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Die Erfindung bezieht sich auf Stecker, die unter Wasser eingesetzt werden und daher besondere Anforderungen an die Wasserdichtigkeit aufweisen müssen.
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Typische Stecker sind nicht für den Einsatz unter Wasser ausgelegt. Insbesondere an Kontaktstellen zwischen unterschiedlichen Materialien kann Wasser eindringen, das den Stecker beschädigt und/oder unerwünschte Verbindungen (z.B. Kurzschlüsse) verursachen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für Stecker für den Einsatz unter Wasser zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ausführungsbeispiele zeigen einen Stecker zur Verwendung unter Wasser. Der Stecker umfasst ein Gehäuse, eine elektrische Leitung, einen Verschluss und eine Versiegelung. Das Gehäuse weist eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung auf. Die erste Öffnung und die zweite Öffnung können gegenüberliegend angeordnet sein. Die elektrische Leitung ist durch die erste Öffnung in das Gehäuse geführt. Die elektrische Leitung ist z.B. ein Kabel, das eine oder mehrere Adern aufweist, die (jeweils) elektrischen Strom führen können. Ferner ist die elektrische Leitung (bzw. das Kabel) vor eindringendem Wasser geschützt, so dass die stromführenden Adern nicht mit Wasser in Kontakt kommen. Dies kann durch einen geeigneten (Kabel-) Mantel realisiert sein.
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Der Verschluss verschließt die zweite Öffnung gegen eindringendes Wasser in das Gehäuse. Ein elektrischer Kontakt ist durch den Verschluss hindurchgeführt, wobei der elektrische Kontakt die elektrische Leitung innerhalb des Gehäuses kontaktiert.
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Das Hindurchführen des elektrischen Kontakts durch den Verschluss erfolgt derart, dass durch die Hindurchführung kein Wasser in das Gehäuse des Steckers gelangen kann.
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Dies ist in Ausführungsbeispielen mittels einer Platine realisierbar. Oberseitig, also die in das Gehäuseinnere zeigende Seite, kann die elektrische Leitung mit der Platine kontaktiert sein. Das Kontaktieren erfolgt beispielsweise mittels Löten der elektrischen Leitung bzw. deren im Betrieb stromführenden Ader(n) auf die Platine, so dass eine Leiterbahn der Platine kontaktiert ist. Die Leiterbahn wird durch ein Basismaterial der Platine, beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), hindurchgeführt. Die Leiterbahn ist dann unterseitig, also durch die zweite Öffnung hindurch, kontaktierbar. Die Leiterbahn wird dann als elektrischer Kontakt angesehen, der durch den Verschluss hindurchgeführt ist.
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Die Versiegelung verfüllt die erste Öffnung, wobei die Versiegelung derart angeordnet ist, dass ein Randbereich des Gehäuses beidseitig von der Versiegelung umschlossen ist. In dem Bereich, in dem das Gehäuse beidseitig von der Versiegelung umschlossen ist, wird die Versiegelung auch als Manschette bezeichnet. Die Versiegelung weist ein Material auf, dass das Eindringen von Wasser durch die erste Öffnung in das Gehäuse verhindert. Als Material kann z.B. Silikon oder Polyurethan verwendet werden. Das Material kann zur Herstellung des Steckers nach dem kontaktieren des elektrischen Kontakts mit der elektrischen Leitung vergossen werden. Die Versiegelung ist z.B. ein Verguss.
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Idee ist es, das Gehäuse im Bereich der ersten Öffnung selbstabdichtend zu gestalten. Problematisch ist es, wenn zwischen dem Gehäuse und der Versiegelung Wasser in das Gehäuse hineinkriecht. Nun wird sich zu Nutze gemacht, dass der Stecker unter Wasser eingesetzt wird, so dass ein Wasserdruck auf den Stecker einwirkt. Dieser presst die Versiegelung in dem Bereich, in dem das Gehäuse beidseitig von der Versiegelung umschlossen ist zusammen und verhindert somit das Eindringen von Wasser. Der Stecker dichtet sich demnach selbst durch den einwirkenden Wasserdruck ab.
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Vorteilhaft ist der Einsatz der Platine zum Bereitstellen des elektrischen Kontakts mittels einer Leiterbahn nach außen. Dies ermöglicht eine kleinere Bauform des Steckers. Entgegen der typischen starren Kontakte (Stifte), die Platz in dem Stecker benötigen, wird hier nur eine flache Platine in den Stecker eingearbeitet. Der Platz, der für die Stifte benötigt wird, entfällt.
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In Ausführungsbeispielen weist die Platine eine Dicke von mindestens 4mm, beispielsweise zwischen 4mm und 10mm, auf. Somit ist sichergestellt, dass die Platine dem auf die erste Öffnung wirkenden Wasserdruck standhält. In anderen Worten verbiegt sich die Platine bei der genannten Dicke nicht übermäßig bzw. bricht nicht wenn diese dem Wasserdruck ausgesetzt ist. Als Dicke der Platine wird die Ausdehnung zwischen der zweiten Öffnung in Richtung des Gehäuseinneren verstanden.
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Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass an einer Außenwand des Gehäuses eine umlaufende Dichtung, insbesondere ein O-Ring, angeordnet ist. Die umlaufende Dichtung verhindert, dass Wasser zwischen Steckeraufnahmevorrichtung und Stecker eindringen kann und die elektrischen Kontakte außerhalb des Steckers kurzgeschlossen werden können.
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Ausführungsbeispiele zeigen ferner, dass das Gehäuse ein Material aufweist, das ein Elastizitätsmodul von mindestens 40GPa, insbesondere mindestens 70GPa aufweist. Beispielsweise weist ein Material des Gehäuses ein Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, auf. Dies gibt dem Stecker seine nötige Robustheit um dem Wasserdruck dauerhaft standzuhalten. Vorteilhafterweise weist das Gehäuse ein Material auf, dass ähnliche Materialeigenschaften aufweist wie die Steckeraufnahmevorrichtung. Die relevanten Materialeigenschaften sind beispielsweise Temperaturdehnung, Quellung.
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Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass das Gehäuse an der Außenseite eine Kante aufweist, wobei die Kante ein Ende des Randbereichs des Gehäuses definiert. Die Kante kann auch als umlaufender Rand bezeichnet werden. Durch die Kante wird die Fertigung des Steckers vereinfacht, da das Gehäuse eine Auflagefläche aufweist, auf der sich die Versiegelung „abstützen“ kann. Ferner kann eine gegenüberliegende Seite der Kante auf einem Rand einer entsprechenden Steckeraufnahmevorrichtung aufliegen. Die Steckeraufnahmevorrichtung ist z.B. eine Buchse.
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So ist in Ausführungsbeispielen auch ein Kontaktsystem mit dem Stecker und der Steckeraufnahmevorrichtung gezeigt. Die Steckeraufnahmevorrichtung nimmt das Gehäuse des Steckers passgenau auf, so dass die Dichtung des Steckers die Steckeraufnahmevorrichtung bei eingestecktem Stecker vor eindringendem Wasser verschließt. Die Dichtung ist umlaufend an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet. In Ausführungsbeispielen weist die Steckeraufnahmevorrichtung (pro Kontakt des Steckers) einen Federkontakt auf, der ausgebildet ist, den Kontakt des Steckers (elektrisch) zu kontaktieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Stecker die Platine als Verschluss aufweist, so dass der Federkontakt die Leiterbahn der Platine kontaktieren kann. Der Federkontakt kann auf einer weiteren Platine angeordnet sein, so dass die von dem Stecker bereitgestellten elektrischen Signale oder die bereitgestellte elektrische Energie mittels Leiterbahnen auf der Platine verteilt werden können.
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Analog ist ein Verfahren zur Herstellung eines Steckers zum Einsatz unter Wasser mit folgenden Schritten offenbart: Bereitstellen eines Gehäuses mit einer ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung; Führen einer elektrischen Leitung durch die erste Öffnung in das Gehäuse; Verschließen der zweiten Öffnung mit einem Verschluss, wobei ein elektrischer Kontakt durch den Verschluss hindurchgeführt ist; Kontaktieren des elektrischen Kontakts innerhalb des Gehäuses mit der elektrischen Leitung; Verfüllen der ersten Öffnung mit einer Versiegelung derart, dass ein Randbereich des Gehäuses beidseitig von der Versiegelung umschlossen ist. Das Verfüllen der ersten Öffnung erfolgt vorteilhafterweise nach dem Kontaktieren des elektrischen Kontakts innerhalb des Gehäuses mit der elektrischen Leitung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittdarstellung eines Steckers in einer Seitenansicht;
- 2: Ausführungsbeispiele des Steckers aus 1 in einer schematischen Schnittdarstellung in einer Seitenansicht;
- 3: eine schematische Schnittdarstellung eines Kontaktsystems.
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Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Steckers 20 in einer Seitenansicht. Der Stecker 20 weist ein Gehäuse 22, eine elektrische Leitung 24, einen Verschluss 26 und eine Versiegelung 28 auf. Die elektrische Leitung 24 weist einen Leiter 24a, auch als Draht oder Ader bezeichnet, und eine elektrische Isolation 24b auf. Die elektrische Isolation 24b schützt den Leiter 24a ebenfalls vor eindringendem Wasser. Die elektrische Leitung 24 ist beispielsweise ein elektrisches Kabel.
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Das Gehäuse 22 weist eine erste Öffnung 30 und eine zweite Öffnung 32 auf. Durch die erste Öffnung 30 ist die elektrische Leitung 24 in das Gehäuse 22 geführt. Die zweite Öffnung 32 ist mittels des Verschlusses 26 gegen eindringendes Wasser verschlossen. Ein elektrischer Kontakt 34 ist durch den Verschluss 26 hindurchgeführt. Der elektrische Kontakt 34 kontaktiert die elektrische Leitung 24, insbesondere den Leiter 24a. Somit kann ein auf der elektrischen Leitung 24 anliegendes elektrisches Signal oder anliegende elektrische Energie über den Kontakt 34 an der zweiten Öffnung 32 des Steckers 20 bereitgestellt werden.
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Der Verschluss 26 weist z.B. eine Platine auf. Die Platine ist flächig über der zweite Öffnung 32 angeordnet und verschließt diese. Die Platine kann eine Leiterbahn als elektrischen Kontakt aufweist, um den elektrischen Kontakt durch die Platine hindurchzuführen. Die Leiterbahn kontaktiert die elektrische Leitung innerhalb des Gehäuses. Somit kann die Platine dazu verwendet werden, das von der elektrischen Leitung 24 bereitgestellte elektrische Signal an der zweiten Öffnung 32 des Steckers 20 bereitzustellen.
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Die Versiegelung 28 verfüllt die erste Öffnung 30. Die Versiegelung 28 umschließt einen Randbereich 36 des Gehäuses 22 beidseitig. Wasser müsste nun zunächst von außen zwischen Gehäuse 22 und Versiegelung 28 in den Randbereich eindringen, um in das Innere des Gehäuses zu gelangen. Aufgrund des Wasserdrucks wird die Versiegelung 28 jedoch im Randbereich 36 an das Gehäuse 22 angedrückt, so dass ein größerer Anpressdruck entsteht als beispielsweise an der Luft. Durch diesen größeren Anpressdruck wird jedoch das Eindringen von Wasser erschwert und der Stecker 20 dichtet sich selbst gegen eindringendes Wasser ab.
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Der Stecker kann radialsymmetrisch um die elektrische Leitung 24 ausgeführt sein. Alternativ ist auch eine entsprechende eckige (quadratisch oder rechteckig) Ausgestaltung möglich. Die radialsymmetrische Ausgestaltung weißt jedoch eine höhere Dichtigkeit auf. Jedenfalls weist der Stecker 20 in der Schnittdarstellung eine Symmetrie auf, so dass beispielsweise die Schenkel, die beidseitig von dem Gehäuse 22 sichtbar sind, außerhalb der Bildebene zu einem gemeinsamen Bauteil verbunden sind.
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2 zeigt Ausführungsbeispiele des Steckers aus 1, die sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination miteinander verwendet werden können.
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So zeigt 2 in einem Ausführungsbeispiel eine Dichtung 38, die umlaufend an einer Außenwand des Gehäuses 22 angeordnet ist. Die Dichtung 38 ist beispielsweise ein O-Ring. Die Dichtung 38 verhindert das Eindringen von Wasser entlang der Außenseite des Steckers in eine entsprechende Steckeraufnahmevorrichtung (vgl. 3). Zur besseren Abdichtung können weitere Dichtungen, insbesondere O-Ringe, benachbart zu der Dichtung 38 an der Außenseite des Gehäuses 22 angeordnet sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Stecker an der Außenseite des Gehäuses 22 eine Kante 40 auf. Die Kante definiert ein Ende des Randbereichs 36 des Gehäuses.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 22 in dem Randbereich 36 eine Nut 42 auf. Die Versiegelung 28 befüllt die Nut 42 und erschwert so ein herausrutschen der Versiegelung 28 aus dem Gehäuse 22. So können äußere Kräfte, beispielsweise ein Ziehen an der elektrischen Leitung 24, dazu führen, dass die Versiegelung 28 eine Kraftwirkung erfährt, die die Versiegelung 28 aus dem Gehäuse 22 herauszieht. Mittels der Nut 42 erfährt die Versiegelung 28 dann eine Gegenkraft, die das Herausziehen erschwert.
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Eine weitere Komponente, um das Herausziehen der Versiegelung 28 aus dem Gehäuse 22 zu erschweren, ist die Schelle 44 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schelle 44 ist umlaufend um die Versiegelung 28 in dem Randbereich des Gehäuses 22 angeordnet, so dass die Schelle 44 die Versiegelung 28 mechanisch an das Gehäuse 22 presst. Durch die entstehende Quetschung wird wiederum eine Gegenkraft zu dem Herausziehen auf die Versiegelung 28 ausgeübt, die das Herausziehen der Versiegelung 28 aus dem Gehäuse 22 erschwert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die elektrische Leitung 24 neben dem Leiter 24a einen weiteren Leiter 24c auf. Die Verwendung einer elektrischen Leitung 24 mit weiteren elektrischen Leitern ist möglich. So kann zur Energieübertragung beispielsweise eine elektrische Leitung mit typischerweise zwei, drei oder fünf Leitern verwendet werden. Zur Signalübertragung kann eine elektrische Leitung mit beliebig vielen Leitern verwendet werden. Vorteilhaft ist die Verwendung eines Leiters 24a, 24c pro zu übertragendem elektrischen Signal.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Kontaktsystem 44 in einer Seitenansicht. Das Kontaktsystem weist den Stecker 20 gem. 1 sowie eine Steckeraufnahmevorrichtung 46 auf. Die Steckeraufnahmevorrichtung 46 nimmt den Stecker 20 passgenau auf. Der Stecker 20 umfasst ergänzend das Ausführungsbeispiel der an der Außenseite des Gehäuses 22 umlaufenden Dichtung 38 aus 2. Weitere Ausführungsbeispiele aus 2 können beliebig ergänzt werden. Durch die umlaufende Dichtung 38 ist die Steckeraufnahmevorrichtung gegen eindringendes Wasser geschützt. Pfeil 50a deutet an, dass der Stecker 20 in die Steckeraufnahmevorrichtung 46 eingeführt und wieder herausgezogen werden kann.
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Zur Kontaktierung des elektrischen Kontakts 34 des Steckers kann die Steckeraufnahmevorrichtung 46 einen Federkontakt 48 aufweisen. Der Federkontakt 48 ist in die Steckeraufnahmevorrichtung 46 hineindrückbar, wenn der Stecker 20 in die Steckeraufnahmevorrichtung 46 eingeführt wird. Der Federkontakt 48 weist jedoch eine dauerhafte Gegenkraft gegen das Hineindrücken auf, so dass der Kontakt 34 zuverlässig kontaktiert wird. Die an der zweiten Öffnung 32 bereitgestellten elektrischen Signale bzw. die bereitgestellte elektrische Energie kann somit über den Federkontakt 48 abgegriffen werden und beispielsweise zur weiteren Signalverarbeitung an eine Recheneinheit oder zur Stromversorgung an einen elektrischen Verbraucher weitergeleitet werden. Pfeil 50b deutet an, dass der Federkontakt in die Steckeraufnahmevorrichtung 46 hineingedrückt werden kann und mittels einer Federkraft wieder hervorkommt wenn der Stecker den Federkontakt nicht mehr in die Steckeraufnahmevorrichtung 46 hineindrückt.
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Der offenbarte Stecker kann eine (elektrische) Verbindung zwischen einem Wasserschallwandler und einer Elektronik zur Signalverarbeitung von Wasserschallsignalen herstellen. Die (Wasser-) Schallwandler sind für den Einsatz unter Wasser, insbesondere im Meer, ausgelegt. Die Schallwandler sind ausgebildet, Wasserschall in eine dem Schalldruck entsprechenden elektrischen Signal (z.B. Spannung oder Strom), das Wasserschallsignal, umzuwandeln. Überdies sind die Schallwandler ausgebildet, eine anliegende elektrische Spannung in Wasserschall umzuwandeln. Die Schallwandler können demnach als Wasserschallwandler und/oder als Wasserschallsender verwendet werden. Als sensorisches Material weisen die Schallwandler ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Piezokeramik, auf. Die Schallwandler können für (Aktiv- und/oder Passiv-) Sonar (sound navigation and ranging, dt.: Schall-Navigation und -Entfernungsbestimmung) eingesetzt werden. Die Schallwandler sind nicht für medizinische Anwendungen geeignet.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Stecker
- 22
- Gehäuse
- 24
- elektrische Leitung
- 26
- Verschluss
- 28
- Versiegelung
- 30
- erste Öffnung
- 32
- zweite Öffnung
- 34
- elektrischer Kontakt
- 36
- Randbereich
- 38
- Dichtung
- 40
- Kante
- 42
- Nut
- 44
- Kontaktsystem
- 46
- Steckeraufnahmevorrichtung
- 48
- Federkontakt
- 50
- Pfeil
