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Die Erfindung betrifft eine gelgefüllte Steckverbinderkupplung für einen Unterwasserstecker gemäß den oberbegrifflichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung sowie einen Unterwassersteckverbinder mit einer gelgefüllten Steckverbinderkupplung.
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Im Nassen koppel- und entkoppelbare Unterwassersteckverbinder für elektrische oder optische Leiter sind bekannt und wurden insbesondere für Bohrkopfanwendungen auch für große Tauchtiefen entwickelt. Beispielsweise wird auf
EP 1222484 B1 ,
EP 251655 B2 und
EP 1374345 B1 verwiesen. Unterwassersteckverbinder umfassen komplementär ausgebildete und gegenseitig in Eingriff bringbare männliche Teile mit Kontaktpins (Stecker) und weibliche Teile mit mindestens einem innerhalb eines Kontaktraums angeordneten optischen oder elektrischen Kontaktelement, wobei das weibliche Teil im Folgenden als Steckverbinderkupplung bezeichnet wird.
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Unterwassersteckverbinder weisen vom Umgebungswasser durch Dichteinrichtungen geschützte, typischerweise mit einem dielektrischen Öl gefüllte Kammern für die Kontaktpins des Steckers und die Kontaktelemente der Steckverbinderkupplung auf. Bekannte Anordnungen sind üblicherweise als genestete Kammerstrukturen mit Pendelkolben aufgebaut und umfassen mehrteilige Dichtungssysteme an den Kammeröffnungen zum Umgebungswasser, die Einrichtungen zur Abführung von beim Kopplungsvorgang aufgenommenem Wasser aufweisen. Derartige Unterwassersteckverbinder sind konstruktiv aufwendig und großbauend.
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Insbesondere die Anbindung von Offshore-Windparks und von Wellen- sowie Gezeitenströmungskraftwerken stellt die Anforderung, vereinfacht aufgebaute Unterwassersteckverbinder auch für Hochspannungsanwendungen bereitzustellen, die eine längere Zeitdauer im entkoppelten Zustand im Meerwasser tauchend ohne Funktionseinschränkung überstehen. Ein mögliches Konzept besteht darin, für die Isolation von Steckverbinderkupplungen anstatt eines dielektrischen Öls ein Gel zu verwenden, wobei derartige aus wenigstens zwei Komponenten bestehende, viskoelastische Fluide aufgrund der durch ihre dreidimensionale Netzwerkstruktur bedingten, höheren Auslaufsicherheit zu weniger komplexen Dichtungen für Unterwassersteckverbinder führen.
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Für die Anwendung an Luft haben sich gelgefüllte Steckverbinder beispielsweise für Telekommunikationsanwendung etabliert. Ein gelgefüllter Unterwassersteckverbinder ist aus der
DE 3118706 A1 bekannt. Offenbart wird eine hydrophobe Gelmischung zur Befüllung einer Steckverbinderkupplung, die Zusatzstoffe zur Verbesserung der elektrischen Isolation enthält. Als Auslaufschutz der Gelfüllung dient eine Membran an der Öffnung des Kupplungsgehäuses der Steckverbinderkupplung, die bevorzugt als Neoprenlage ausgebildet ist. Ferner weist die Membran Einstichöffnungen für Streckerkontaktpins auf, die beim Steckerabzug als Abstreiflippen wirken.
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Ein unter Wasser koppelbarer, gelgefüllter Steckverbinder wird durch
US 8702439 B1 beschrieben. Die Gelfüllung ist Teil eines austauschbaren Einsatzes einer Steckverbinderkupplung, die von einer einen Einpressdruck erzeugenden Abschlussplatte mit Durchgangsöffnungen und einer Membran mit Abstreiflippen abgedeckt wird.
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Insbesondere bei großbauenden Unterwassersteckverbindern für Hochspannungsanwendungen müssen hinreichend große Öffnungen in der Abdeckung der Gellage mit den Abstreiflippen vorliegen, sodass beim Einstechen ein Wassereintrag in den Gelraum nicht gänzlich verhindert werden kann. Ein weiteres Problem besteht beim Abzug des Steckers, da ein im Gel kurzeitig zurückbleibender Kanal schlagartig mit Wasser gefüllt wird, wenn der Steckerpin die Abstreiföffnung durchquert. Dies führt dazu, dass die Abzugsgeschwindigkeit sehr klein gewählt werden muss, um der Gelfüllung eine hinreichende Zeit für die Relaxation und den weitgehenden Verschluss eines Einstichkanals zu geben. Eine derart langsame Abzugsbewegung eines Unterwassersteckers für Meeresanwendungen, die meist das Arbeiten in einer Umgebungsströmung bedingen, ist vielfach nicht praktikabel.
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Zur Verringerung der Wasseraufnahme und des Gelaustritts werden Gelfüllungen von Unterwassersteckverbindern bezüglich ihrer adhäsiven und rheologischen Eigenschaften an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst. Besonders geeignet zu diesem Zweck sind dielektrische, hydrophobe Gele, die durch in-situ Hydrosilylierung einer Reaktionsmischung ein katalytisch vernetztes Polymernetzwerk bilden. Beispielsweise beschreibt
EP 1463775 81 ein Gel für elastische Aderfüllmassen, das in-situ chemisch vernetzt wird. Nach der Vernetzung ist das Gel im Wesentlichen frei von kurzkettigen Anteilen, sodass keine Gefahr einer Degradation durch den Austrag flüchtiger Komponenten besteht. Als Ausgangskomponenten werden reaktive Monomere oder Präpolymere, auf Divinylpolydialkylsiloxanbasis, insbesondere Divinylpolydimethylsiloxan, mit einem mittleren Molekülgewicht von 15.000–20.000 Dalton, verwendet. Als Vernetzungsmittel dient ein Si-H Gruppen aufweisendes Polymethylsiloxan. Ein alternatives gelbildendes System nutzt als Ausgangssubstanz Dihydrogen-polydialkylsiloxan und vinyl-substituiertes Polymethysiloxan mit einem mittleren Molekülgewicht von 3.000–30.000 Dalton. Als Katalysatoren für die Vernetzung dienen Zusätze auf Platin-, Iridium-, Rhodium- oder Palladiumbasis. Die mechanischen Eigenschaften des Gels lassen sich durch den Vernetzeranteil und die Zugabe von monofunktionellen Vinyl- oder Wasserstoffsiloxanen, die in das dreidimensionale Netzwerk des Gels aufgenommen werden und die die Vernetzungsdichte herabsetzen, gezielt steuern. Des Weiteren beschreibt
US 8642891 82 trockene, katalytisch in-situ vernetzte Gele für die Befüllung von Steckverbindern, die als Ausgangsstoffe vinylterminiertes Polydimethylsiloxan, einen Vernetzer und einen Kettenverlängerer verwenden.
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Ferner sind mehrschichtige, selbsttragende Geldichtungskörper für Steckverbinderanwendungen an Luft bekannt. So beschreibt
DE 10 2004 048 154 A1 eine Hausdurchführung, die ein Gelkissen mit einer arteigenen Gelhaut verwendet. Für Steckverbinder an Luft werden freitragende Gelkissen mit einer weicheren Zwischenlage und zwei diese einschließende, härtere Außenlagen durch
EP 754358 B1 genannt. Des Weiteren wird für eine Ausführung vorgeschlagen, zumindest eine der Gellagen durch eine Stützmatrix zu stabilisieren.
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Für Unterwassersteckverbinder können selbsttragende Geldichtungskörper den Wassereintritt nicht sicher verhindern. Stattdessen wird für eine Unterwasseranwendung bevorzugt, den Kontaktraum einer Steckverbinderkupplung durch eine katalytisch vernetzbare Gelmischung aufzufüllen und diese durch Vernetzung in-situ auszuhärten.
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Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, eine gelgefüllte Steckverbinderkupplung für einen Unterwasserstecker zu entwickeln, die konstruktiv einfach ausgebildet ist und auch für große Baugrößen, insbesondere für Hochvoltanwendungen, den Wassereintrag in den Gelraum verringert und höhere Steckerabzugsgeschwindigkeiten ermöglicht. Des Weiteren soll ein Herstellungsverfahren für eine verbesserte, gelgefüllte Steckverbinderkupplung sowie einen die Steckverbinderkupplung umfassenden Unterwassersteckverbinder angegeben werden.
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Zur Lösung der Aufgabe haben die Erfinder zunächst erkannt, dass die Einstellung der Gelfüllung in einem einseitig offenen Kontaktraum einer gattungsgemäßen Steckverbinderkupplung für einen Unterwasserstecker, dann zu einem Zielkonflikt führt, wenn ein hartes, durch in-situ Hydrosilylierung einer Reaktionsmischung katalytisch vernetztes Polymernetzwerk verwendet wird. Derartige Gele, die nach dem Prinzip einer Verschlussmembran (Septum) arbeiten, gelten als auslaufsicher und werden insbesondere für großbauende Steckverbinderkupplungen verwendet, da diese nach der bisherigen Auffassung zu schneller schließenden Einstichkanälen führen. Die Erfinder haben festgestellt, dass dies dann nicht mehr der Fall ist, wenn ein Steckerpin in das Kontaktelement der Steckverbinderkupplung eintritt und durch die Scherwirkung der Kontaktlamellen das Netzwerk das Gel lokal im Bereich des Kontaktelements durchtrennt wird. Dadurch ändern sich die adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften des an der Oberfläche des eingesteckten Teils des Steckerpins anhaftenden Gels, sodass beim Abzug des Steckerpins eine deutliche Materialmitnahme zu beobachten ist, die zu einem unerwartet großen Einstichkanal hinter dem herausgezogenen Steckerpin führt. Dies bedingt die Gefahr des Eintrags eines großen Wasservolumens mit hoher Einströmungsgeschwindigkeit, die zu einer inhomogen, durchschlagsgefährdeten Gelschicht führt.
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In einem nächsten Schritt haben die Erfinder erkannt, dass der Kontaktraum einer Steckverbinderkupplung für Unterwassersteckverbinder mindestens drei unterschiedliche Gellagen aufweisen muss, die jeweils ein dielektrisches, hydrophobes Gel mit einem durch in-situ Hydrosilylierung einer Reaktionsmischung katalytisch vernetzten Polymernetzwerk umfassen.
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Eine erste Gellage, die unmittelbar an die Innenseite der die Abstreiflippen aufweisenden Abdeckung des Kontaktraums angrenzt, wird aus einem elastischen, vergleichsweise harten Gel gebildet. Diese erste Gellage dient dazu, einen mechanisch hochbelastbaren, auslaufsicheren Gelisolator bereitzustellen, in dem sich beim Eintritt und Abzug eines Kontaktpins räumlich begrenzte und sich schnell schließende Einstichkanäle bilden.
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Ein zweite Gellage ist in Kopplungsrichtung eines Steckerpins nach der ersten Gellage angeordnet und wird durch ein offenporiges Stützmatrixelement mit einer Gelfüllung gebildet, die bevorzugt eine geringere Gelhärte als das Gel der zweiten Gellage aufweist. Die zweite Gellage dient dazu, mittels Querkraftvermittlung durch das Stützmatrixelement eine Lage zu schaffen, die trotz einer relativ klein gewählten Gelhärte der Gelfüllung in den offenen Wegbarkeiten des Stützmatrixelements eine hohe Einstichkanalverschlussgeschwindigkeit erzielt. Zusätzlich wirkt das Stützmatrixelement als Barriere zum Schutz der nachfolgenden dritten Gellage gegen mit hoher Geschwindigkeit in einen Einstichkanal einströmendes Wasser in der vorausgehenden ersten Gellage. Daher bildet die zweite Gellage für eine vorteilhafte Ausführung eine räumliche Trennung zwischen der ersten Gellage und der nachfolgend beschriebenen dritten Gellage und erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Querschnittsausdehnung des Kontaktraums.
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Beim Eindringen eines Kontaktpins wird das Stützmatrixelement vornehmlich radial verdrängt, sodass Rückstellkräfte resultieren, die gegen die axial wirkenden Kräfte in der ersten Gellage und der zweiten Gellage gerichtet sind. Die Dichtwirkung des gelgefüllten Stützmatrixelements gegenüber dem Steckerpin beruht darauf, dass diese radial wirkenden Kräfte in Summe größer sind, als die auftretenden Druckkräfte in axialer Richtung durch das verdrängte Gelvolumen und der Druckdifferenz zwischen innen und außen, damit es zu keinem Einschießen von Wasser kommt.
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Für eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen Steckverbinders wird die Dickenausdehnung D des Stützmatrixelements der zweiten Gellage der Steckverbinderkupplung in Steckrichtung an die Axiallänge L der Spitze des Kontaktpins des Steckers angepasst. Als Spitze wird der sich verjüngende Abschnitt des Kontaktpins angenommen. Als besonders bevorzugt haben sich Dickenausdehnung mit D ≥ 3L erwiesen,
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das offenporige Stützmatrixelement der zweiten Gellage folgende Eigenschaften auf:
- • Das Material des Stützmatrixelements sollte gegenüber der Gelfüllung inert sein.
- • Das Stützmatrixelement sollte so ausgestaltet sein, dass die durch Verformung resultierenden Rückstellkräfte ein schnelles und sicheres Verschließen eines beim Abzug eines Steckerpins zurückbleibenden Einstichkanals bewirkt wird. Diese Rückstellkräfte müssen hinreichend groß sein und entgegenwirkende Kräfte deutlich übersteigen, die sich aus der Zähigkeit der Gelfüllung und der Größe der offenen Wegbarkeiten im Stützmatrixelement ergeben.
- • Das Stützmatrixelement sollte so mechanisch stabil sein, dass eine Evakuierung und ein Aufsaugen der Gelfüllung der Gelfüllung möglich ist und die inneren Hohlräume so weitgehend ausfüllt, dass das Ausgangsvolumen des Stützmatrixelements weitgehend wieder erreicht wird. Für eine bevorzugte Ausführung liegt der Volumenschwund nach dem vakuumunterstützen Einbringen der Gefüllung unter 5%.
- • Das Material des Stützmatrixelements sollte eine Dielektrizitätszahl (nach IEC 60250) bei 100 Hz/100 kHz von kleiner als 2,85 aufweisen. Zusätzlich sollte das Material einen dielektrischen Verlustfaktor (nach IEC 60250) bei 100 Hz/100 kHz von kleiner als 0,003 und besonders bevorzugt von kleiner als 0,0001 aufweisen.
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Ein Stützmatrixelement, das die voranstehend genannten Eigenschaften aufweist, kann durch unterschiedliche Materialien realisiert werden. Bevorzugt wird ein offenporiger Schwamm aus einem Elastomer, insbesondere ein Silikonschwamm, eine Textillage, ein Gestrick, ein Gitterlagenstapel oder ein Siebkörper mit einer Füllung aus einem losen Fasermaterial verwendet. Für eine besonders bevorzugte Ausführung wird als Stützmatrixelement ein Knäul aus PTFE eingesetzt.
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Des Weiteren erfüllt die zweite Gellage in Verbindung mit der ersten Gellage und den für gattungsgemäße Steckverbinderkupplungen verwendeten Abstreiflippen in einer Abdeckung der Geldichtungsanordnung die zusätzliche Funktion, Sedimenteintrag vom Bereich unmittelbar um ein Kontaktelement abzuhalten. Dabei akkumulieren die erste Gellage und die zweite Gellage eingetragende Verschmutzungen, die oftmals bei Arbeiten auf dem Meeresgrund nicht zu vermeiden sind, und verhindern deren Vordringen in die dritte Gellage.
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Eine dritte Gellage folgt in Kopplungsrichtung eines Steckerpins nach der zweiten Gellage und umschließt als elektrischer Isolator das Kontaktelement der Steckverbinderkupplung. Die dritte Gellage umfasst ein relativ weiches Gel mit einer geringeren Gelhärte als jene der ersten Gellage. Entsprechend ist der Vernetzungsgrad vergleichsweise gering und/oder die mittlere Kettenlänge des Netzwerks dieser Lage ist kleiner im Vergleich zur ersten Gellage. Damit sind das Netzwerk zerstörende Effekte beim Einführen eines Steckerpins in die Kontaktlamellen eines Kontaktelements weniger stark ausgeprägt, sodass der adhäsions- und kohäsionsverändernde Effekt des Einsteckens verringert wird.
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Für eine bevorzugte Ausführung entspricht die Gelhärte der dritten Gellage jener der zweiten Gellage, wobei für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung für die zweite und dritte Gellage ein übereinstimmendes Gelmaterial verwendet wird. Für eine weitere bevorzugte Ausführung ist die Gelhärte der dritten Gellage kleiner als die der Gelfüllung der zweiten Gellage.
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Die Bestimmung der Gelhärte der drei Gellagen erfolgt mittels eines Texturanalysators (Modell TA.XT2 von Texture Technologies Corp.), der die notwendige Kraft misst, um einen definierten Prüfkörper eine vorgegebene Distanz von 10 mm mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1 mm/s zu bewegen. Angegeben wird die Gelhärte in Gewichtseinheiten [g] entsprechend des durch eine Gewichtskraft akutierten Prüfkörpers.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist die erste Gellage eine Gelhärte von 155 g bis 300 g und besonders bevorzugt von 175 g bis 275 g auf. Für eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung liegt die Gelhärte der dritten Gellage in einem Bereich von 30 g bis 145 g und besonders bevorzugt in einem Bereich von 50 g bis 100 g.
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Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Steckverbinderkupplung in einen Unterwassersteckverbinder insbesondere für Hochspannungsanwendungen aufgenommen. Für eine vorteilhafte Ausführung weist der Steckverbinder eine Führungsanordnung auf, die sicherstellt, dass bei der Kopplung und Entkopplung des Steckers von der Steckverbinderkupplung der Steckerpin die drei Gellagen weitgehend ohne transversale Verschiebung der Lagenabfolge der Geldichtungsanordnung durchläuft. Dabei erstrecken sich die erste Gellage, die zweite Gellage und die dritte Gellage bevorzugt über den gesamten Querschnitt der Steckverbinderkupplung. Es sind aber auch Ausführungen denkbar, für die die Gellagen nur lokal im Bewebungsbereich eines Steckverbinders vorliegen und beispielsweise in einen äußeren Gelformkörper eingelassen sind. Derartige Ausgestaltungen sind für Steckverbinderkupplung mit mehreren Einzelkontakten vorteilhaft, die die erfindungsgemäße Gellagenschichtung in einer Einfassung jedes einzelnen Kontaktelements aufbauen.
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Des Weiteren wird für eine bevorzugte Ausführung des Unterwassersteckverbinders die Ausdehnung der ersten Gellage in Einsteckrichtung größer gewählt, als die Eindringtiefe des Steckerpins in das komplementär geformte Kontaktelement der Steckverbinderkupplung. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass ein bezüglich der Adhäsion und Kohäsion nach dem Einstecken veränderter Oberflächenbereich beim Abziehen des Steckerpins eine hinreichende Wegstrecke durch die erste Gellage geführt wird und die zweite, eine Barriere bildende Gellage einen ausreichenden Abstand zu der an der Öffnung des Kontaktraums angeordneten Abdeckung mit den Abstreiflippen einnimmt.
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Für ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren einer erfindungsgemäßen Steckverbinderkupplung wird die in-situ Hydrosilylierung zur Ausbildung der katalytisch vernetzten Polymernetzwerke der ersten, zweiten und dritten Gellagen in einem Arbeitsschritt ausgeführt. Bevorzugt werden die gleichen gelbildenden Ausgangsmaterialien jedoch mit unterschiedlichen Anteilen gewählt. Dabei wird der Anteil des Vernetzers und/oder des Kettenverlängerers in der ersten Gellage höher gewählt als in der dritten Gellage. Zusätzlich oder alternativ werden in der ersten Gellage die Vernetzungsdichte verringernde Zuschläge, wie monofunktionelles Vinyl- oder Wasserstoffsiloxan, in geringerem Maß den Gelausgangsstoffen beigemischt.
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Des Weiteren werden bei der Herstellung die Ausgangskomponenten der einzelnen zunächst noch unvernetzten Gellagen, beginnend mit der dritten Gellage, in den Kontaktraum eingefüllt und lagenweise die Luftblasen durch das Anlegen eines Unterdrucks entfernt. Für die zweite Gellage wird in einem separaten Arbeitsschritt die Gelfüllung mittels Vakuum in die offenen Kavitäten eingebracht. Nach Abschluss des Schichtungsvorgangs erfolgt die Vernetzung in einem Wärmeschrank, wobei Vernetzungsverzögerer eingesetzt werden, um die Einfüllungs- und Unterdruckbehandlungsschritte ausführen zu können. Für eine Weitergestaltung erfolgt das Einlegen der Gellagen unter Vakuum, wobei durch Vakuumbehandlung im Wesentlichen blasenfreie Ausgangsstoffe verwendet werden, sodass eine lagenweise Abführung eingeschlossener Luftblasen entfällt. Beide Ausführungsvarianten führen nach dem Aushärten zu einer Vernetzung aneinander anliegender Gellagen.
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Für ein alternatives, bevorzugtes Herstellungsverfahren werden für die drei Gelschichten unterschiedliche Gelausgangsstoffe verwendet und die einzelnen Lagen in separaten Herstellungsschritten zunächst teilvernetzt. Nachfolgend werden die Lagen der Geldichtungsanordnung in den Kontaktraum der Steckverbinderkupplung eingelegt oder eingegossen, falls notwendig noch vakuumbehandelt und in einem abschließenden, durch Wärmezufuhr beschleunigten Aushärtungsschritt zu einer Einheit verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind Mittel zur Lagefixierung des Stützmatrixelements relativ zu Kupplungsgehäuse vorgesehen. Dies erleichtert den Aufbau der Geldichtungsanordnung, wobei insbesondere eine Abstützung oder Einspannung des Stützmatrixelements die Lagenabfolge stabilisiert, bevor der in-situ Aushärtungsschritt ausgeführt ist. Ferner stellt die Fixierung einen zusätzlichen Schutz für die dritte Gellage dar, die den Bereich des Kontaktelements umgibt.
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Für eine Weitergestaltung der Erfindung werden mehr als drei Gellagen oder Gellagen mit einem Gradienten der Gelhärte vorgesehen, wobei zumindest die voranstehend beschriebene erste Gellage, zweite Gellage und dritte Gellage vorliegen, aber nicht notwendigerweise unmittelbar aneinander angrenzen. Falls Gradientenschichten vorliegen oder Gellagen durch unterschiedliche Teillagen oder Zonen gebildet werden, wird die Gelhärte der jeweiligen Lage, die dann als Funktionschicht verstanden wird, als Mittelwert definiert.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figurendarstellungen beschrieben, die im Einzelnen Folgendes darstellen:
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Steckverbinderkupplungkupplung im Axialschnitt.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Unterwassersteckverbinder im nicht gekoppelten Zustand als Axialschnitt.
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3 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt der Unterwassersteckverbinders gemäß 2 im teilgesteckten Zustand.
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1 zeigt in schematisiert vereinfachter Darstellung und als Axialschnitt eine erfindungsgemäße, gelgefüllte Steckverbinderkupplung 1. Diese umfasst ein Kupplungsgehäuse 2, das einen einseitig offenen Kontaktraum 3 abgrenzt. An der Öffnung des Kontaktraums 4 zum Außenbereich liegt eine Abdeckung 7 bevorzugt in Form einer Membran aus einem Elastomer. Diese weist zur Einführung eines nicht dargestellten Steckerpins eine Einstichöffnung 8 mit Abstreiflippen 9 auf.
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Innerhalb des Kontaktraums liegt eine Geldichtungsanordnung 5 mit Anlage zur Abdeckung 7. Diese Geldichtungsanordnung 5 umfasst erfindungsgemäß eine erste Gellage 10, eine zweite Gellage 11 und einer dritten Gellage 14 denen bevorzugt jeweils durch das Kupplungsgehäuse 2 reichende und mit einer Membran abgedeckte Druckausgleichskanäle 22, 23 und 24 zugeordnet sind. Die erste Gellage 10 schließt an die Abdeckung 7 an und bildet eine Schicht mit einer relativ großen Gelhärte, bevorzugt im Bereich von 150 g bis 300 g und besonders bevorzugt von 175 g bis 275 g.
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Die dritte Gellage 14 umschließt ein Kontaktelement 6 zur Aufnahme eines steckerseitigen Kontaktpins und weist eine gegenüber der ersten Gellage 10 geringere Gelhärte, bevorzugt von 30 g bis 145 g und besonders bevorzugt von 50 g bis 100 g, auf.
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Als Trennschicht zwischen der ersten Gellage 10 und der dritten Gellage 14 dient die zweite Gellage 11, die ein offenporiges Stützmatrixelement 13 mit einer darin aufgenommenen Gelfüllung 12 umfasst. Dabei weist die Gelfüllung 12 der zweiten Gellage 11 für eine bevorzugte Ausführung eine entsprechende Gelhärte wie die dritte Gellage 14 auf. Das Stützmatrixelement 13 weist bevorzugt eine im Einzelnen nicht dargestellte Lagefixierung gegenüber dem Kupplungsgehäuse 2 auf, die vorteilhafterweise so ausgebildet ist, dass für die Herstellung auch bei unvernetzten Gellagen kein Einsinken in die weiche dritte Gellage 14 auftreten kann. Aufgrund der niedrig gewählten Gelhärte der dritten Gellage 14 fällt eine lokale Zerstörung des Gelnetzwerks im Bereich der Aufnahme des Kontaktelements 6 beim Einschieben eines Steckerpins in die Kontaktlamellen 21, die zu einer adhäsions- und kohäsionssteigernden Wirkung einer unmittelbar auf der Oberfläche eines Steckerpins anhaftenden Schicht führt, weniger ins Gewicht. Dadurch wird eine durch adhäsive und kohäsive Kräfte bedingte Gelmitnahme aus der dritten Gellage 14 und die Störung der Randzonen eines Einstichkanals in der ersten und zweiten Gellage beim Abzug eines Steckerpins verringert. Dieser Effekt wird zusätzlich durch die zweite Gellage 11 mit dem offenporigen Stützmatrixelement 13 gebremst.
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Für die in 1 dargestellt bevorzugt Ausführung weist das Kontaktelement 6 Gelverdrängungsöffnung 29 auf, die eine Öffnungsfläche zum Ausfließen des Gels beim Koppeln und zum Gelrückfluss beim Abzug eines Steckerpins bereitstellt, die wenigstens der Querschnittsfläche des Steckerpins entspricht und bevorzugt zusätzlich an die Gelhärte der dritten Gellage angepasst ist.
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Die erste Gellage 10 kann bezüglich der Gelhärte als relativ harte Schicht ausgebildet werden, sodass beim Abzug eines Steckerpins sich schnell verschließende Einstichkanäle resultieren. Durch die Funktionstrennung der drei Gellagen ist eine Materialanpassung der Geldichtungsanordnung 5 im Bereich des Kontaktelements 6 und im Bereich der Abdeckung 7 möglich. Zusätzlich sichert die zwischenliegende zweite Gellage 11 mit dem offenporigen Stützmatrixelement 13 den Isolationsbereich um das Kontaktelement 6 im Fall eines Wassereinschusses in die erste Gellage 10.
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2 zeigt schematisch vereinfacht einen erfindungsgemäßen Unterwassersteckverbinder 15 mit einer gelgefüllten Steckverbinderkupplung 1 gemäß der in 1 gezeigten Ausführung. Das wesentliche Teil des Unterwassersteckverbinders 15 wird durch einen schematisch vereinfacht dargestellten Stecker 16 mit einem Steckerpin 17 gebildet. Dargestellt ist der Zustand mit einem nicht gekoppelten Stecker 16. Zur Kopplung wird dieser in die Einsteckrichtung 18 bewegt, wobei, wie im Einzelnen nicht dargestellt, der Steckerpin 17 zunächst die Einstichöffnung 8 an der Abdeckung und dann die erste Gellage 10, die zweite Gellage 11 und die dritte Gellage 14 durchquert, bis der Steckerpin 17 mit einem vorderen elektrisch leitenden Kontaktbereich in die Aufnahme des Kontaktelements 6 der gelgefüllten Steckverbinderkupplung 1 eintritt und in die Kontaklamellen 21 eingreift.
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Aufgrund der relativ niedrig gewählten Gelhärte für die dritte Gellage 14 sind Zerstörungseffekte der Netzwerkstruktur entlang der Kontaktlamellen 21 relativ gering. Damit tritt nur eine begrenzte Veränderung der adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften des Gels unmittelbar an der Oberfläche des im gekoppelten Zustand in das Kontaktelement aufgenommener Abschnitts 19 des Steckerpins 17 auf, sodass bei einer Abzugsbewegung des Steckerpins 17 durch die zweite Gellage 11 und die erste Gellage 10 kurzzeitig zurückbleibende Einstichkanäle örtlich begrenzt sind und aufgrund der höher gewählten Gelhärte in diesem Bereich ein schnellerer Verschluss sichergestellt ist.
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Die in 3 gezeigte Teilansicht des erfindungsgemäßen Steckverbinders 15 stellt eine Entkopplung mit einer Bewegung des Steckerpins in Abzugsrichtung 25 dar. Gezeigt ist der Zustand für den der nicht isolierte Teil des Steckerpins 17, der durch den im gekoppelten Zustand in das Kontaktelement 6 aufgenommene Abschnitt 19 des Steckerpins 17 sich noch teilweise in der zweiten Gellage 11 befindet. Für einen sicheren Verschluss eines Einstichkanals 26 wird eine Ausführung bevorzugt, für die die Dickenausdehnung D des Stützmatrixelements 13 der zweiten Gellage 11 mindestens der doppelten Axiallänge L der Spitze des Steckerpins 17, die als der sich verjüngende Abschnitt des Steckerpins 17 definiert ist, beträgt. Besonders bevorzugt wird eine Dickenausdehnung D ≥ 3L.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche sind möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- gelgefüllte Steckverbinderkupplung
- 2
- Kupplungsgehäuse
- 3
- Kontaktraum
- 4
- Öffnung des Kontaktraums
- 5
- Geldichtungsanordnung
- 6
- Kontaktelement
- 7
- Abdeckung
- 8
- Einstichöffnung
- 9
- Abstreiflippen
- 10
- erste Gellage
- 11
- zweite Gellage
- 12
- Gelfüllung
- 13
- offenporiges Stützmatrixelement
- 14
- dritte Gellage
- 15
- Unterwassersteckverbinder
- 16
- Stecker
- 17
- Steckerpin
- 18
- Einsteckrichtung
- 19
- im gekoppelten Zustand in das Kontaktelement aufgenommener Abschnitt
- 20
- Spitze des Kontaktpins
- 21
- Kontaktlamellen
- 22, 23,
-
- 24
- Druckausgleichskanal
- 25
- Abzugsrichtung
- 26
- Einstichkanal
- 29
- Gelverdrängungsöffnung
- D
- Dickenausdehnung des Stützmatrixelements
- L
- Axiallänge der Spitze
