DE102020110830B4

DE102020110830B4 - Verfahren zum Verbinden zweier mineralisolierter Kabel, Anordnung mit zwei miteinander verbundenen mineralisolierten Kabeln, sowie Kabel, Formelement und Verbindungssatz zum Verbinden zweier Kabel

Info

Publication number: DE102020110830B4
Application number: DE102020110830.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Wolfgang Fritz
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: JP2021174776A; DE102020110830A1; CN113540919A; FR3109478A1; US20210328398A1; US11545800B2; US20230216260A1

Abstract

Verfahren zum Verbinden eines ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabels 100 mit einem zweiten, insbesondere mineralisolierten, Kabel 100', wobei die beiden Kabel jeweils umfassen:zumindest einen elektrisch leitenden Innenleiter 110, 110' zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie,einen, insbesondere metallischen, Außenmantel 120, 120', welcher den zumindest einen Innenleiter zumindest teilweise umgibt, undein, insbesondere mineralisches, Isolationsmaterial 130, 130' welches zumindest teilweise zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel angeordnet ist, um den Innenleiter von dem Außenmantel zu isolieren,wobei ein elektrisch leitendes schmelzbares Leiterverbindungsmaterial 140 bereitgestellt wird, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Innenleiters aufweist, undwobei ein Ende 101' des zweiten Kabels 100' an ein Ende 101 des ersten Kabels 100 herangeführt wird, derart, dass die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel einander gegenüberstehen und sich das schmelzbare Leiterverbindungsmaterial 140 dazwischen befindet, undwobei zumindest eines der Kabel 100, 100' von außen erhitzt wird, derart, dass die Hitze bis ins Innere des Kabels 100, 100' vordringt, so dass das zwischen den beiden Innenleitern befindliche schmelzbare Leiterverbindungsmaterial 140 schmilzt und die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel elektrisch miteinander verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines mineralisolierten Kabels mit einem weiteren mineralisolierten Kabel oder einem Konnektor, eine Anordnung umfassend ein mineralisoliertes Kabel welches mit einem weiteren mineralisolierten Kabel oder einem Konnektor verbunden ist, sowie ein Kabel bzw. einen Konnektor, ein entsprechendes Formelement und einen Satz zum Verbinden zweier Kabel bzw. eines Kabels mit einem Konnektor.
Mineralisolierte Kabel (MI-Kabel) finden Anwendung in extremen Umgebungsbedingungen, z.B. bei hohen Temperaturen, hohen Drücken, radioaktiver Strahlung und/oder korrosiver Einflüsse, und allgemein dort wo eine Alterung des Kabels vermieden werden soll. Als Beispiel können Einrichtungen in der Tiefsee wie beispielsweise in einer Erdöl- und/oder Erdgasbohrungs- oder Explorationsvorrichtung, und/oder in chemisch oder strahlungsbelasteten Umgebungen, wie beispielsweise in der chemischen Industrie oder in der Energieanlagen- und Reaktortechnik, insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen, in einer Energieerzeugungs- oder Energiespeichervorrichtung mit einem Gehäuse, oder in einer Kapselung einer Energieerzeugungsvorrichtung oder einer Energiespeichervorrichtung oder eines Reaktors oder einer Speichervorrichtung von toxischer und/oder schädlicher Materie genannt werden, z.B. auch Small Modular Reactors (SMR), Kernreaktoren, Öl- und Gasförderung unter Wasser, Pipelines, heiße Zellen, Hochtemperaturprozesse.
Mineralisolierte Kabel (MI-Kabel) weisen im Prinzip drei Komponenten auf. Einen elektrischen Leiter, z.B. aus Kupfer oder, insbesondere bei Thermoelementen, aus Nickel/Kupfer-NickelLegierung (Ni/CuNi) etc., ferner einen Kabelmantel, typischerweise in Form eines metallischen Rohres, z.B. aus Edelstahl, Inconel, Kupfer, etc., sowie einen dazwischen befindlichen Isolator aus kompaktiertem Keramikpulver, z.B. MgO, SiO₂, etc.
Es gibt verschiedene Spleiß-Verfahren zum Verbinden zweier MI-Kabel oder zum Verbinden eines Ml-Kabels mit einem Stecker. Diese basieren in der Regel auf Schweißen oder Hartlöten, insbesondere, um einen mechanisch beständigen Spleiß zu schaffen, der gasdicht und thermisch hoch beständig ist.
Bezugnehmend auf 1 sieht ein bekanntes Spleiß-Verfahren zum Verbinden zweier MI-Kabel 10, 10' z.B. vor, dass der Außenmantel 12, 12` aus Edelstahl an den zu fügenden Enden beider Kabel mechanisch abgelängt wird und der kompaktierte Isolator entfernt wird, so dass die Kupferleiter 11, 11' beider Kabel freigelegt sind. Eine Hülse 17 mit Loch 17L wird dann über ein Kabelende geschoben. Dann werden die beiden freigelegten Kupferleiter 11, 11' miteinander verlötet, die Hülse 17 über die freiliegenden, verlöteten Leiter geschoben und an beiden Enden mit den Mantelrohren 12, 12' der zu verbindenden MI Kabel hart verlötet. Durch das Loch 17L in der Hülse wird das Leervolumen in der Hülse mit Isolatorpulver rückbefüllt und mittels Vibration verdichtet und schließlich das Loch 17L in der Hülse mittels Hartlot verschlossen.
Nachteil an diesem Verfahren ist jedoch, dass die Durchführung der genannten Schritte relativ umständlich und zeitaufwändig ist. Dies ist vor allem problematisch an schwer zugänglichen Stellen oder bei Umgebungsbedingungen, die eine lange Verweildauer nicht erlauben, z.B. bei hoher Temperatur, radioaktiver Strahlung, etc. Insbesondere, wenn der Isolator aus Pulver besteht und/oder hygroskopisch ist, kann eine zu lange Zeitdauer zudem zu einer Senkung des Isolationswiderstands am offenen Kabel führen. Andere Spleiß-Verfahren haben darüber hinaus oft den Nachteil, dass sie keine hermetische Verbindung gewährleisten.
DE 198 39 302 B4 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer abgeschirmten Verbindung eines abgeschirmten Kabels mit einem Abschirmanschluss, wobei das Kabel einen Kern umfasst, der aus einem Leiter hergestellt ist, eine innere Isolierabdeckung zum Bedecken des Kerns, einen geflochtenen Draht, der um die innere Isolierabdeckung herum angeordnet ist, und eine äußere Isolierabdeckung, die um den geflochtenen Draht zum Bedecken des Kerns, der inneren Isolierabdeckung und des geflochtenen Drahtes angeordnet ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Seite des Abschirmanschlusses mit einem leitenden Verbindungsmaterial mit geringem Schmelzpunkt beschichtet ist und zwischen die äußere Isolierabdeckung und den geflochtenen Draht oder zwischen die innere Isolierabdeckung und den geflochtenen Draht eingeführt wird, und dass Ultraschallvibrationen von oberhalb der äußeren Isolierabdeckung so ausgeübt werden, dass das Verbindungsmaterial mit geringem Schmelzpunkt schmilzt, um in leitender Weise eine Seite des Abschirmanschlusses mit dem geflochtenen Draht zu verbinden.
DE 29 36 628 C2 betrifft eine Anschlusseinrichtung zur Verbindung der Außenleiter von Koaxialkabeln mittels etwa halbkreisförmiger Halbschalen, wobei je zwei Halbschalen von mit Gewinde versehenen Muttern zusammengehalten werden. Dabei ist vorgesehen, dass von jeweils zwei sich direkt gegenüberliegenden Ansätzen der Halbschalen der eine Ansatz ein Gewinde, eine gewindeähnliche Anordnung oder eine oder mehrere mit dem Gewinde der Mutter fest rastend in Eingriff bringbare Erhebungen besitzt und dass der andere Ansatz anstelle des Gewindes eine glatte Oberfläche aufweist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden zweier Kabel oder eines Kabels mit einem Stecker anzugeben, welches möglichst einfach und schnell durchzuführen ist, z.B. um ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Isolator zu vermeiden oder unter erschwerten Bedingungen eine zügige Verbindung zu ermöglichen. Insbesondere soll mit der Erfindung ein Verfahren angegeben werden, welches einen hermetischen Spleiß sicherstellt.
Dazu offenbart die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabels mit einem zweiten, insbesondere mineralisolierten, Kabel. Die Kabel umfassen jeweils zumindest einen elektrisch leitenden Innenleiter zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, ferner einen, insbesondere metallischen, Außenmantel, welcher den zumindest einen Innenleiter zumindest teilweise umgibt, sowie ein, insbesondere mineralisches, Isolationsmaterial welches zumindest teilweise zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel angeordnet ist, um den Innenleiter von dem Außenmantel zu isolieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein elektrisch leitendes, schmelzbares Leiterverbindungsmaterial bereitgestellt, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Innenleiters des ersten und/oder des zweiten Kabels aufweist, das Leiterverbindungsmaterial kann etwa als Materialstück bereitgestellt werden, z.B. als Kügelchen, Plättchen, etc., aber z.B. auch als Paste.
Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ende des zweiten Kabels an ein Ende des ersten Kabels herangeführt, derart, dass die Innenleiter der beiden Kabel einander gegenüberstehen und sich das schmelzbare Leiterverbindungsmaterial dazwischen befindet. Das zweite Kabelende kann z.B. in axialer Richtung an das erste Kabelende herangeführt werden, so lange bis sich die beiden Innenleiter stirnseitig gegenüberstehen und sehr nahe kommen, bis auf einen z.B. kleinen Abstand in welchem sich das Leiterverbindungsmaterial befindet. Die beiden Kabelenden werden bevorzugt so nah aneinander herangeführt, dass die beiden Innenleiter jeweils stirnseitig mit dem Leiterverbindungsmaterial in Kontakt kommen.
Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eines der Kabel von außen erhitzt, derart, dass das zwischen den beiden Innenleitern befindliche schmelzbare Leiterverbindungsmaterial schmilzt und die Innenleiter der beiden Kabel elektrisch miteinander verbindet. Das Leiterverbindungsmaterial schmilzt dabei bevorzugt jeweils stirnseitig an die beiden Innenleiter an, um diese zu verbinden. Vorzugsweise werden beide Kabel von außen erhitzt, insbesondere an der Stelle an welcher die beiden aneinander geführten Kabelenden aneinander angrenzen. Insbesondere wird also die von außen an das Kabel angelegte Hitze durch das Kabel nach innen geleitet, so dass das im Inneren zwischen den beiden Innenleitern befindliche Leiterverbindungsmaterial schmilzt. Mit anderen Worten gelangt die von außen an das Kabel angelegte Hitze lediglich mittelbar an das Leiterverbindungsmaterial.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise darauf verzichtet werden, dass der Kabelmantel an den Kabelenden abgelängt wird, um die Innenleiter freizulegen. Ferner kann darauf verzichtet werden, die freigelegten Innenleiter von außen miteinander zu verlöten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine schnelle und einfache Verbindung zweier Kabel. Insbesondere bei Kabeln mit mehreren Innenleitern können diese bei dem erfindungsgemäßen Verfahren alle gleichzeitig miteinander verbunden werden und brauchen nicht einzeln miteinander verlötet zu werden, wodurch das Verfahren nochmals vereinfacht und beschleunigt wird.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird neben dem Leiterverbindungsmaterial noch ein schmelzbares Mantelverbindungsmaterial bereitgestellt. Das Mantelverbindungsmaterial kann wiederum als Materialstück bereitgestellt werden, z.B. als Ring entsprechend dem Querschnitt des Kabelmantels, aber z.B. auch als Paste. Das Mantelverbindungsmaterial weist bevorzugt einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Außenmantels auf.
Wenn ein Mantelverbindungsmaterial bereitgestellt wird, kann das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels derart herangeführt werden, dass die Außenmäntel der beiden Kabel einander gegenüberstehen und sich das schmelzbare Mantelverbindungsmaterial dazwischen befindet. Die Kabelenden können z.B. wiederum derart aneinander herangeführt werden, bis sich die beiden Außenmäntel stirnseitig gegenüberstehen und sehr nahe kommen, bis auf einen z.B. kleinen Abstand in welchem sich das Mantelverbindungsmaterial befindet. Die beiden Kabelenden werden bevorzugt so nah aneinander herangeführt, dass die beiden Außenmäntel jeweils stirnseitig mit dem Mantelverbindungsmaterial in Kontakt kommen.
Weiterhin wird das zumindest eine Kabel von außen derart erhitzt, dass neben dem Leiterverbindungsmaterial nun auch das zwischen den beiden Außenmänteln befindliche schmelzbare Mantelverbindungsmaterial schmilzt und die Außenmäntel der beiden Kabel miteinander verbindet. Hierdurch entsteht in vorteilhafter Weise eine hermetische Verbindung.
Die Kabelenden der beiden Kabel können insbesondere als einfach abgeschnittene Kabelenden vorliegen, ohne, dass der Kabelmantel abgelängt und die Innenleiter freigelegt zu sein brauchen, weil eine Zugänglichkeit der Innenleiter für deren unmittelbare Erhitzung aufgrund der mittelbar ins Innere vordringenden Hitze nicht nötig ist. Vorzugsweise sind demnach das Ende des ersten und zweiten Kabels jeweils derart ausgebildet, dass, wenn das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, die Innenleiter der beiden Kabel und die Außenmäntel der beiden Kabel einander jeweils mit einem im Wesentlichen gleichen Abstand gegenüberstehen. Vorzugsweise befindet sich der Abstand zwischen den Innenleitern und der Abstand zwischen den Außenmänteln jeweils an derselben axialen Position.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Leiterverbindungsmaterial einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Mantelverbindungsmaterials aufweist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird, bevor das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, Isolationsmaterial am Ende des ersten Kabels entfernt, insbesondere derart, dass am Ende des ersten Kabels ein Freiraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel entsteht. Hierdurch entsteht vorzugsweise ein Kabelende mit einem in axialer Richtung gemeinsamen Endpunkt für den Außenmantel und den Innenleiter und einem davon abweichenden, früheren Endpunkt für das Isolationsmaterial.
Nachdem das Isolationsmaterial am Ende des ersten Kabels entfernt wird, wird dann ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement in den Freiraum des ersten Kabels eingefügt, wobei das Formelement vorzugsweise eine komplementäre Form zu dem, insbesondere ringförmigen, Freiraum aufweist, um diesen Freiraum passgenau auszufüllen und vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als diejenige des entfernten Isolationsmaterials. Das Formelement begünstigt das Eindringen der Hitze, mit der das Kabel von außen beaufschlagt wird, um das Schmelzen des Leiterverbindungsmaterials im Inneren zu fördern.
Vorzugsweise wird das Formelement derart in den Freiraum des ersten Kabels eingefügt, dass es mit einem Teilbereich am Ende des ersten Kabels hervorsteht. Nachdem das Formelement in den Freiraum eingefügt wurde, kann es demnach über den Endpunkt an dem der Innenleiter und der Außenmantel enden hervorstehen.
Dann kann, wenn das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, der Freiraum am Ende des zweiten Kabels über den am Ende des ersten Kabels hervorstehenden Teilbereich des Formelements gestülpt werden, derart, dass das Formelement in den Freiräumen beider Kabel angelangt. Das Formelement kann somit neben einer besseren Wärmeleitung ins Innere des Kabels auch eine Stabilisierung gegen ein Verbiegen der beiden verbundenen Kabel an der Verbindungsstelle bewirken. In einer weiteren Ausführungsform kann anstelle eines Formelements auch ein reines Stabilisierungselement vorgesehen sein, welches zumindest diese stabilisierende Wirkung hat.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Formelement derart in den Freiraum des ersten Kabels eingefügt wird, dass der hervorstehende Teilbereich am Ende des ersten Kabels geringer ist als die Dicke des Leiterverbindungsmaterials, insbesondere dessen halbe Dicke beträgt. In diesem Fall kann dann ein zweites Formelement in den Freiraum des zweiten Kabels eingefügt werden, derart, dass wiederum der hervorstehende Teilbereich am Ende des zweiten Kabels geringer ist als die Dicke des Leiterverbindungsmaterials, insbesondere dessen halbe Dicke beträgt.
Insbesondere nachdem das Formelement in den Freiraum des ersten Kabels eingefügt wird, kann das Leiterverbindungsmaterial gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich des Formelements am Ende des ersten Kabels platziert werden. Es kann beispielsweise ein Formelement zum Einsatz kommen, welches zumindest ein Durchgangsloch aufweist, um den zumindest einen Innenleiter aufzunehmen. Wenn das Formelement am Ende des ersten Kabels über den Innenleiter hervorsteht, kann das Leiterverbindungsmaterial in das Durchgangsloch am hervorstehenden Teilbereich des Formelements eingesetzt werden. Wenn dann das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, kann das Leiterverbindungsmaterial vorzugsweise von dem Innenleiter des zweiten Kabels tiefer in das Durchgangsloch hineingeschoben werden, insbesondere bis es mit beiden Innenleitern in Kontakt kommt.
Vorzugsweise wird ferner, nachdem das Formelement in den Freiraum des ersten Kabels eingefügt wird, das Mantelverbindungsmaterial gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich des Formelements am Ende des ersten Kabels platziert. Beispielsweise kann ein ringförmiges Mantelverbindungsmaterial über den am ersten Kabelende hervorstehenden Teilbereich des Formelements gestülpt werden. Wenn dann das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, kann das Mantelverbindungsmaterial mit den Außenmänteln beider Kabel in Kontakt kommen.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht zudem ein äußeres Verstärkungselement vor, dass die Verbindungsstelle beider Kabel nochmals umgibt. Demnach kann, bevor das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, ein, insbesondere rohrförmiges, Verstärkungselement über das Ende des ersten oder zweiten Kabels geschoben werden, derart, dass das Verstärkungselement den Außenmantel dieses Kabels umgibt. Nachdem das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, kann dann das Verstärkungselement wieder soweit zurückgeschoben werden, dass es die Außenmäntel beider Kabel umgibt und insbesondere auch das Mantelverbindungsmaterial umgibt. Beim Erhitzen des Kabels von außen kann dann das Mantelverbindungsmaterial an die beiden Außenmänteln als auch an das umgebende Verstärkungselement anschmelzen und somit die beiden Außenmäntel miteinander verbinden als auch beide Außenmäntel mit dem umgebenden Verstärkungselement verbinden.
Bei dem beschriebenen Verfahren kommen insbesondere Kabel zum Einsatz, bei welchen der Innenleiter des ersten und/oder zweiten Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Kupfer, eine Kupferlegierung, ein Thermoelement des Typs E, J, K, T, N und/oder wobei der Außenmantel des ersten und/oder zweiten Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Edelstahl, insbesondere der 300 und 400 Serie, Alloy HR-160, 230, 718, 600, eine Inconel-Legierung oder Hastelloy und/oder wobei das Isolationsmaterial des ersten und/oder zweiten Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: MgO, SiO₂, Al₂O₃.
Ferner kommt bei dem beschriebenen Verfahren insbesondere ein Leiterverbindungsmaterial zum Einsatz, welches eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: eine Kupfer/Silber-Legierung, eine Ni-Basis-Legierung, eine Kupfer-Basis-Legierung oder eine Legierung deren Schmelzpunkt unterhalb der des Innenleitermaterials liegt und/oder ein Mantelverbindungsmaterial, welches eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: eine Kupfer/Silber-Legierung, eine Ni-Basis-Legierung, eine Kupfer-Basis-Legierung oder eine Legierung deren Schmelzpunkt unterhalb der des Mantelmaterials liegt, und/oder ein Formelement, welches eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Al₂O₃, Mullit, BN, Si₃N₄, SiO₂, AlN, SiO₂, ZrO₂, HfO₂.
Neben dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Verbinden zweier Kabel betrifft die Erfindung auch eine Anordnung mit einem ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabel und einem damit verbundenen zweiten, insbesondere mineralisolierten, Kabel, insbesondere hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren wie vorstehend beschrieben.
Die Anordnung sieht demnach vor, dass die Innenleiter der beiden Kabel mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Leiterverbindungsmaterial elektrisch miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise sind ferner die Außenmäntel der beiden Kabel mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Mantelverbindungsmaterial miteinander verbunden, wobei vorgesehen sein kann, dass die Innenleiter der beiden Kabel und die Außenmäntel der beiden Kabel einen im Wesentlichen gleichen, durch das jeweilige Verbindungsmaterial überbrückten, Abstand zueinander aufweisen.
Ferner vorzugsweise ist zudem ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement anstelle des Isolationsmaterials zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel am Ende zumindest eines der Kabel, bevorzugt am Ende beider Kabel zwischen den Kabeln, angeordnet.
Außerdem sind die Außenmäntel beider Kabel vorzugsweise von einem Verstärkungselement umgeben, welches bevorzugt zudem das Mantelverbindungsmaterial umgibt, wobei besonders bevorzugt das geschmolzene und wieder erstarrte Mantelverbindungsmaterial sowohl die beiden Außenmäntel als auch das Verstärkungselement miteinander verbindet.
Die Erfindung betrifft ferner ein, insbesondere mineralisoliertes, Kabel mit zumindest einem elektrisch leitenden Innenleiter zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, einem, insbesondere metallischen, Außenmantel, welcher den zumindest einen Innenleiter zumindest teilweise umgibt, und einem, insbesondere mineralischen, Isolationsmaterial welches zumindest teilweise zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel angeordnet ist, um den Innenleiter von dem Außenmantel zu isolieren, wobei Isolationsmaterial an einem Ende des Kabels fehlt, insbesondere derart, dass ein Freiraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel besteht.
Das Ende des Kabels kann durch Abschneiden oder Absägen des Kabels und anschließendes Entfernen von Isolationsmaterial gebildet sein. Demnach ist das Ende des Kabels vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Innenleiter und der Außenmantel im Wesentlichen gleich weit hervorstehen.
Vorzugsweise ist ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement in dem Freiraum des Kabels angeordnet, wobei das Formelement vorzugsweise eine komplementäre Form zu dem, insbesondere ringförmigen, Freiraum aufweist und diesen Freiraum passgenau ausfüllt, und wobei das Formelement vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als diejenige des Isolationsmaterials.
Das Formelement kann mit einem Teilbereich am Ende des Kabels hervorstehen. Zudem kann Leiterverbindungsmaterial und/oder Mantelverbindungsmaterial gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich des Formelements am Ende des Kabels angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Formelement zur Anordnung in einem, insbesondere ringförmigen, Freiraum am Ende eines, insbesondere mineralisolierten, Kabels, wobei das Formelement vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet ist und wobei das Formelement vorzugsweise eine komplementäre Form zu dem Freiraum aufweist, um diesen Freiraum passgenau auszufüllen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Satz zur Verbindung eines ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabels mit einem zweiten, insbesondere mineralisolierten, Kabel, wobei der Satz umfasst: ein Formelement, ein Leiterverbindungsmaterial, und vorzugsweise ein Mantelverbindungsmaterial, sowie vorzugsweise ein Verstärkungselement.
Neben dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Verbinden zweier Kabel und der insbesondere demgemäß herstellbaren Anordnung sowie dem Kabel, dem Formelement und dem Verbindungssatz betrifft die Erfindung auch noch ein Verfahren zum Verbinden eines, insbesondere mineralisolierten, Kabels mit einem Konnektor.
Das bei diesem Verfahren eingesetzte Kabel umfasst wiederum einen elektrisch leitenden Innenleiter zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, einen, insbesondere metallischen, Außenmantel, welcher den zumindest einen Innenleiter zumindest teilweise umgibt, und ein, insbesondere mineralisches, Isolationsmaterial welches zumindest teilweise zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel angeordnet ist, um den Innenleiter von dem Außenmantel zu isolieren.
Der bei diesem Verfahren eingesetzte Konnektor umfasst zumindest einen elektrisch leitenden Kontakt zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, vorzugsweise eine, insbesondere metallische, Hülse, welche den zumindest einen Kontakt zumindest teilweise umgibt, und ferner vorzugsweise ein, insbesondere glasumfassendes, Isolationsmaterial welches zumindest teilweise zwischen dem Kontakt und der Hülse angeordnet ist, um den Kontakt von der Hülse zu isolieren. Der Konnektor weist insbesondere ein Ende auf, an welchem ein Kabel anschließbar ist.
Bei dem Verfahren zum Verbinden eines Kabels mit einem Konnektor wird ein elektrisch leitendes schmelzbares Leiterverbindungsmaterial bereitgestellt, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Innenleiters und/oder des Kontakts aufweist.
Ferner wird ein Ende des Kabels an ein Ende des Konnektors herangeführt, derart, dass der Innenleiter des Kabel dem Kontakt des Konnektors gegenübersteht und sich das schmelzbare Leiterverbindungsmaterial dazwischen befindet.
Außerdem wird das Kabel und/oder der Konnektor von außen erhitzt, derart, dass das zwischen dem Innenleiter und dem Kontakt befindliche schmelzbare Leiterverbindungsmaterial schmilzt und den Innenleiter des Kabels mit dem Kontakt des Konnektors elektrisch miteinander verbindet.
Das Verfahren kann sehr ähnlich dem Verfahren zum Verbinden zweier Kabel ausgebildet sein. Insbesondere können die oben genannten Merkmale bzw. Verfahrensschritte auch für dieses Verfahren herangezogen werden. Dabei sind ggf. die Begriffe Innenleiter und Außenmantel des zweiten Kabels durch die Begriffe Kontakt und Hülse des Konnektors zu ersetzen.
Vorzugsweise kann wiederum ein schmelzbares Mantelverbindungsmaterial bereitgestellt werden, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Außenmantels und/oder der Hülse aufweist.
Ferner wird das Ende des Kabels an das Ende des Konnektors bevorzugt derart herangeführt, dass der Außenmantel des Kabels der Hülse des Konnektors gegenübersteht und sich das schmelzbare Mantelverbindungsmaterial dazwischen befindet.
Das Kabel und/oder der Konnektor kann dann von außen derart erhitzt werden, dass das zwischen dem Außenmantel und der Hülse befindliche schmelzbare Mantelverbindungsmaterial schmilzt und den Außenmantel des Kabels mit der Hülse des Konnektors miteinander verbindet.
Vorzugsweise ist das Ende des Kabels und das Ende des Konnektors jeweils derart ausgebildet, dass, wenn das Ende des Kabels an das Ende des Konnektors herangeführt wird, der Innenleiter und der Kontakt sowie der Außenmantel und die Hülse einander jeweils mit einem im Wesentlichen gleichen Abstand gegenüberstehen.
Bevorzugt kann das Leiterverbindungsmaterial einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Mantelverbindungsmaterials aufweisen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann, bevor das Ende des Kabels an das Ende des Konnektors herangeführt wird, Isolationsmaterial am Ende des Kabels entfernt werden, insbesondere derart, dass am Ende des Kabels ein Freiraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel entsteht. Vorzugsweise weist der Konnektor an seinem zum Anschließen des Kabels ausgebildeten Ende bereits einen entsprechenden Freiraum zwischen dem Kontakt und der Hülse auf. Es kann aber vorgesehen sein, dass der Kontakt und/oder die Hülse gekürzt werden, so dass der Kontakt und die Hülse an gleicher Position enden.
Nachdem das Isolationsmaterial am Ende des ersten Kabels entfernt wird, kann ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement in den Freiraum des ersten Kabels eingefügt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein entsprechendes Formelement in einen Freiraum zwischen dem Kontakt und der Hülse am Ende des Konnektors eingefügt werden. Vorzugsweise weist das Formelement eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als diejenige des Isolationsmaterials des Kabels und/oder des Konnektors.
Bevorzugt wird das Formelement derart in den Freiraum des Kabels und/oder des Konnektors eingefügt, dass es mit einem Teilbereich am Ende des ersten Kabels bzw. des Konnektors hervorsteht.
Ferner bevorzugt wird, wenn das Ende des Kabels an das Ende des Konnektors herangeführt wird, der am Ende des Kabels hervorstehende Teilbereich des Formelements in den Freiraum am Ende des Konnektors eingefügt und/oder der Freiraum am Ende Kabels wird über den am Ende des Konnektors hervorstehenden Teilbereich des Formelements gestülpt, derart, dass das Formelement sowohl im Freiraum des Kabels als auch in den Freiraum des Konnektors angelangt. Das Formelement kann somit auch eine Stabilisierung gegen ein Abknicken des Kabels an der Verbindungsstelle zum Konnektor bewirken.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Formelement derart in den Freiraum des Kabels eingefügt wird, dass der hervorstehende Teilbereich am Ende des Kabels geringer ist als die Dicke des Leiterverbindungsmaterials, insbesondere dessen halbe Dicke beträgt. In diesem Fall kann entsprechend ein zweites Formelement in den Freiraum des Konnektors eingefügt werden, derart, dass der hervorstehende Teilbereich am Ende des Konnektors geringer ist als die Dicke des Leiterverbindungsmaterials, insbesondere dessen halbe Dicke beträgt.
Nachdem das Formelement in den Freiraum des Kabels und/oder des Konnektors eingefügt wird, kann das Leiterverbindungsmaterial gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich des Formelements am Ende des Kabels und/oder des Konnektors platziert werden.
Vorzugsweise wird zudem, nachdem das Formelement in den Freiraum des Kabels und/oder des Konnektors eingefügt wird, das Mantelverbindungsmaterial gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich des Formelements am Ende des Kabels und/oder des Konnektors platziert.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird, bevor das Ende des Kabels an das Ende des Konnektors herangeführt wird, ein Verstärkungselement über das Ende des Kabels oder des Konnektors geschoben, derart, dass das Verstärkungselement den Außenmantel des Kabel oder die Hülse des Konnektors umgibt. Nachdem das Ende des Kabels an das Ende des Konnektors herangeführt wird, wird das Verstärkungselement vorzugsweise wieder soweit zurückgeschoben, dass das Verstärkungselement sowohl den Außenmantel des Kabels als auch die Hülse des Konnektors umgibt und vorzugsweise das Mantelverbindungsmaterial umgibt.
Bei dem beschriebenen Verfahren kommt insbesondere ein Kabel zum Einsatz, bei welchem der Innenleiter des Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Kupfer, eine Kupferlegierung, ein Thermoelement des Typs E, J, K, T, N und/oder wobei der Außenmantel des Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Edelstahl, insbesondere der 300 und 400 Serie, Alloy HR-160, 230, 718, 600, eine Inconel-Legierung oder Hastelloy und/oder wobei das Isolationsmaterial des Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: MgO, SiO₂, Al₂O₃.
Zudem kommt bei dem beschriebenen Verfahren insbesondere ein Konnektor zum Einsatz, bei welchen der Kontakt des Konnektors eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: eine Legierung aus Nickel/Eisen, Nickel/Kobalt/Eisen, Eisen/Kobalt oder Inconel und/oder wobei die Hülse des Konnektors eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Stahl, Edelstahl, Inconel oder Hastelloy und/oder wobei das Isolationsmaterial des Konnektors eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Glas, Glaskeramik oder Keramik.
Ferner kommt bei dem beschriebenen Verfahren insbesondere ein Leiterverbindungsmaterial zum Einsatz, welches eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: eine Kupfer/Silber-Legierung, eine Ni-Basis-Legierung, eine Kupfer-Basis-Legierung oder eine Legierung deren Schmelzpunkt unterhalb der des Innenleiter liegt und/oder ein Mantelverbindungsmaterial, welches eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: eine Kupfer/Silber-Legierung, eine Ni-Basis-Legierung, eine Kupfer-Basis-Legierung oder eine Legierung deren Schmelzpunkt unterhalb der des Mantelmaterials liegt und/oder ein Formelement, welches eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Al₂O₃, Mullit, BN, Si₃N₄, SiO₂, AlN, ZrO₂, HfO₂.
Neben dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Verbinden eines Kabels mit einem Konnektor betrifft die Erfindung auch noch eine Anordnung mit einem, insbesondere mineralisolierten, Kabel und einem damit verbundenen Konnektor, insbesondere hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren wie vorstehend beschrieben.
Die Anordnung sieht demnach vor, dass der Innenleiter des Kabels und der Kontakt des Konnektors mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Leiterverbindungsmaterial elektrisch miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise sind ferner der Außenmantel des Kabels und die Hülse des Konnektors mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Mantelverbindungsmaterial miteinander verbunden, wobei vorgesehen sein kann, dass der Innenleiter und der Kontakt sowie der Außenmantel und die Hülse einen im Wesentlichen gleichen, durch das jeweilige Verbindungsmaterial überbrückten, Abstand zueinander aufweisen.
Ferner vorzugsweise ist zudem ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement anstelle des Isolationsmaterials zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel am Ende des Kabels, bevorzugt am Ende des Kabels und am Ende des Konnektors zwischen dem Kabel und dem Konnektor angeordnet.
Außerdem sind der Außenmantel des Kabels und die Hülse des Konnektors vorzugsweise von einem Verstärkungselement umgeben, welches bevorzugt zudem das Mantelverbindungsmaterial umgibt, wobei besonders bevorzugt das geschmolzene und wieder erstarrte Mantelverbindungsmaterial sowohl den Außenmantel, als auch die Hülse, als auch das Verstärkungselement miteinander verbindet.
Die Erfindung betrifft ferner einen Konnektor mit zumindest einem elektrisch leitenden Kontakt zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, einer, insbesondere metallischen, Hülse, welche den zumindest einen Kontakt zumindest teilweise umgibt, und einem, insbesondere glasumfassenden, Isolationsmaterial welches zumindest teilweise zwischen dem Kontakt und der Hülse angeordnet ist, um den Kontakt von der Hülse zu isolieren, wobei Isolationsmaterial an einem Ende des Konnektors fehlt, insbesondere derart, dass ein Freiraum zwischen dem Kontakt und der Hülse besteht und wobei ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement in dem Freiraum des Konnektors angeordnet ist.
Vorzugsweise weist das Formelement eine komplementäre Form zu dem, insbesondere ringförmigen, Freiraum auf und füllt diesen Freiraum passgenau aus. Ferner weist das Formelement vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als diejenige des Isolationsmaterials.
Das Formelement kann mit einem Teilbereich am Ende des Konnektors hervorstehen. Ferner kann Leiterverbindungsmaterial und/oder Mantelverbindungsmaterial gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich des Formelements am Ende des Konnektors angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Formelement zur Anordnung in einem, insbesondere ringförmigen, Freiraum am Ende eines Konnektors, wobei das Formelement vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet ist und wobei das Formelement vorzugsweise eine komplementäre Form zu dem Freiraum aufweist, um diesen Freiraum passgenau auszufüllen.
Schließlich betrifft die Erfindung noch einen Satz zur Verbindung eines ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabels mit einem Konnektor, wobei der Satz umfasst: ein Formelement, ein Leiterverbindungsmaterial, und vorzugsweise ein Mantelverbindungsmaterial, sowie vorzugsweise ein Verstärkungselement.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Verfahrensvarianten und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen detaillierter beschrieben. Dazu zeigt:

1 eine Fotografie zweier mineralisolierter Kabel mit einer aufgesetzten Hülse mit Loch (Stand der Technik),
2 eine Querschnittsdarstellung durch zwei mineralisolierte Kabel,
3 eine Querschnittsdarstellung durch zwei mineralisolierte Kabel, wobei an den Kabelenden durch Entfernen von Isolationsmaterial ein Freiraum gebildet ist,
4 eine Querschnittsdarstellung durch zwei mineralisolierte Kabel, wobei ein Formelement in den Freiraum des ersten Kabels eingefügt ist und Leiterverbindungsmaterials sowie Mantelverbindungsmaterial platziert ist,
5 eine Querschnittsdarstellung durch zwei mineralisolierte Kabel, wobei das Kabelende des zweiten Kabel an das Kabelende des ersten Kabel herangeführt wird,
6 eine Querschnittsdarstellung durch zwei mineralisolierte Kabel, wobei die zwei Kabel soweit aneinander herangeführt sind, dass beide Kabelenden mit dem Leiterverbindungsmaterial sowie dem Mantelverbindungsmaterial in Kontakt kommen,
7 eine Querschnittsdarstellung durch zwei mineralisolierte Kabel, wobei die Kabel von außen erhitzt werden,
8 eine Querschnittsdarstellung durch ein mineralisoliertes Kabel, das an einen Konnektor angeschlossen werden soll,
9 eine Querschnittsdarstellung durch ein mineralisoliertes Kabel und einen Konnektor,
10 eine Querschnittsdarstellung durch ein mineralisoliertes Kabel und einen Konnektor, wobei das Kabel und der Konnektor von außen erhitzt werden.

2 zeigt zwei mineralisolierte Kabel 100, 100' (MI-Kabel), welche jeweils einen elektrisch leitenden Innenleiter 110, 110' umfassen, wobei die Innenleiter jeweils von einem Außenmantel 120, 120' aus Edelstahl umgeben sind und sich zwischen den Innenleitern 110, 110' und den Außenmänteln 120, 120' ein kompaktiertes Keramikpulver als Isolationsmaterial 130, 130' befindet. In dem gezeigten Beispiel sind die beiden mineralisolierten Kabel 100, 100' baugleich ausgeführt.
Die beiden Kabel 100, 100' weisen jeweils ein Ende 101, 101' auf, das durch Abtrennen des Kabels entstanden sein kann, also insbesondere als Trennende bzw. Schnittende ausgebildet sein kann. Die Enden 101, 101' der beiden Kabel 100, 100' zeichnen sich daher dadurch aus, dass der Innenleiter 110, der Außenmantel 120 und das Isolationsmaterial 130 des Kabels 100 am gleichen Endpunkt entlang der axialen Richtung A endet; dasselbe gilt für Kabel 100'.
Die beiden MI-Kabel 100, 100' sollen nun an ihren Enden 101, 101' verbunden werden, um einen Kabelspleiß zu bilden. Wie in 3 zu sehen ist, wird dazu an den Kabelenden 101, 101 ` das Isolationsmaterial 130, 130' entfernt, derart, dass an den zu verbindenden Kabelenden jeweils ein in das Kabel hineinreichender Freiraum 135 zwischen dem Innenleiter 110, 110' und dem Außenmantel 120, 120` gebildet wird.
Wie 4 zeigt wird in den Freiraum 135 eines der Kabel, hier des ersten Kabels 100, ein als Aluminiumoxidisolator ausgebildetes Formelement 160 mit einem Durchgangsloch für den Innenleiter eingeführt. Das Formelement 160 wird jedoch vorzugsweise nicht vollständig eingeführt, sondern steht mit einem Teilbereich 165 an dem Kabelende 101 hervor.
Ferner wird an dem Kabelende 101 ein jeweils als Hartlöt-Formteil ausgebildetes Leiterverbindungsmaterial 140 und Mantelverbindungsmaterial 150 platziert, wobei das Leiterverbindungsmaterial 140 in das Durchgangsloch des Formelements eingeführt wird und das Mantelverbindungsmaterial 150, welches insbesondere ringförmig ausgebildet ist, auf das Formelement 160 aufgestülpt wird.
Das Formelement 160, das in den Freiraum 135 eingeführt wird, hat vorzugsweise einen Isolationswiderstand im Bereich des Isolatormaterials 130, das z.B. als kompaktiertes Pulver ausgebildet sein kann. Der spezifische elektrische Widerstand des Formelements liegt vorzugsweise oberhalb von 1 × 10¹⁰ Ω·cm. Die Wärmeleitfähigkeit des Formelements 160 ist vorzugsweise sehr hoch, damit das innere Leiterverbindungsmaterial 140 möglichst schnell schmilzt. Als Beispiel kann das Formelement Aluminiumoxid (Thermische Leitfähigkeit: 20 W/m · K) umfassen oder daraus bestehen.
Das z.B. als Hartlot-Vorformling ausgebildete Leiterverbindungsmaterial 140, der die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel verbindet (oder den Innenleiter mit einem Steckerkontakt verbindet, siehe dazu weiter unten) kann verschiedene Formen aufweisen, z.B. die Form eines Pellets oder einer Hülse, etc. Ferner kann auch eine Paste verwendet werden, um eine ordnungsgemäße Verbindung mit geringem ohmschen Widerstand zu erzielen. Es kann auch eine Metallhülse mit einem inneren Hartlot-Vorformling verwendet werden.
Bevor die beiden Kabelenden 101, 101' aneinander geführt werden, wird zudem ein ringförmiges Verstärkungselement 170 über das Kabelende eines der Kabel geschoben, insbesondere derart, dass das Verstärkungselement 170 den Außenmantel bündig umschließt, aber verschiebbar ist. Das äußere Verstärkungselement 170 kann aus demselben Material bestehen wie der Außenmantel 120, 120` eines der Kabel, also z.B. aus Edelstahl. Das Verstärkungselement ist optional und dient insbesondere zur Verstärkung der Verbindung bei Anwendungen mit hohen mechanischen Belastungen.
In 5 ist nun zu sehen, wie das zweite Kabel 100' axial in Richtung des ersten Kabels 100 herangeführt wird. Dabei wird der am Ende 101' des zweiten Kabels 100' befindliche Freiraum 135 über den herausstehenden Teilbereich 165 des Formelements 160 gestülpt. Wie 6 zeigt, wird das zweite Kabel 100`soweit an das erste Kabel 100 herangeführt, bis die beiden Kabelenden 101' und 101 nur noch durch einen Abstand 115 voneinander getrennt sind in welchem sich das Leiterverbindungsmaterial 140 und Mantelverbindungsmaterial 150 befindet. Die Kabel werden demnach insbesondere soweit aneinander geführt, bis die beiden Innenleiter 110, 110' mit ihrer dem jeweiligen Kabelende 101', 101 zugewandten Stirnseite das Leiterverbindungsmaterial 140 berühren und die beiden Außenmäntel 120, 120' mit ihrer dem jeweiligen Kabelende 101', 101 zugewandten Stirnseite das Mantelverbindungsmaterial 150 berühren.
Nachdem die beiden Kabelenden 101, 101' aneinander geführt wurden, wird das äußeres Verstärkungselement 170 zurückgeschoben, bis es die beiden Außenmäntel 120, 120' und das Mantelverbindungsmaterial 150 umschließt.
Wie in 7 gezeigt ist, werden die beiden Kabel schließlich von außen erhitzt, z.B. mit einer Flamme, einer Lötlampe oder einer HF-Spule. Dabei schmilzt das Mantelverbindungsmaterial 150 und verbindet die beiden Außenmäntel 120, 120` miteinander und mit dem Verstärkungselement 170. Hierdurch entsteht eine hermetische Verbindung. Die Hitze dringt zudem ins Innere des Kabels ein, wobei das Formelement 160 diesen Vorgang fördert. Durch die ins Innere vordringende Hitze schmilzt auch das Leiterverbindungsmaterial 140 und verbindet die beiden Innenleiter 110, 110' miteinander.
Insgesamt kann mit dem beschriebenen Verfahren auf einfache Weise eine Vormontage und durch Erhitzen ein simultane Verbindung von Innenleitern und Außenmänteln erfolgen. Das Leiterverbindungsmaterial 140 und Mantelverbindungsmaterial 150 können als vorgeformte Formteile oder als Paste ausgebildet sein und das Formelement kann Aluminiumoxid umfassen oder daraus bestehen. Insofern kann das Verfahren auch kostengünstig durchgeführt werden.
Bezugnehmend auf die 8-10 kann auch ein Kabel 100 mit einem Konnektor 200 verbunden werden. Der Konnektor umfasst einen Kontakt 210, eine umgebende Hülse 220 und ein dazwischen befindliches Isolationsmaterial 230, welches insbesondere aus Glas, Glaskeramik oder Keramik ausgebildet sein kann.
Es wird nun bei dem Kabel 100 zunächst wieder Isolationsmaterial 130 entfernt, ein Formelement 160 eingefügt, Leiterverbindungsmaterial 140 und Mantelverbindungsmaterial 150 platziert, und ggf. ein Verstärkungsring 170 angebracht. Der Konnektor kann bereits anfänglich einen Freiraum zwischen Kontakt 210 und Hülse 220 aufweisen, so dass hier ein Entfernen von Isolationsmaterial vorzugsweise entfallen kann. Auch in diesen Freiraum kann das Formelement alternativ eingefügt werden.
Kabel 100 und Konnektor 200 werden dann aneinander herangeführt, bis sowohl der Innenleiter 110 des Kabels als auch der Kontakt 210 des Konnektors mit dem Leiterverbindungsmaterial 140 in Berührung kommt und sowohl der Außenmantel 120 des Kabels als auch die Hülse 220 des Konnektors mit dem Mantelverbindungsmaterial 150 in Berührung kommt. Durch Erhitzen schmelzen die Verbindungsmaterialien 140, 150 und führen zu der gewünschten Verbindung.

Claims

Verfahren zum Verbinden eines ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabels 100 mit einem zweiten, insbesondere mineralisolierten, Kabel 100', wobei die beiden Kabel jeweils umfassen: zumindest einen elektrisch leitenden Innenleiter 110, 110' zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, einen, insbesondere metallischen, Außenmantel 120, 120', welcher den zumindest einen Innenleiter zumindest teilweise umgibt, und ein, insbesondere mineralisches, Isolationsmaterial 130, 130' welches zumindest teilweise zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel angeordnet ist, um den Innenleiter von dem Außenmantel zu isolieren, wobei ein elektrisch leitendes schmelzbares Leiterverbindungsmaterial 140 bereitgestellt wird, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Innenleiters aufweist, und wobei ein Ende 101' des zweiten Kabels 100' an ein Ende 101 des ersten Kabels 100 herangeführt wird, derart, dass die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel einander gegenüberstehen und sich das schmelzbare Leiterverbindungsmaterial 140 dazwischen befindet, und wobei zumindest eines der Kabel 100, 100' von außen erhitzt wird, derart, dass die Hitze bis ins Innere des Kabels 100, 100' vordringt, so dass das zwischen den beiden Innenleitern befindliche schmelzbare Leiterverbindungsmaterial 140 schmilzt und die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel elektrisch miteinander verbindet.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei ein schmelzbares Mantelverbindungsmaterial 150 bereitgestellt wird, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Außenmantels aufweist und wobei das Ende 101' des zweiten Kabels 100' an das Ende 101 des ersten Kabels 100 derart herangeführt wird, dass die Außenmäntel der beiden Kabel einander gegenüberstehen und sich das schmelzbare Mantelverbindungsmaterial 150 dazwischen befindet und wobei das zumindest eine Kabel 100, 100' von außen derart erhitzt wird, dass das zwischen den beiden Außenmänteln befindliche schmelzbare Mantelverbindungsmaterial 150 schmilzt und die Außenmäntel 120, 120' der beiden Kabel miteinander verbindet.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Ende 101, 101 ` des ersten und zweiten Kabels jeweils derart ausgebildet ist, dass, wenn das Ende 101' des zweiten Kabels 100' an das Ende 101 des ersten Kabels 100 herangeführt wird, die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel und die Außenmäntel 120, 120' der beiden Kabel einander jeweils mit einem im Wesentlichen gleichen Abstand 115 gegenüberstehen und/oder wobei das Leiterverbindungsmaterial 140 einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Mantelverbindungsmaterials 150 aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, bevor das Ende 101' des zweiten Kabels 100' an das Ende 101 des ersten Kabels 100 herangeführt wird, Isolationsmaterial 130 am Ende 101 des ersten Kabels 100 entfernt wird, insbesondere derart, dass am Ende 101 des ersten Kabels 100 ein Freiraum 135 zwischen dem Innenleiter 110 und dem Außenmantel 120 entsteht und wobei vorzugsweise ferner Isolationsmaterial 130` am Ende 101' des zweiten Kabels 100' entfernt wird, insbesondere derart, dass am Ende 101' des zweiten Kabels 100' ein Freiraum 135' zwischen dem Innenleiter 110' und dem Außenmantel 120` entsteht.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei, nachdem das Isolationsmaterial 130 am Ende des ersten Kabels entfernt wird, ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement 160 in den Freiraum 135 des ersten Kabels eingefügt wird, wobei das Formelement 160 vorzugsweise eine komplementäre Form zu dem, insbesondere ringförmigen, Freiraum 135 aufweist, um diesen Freiraum 135 passgenau auszufüllen, und wobei das Formelement 160 vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als diejenige des Isolationsmaterials.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Formelement 160 derart in den Freiraum 135 des ersten Kabels eingefügt wird, dass es mit einem Teilbereich 165 am Ende 101 des ersten Kabels 100 hervorsteht, und wobei vorzugsweise, wenn das Ende 101' des zweiten Kabels 100' an das Ende 101 des ersten Kabels 100 herangeführt wird, der Freiraum 135' am Ende des zweiten Kabels über den am Ende 101 des ersten Kabels 100 hervorstehenden Teilbereich 165 des Formelements 160 gestülpt wird, derart, dass das Formelement 160 in den Freiräumen 135, 135' beider Kabel angelangt.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Formelement 160 derart in den Freiraum 135 des ersten Kabels 100 eingefügt wird, dass der hervorstehende Teilbereich 165 am Ende 101 des ersten Kabels 100 geringer ist als die Dicke des Leiterverbindungsmaterials 140, insbesondere dessen halbe Dicke beträgt, und wobei ein zweites Formelement 160' derart in den Freiraum 135' des zweiten Kabels 100' eingefügt wird, dass der hervorstehende Teilbereich 165' am Ende 101' des zweiten Kabels 100' geringer ist als die Dicke des Leiterverbindungsmaterials 140, insbesondere dessen halbe Dicke beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, nachdem das Formelement 160 in den Freiraum 135 des ersten Kabels eingefügt wird, das Leiterverbindungsmaterial 140 gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich 165 des Formelements am Ende des ersten Kabels 100 platziert wird und wobei vorzugsweise, nachdem das Formelement 160 in den Freiraum 135 des ersten Kabels eingefügt wird, das Mantelverbindungsmaterial 150 gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich 165 des Formelements am Ende des ersten Kabels 100 platziert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, bevor das Ende des zweiten Kabels 100' an das Ende des ersten Kabels 100 herangeführt wird, ein Verstärkungselement 170 über das Ende 101, 101' des ersten oder zweiten Kabels geschoben wird, derart, dass das Verstärkungselement 170 den Außenmantel dieses Kabels umgibt und wobei, nachdem das Ende des zweiten Kabels an das Ende des ersten Kabels herangeführt wird, das Verstärkungselement 170 soweit zurückgeschoben wird, dass das Verstärkungselement 170 die Außenmäntel 120, 120' beider Kabel umgibt und vorzugsweise das Mantelverbindungsmaterial 150 umgibt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Innenleiter 110, 110' des ersten und/oder zweiten Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Kupfer, eine Kupferlegierung, ein Thermoelement des Typs E, J, K, T, N und/oder wobei der Außenmantel 120, 120' des ersten und/oder zweiten Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Edelstahl, insbesondere der 300 und 400 Serie, Alloy HR-160, 230, 718, 600, eine Inconel-Legierung oder Hastelloy und/oder wobei das Isolationsmaterial 130, 130' des ersten und/oder zweiten Kabels eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: MgO, SiO₂, Al₂O₃.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leiterverbindungsmaterial 140 eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: eine Kupfer/Silber-Legierung, eine Ni-Basis-Legierung, eine Kupfer-Basis-Legierung oder eine Legierung deren Schmelzpunkt unterhalb der des Leitermaterials liegt und/oder wobei das Mantelverbindungsmaterial 150 eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: eine Kupfer/Silber-Legierung, eine Ni-Basis-Legierung, eine Kupfer-Basis-Legierung oder eine Legierung deren Schmelzpunkt unterhalb der des Mantelmaterials liegt und/oder wobei das Formelement 160 eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Al₂O₃, Mullit, BN, Si₃N₄, SiO₂, AlN, ZrO₂, HfO₂.
Anordnung mit einem ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabel 100 und einem damit verbundenen zweiten, insbesondere mineralisolierten, Kabel 100', insbesondere hergestellt oder herstellbar nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Leiterverbindungsmaterial 140 elektrisch miteinander verbunden sind und wobei vorzugsweise die Außenmäntel 120, 120' der beiden Kabel mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Mantelverbindungsmaterial 150 miteinander verbunden sind und wobei vorzugsweise die Innenleiter 110, 110' der beiden Kabel und die Außenmäntel 120, 120' der beiden Kabel einen im Wesentlichen gleichen, durch das jeweilige Verbindungsmaterial überbrückten, Abstand 115 zueinander aufweisen und wobei vorzugsweise ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement 160 anstelle des Isolationsmaterials 130, 130' zwischen dem Innenleiter 110, 110' und dem Außenmantel 120, 120' am Ende zumindest eines der Kabel, vorzugsweise am Ende beider Kabel zwischen den Kabeln, angeordnet ist und wobei vorzugsweise ein Verstärkungselement 170 die Außenmäntel beider Kabel umgibt und vorzugsweise das Mantelverbindungsmaterial umgibt.
Kabel 100 umfassend zumindest einen elektrisch leitenden Innenleiter 110 zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, einen, insbesondere metallischen, Außenmantel 120, welcher den zumindest einen Innenleiter zumindest teilweise umgibt, und ein, insbesondere mineralisches, Isolationsmaterial 130 welches zumindest teilweise zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel angeordnet ist, um den Innenleiter von dem Außenmantel zu isolieren, wobei Isolationsmaterial 130 an einem Ende 101 des Kabels 100 fehlt, derart, dass ein Freiraum 135 zwischen dem Innenleiter 110 und dem Außenmantel 120 besteht.
Kabel 100 nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Ende 101 des Kabels derart ausgebildet ist, dass der Innenleiter 110 und der Außenmantel 120 im Wesentlichen gleich weit hervorstehen.
Kabel 100 nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement 160 in dem Freiraum 135 des Kabels angeordnet ist, wobei das Formelement 160 vorzugsweise eine komplementäre Form zu dem, insbesondere ringförmigen, Freiraum 135 aufweist und diesen Freiraum 135 passgenau ausfüllt, und wobei das Formelement 160 vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als diejenige des Isolationsmaterials.
Kabel 100 nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Formelement 160 mit einem Teilbereich 165 am Ende 101 des Kabels 100 hervorsteht.
Kabel 100 nach dem vorstehenden Anspruch wobei Leiterverbindungsmaterial 140 gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich 165 des Formelements am Ende des Kabels 100 angeordnet ist und/oder wobei Mantelverbindungsmaterial 150 gehalten von dem hervorstehenden Teilbereich 165 des Formelements am Ende des Kabels 100 angeordnet ist.
Verfahren zum Verbinden eines, insbesondere mineralisolierten, Kabels 100 mit einem Konnektor 200, wobei das Kabel umfasst: zumindest einen elektrisch leitenden Innenleiter 110 zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, einen, insbesondere metallischen, Außenmantel 120, welcher den zumindest einen Innenleiter zumindest teilweise umgibt, und ein, insbesondere mineralisches, Isolationsmaterial 130 welches zumindest teilweise zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel angeordnet ist, um den Innenleiter von dem Außenmantel zu isolieren, und wobei der Konnektor umfasst: zumindest einen elektrisch leitenden Kontakt 210 zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, vorzugsweise eine, insbesondere metallische, Hülse 220, welche den zumindest einen Kontakt zumindest teilweise umgibt, und vorzugsweise ein, insbesondere glasumfassendes, Isolationsmaterial 230 welches zumindest teilweise zwischen dem Kontakt und der Hülse angeordnet ist, um den Kontakt von der Hülse zu isolieren, wobei ein elektrisch leitendes schmelzbares Leiterverbindungsmaterial 140 bereitgestellt wird, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als denjenigen des Innenleiters und/oder des Kontakts aufweist, und wobei ein Ende 101 des Kabels 100 an ein Ende 201 des Konnektors 200 herangeführt wird, derart, dass der Innenleiter 110 des Kabels dem Kontakt 210 des Konnektors gegenübersteht und sich das schmelzbare Leiterverbindungsmaterial 140 dazwischen befindet, und wobei das Kabel 100 und/oder der Konnektor 200 von außen erhitzt wird, derart, dass die Hitze bis ins Innere des Kabels 100 und/oder des Konnektors 200 vordringt, so dass das zwischen dem Innenleiter 110 und dem Kontakt 210 befindliche schmelzbare Leiterverbindungsmaterial 140 schmilzt und den Innenleiter 110 des Kabels mit dem Kontakt 210 des Konnektors elektrisch miteinander verbindet.
Anordnung mit einem, insbesondere mineralisolierten, Kabel 100 und einem damit verbundenen Konnektor 200, insbesondere hergestellt oder herstellbar nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Innenleiter 110 des Kabels und der Kontakt 210 des Konnektors mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Leiterverbindungsmaterial 140 elektrisch miteinander verbunden sind und wobei vorzugsweise der Außenmantel 120 des Kabels und die Hülse 220 des Konnektors mit einem geschmolzenen und wieder erstarrten Mantelverbindungsmaterial 150 miteinander verbunden sind und wobei vorzugsweise der Innenleiter 110 und der Kontakt 210 sowie der Außenmantel 120 und die Hülse 220 einen im Wesentlichen gleichen, durch das jeweilige Verbindungsmaterial überbrückten, Abstand 215 zueinander aufweisen und wobei vorzugsweise ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement 160 anstelle des Isolationsmaterials 130 zwischen dem Innenleiter und dem Außenmantel am Ende des Kabels, vorzugsweise am Ende des Kabels und am Ende des Konnektors zwischen dem Kabel und dem Konnektor, angeordnet ist und wobei vorzugsweise ein Verstärkungselement 170 den Außenmantel des Kabels sowie die Hülse des Konnektors umgibt und vorzugsweise das Mantelverbindungsmaterial umgibt.
Konnektor 200 umfassend zumindest einen elektrisch leitenden Kontakt 210 zur Übertragung elektrischer Signale oder elektrischer Energie, eine, insbesondere metallische, Hülse 220, welche den zumindest einen Kontakt zumindest teilweise umgibt, und ein, insbesondere glasumfassendes, Isolationsmaterial 230 welches zumindest teilweise zwischen dem Kontakt und der Hülse angeordnet ist, um den Kontakt von der Hülse zu isolieren, wobei Isolationsmaterial 230 an einem Ende des Konnektors fehlt, insbesondere derart, dass ein Freiraum 235 zwischen dem Kontakt 210 und der Hülse 220 besteht und wobei ein, insbesondere elektrisch isolierendes, Formelement 160 in dem Freiraum 235 des Konnektors angeordnet ist.
Formelement 160 zur Anordnung in einem, insbesondere ringförmigen, Freiraum 135 am Ende eines, insbesondere mineralisolierten, Kabels 100, insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 17, oder zur Anordnung in einem, insbesondere ringförmigen, Freiraum 235 am Ende eines Konnektors 200, insbesondere nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Formelement vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet ist und wobei das Formelement vorzugsweise eine komplementäre Form zu dem Freiraum 135, 235 aufweist, um diesen Freiraum 135, 235 passgenau auszufüllen.
Satz zur Verbindung eines ersten, insbesondere mineralisolierten, Kabels 100 mit einem zweiten, insbesondere mineralisolierten, Kabel 100 gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, oder mit einem Konnektor 200 gemäß einem Verfahren nach Anspruch 18, umfassend: ein Formelement 160 nach Anspruch 21, ein Leiterverbindungsmaterial 140, und vorzugsweise ein Mantelverbindungsmaterial 150, sowie vorzugsweise ein Verstärkungselement 170.