Connessioni elettriche prive di saldatura

Le connessioni elettriche prive di saldatura possono essere permanenti o meno, mentre attraverso la saldatura la connessione è necessariamente di tipo permanente; questa è la differenza sostanziale tra le due tipologie di giunzione tra terminale e cavo elettrico. Le connessioni elettriche prive di saldatura di tipo permanente sono in sostanza le connessioni aggraffate (crimp) e le connessioni a spostamento di

isolamento, indicate quasi sempre con l’acronimo IDC (Insulation Displacement Connection) oppure

con la sigla italiana SDI. Di seguito saranno riportate le caratteristiche principali delle connessioni elettriche aggraffate, mentre le connessioni a spostamento di isolante verranno trattate nel dettaglio nei capitoli successivi.

Aggraffatura è un termine che viene usato genericamente per definire un collegamento permanente tra un terminale e un cavo conduttore. Tale unione prevede il serraggio del terminale sul cavo elettrico senza saldatura tramite il crimper, ovvero una parte della matrice (pressa meccanica), di solito mobile, che punzona e comprime il supporto del terminale. Durante il processo di realizzazione infatti viene sfruttata la pressione meccanica, esercitata da appositi macchinari, per bloccare il cavo sul terminale. Con tale connessione è possibile garantire una buona conduzione di corrente elettrica con basse cadute di tensione. Inoltre questo tipo di interfaccia tra cavo e terminale garantisce una notevole resistenza meccanica alla trazione. L'aggraffatura può essere eseguita oltre che sul cavo conduttore anche sulla guaina isolante per aumentare la stabilità meccanica tra cavo e terminale. E' importante notare che l'aggraffatura è un processo irreversibile, la connessione è permanente e una volta serrati cavo e terminale è impossibile separarli senza danneggiare entrambi i componenti. Bisogna osservare anche che la giunzione fredda, che avviene tra i due metalli in contatto, migliora notevolmente le prestazioni della connessione per quanto riguarda la resistenza di contatto qualora la si confronti con una connessione saldata. In più volendo valutare altri vantaggi rispetto alla saldatura non si può non considerare la durabilità meccanica (e quindi la qualità del contatto nel tempo), a patto di proteggere la connessione dagli agenti esterni corrosivi, e la possibilità di automatizzare il processo di connessione in modo da ridurre tempi e costi di produzione. Inoltre questo tipo di tecnica non prevede l'utilizzo di sostanze dannose e si evita così la presenza di sostanze dannose nell'ambiente lavorativo.

Teoria della connessione elettrica

In Figura 2.21 sono illustrati due tipi di terminali per l’aggraffatura e due tipologie di aggraffatura diverse:

Figura 2.21 – Esempi di terminali e aggraffature di tipo diverso.

Per avere una buona qualità l’aggraffatura deve rispettare tre parametri fondamentali: la qualità della connessione elettrica, la qualità della connessione meccanica e la resistenza alla corrosione.

Si vuole ora descrivere il processo meccanico che permette di realizzare un’aggraffatura a “F” del cavo sul terminale; tale processo è illustrato in Figura 2.22:

Figura 2.22 – Illustrazione schematica del processo di aggraffatura a “F”

Come prima azione necessaria per il proseguimento del processo, bisogna asportare preventivamente la guaina isolante del cavo elettrico in modo da avere i trefoli visibili, pronti per essere aggraffati e inseriti nella sezione delle alette di supporto del terminale; questo è quanto si vede in Figura 2.22 (a). Successivamente per effetto dell'azione meccanica le alette di supporto del terminale vengono fatte scorrere sulla parete del premirame fino alla loro chiusura (Figura 2.21 (b) e (c)). Infine i trefoli all'interno delle alette vengono schiacciati insieme da un'ulteriore pressione meccanica subita dalle alette stesse del terminale (Figura 2.6 (d)). Con quest’ultima operazione i trefoli hanno rotto lo strato

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sottile di ossido che li ricopriva, hanno dato vita ad una giunzione a freddo e hanno formato un gruppo a stretto contatto. L'ultimo stadio che si raggiunge, quando i metalli puliti sono costretti a entrare in contatto, è la formazione di un legame meccanico debole e di un legame metallo-metallo buono dal punto di vista elettrico di conduzione della corrente. Questo effetto viene spesso chiamato saldatura fredda. Quando lo strumento però viene rilasciato, i componenti che erano sotto forte pressione cedono leggermente. Le alette di supporto si rilassano e il terminale metallico perde un po' della compressione che ha ricevuto inizialmente. In questo modo la forza meccanica di contatto diminuisce leggermente a seconda del rilassamento. Bisogna quindi tenere conto di questo fatto quando si progetta il meccanismo per aggraffare, in modo che vi sia ancora una forza di contatto sufficiente a garantire una buona conduzione elettrica e una bassa resistenza di contatto dopo il rilassamento. Questo processo deve tenere in considerazione diverse caratteristiche come i materiali che si utilizzano, lo spessore dei cavi da terminare, i rivestimenti metallici, le superfici interne delle alette di supporto, la geometria del processo, la pressione che il terminale deve subire e la deformazione finale dell'aggraffatura.

Per completare la descrizione delle connessioni aggraffate verranno presi in esame tutti i componenti che caratterizzano questo tipo di connessione elettrica. L’esempio di riferimento è illustrato in Figura 2.23:

Figura 2.23 – Dettagli di un’aggraffatura ad “F”.

1) E' la parte del terminale che dovrà essere accoppiato con il suo recettore per completare la connessione e permettere il passaggio continuo della corrente elettrica.

2) E' l'insieme dei trefoli di rame, che erano contenuti all'interno della guaina isolante, essi costituiscono la parte di conduzione elettrica del cavo e ora sono aggraffati al terminale.

3) Buona garanzia di conformità dell'aggraffatura è la presenza, nello spazio tra le due alette, di un supporto di aggraffatura del terminale, dei trefoli e della guaina isolante.

4) Le alette di supporto che piegate e compresse sui trefoli stabiliscono l'aggraffatura e consentono il passaggio di corrente tra i fili di rame e il terminale metallico.

5) E' l'aggraffatura dell'isolante che dà stabilità meccanica alla connessione essendo un ottimo ammortizzatore delle vibrazioni, ed evita inoltre lo slittamento della guaina isolante.

6) E' il cavo elettrico nella sua completezza. Viene usato come collegamento tra due contatti ed è composto dai trefoli che possono essere unipolari o multipolari e dalla guaina isolante che ricopre il conduttore e lo isola dall'ambiente esterno.

7) Il bellmouth è una svasatura alle estremità delle alette di aggraffatura del conduttore, esso serve per evitare incisioni sui trefoli che potrebbero causare la rottura dei medesimi se sottoposti a vibrazioni.

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8) E' il testimone di taglio e non deve superare lo spessore del materiale.

9) L'aggraffatura non deve provocare danni al terminale metallico, la massima deformazione ammessa è dello stesso ordine di grandezza dello spessore del materiale.

Connessioni elettriche a spostamento di isolante (IDC)

3. Connessioni elettriche a spostamento di