة التثقيب ستخبرك بما يكلفه قطر معطى من القوة قبل أن تلتزم بالنمط.

مقاس البرغي والعزم ورزمة الحلقات

الجدول 22 لدى الجمعية كان المرجع العملي عقوداً. والنمط يسير تقريباً هكذا: قضبان 25 إلى 30 mm تأخذ برغيَي M8 عند 17 N·m؛ و40 mm تأخذ برغيَي M10 عند 28 N·m؛ و50 إلى 80 mm تنتقل إلى M12 عند 45 N·m، ببرغيين عند 50 mm وأربعة عند 80 mm؛ وقضبان 100 و120 mm تأخذ خمسة براغي M12؛ وقضبان 160 و200 mm تأخذ ستة إلى ثمانية براغي M16 عند 91 N·m. والمقاسات في الخدمة تمتد من M6 إلى M20، وأربعة أو ستة براغٍ هي الحالة الشائعة.

والعزم بديل، وبديل رديء. فضغط التلامس لا يمكن قياسه في الميدان، فهو يُستنتج عبر T = K·F·D، حيث K معامل الصامولة. وتعطي الجمعية K عند 0.20 إلى 0.22 جافاً، و0.19 إلى 0.21 مع مركّب مساعد على التلامس، و0.15 إلى 0.16 مع مزلّق حدّي من ثنائي كبريتيد الموليبدينوم. اقرأ ذلك هكذا: ضبط المفتاح نفسه على أسنان مزيّتة يُنتج شدّاً مسبقاً أكبر بنحو 30 % مما ينتجه على أسنان جافة. فإن كان رقم عزمك آتياً من جدول وكانت تعليمة التجميع لديك تقول بشحم الأسنان، فالاثنان لا ينتميان معاً.

وما تستهدفه هو ضغط التلامس عبر التراكب. وأرقام الجمعية: دون نحو 7 N/mm² لا يُنصح به، وفوق 10 N/mm² مفضّل، وفوق نحو 30 N/mm² لا مكسب يُذكر بعد ذلك. ونحو 1 % فقط من مساحة التراكب الظاهرية يوصّل فعلاً، إذ يمر الحمل عبر تلامسات خشونات متفرقة، ولهذا تهم حالة السطح بقدر ما يهم عدد البراغي، ولهذا ينبغي أن تكون القضبان مستوية ومجلوخة حديثاً عند التجميع.

ورزمة الحلقات تؤدي عملاً حقيقياً. فالحلقات الكبيرة السميكة تنشر حمل البرغي بعيداً عن الثقب وتوسّع منطقة الضغط المفيد؛ وتقرن الجمعية M10 بحلقة 24 mm بسماكة 2.2 mm وM12 بحلقة 28 mm بسماكة 2.7 mm. وحيث تُستخدم براغي فولاذية عالية الشدّ، يصير التمدد التفاضلي هو المشكلة. فالفولاذ يتمدد عند نحو 11.1 × 10⁻⁶/°C مقابل 16.5 × 10⁻⁶/°C للنحاس، فيرتفع شدّ البرغي مع تسخّن الوصلة وقد يُدفع إلى ما بعد 95 % من إجهاد الإثبات الذي تضعه الجمعية سقفاً. والزنبركات القرصية (المخروطية) تمتص تلك الزيادة؛ وبراغي برونز الألمنيوم CW307G عند 16.2 × 10⁻⁶/°C تتجنبها بمطابقتها النحاس تقريباً.

ونقطة واحدة مخالفة للحدس. الجمعية لا توصي بطلاء أوجه الوصلات نحاساً على نحاس ما لم تفرض البيئة ذلك، لأن الطلاء الطري قد يجري عند الحرارة المرتفعة ويرخي ضغط التلامس الذي اجتهدت لتحقيقه.

حين يقول الرسم "وفق DIN 43673" ولا شيء غير ذلك

هذه هي الحالة الشائعة، وهي مشكلة تجارية قبل أن تكون تقنية.

اسأل إلى أي قضيب ينتمي النمط. فالمواصفة تفهرس موضع الثقوب ومقاسها إلى مقاطع القضبان المستطيلة المقننة في DIN 43670 وDIN 43671. فإن لم يكن العرض والسماكة المحددان أحد تلك المقاطع، لم تُحلّ الإشارة وكان على العميل أن يعطيك أبعاداً.

واسأل هل يقصدون النمط أم الوصلة. فكثير من الرسومات التي تستشهد بـ DIN 43673-1 لا تريد إلا نمط البراغي القياسي، للتبادلية مع معدات مفاتيح قائمة. وبعضها يريد بيانات الوصلة اللولبية أيضاً، وهو ما يجرّ درجة البرغي وترتيب الحلقات والعزم إلى نطاق توريدك. وهذان عرضا سعر مختلفان.

واحصل على مرجع مادي واحد. فقضيب عيّنة، أو رسم يدوي مؤشَّر عليه، أو صورة للمعدات المقابلة، تحسم من الالتباس في خمس دقائق أكثر مما يحسمه أسبوع من المراسلات. فثقوب الواجهة على معدات مفاتيح العميل نفسه هي المواصفة الحقيقية، أياً كان ما يقوله الرسم.

وضع تفسيرك على الرسم الذي تعيده، واحصل على توقيع عليه. اذكر قطر الثقب والتباعد ومسافة الحافة التي تنوي إنتاجها. فإن كان العميل يملك المواصفة ولا تملكها أنت، استطاع مطابقتها مع المصدر في دقيقة.

واشترِ الصفحات الأربع إن تكرر النمط. فالوثيقة تكلف أقل من دفعة قضبان 200 mm ذاهبة خردة. اطلبها من DIN Media أو من هيئة المواصفات الوطنية لديك لا من وسيط مجمِّع.

إدخال النمط إلى الماكينة

بمجرد حسمه، يصبح النمط مسألة أدوات. فنمط DIN متكرر عبر عدة عروض قضبان يعني عدة أقطار ثقوب، والقيد هو كم منها يعيش في البرج في وقت واحد. وخط تثقيب وقص مثل EMAC-BP-60 يتعامل جيداً مع طقم أدوات ثابت. وحيث يكون المزيج واسعاً، فإن مركز تشغيل مثل IMAC-CENTER 60 بـ 24 محطة أدوات قابلة للتوسيع إلى 36 يُخرج التحويل من المعادلة ويحافظ على تموضع ±0.05 mm، وهو ما يُبقي تراكم التباعد داخل الخلوص الذي سمحت به.

وجانب التقنين من المهمة نفسها ينتمي إلى DIN 43671، التي تُعطى جداولها عند 35 °C حرارة محيطة و65 °C حرارة قضيب مع معاملات تصحيح للشروط الأخرى. والوصلة الحدّية حرارياً لأن القضيب قُنِّن دون تلك التصحيحات لن ينقذها نمط ثقوب جيد. وحاسبة سعة التيار لدينا تطبّقها بدل إخفائها، ومقال الوصلات المربوطة بالبراغي يمضي في تحضير السطح أبعد مما يتسع له المقام هنا.