ブスバーの穴配置と、DIN 43673-1 が実際に規定していること

DIN 43673は顧客の図面に頻繁に記載されていますが、通常は付属寸法なしの単なる参照として記載されます。この規格の検索結果は主にその購入に関わるものです。本文書自体は1982年2月のドイツ語で書かれた4ページの規格です。

規格の対象範囲

DIN 43673-1

、Stromschienen-Bohrungen und -Verschraubungen; Stromschienen mit Rechteck-Querschnitt（英語翻訳では "Drilled holes and screw connections for busbars; rectangular cross-section busbars"）は4ページで構成されています。これは穴あけの位置と寸法を規定し、ねじ接続の設計と製作のための基礎データを提供します。直流および60 Hzまでの交流に適用されます。

その適用範囲は2つの他のDIN文書に関連付けられています。これは、DIN 43670（アルミニウム、1975-12、10ページ）およびDIN 43671（銅、1975-12、9ページ）で定められた連続電流定格を持つ矩形バーよ適用されます。この系列は明確に分割されています。DIN 43671は与えられたバーセクションが通電する電流を定義し、DIN 43673-1はそこに穴を配置する場所を定義します。両方ともまだDINメディアによって有効としてリストされており、そのような年代の文書としては異例です。

適用範囲の記述では、この規格は穴あけだけでなく接続を対象としており、「ねじ接続の設計のための基礎データ」は頻繁に見落とされる要素です。60 Hzという上限は定義された限界です。それ以上では、接合部における皮肤効果と近接効果によって、穴の周囲の電流が再分配され、標準パターンはもはや正しいものではなくなります。

DIN 46433はブスバー穴あけ規格ではない

この区別は必要です。なぜなら、入札書や何年も前からコピーされ続ける仕入先の図面などにも広く誤って引用されているからです。

DIN 46433

の題名はFlachdrähte und Flachstangen, gezogen, mit gerundeten Kanten — Maße：「角形線材および角形棒、引抜、丸み付きエッジ、寸法」です。8ページで、引抜いた角形線材およびバーの寸法規格です。幅、厚さ、エッジ半径、許容差について規定しています。穴位置、穴径、またはボルト接続に関する情報は一切含まれていません。この規格は廃止されており、DIN EN 13601。

「DIN 46433に穴あけ」と記載された図面は誤りです。意図された参照は、穴パターンについてはDIN 43673-1、電流定格についてはDIN 43671です。材料規格を意図していた場合は、その文書はDIN 46433を置き換えた同じ文書であるEN 13601です。金属を切断する前に確認が必要です。なぜなら、誤って引用された規格1つの図面は、通常、材質についても誤って記載していることが多いからです。

穴パターンと組立検証の関連

穴パターンは製作詳細として表示されます。しかし、それらが生成する接合部は、完成したパネルが検証される組立規格の範囲内に該当します。

IEC 61439-1は明確です。温度上昇試験において、条項10.10.2.3.3では「主回路内の導体および端子の接合部に特に注意を払う必要がある」と要求されています。接合部は測定点として指定されています。条項10.10.2.3.7 a)では、主ブスバーが個別に試験される場合、試験される長さは最低2 mで、バーが延長可能な場合は1つの接合部を含む必要があり、短絡条項10.11.5.3.3では、同じ条件下でその長さを(2 ± 0,4) mと定めています。

受基準は以下の通りです。短絡試験後、10.11.5.5条では「導体接続部品の緩みが発生してはならない」と規定されています。熱的試験に耐えても電磁力により緩む接合部は、組立として不合格となります。この結果は、エッジ距離とボルトサイズによって左右されます。

エッジ距離

規格では、穴中心とバー端との距離が定められています。独立した2つの要因のバランスです。

機械的には、穴とバー端の間のリガメント（ligament）が、障害時にボルトからの転圧荷重を負担します。最大耐障害電流により、隣接バーが離反方向または付着方向に力を受け、ボルト群によってその反力が生じます。リガメントの材料が不足すると、リガメントが降伏し、穴が延び、プリロードが低下し、接合部が緩みます。適度な厚みの銅での完全な撕裂（tear-out）は稀で、主な障害モードは漸進的な延びとそれによる接触圧力の喪失です。これは調査時まで検出されないため、より問題となります。

電気的には、リガメントは絞り部です。電流は穴の周囲に迂回するため、穴と端の間の材料は、バー本体よりも高い電流密度を負担します。穴を端に近すぎると、接合部で最も応力が集中する部分に局所的な発熱点が生じます。

製造は第3の制約を導入します。ドリルではなくパンチ加工では、金型に周囲材料が必要です。硬質銅でのエッジ距離が不十分なパンチ加工では、端が外側に膨らみ、リガメントが加工硬化し、バーが材と密着しなくなります。これは規範的数値ではなく工場実務ですが、穴の端からバー端のクリア距離は、バー厚以上、硬質の場合は1.5倍以上が保たれます。この制約の工具についてはパンチ加工ページで解説しています。

ピッチ、および穴周囲の電流集中

Copper Development Associationの『Copper for Busbars』（Publication 22）は、穴が接合部に与える影響について最も明確に公表された扱いを提供しています。接合抵抗は2つの部分から構成されます。重ね部での電流迂回による流線抵抗、および界面自体の接触抵抗です。ボルト穴は前者を増加させ、CDAの推定は穴径と、バー幅に対して直角方向に測った穴の数、nに依存します。

この単一の変数は、一般的な加工議論を解消します。穴は接合部の長手方向に揃えて配置すべきです。幅方向にずらすと抵抗が増加します。これは、幅方向の各追加穴が同じ電流経路に追加の障害物を形成するためです。60 mm幅のバーに沿って直列に配置した2穴の方が、対角線方向にずれた2穴よりも良好な接合部を生みます。後者の配置ではクランプ荷重をより均等に分散させるように見える場合でもです。

重ね長も同じ効果によって規定されます。重ね厚比が約2に達するまで、流線抵抗のペナルティは急激に低下し、10に達するまで緩やかに改善します。それ以上は、さらなる利得はありません。CDAの結論は、所要の接触圧力に達するボルト数を収容するのに十分な長さがあれば、重ね長はそれだけで良いということです。長い重ね部は銅を浪費し、導電性を改善せずに重量を増加させます。

同一出典からの2つの改良は、実装が容易で、導入が稀です。重ね部の両バーに縦スロットを切ると、接合部の各脚で接触圧力を均一化することで、接触抵抗を30〜40%低減します。バー端を45°未満の角度に切ると、初期接合抵抗を約15%低減し、負荷サイクル下での接合抵抗上昇速度を1.3〜1.5倍に緩和します。

穴径

穴径はボルトクリアランス、_tolerance stack-up、および除去される接触面積の間のトレードオフに関与します。

クリアランスは一般的に想定されるよりも大きいです。CDAの長年のガイダンスでは、M10ボルトには11.5 mmの穴、M12には14 mmを組み合わせ、より広いバーでは15 mmに増加させています。これは1.5～3 mmの遊びであり、意図的なものです。異なる日、おそらく異なる機械で製造された2本のバーの5穴または6穴パターン全体にわたる累積ピッチ誤差を吸収するためです。クリアランスを縮小すると、組立不可能な接合部が生じます。

コストは接触面積です。各穴はオーバーラップから銅を除去し、具体的にはクランプ圧力が最も高い領域から除去します。幅100 mmのバーにおける14 mmの穴は、その断面で幅の14%を除去します。これが、限界的な接合部に対する解決策が中程度のサイズのボルトを多数使用することであり、大型のボルトを少数使用することではない理由です。ボルト数は圧力の均一性を提供し、ボルト直径は断面損失をもたらします。

穴径は金型にも影響します。材料厚さより小さい穴を銅で打抜くことは金型にとって困難で、穴の品質を低下させます。これは5～12 mmバーのM10以上では滅多に問題になりませんが、小さな固定穴を持つ薄い制御バーでは発生します。打抜き力計算ツールは、パターンを確定する前に、与えられた直径に必要なトン数を示します。

ボルトサイズ、トルク、ワッシャースタック

CDAの表22は数十年にわたり標準的な参照としてきました。パターンはおおよそ次の通りです：25～30 mmバーには17 N·mでM8を2本；40 mmには28 N·mでM10を2本；50～80 mmには45 N·mでM12を使用し、50 mmでは2本、80 mmでは4本；100 mmおよび120 mmバーにはM12を5本；160 mmおよび200 mmバーには91 N·mでM16を6～8本。使用中のサイズはM6からM20まであり、4本または6本のボルトが一般的です。

トルクは代理計測であり、不正確な計測です。現場で接触圧力は測定できないため、T = K·F·Dという式から推測されます。ここでKはナット係数です。CDAは、Kを乾燥時0.20～0.22、接触助剤使用時0.19～0.21、二硫化モリブデン境界潤滑剤使用時0.15～0.16としています。これは、潤滑されたねじでの同じレンチ設定は、乾燥時よりも約30%多くのプリロードを生み出すことを意味します。表からのトルク値とねじにグリスを塗布するという組立指示は矛盾しています。

目的はオーバーラップ全体にわたる接触圧力です。CDAの数値は以下の通りです：約7 N/mm²未満はお勧めしません、10 N/mm²以上が望ましく、約30 N/mm²以上ではそれ以上の効果がほとんどありません。見かけのオーバーラップ面積の約1%のみが導電し、負荷は個別のasperity接触を通過します。これが、表面状態がボルト数と同様に重要であり、バーが組立時に平坦で新しく研磨されているべき理由です。

ワッシャースタックは特定の機能を果たします。大きく厚いワッシャーは、ボルト荷重を穴から離れて広げ、有効な圧力領域を広げます。CDAは、M10を2.2 mm厚の24 mmワッシャーと、M12を2.7 mm厚の28 mmワッシャーと組み合わせています。高張力鋼ボルトを使用する場合、熱膨張差が問題になります。鋼は約11.1 × 10⁻⁶/°Cで膨張し、銅は16.5 × 10⁻⁶/°Cであるため、接合部が加熱されるとボルトの張力が増加し、CDAが上限とする引張応力の95%を超える可能性があります。ディスクスプリング（ベルビル）ワッシャーはその増加を吸収します。16.2 × 10⁻⁶/°Cのアルミニウム青銅CW307Gボルトは、銅とほぼ一致することでそれを回避します。

反直観的な点があります：CDAは環境が要求しない限り、銅対銅の接合面にめっきを推奨しません。理由は、柔らかいめっきは高温で流動し、組立時に確立された接触圧力を緩和するためです。

図面に「DIN 43673に準拠」とだけ書かれている場合

これは一般的なケースであり、技術的な問題よりも先に商業的な問題です。

パターンが属するバーの特定が必要です。規格は、DIN 43670およびDIN 43671で定格された矩形バーセクションに基づいて、穴の位置とサイズを規定しています。指定された幅と厚みがそれらのセクションのいずれにも該当しない場合、参照は成立せず、顧客が寸法を提供する必要があります。

意図を明確にする必要があります。パターンと継手のどちらでしょうか。DIN 43673-1を引用している多くの図面は、既存のスイッチギアとの互換性のために、標準的なボルトパターンのみを要求しています。一部は、ねじ接続データも要求しており、これによりボルト等級、ワッシャー配置、締付けトルクが供給範囲に含まれます。これらは異なる見積もりです。

物理的な参照が1つあることが不可欠です。サンプルバー、修正の加えられたスケッチ、または接続機器の写真は、1週間の文書往復よりも5分で多くの曖昧さを解消します。顧客自身のスイッチギアにあるインターフェース穴が、図面に関わらず、実際の仕様です。

図面上で返された解釈を記述し、承認を受ける必要があります。生産を想定した穴の直径、ピッチ、端距離を明示する必要があります。顧客が規格を所持し、供給者が所持していない場合、原文との照合は1分で完了するチェックです。

パターンが繰り返し発生する場合は、規格を購入すべきです。4ページの費用は、200 mmバーロット1本を廃棄する費用よりも少なくなります。注文は、再販業者-aggregatorではなく、DIN Mediaまたは関連する国家規格機関から行うべきです。

パターンを加工機に反映させる

解消された後、パターンはツーリングの問題となります。複数のバーアプリケーションで繰り返し発生するDINパターンには、複数の穴径が必要であり、制約はタレットのライブツール数です。EMAC-BP-60などの打抜き・せん断ラインは、固定ツールセットを適切に処理します。組合せが多様な場合は、IMAC-CENTER 60などの加工センター（24ツールステーション、36に拡張可能）を使用することで、取り替えの問題が排除され、±0.05 mmの位置決め精度が維持され、許容クリアランス内でピッチ積み上げが維持されます。

同じ仕様の定格面については、DIN 43671で定義されており、その表は環境温度35 °C、バーアクセル温度65 °Cで参照され、他の条件に対する補正係数が示されています。補正なしでバーレーティングのみに基づく熱的余裕のない継手は、良好的な穴パターンによっても救済されません。アンペア容量計算ツールは、これらを省略せずに補正を適用し、ボルト継手の記事は、ここでは記述しきれない表面仕上げに関するさらなる詳細を提供します。