DE102014222879A1

DE102014222879A1 - Abdeckelement für einen elektrischen Verbinder

Info

Publication number: DE102014222879A1
Application number: DE102014222879.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Jaroschek
Original assignee: Tyco Electronics Raychem GmbH
Current assignee: Tyco Electronics Raychem GmbH
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-25
Also published as: WO2016075075A1; CN107078412A; EP3218974B1; US20170244179A1; CN107078412B; US10109931B2; EP3218974A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abdeckelement für einen elektrischen Verbinder sowie auf einen derartigen elektrischen Verbinder. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf elektrische Verbinder, die elektrisch leitfähige Kabel miteinander verbinden. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Abdeckelement (110) für einen elektrischen Verbinder einen zylindrischen Grundkörper mit einer Mantelfläche (116), einer ersten Deckfläche (112), die im montierten Zustand des Abdeckelements einen Teil einer Außenfläche des elektrischen Verbinders (100) bildet, und einer zweiten Deckfläche (114), die im montierten Zustand einer Innenseite des elektrischen Verbinders zugewandt ist, auf. Erfindungsgemäß hat die erste Deckfläche (112) eine konvexe Gestalt. Insbesondere ist die erste Deckfläche (112) als Ausschnitt eines Zylindermantels oder einer Kugeloberfläche geformt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abdeckelement für einen elektrischen Verbinder sowie auf einen derartigen elektrischen Verbinder. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf elektrische Verbinder, die elektrisch leitfähige Kabel miteinander verbinden. Derartige Kabelverbinder werden auf dem Gebiet der Hochspannungsleistungsübertragung häufig eingesetzt, um Kabel miteinander zu verbinden oder Kabelenden abzuschließen. Beispielsweise ist es aus der US 5,201,914 bekannt, mindestens zwei Enden von Kabeln mechanisch und elektrisch miteinander zu verbinden, indem die Kabelenden in eine rohrförmige, elektrisch leitfähige Hülse eingeführt werden und in der Hülse mittels einer Verschraubung fixiert werden. Die Schrauben werden jeweils in einer radial in Richtung auf die Mittelachse der Hülse verlaufenden Bohrung geführt.
Weiterhin ist es bekannt, gerade Kabelverbindungen zwischen isolierten elektrischen Kabeln mithilfe von elektrisch isolierenden elastischen Muffen abzudecken. Neben dem mechanischen Schutz und einem Schutz gegenüber Eindringen von Feuchte dient die Muffe auch der elektrischen Feldsteuerung und Abschirmung. Eine Möglichkeit, eine derartige Muffe im Bereich des Kabelverbinders zu montieren, besteht darin, eine Silikonkautschukhülse mithilfe eines Spiralsystems zu expandieren und durch Zerstören der Spirale die Muffe auf ihren gewünschten Durchmesser schrumpfen zu lassen. Alternativ zu einem solchen reinen Kaltschrumpfverfahren kann auch ein Warmschrumpfmaterial anstelle der Spirale verwendet werden, wie dies beispielsweise in der WO 2014/095563 A1 beschrieben ist. Schließlich kann auch eine elastische Hülse dadurch montiert werden, dass sie in longitudinaler Richtung über den Kabelverbinder geschoben wird. Um dies zu ermöglichen, muss ein Schmiermittel, beispielsweise Silikonfett, aufgebracht werden, um die Reibung ausreichend zu reduzieren.
Das letztgenannte Montageverfahren hat den Vorteil, dass zum einen keine zusätzliche Spirale benötigt wird und daher viel Abfall vermieden werden kann, und dass zum anderen keine Wärmequelle erforderlich ist. Um aber eine elastische Muffe problemlos über den elektrischen Kabelverbinder aufschieben zu können, ist es wesentlich, dass der Kabelverbinder eine ausreichend glatte äußere Oberfläche besitzt. Selbst kleine Vorsprünge, Öffnungen oder Unebenheiten können zu einer Unterbrechung des Schmierfilms führen und dadurch den Montagevorgang stören.
Um zu vermeiden, dass die glatte Oberfläche des Kabelverbinders durch vorspringende Schraubenköpfe unterbrochen wird, können Schrauben mit Sollbruchstelle verwendet werden, deren Kopf bei Überschreiten eines definierten Drehmoments abschert. Auf diese Weise weist die Oberfläche des Kabelverbinders zwar keine Schraubenköpfe mehr auf, hat aber offene Vertiefungen, in die das Silikonfett eindringt, so dass der Schmierfilm unterbrochen wird.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, besteht darin, ein Abdeckelement und entsprechend einen verbesserten elektrischen Verbinder anzugeben, die für eine vereinfachte Montage des Kabelverbinders und für verbesserte elektrische Eigenschaften der geschlossenen Verbindung sorgen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass durch Einfügen eines Abdeckelements die Vertiefungen, die durch Bohrungen in einem Kabelverbinder entstehen, so geschlossen werden können, dass eine möglichst glatte Oberfläche zum Aufschieben einer Muffe erzeugt wird. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Abdeckelement im Wesentlichen zylindrisch und besitzt eine konvex gewölbte Deckfläche, die sich in die Außenkontur des Kabelverbinders einfügt. Die optimale Anpassung an die Form der Außenfläche des Kabelverbinders erreicht man, indem die Deckfläche als Teil einer Zylinderoberfläche geformt wird. Der Radius der Deckfläche stimmt in vorteilhafter Weise mit dem Radius der Außenfläche des Kabelverbinders überein.
Die Ausgestaltung der Deckfläche als Teil einer Zylinderoberfläche hat allerdings bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Abdeckelements den Nachteil, dass die Deckfläche nicht rotationssymmetrisch und daher aufwendiger in der Herstellung ist. Experimentelle Untersuchungen haben aber gezeigt, dass auch die Ausgestaltung der Deckfläche als Teil einer Kugeloberfläche zu befriedigenden Ergebnissen führt. Dabei sollte der Radius der Kugeloberfläche im Wesentlichen wiederum mit dem Radius der Außenfläche des Kabelverbinders übereinstimmen. In vorteilhafter Weise ist ein solches Abdeckelement rotationssymmetrisch um seine Mittelachse und kann kostengünstig beispielsweise als Drehteil gefertigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Mantelfläche des zylinderförmigen Abdeckelements mit einem Außengewinde versehen. Dieses Außengewinde kann entweder mit einem bereits in der Bohrung des Kabelverbinders vorhandenen Innengewinde zusammenwirken oder aber ein selbstschneidendes Gewinde sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, das Abdeckelement mittels einer Presspassung in der Bohrung des Kabelverbinders zu fixieren. Die letztgenannte Variante ist besonders vorteilhaft, wenn das Abdeckelement aus einem elastischen Material gefertigt ist.
Um nicht nur in mechanischer Hinsicht eine gleichmäßige Außenkontur des Kabelverbinders zu erzeugen, sondern auch eine störstellenfreie elektrisch homogene Oberfläche bereitzustellen, besteht das erfindungsgemäße Abdeckelement gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform aus einem elektrisch leitfähigen Material. Beispielsweise kann das Abdeckelement aus einem Metall wie Aluminium oder aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff gefertigt sein.
Damit das Abdeckelement leicht in die Bohrung eingebracht oder gegebenenfalls auch wieder entfernt werden kann, weist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eine Betätigungshilfe auf, die ein Montieren oder Demontieren des Abdeckelements erleichtert. Beispielsweise kann eine solche Betätigungshilfe durch ein Mitnahmeprofil zum Eingreifen eines entsprechenden Werkzeugs gebildet sein. Beispiele für geeignete Mitnahmeprofile sind das Innensechskantprofil, Sechsrundprofil oder das sogenannte Tri-Wing-Profil. Für einen Fachmann ist klar, dass verschiedenste Profile eingesetzt werden können. Wesentlich ist bei der Wahl des Profils vor allem, dass die entstehende Öffnung so klein ist, dass sie elektrisch und für den Schmierfilm nicht störend in Erscheinung tritt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen für sich genommen eigenständige erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines elektrischen Verbinders zum Verbinden zweier Kabel;
2 eine Schnittdarstellung des Verbinders aus 1;
3 ein Detail aus 2;
4 eine perspektivische Darstellung eines Abdeckelements;
5 eine Schnittdarstellung des Abdeckelements aus 4;
6 eine schematische radiale Schnittdarstellung eines Abdeckelements im montierten Zustand;
7 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Abdeckelements im montierten Zustand;
8 eine Schnittdarstellung eines Abdeckelements gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform;
9 eine Draufsicht des Abdeckelements der 8;
10 eine Seitenansicht des Abdeckelements aus 8.
Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht beispielhaft einen elektrischen Verbinder 100, wie er zum Verbinden zweier Hochspannungskabel eingesetzt werden kann. Der elektrische Verbinder 100 umfasst eine im Wesentlichen hohlzylindrische Verbinderhülse 102 mit einer zylindermantelförmigen Außenfläche 104. Zum Aufnehmen jeweils eines Endabschnitts der zu verbindenden Kabel weist die Verbinderhülse 102 eine Kabelaufnahme 106 auf. Wie aus der Zusammenschau mit den 2 und 3 deutlich wird, kann die innere Oberfläche der Kabelaufnahme 106 mit einem 60°-Zickzack-Profil versehen sein, um die Kontaktoberfläche zu dem Kabel zu erhöhen und darüber hinaus einen Vorratsraum für ein Schmiermittel und/oder Kontaktfett zu bilden. Selbstverständlich können auch Gewindestrukturen oder andere geeignete aufrauende Strukturen angebracht werden.
Wie aus 2 ersichtlich, verläuft die Kabelaufnahme 106 durch die gesamte Länge der Verbinderhülse 102 hindurch. Die zu verbindenden Kabel (in den Figuren nicht dargestellt) werden von den beiden gegenüberliegenden Endbereichen bis jeweils zur Mitte der Verbinderhülse 102 eingeschoben und mittels einer Vielzahl von Schrauben (in den Figuren nicht dargestellt) in der Verbinderhülse 102 fixiert. Insbesondere sind für die Fixierung Abreißschrauben vorgesehen, deren Schraubenkopf bei Überschreiten eines definierten Drehmoments abschert. Nach dem Montieren der Abreißschrauben in den hierfür vorgesehenen Bohrungen 108 verbleibt der äußere Bereich der Bohrung zunächst offen, so dass beim Montieren einer elastischen Muffe das Schmiermittel in die so entstandene Vertiefung eindringen und der Schmierfilm abreißen würde.
Erfindungsgemäß wird die verbleibende Vertiefung der Bohrung 108 daher jeweils mit einem Abdeckelement 110, das perspektivisch in 4 gezeigt ist, verschlossen. Das Abdeckelement 110 hat in vorteilhafter Weise die Gestalt einer relativ flachen, zylindrischen Scheibe mit einer ersten und einer zweiten Deckfläche 112, 114. Die Mantelfläche 116 des zylindrischen Abdeckelements 110 kann mit einem Außengewinde versehen sein, welches mit einem zugehörigen Innengewinde an der Bohrung 108 zusammenwirkt. In 2 ist schematisch dargestellt, dass die Bohrungen 108 entsprechend entweder mit einem Innengewinde 109 versehen sind oder aber eine glatte Innenfläche 107 haben. Anstelle des Außengewindes 118 kann dann eine Presspassung verwendet werden, um das Abdeckelement in der Bohrung 108 an der richtigen Position zu fixieren.
Erfindungsgemäß ist die erste Deckfläche 112 nicht plan, sondern in Richtung auf die Außenseite der Verbinderoberfläche konvex gewölbt. 6 zeigt schematisch, wie das endgültig montierte Abdeckelement 110 die gebogene Oberfläche 104 der Verbinderhülse 102 vervollständigt. Auf diese Weise entsteht eine weitgehend glatte Außenfläche, über die unter Verwendung eines Schmiermittels eine elastische, elektrisch isolierende Abdeckung problemlos geschoben werden kann. Insbesondere sind keine nennenswerten Vertiefungen vorhanden, in denen das Schmiermittel verloren gehen könnte.
Im Optimalfall hat die erste Deckfläche 112 die Gestalt eines Teils einer Zylindermantelfläche, wobei ihr Radius R₁ dem Radius R₂ der Verbinderhülse 102 entspricht. In longitudinaler Richtung ist die erste Deckfläche 112 bei dieser Ausführungsform nicht gebogen, sondern passt sich der in Längsrichtung geraden Linie des Zylindermantels des elektrischen Verbinders an, wie dies aus 7 deutlich wird.
Die zweite Deckfläche 114 kann beliebig geformt sein, beispielsweise eben oder symmetrisch zur ersten Deckfläche 112.
Weiterhin kann das Abdeckelement 110 mit einer Betätigungshilfe 120 versehen sein, welche die Montage des Abdeckelements 110 in der Bohrung 108 erleichtert. In den 4 bis 7 ist angedeutet, dass eine solche Betätigungshilfe 120 durch ein Mitnahmeprofil, wie beispielsweise ein Innensechskantprofil, gebildet sein kann. In diesem Fall kann das Abdeckelement durch ein zugehöriges Werkzeug, beispielsweise einen entsprechenden Schlüssel mit übereinstimmendem Außenprofil, betätigt werden.
Damit das Abdeckelement 110 eine möglichst homogene Außenfläche des elektrischen Verbinders 100 auch in elektrischer Hinsicht bewirkt, ist es zweckmäßigerweise aus demselben elektrisch leitfähigen Material gefertigt wie die Verbinderhülse 102. Meist handelt es sich um ein Metall, beispielsweise Aluminium. Alternativ können aber auch elektrisch leitfähige, insbesondere metall- oder graphitgefüllte, Kunststoffe verwendet werden.
Die Ausformung der ersten Deckfläche 112 als Ausschnitt aus einer Zylindermantelfläche führt dazu, dass die Herstellung des Abdeckelements 110 vergleichsweise teuer ist, da es nicht rotationssymmetrisch um seine Mittelachse ist. Es konnte gezeigt werden, dass annähernd dieselben positiven Effekte der vorliegenden Erfindung auch dann erreicht werden können, wenn die erste Deckfläche 112 nicht als Ausschnitt einer Zylindermantelfläche, sondern als Ausschnitt einer Kugelfläche geformt ist.
Diese nunmehr rotationssymmetrische Ausführungsform des Abdeckelements 110 ist in den 8 bis 10 skizziert. Analog zu der ersten Ausführungsform, bei der die erste Deckfläche 112 einen Ausschnitt aus einer Zylindermantelfläche darstellt, entspricht der Radius R₁ dieser Kugel dem Radius R₂ der Verbinderhülse 102. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform weist das Abdeckelement gemäß der zweiten Ausführungsform diese Krümmung auch in longitudinaler Richtung auf und ist insbesondere drehsymmetrisch um die Mittelachse.
Als Betätigungshilfe 120 ist auch bei der Ausführungsform gemäß den 8 bis 10 ein durchgehendes Innensechskantprofil vorgesehen. Wie bereits erwähnt, darf der Durchmesser D der dadurch in die Oberfläche des elektrischen Verbinders eingebrachten Öffnung eine gewisse Maximalgröße nicht überschreiten, damit beim Aufschieben einer elastischen, elektrisch isolierenden Muffe nicht so viel Schmiermittel eindringt, dass der Schmierfilm abreißt. Abhängig von der Konsistenz des verwendeten Schmiermittels und den Gesamtabmessungen des Kabelverbinders sollte der verbleibende Öffnungsdurchmesser D etwa 20 % des ursprünglichen Bohrungsdurchmessers nicht überschreiten.
Damit keine Grate und Rauigkeiten vorhanden sind, die in mechanischer und/oder elektrischer Hinsicht problematisch sein könnten, wird das Abdeckelement 110 in vorteilhafter Weise rundum angefast.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es also, einen elektrischen Kabelverbinder für Hochvoltkabel so zu verbessern, dass die Bohrungen, in denen die Abreißschrauben geführt sind, weder scharfe Kanten haben, die elektrische Probleme verursachen könnten, noch einen unerwünschten Hohlraum für das beim Aufschieben der Abdeckmuffe benötigte Schmiermittel darstellen. BEZUGSZEICHEN

Bezugszeichen	Beschreibung
100	Elektrischer Verbinder
102	Verbinderhülse
104	Außenfläche der Verbinderhülse
106	Kabelaufnahme
107	glatte Innenfläche der Bohrung
108	Bohrung für Abreißschrauben
109	Innengewinde
110	Abdeckelement
112	erste Deckfläche
114	zweite Deckfläche
116	Mantelfläche des Abdeckelements
118	Außengewinde des Abdeckelements
120	Betätigungshilfe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5201914 [0001]
WO 2014/095563 A1 [0002]

Claims

Abdeckelement für einen elektrischen Verbinder, wobei das Abdeckelement (110) aufweist: einen zylindrischen Grundkörper mit einer Mantelfläche (116), einer ersten Deckfläche (112), die im montierten Zustand des Abdeckelements einen Teil einer Außenfläche des elektrischen Verbinders (100) bildet, und einer zweiten Deckfläche (114), die im montierten Zustand einer Innenseite des elektrischen Verbinders zugewandt ist, wobei die erste Deckfläche (112) eine konvexe Gestalt hat.
Abdeckelement nach Anspruch 1, wobei die erste Deckfläche (112) eine einer Zylindermantelfläche entsprechende Krümmung aufweist.
Abdeckelement nach Anspruch 1, wobei die erste Deckfläche (112) eine einer Kugeloberfläche entsprechende Krümmung aufweist.
Abdeckelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mantelfläche (116) ein Gewinde (118) trägt.
Abdeckelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist.
Abdeckelement nach Anspruch 5, wobei das elektrisch leitfähige Material Aluminium oder einen leitfähigen Kunststoff umfasst.
Abdeckelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Betätigungshilfe (120) zum Montieren oder Demontieren des Abdeckelements (110).
Abdeckelement nach Anspruch 7, wobei die Betätigungshilfe (120) ein Mitnahmeprofil zum Eingreifen eines entsprechenden Werkzeugs aufweist.
Elektrischer Verbinder zum Verbinden oder Abschließen mindestens eines Kabels, wobei der elektrische Verbinder (100) aufweist: eine elektrisch leitfähige Verbinderhülse (102) mit einer Kabelaufnahme (106) zum Aufnehmen eines Endabschnitts des mindestens einen Kabels, wobei die Verbinderhülse (102) weiterhin mindestens eine Bohrung (108) zum Aufnehmen mindestens eines Fixierelements, welches das Kabel in der Kabelaufnahme (106) fixiert, aufweist, mindestens ein Abdeckelement (110), das im endmontierten Zustand in der mindestens einen Bohrung (108) aufgenommen ist, wobei das Abdeckelement (110) einen zylindrischen Grundkörper mit einer Mantelfläche (116), einer ersten Deckfläche (112), die im montierten Zustand des Abdeckelements (110) einen Teil einer Außenfläche des elektrischen Verbinders (100) bildet, und einer zweiten Deckfläche (114), die im montierten Zustand einer Innenseite des elektrischen Verbinders zugewandt ist, aufweist, und wobei die erste Deckfläche (112) des Abdeckelements (110) eine konvexe Gestalt hat.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 9, wobei die erste Deckfläche (112) eine einer Zylindermantelfläche entsprechende Krümmung aufweist, die in ihrem Radius einem Außenradius der Verbinderhülse (102) entspricht.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 9, wobei die erste Deckfläche (112) eine einer Kugeloberfläche entsprechende Krümmung aufweist, die in ihrem Radius einem Außenradius der Verbinderhülse (102) entspricht.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Mantelfläche (116) des Abdeckelements (110) ein Außengewinde (118) trägt, das mit einer Innenfläche der mindestens einen Bohrung (108) zum Fixieren des Abdeckelements (110) in der Bohrung (108) zusammenwirkt.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Abdeckelement (110) aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist.
Elektrische Verbinder nach Anspruch 13, wobei das elektrisch leitfähige Material Aluminium oder einen leitfähigen Kunststoff umfasst.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Abdeckelement (110) weiterhin als Betätigungshilfe (120) zum Montieren oder Demontieren des Abdeckelements (110) in der Bohrung (108) ein Mitnahmeprofil zum Eingreifen eines entsprechenden Werkzeugs aufweist.