Sơ đồ lỗ trên thanh cái và những gì DIN 43673-1 thực sự quy định

Tìm DIN 43673 thì mọi kết quả trên trang đầu đều muốn bán cho bạn cái tài liệu đó. Không ai giải thích nó. Tiêu chuẩn này là bốn trang tiếng Đức từ tháng 2 năm 1982, và con số đó xuất hiện liên tục trên bản vẽ của khách hàng, thường là một tham chiếu trơ trọi không kèm kích thước nào.

Tiêu chuẩn bao trùm những gì

DIN 43673-1

, Stromschienen-Bohrungen und -Verschraubungen; Stromschienen mit Rechteck-Querschnitt, xuất bản trong bản dịch tiếng Anh là "Drilled holes and screw connections for busbars; rectangular cross-section busbars". Bốn trang. Nó quy định vị trí và kích thước các lỗ khoan, đồng thời cho dữ liệu nền để thiết kế và chế tạo các mối nối bằng vít. Nó áp dụng cho dòng một chiều và cho dòng xoay chiều đến 60 Hz.

Phạm vi của nó gắn với hai tài liệu DIN khác: nó áp dụng cho các thanh tiết diện chữ nhật có dòng điện định mức liên tục được cho trong DIN 43670 (nhôm, 1975-12, mười trang) và DIN 43671 (đồng, 1975-12, chín trang). Cả họ tài liệu này phân vai rất rõ. DIN 43671 cho bạn biết một tiết diện thanh cho trước tải được bao nhiêu dòng; DIN 43673-1 cho bạn biết đặt lỗ ở đâu trên thanh đó. Cả hai vẫn được DIN Media liệt kê là còn hiệu lực, điều khá bất thường với những tài liệu ra đời từ thời đó.

Từ cách diễn đạt phạm vi có hai điều rút ra. Tiêu chuẩn nói về mối nối, chứ không chỉ về việc khoan lỗ, và phần "dữ liệu nền để thiết kế các mối nối bằng vít" chính là nửa mà người ta hay quên. Và cái trần 60 Hz là thật: trên mức đó, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần trong vùng mối nối phân bố lại dòng quanh các lỗ đủ nhiều để sơ đồ lỗ thôi còn là sơ đồ đúng.

DIN 46433 không phải tiêu chuẩn về lỗ trên thanh cái

Đính chính này được đặt thành một mục riêng vì việc trích dẫn sai nó có ở khắp nơi, kể cả trong hồ sơ thầu và trong bản vẽ của nhà cung cấp bị chép lại từ năm này qua năm khác.

DIN 46433

có tiêu đề Flachdrähte und Flachstangen, gezogen, mit gerundeten Kanten — Maße: "Rectangular wires and rectangular bars, drawn, with radiused edges; dimensions". Tám trang. Nó là một tiêu chuẩn về kích thước cho dây dẹt và thanh dẹt kéo nguội: bề rộng, chiều dày, bán kính cạnh, dung sai. Nó không nói gì về vị trí lỗ, đường kính lỗ hay mối nối bắt bu lông. Nó cũng đã bị hủy bỏ, và được thay thế bởi DIN EN 13601.

Nếu một bản vẽ bạn nhận được ghi "lỗ theo DIN 46433" thì bản vẽ đó sai. Những tài liệu mà người viết muốn dẫn là DIN 43673-1 cho sơ đồ lỗ và DIN 43671 cho dòng định mức, còn nếu họ đang với tay tới đặc tả vật liệu thì đó là EN 13601, chính tài liệu đã thay thế DIN 46433. Hãy nêu vấn đề trước khi cắt kim loại, bởi một bản vẽ trích dẫn sai một tiêu chuẩn thì thường cũng ghi sai cả cấp độ cứng.

Chỗ sơ đồ lỗ gặp việc kiểm chứng tủ

Sơ đồ lỗ trông giống một chi tiết chế tạo. Không phải vậy, bởi mối nối mà nó tạo ra nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn về tủ mà cái tủ thành phẩm được kiểm chứng theo.

IEC 61439-1 nói rõ. Trong phép thử độ tăng nhiệt, điều 10.10.2.3.3 yêu cầu "phải đặc biệt chú ý tới các mối nối trên dây dẫn và tại đầu nối trong các mạch chính". Các mối nối được nêu tên là điểm đo. Điều 10.10.2.3.7 a) yêu cầu rằng khi thanh cái chính được thử riêng thì chiều dài đem thử ít nhất là 2 m và bao gồm một mối nối ở nơi các thanh có thể nối dài, còn điều về ngắn mạch 10.11.5.3.3 ấn định chiều dài đó là (2 ± 0,4) m với cùng điều kiện.

Rồi tới tiêu chí chấp nhận. Sau phép thử ngắn mạch, điều 10.11.5.5 nêu rằng "không được có sự nới lỏng của các chi tiết dùng để đấu nối dây dẫn". Một mối nối sống sót về mặt nhiệt nhưng bị nới ra dưới lực điện động là làm cả cái tủ trượt phép thử, và khoảng cách tới mép cùng cỡ bu lông chính là những thứ quyết định điều đó.

Khoảng cách tới mép

Tiêu chuẩn ấn định tâm lỗ so với mép thanh. Có hai thứ độc lập nhau đang được cân bằng.

Về cơ học, vành vật liệu giữa lỗ và mép thanh gánh tải ép mặt từ bu lông trong lúc có sự cố. Dòng chịu đựng đỉnh đẩy các thanh kề nhau ra xa hoặc ép lại gần với những lực cuối cùng phản lại qua nhóm bu lông. Quá ít vật liệu ở mép thì vành đó chảy dẻo, lỗ giãn dài ra, lực căng trước tụt xuống và mối nối lỏng ra. Việc xé rách hẳn thì hiếm trên đồng có chiều dày hợp lý; hỏng thật sự là sự giãn dài tăng dần rồi mất áp lực tiếp xúc, và điều này tệ hơn vì nó vô hình cho tới khi một đợt khảo sát nhiệt phát hiện ra.

Về điện, vành vật liệu đó là một chỗ thắt. Dòng phải đi vòng qua lỗ, nên phần vật liệu giữa lỗ và mép mang mật độ dòng cao hơn phần khối của thanh. Đặt lỗ quá sát mép là bạn đã xây sẵn một điểm nóng cục bộ vào đúng phần chịu ứng suất cao nhất của mối nối.

Khâu chế tạo thêm một ràng buộc thứ ba. Khi bạn đột thay vì khoan, cối cần có vật liệu xung quanh để tì lại. Đột với khoảng cách tới mép quá nhỏ trên đồng cấp độ cứng cao thì mép thanh phình ra ngoài, vành vật liệu hóa bền biến dạng, và thanh không còn nằm phẳng áp vào thanh đối ứng nữa. Như một thực hành của xưởng chứ không phải một con số quy định, hãy giữ khoảng cách thông thủy từ mép lỗ tới mép thanh ít nhất bằng chiều dày thanh, và bằng 1.5 lần chiều dày với cấp độ cứng cao. Trang về nguyên công đột lỗ của chúng tôi bàn về phía khuôn dao của cùng ràng buộc này.

Bước lỗ, và hiện tượng dồn dòng quanh lỗ

Tài liệu Copper for Busbars (Publication 22) của Copper Development Association đưa ra phần trình bày rõ ràng nhất đã được công bố về việc các lỗ làm gì với một mối nối. Điện trở mối nối có hai phần: điện trở lan dòng do dòng phải đi vòng qua phần chồng lấn, và điện trở tiếp xúc tại chính mặt giáp ranh. Lỗ bu lông làm phần thứ nhất tệ đi, và ước lượng mà CDA đưa ra phụ thuộc vào đường kính lỗ và vào n, số lỗ đếm theo chiều ngang bề rộng thanh.

Chỉ một biến đó thôi cũng giải quyết được một câu hỏi mà giới chế tạo hay tranh cãi. Các lỗ nên được đặt thẳng hàng dọc theo chiều dài mối nối. Bố trí chúng so le theo chiều ngang sẽ làm tăng điện trở, bởi mỗi lỗ thêm vào theo chiều ngang là thêm một vật cản trên cùng đường đi của dòng. Hai lỗ thẳng hàng trên một thanh 60 mm là mối nối tốt hơn hai lỗ lệch chéo nhau, dù cách bố trí thứ hai trông có vẻ trải lực kẹp đều hơn.

Chiều dài phần chồng lấn cũng bị chi phối bởi chính hiệu ứng đó. Phần phạt do lan dòng giảm rất dốc khi tỷ số giữa chiều dài chồng lấn và chiều dày tăng lên tới khoảng 2, rồi chỉ cải thiện chậm chạp cho tới tỷ số 10. Vượt qua đó thì không còn gì để được thêm. Kết luận của CDA: phần chồng lấn chỉ cần đủ dài để chứa đủ số bu lông cần thiết nhằm đạt áp lực tiếp xúc yêu cầu. Chồng lấn dài là phí đồng và thêm khối lượng mà chẳng mua được độ dẫn điện.

Có hai cải tiến từ cùng nguồn đó, rẻ để làm mà hiếm khi được dùng. Xẻ một rãnh dọc xuyên qua cả hai thanh trong phần chồng lấn làm giảm điện trở tiếp xúc 30 đến 40 %, bởi nó san đều áp lực tiếp xúc ở mỗi nhánh của mối nối. Vát đầu thanh ở góc nhỏ hơn 45° làm giảm điện trở mối nối ban đầu khoảng 15 % và làm chậm tốc độ leo lên của điện trở mối nối dưới chu kỳ tải với hệ số 1.3 đến 1.5.

Đường kính lỗ

Đường kính lỗ đánh đổi giữa khe hở cho bu lông với sai số dung sai cộng dồn và với phần diện tích tiếp xúc mà bạn đang lấy đi.

Khe hở rộng rãi hơn người ta tưởng. Hướng dẫn lâu đời của CDA ghép bu lông M10 với lỗ 11.5 mm và M12 với lỗ 14 mm, tăng lên 15 mm trên thanh rộng hơn. Đó là 1.5 đến 3 mm khe hở, và nó có chủ ý: nó hấp thụ sai số bước lỗ tích lũy qua một sơ đồ năm hay sáu bu lông trên hai thanh được sản xuất vào những ngày khác nhau, có thể trên những cỗ máy khác nhau. Siết chặt khe hở lại là bạn tự mua cho mình những mối nối không lắp vào được.

Cái giá là diện tích tiếp xúc. Mỗi cái lỗ lấy đi đồng khỏi phần chồng lấn, mà cụ thể là khỏi vùng có áp lực kẹp cao nhất. Một lỗ 14 mm trên thanh 100 mm lấy đi 14 % bề rộng khỏi tiết diện tại điểm đó. Đó là lý do câu trả lời cho một mối nối chỉ vừa đủ là thêm bu lông cỡ vừa chứ không phải bớt bu lông nhưng to hơn. Số lượng bu lông mua được sự đồng đều của áp lực; đường kính bu lông mua về phần tiết diện bị mất.

Đường kính lỗ cũng tương tác với khuôn dao. Đột một lỗ nhỏ hơn chiều dày vật liệu là nặng nề với khuôn dao khi làm đồng và chất lượng lỗ bị ảnh hưởng. Điều này hiếm khi cắn ở M10 trở lên trên thanh 5 đến 12 mm, nhưng có cắn trên thanh điều khiển mỏng với các lỗ bắt vít nhỏ. Công cụ tính lực đột sẽ cho bạn biết một đường kính cho trước tốn bao nhiêu lực ép trước khi bạn chốt sơ đồ lỗ.

Cỡ bu lông, mô men siết và chồng lông đền

Bảng 22 của CDA đã là tài liệu tra làm việc suốt hàng chục năm. Quy luật đại khái như sau: thanh 25 đến 30 mm dùng hai bu lông M8 ở 17 N·m; thanh 40 mm dùng hai M10 ở 28 N·m; thanh 50 đến 80 mm chuyển sang M12 ở 45 N·m, hai bu lông ở 50 mm và bốn ở 80 mm; thanh 100 và 120 mm dùng năm M12; thanh 160 và 200 mm dùng sáu đến tám M16 ở 91 N·m. Các cỡ đang dùng trong thực tế chạy từ M6 đến M20, với bốn hoặc sáu bu lông là trường hợp phổ biến.

Mô men siết là một đại lượng thay thế, và là một đại lượng thay thế kém. Áp lực tiếp xúc không đo được ngoài hiện trường, nên nó được suy ra qua T = K·F·D, với K là hệ số đai ốc. CDA cho K bằng 0.20 đến 0.22 khi khô, 0.19 đến 0.21 khi có hợp chất trợ tiếp xúc, và 0.15 đến 0.16 khi có chất bôi trơn biên molypden disunfua. Hãy đọc điều đó như sau: cùng một mức đặt trên cờ lê, ren được bôi trơn sẽ cho lực căng trước nhiều hơn ren khô khoảng 30 %. Nếu con số mô men của bạn lấy từ một cái bảng còn hướng dẫn lắp ráp của bạn lại bảo bôi mỡ vào ren thì hai thứ đó không đi cùng nhau được.

Thứ bạn nhắm tới là áp lực tiếp xúc trên khắp phần chồng lấn. Các con số của CDA: dưới khoảng 7 N/mm² là không nên, trên 10 N/mm² là mức được ưa dùng, và trên khoảng 30 N/mm² thì gần như không được thêm gì nữa. Chỉ khoảng 1 % diện tích chồng lấn biểu kiến là thực sự dẫn điện, tải đi qua những điểm tiếp xúc rời rạc tại các đỉnh nhấp nhô, và đó là lý do tình trạng bề mặt quan trọng ngang với số lượng bu lông, cũng là lý do các thanh phải phẳng và vừa được đánh nhám ngay lúc lắp ráp.

Chồng lông đền làm việc thật. Lông đền lớn và dày trải tải bu lông ra xa khỏi lỗ và mở rộng vùng có áp lực hữu ích; CDA ghép M10 với lông đền 24 mm dày 2.2 mm và M12 với lông đền 28 mm dày 2.7 mm. Ở nơi dùng bu lông thép cường độ cao, giãn nở chênh lệch trở thành vấn đề. Thép giãn nở ở khoảng 11.1 × 10⁻⁶/°C so với 16.5 × 10⁻⁶/°C của đồng, nên lực căng bu lông leo lên khi mối nối nóng lên và có thể bị đẩy vượt mức 95 % ứng suất chảy quy ước mà CDA đặt làm trần. Lông đền chén (Belleville) hấp thụ phần tăng đó; bu lông đồng nhôm CW307G ở 16.2 × 10⁻⁶/°C tránh được vấn đề nhờ gần khớp với đồng.

Một điểm trái với trực giác. CDA không khuyến nghị mạ các mặt mối nối đồng với đồng trừ khi môi trường đòi hỏi, bởi lớp mạ mềm có thể chảy ở nhiệt độ cao và làm chùng chính cái áp lực tiếp xúc mà bạn đã dày công tạo ra.

Khi bản vẽ chỉ ghi "theo DIN 43673" và không gì khác

Đây là trường hợp phổ biến, và nó là một vấn đề thương mại trước khi là một vấn đề kỹ thuật.

Hãy hỏi sơ đồ lỗ đó thuộc về thanh nào. Tiêu chuẩn lập chỉ mục vị trí và kích thước lỗ theo các tiết diện thanh chữ nhật được cho định mức trong DIN 43670 và DIN 43671. Nếu bề rộng và chiều dày được nêu không phải một trong các tiết diện đó thì tham chiếu không dẫn tới đâu và khách hàng phải đưa kích thước cho bạn.

Hãy hỏi họ muốn nói sơ đồ lỗ hay muốn nói mối nối. Nhiều bản vẽ viện dẫn DIN 43673-1 chỉ muốn có sơ đồ bu lông tiêu chuẩn, để lắp lẫn được với tủ đóng cắt hiện hữu. Một số muốn có cả dữ liệu về mối nối bằng vít, và điều đó kéo cấp bền bu lông, cách bố trí lông đền và mô men siết vào phạm vi cung cấp của bạn. Đó là hai bản chào giá khác nhau.

Hãy lấy một vật tham chiếu thật. Một thanh mẫu, một phác thảo có ghi chú hay một tấm ảnh chụp thiết bị đối ứng giải quyết được nhiều mơ hồ trong năm phút hơn cả một tuần trao đổi thư từ. Các lỗ tại mặt giáp ranh trên chính cái tủ đóng cắt của khách hàng mới là đặc tả thật, bất kể bản vẽ nói gì.

Hãy ghi cách hiểu của bạn lên bản vẽ mà bạn gửi lại, và lấy chữ ký. Hãy nêu rõ đường kính lỗ, bước lỗ và khoảng cách tới mép mà bạn định làm. Nếu khách hàng có tiêu chuẩn trong tay còn bạn thì không, họ đối chiếu với bản gốc trong một phút là xong.

Hãy mua bốn trang đó nếu sơ đồ lỗ này lặp lại. Tài liệu rẻ hơn một lô thanh 200 mm bị bỏ đi. Hãy đặt mua từ DIN Media hoặc từ cơ quan tiêu chuẩn quốc gia của bạn chứ đừng mua qua một đại lý bán lại tổng hợp.

Đưa sơ đồ lỗ lên máy

Một khi đã làm rõ, sơ đồ lỗ trở thành một câu hỏi về khuôn dao. Một sơ đồ DIN lặp lại trên vài bề rộng thanh nghĩa là vài đường kính lỗ, và ràng buộc là có bao nhiêu cỡ nằm được trong turret cùng lúc. Một dây chuyền đột và cắt như EMAC-BP-60 xử lý tốt một bộ khuôn cố định. Ở nơi chủng loại rộng, một trung tâm gia công như IMAC-CENTER 60 với 24 trạm khuôn, mở rộng được lên 36, đưa việc chuyển đổi ra khỏi bài toán và giữ định vị ±0.05 mm, đúng thứ giữ cho sai số bước lỗ cộng dồn nằm trong khe hở mà bạn đã chừa ra.

Phần định mức dòng của cùng công việc đó thuộc về DIN 43671, với các bảng được lập ở điều kiện tham chiếu nhiệt độ môi trường 35 °C và nhiệt độ thanh 65 °C kèm các hệ số hiệu chỉnh cho những điều kiện khác. Một mối nối chỉ vừa đủ về mặt nhiệt vì thanh được chọn định mức mà không áp các hệ số hiệu chỉnh đó sẽ không được một sơ đồ lỗ tốt cứu cho. Công cụ tính khả năng tải dòng của chúng tôi áp dụng chúng chứ không giấu chúng đi, còn bài về mối nối bắt bu lông đi sâu vào phần chuẩn bị bề mặt hơn mức chỗ này cho phép.