DE1042691B - Fluessigkeitsdichte Durchfuehrung fuer elektrische Leiter durch eine druckfeste Schottwand eines unter hohem Wasserdruck stehenden Tiefseekabelgehaeuses - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine flüssigkeitsdichte Durchführung für einen elektrischen Leiter, der durch die druckfesie Schottwand eines in tiefem Wasser liegenden Gehäuses geführt werden soll. Die Durchführung ist besonders für derartige Gehäuse geeignet, die in tiefem Wasser Verstärker u. dgl. aufnehmen müssen, die mit dem Unterwasserkabel verbunden sind.

Ein Unterwasserkabel, das mit einem derartigen Verstärkergehäuse verbunden ist, besteht im allgemeinen aus einem Leiter, der mit wasserdichtem hochmolekularem Kunststoff als Isolierung umgeben ist, wie z. B. Polyäthylen.

Es ist bekannt, derartige Kabel in die Verstärkergehäuse durch einen Stopfen aus Isoliermaterial ein- ¹S zuführen, das dem der Kabelisolation entspricht. Organische Isoliermaterialien wie Polyäthylen u. a. lassen jedoch bei sehr hohen Wasserdrücken immer noch eine geringe Diffusion von Wasser zu. Es ist das bei der Kabelisolation von untergeordneter Bedeutung, doch kann die Verwendung derartiger Isoliermaterialien bei der Abdichtung von Kabeleinführungen in Verstärkergehäuse zu Störungen führen, die man nicht mehr unbeachtet lassen kann. Dementsprechend ist es notwendig, neben der Polyäthylenabdichtung weitere ^a5 Dichtungsmittel zu verwenden, wobei gleichzeitig dafür gesorgt werden muß, daß die Dichtungsmittel durch den außerordentlichen Wasserdruck nicht in das Innere des Verstärkergehäuses gedrückt werden. Es sind derartige Dichtungen verwirklicht worden, bei denen man einen keramischen Stopfen mit konischer Oberfläche in eine ebenfalls konische Bohrung des Schottes eingesetzt und dabei den elektrischen Leiter durch die in der Mitte des Stopfens befindliche Bohrung hindurchgezogen hat. Um die Durchführung dieses Leiters druckwasserdicht zu gestalten, ist vorgeschlagen worden, sowohl den Leiter als auch den keramischen Zapfen mit dicht aufliegenden Muffen zu versehen, die außerdem noch mit den anliegenden Wandungen verkittet sein können und auch der Polyäthylenmasse eine unnachgiebige Abstützung geben.

In einer weiteren an sich bekannten Ausführung hat man den keramischen Isolierzapfen an einer Stelle seiner Mittelbohrung verengt und den Mittelleiter derart im Ziehverfahren durch diese Verengung gezogen, daß der Leiter dabei verformt wurde. Die äußere konische Oberfläche dieses aus keramischen Stoffen, Quarz od. dgl. hergestellten. Zapfens legte sich dabei dicht der ebenfalls konisch geformten Bohrung des Schottes an, wobei diese Fuge auch noch mit Weichmetall zur erhöhten Dichtung ausgelegt worden ist.

Es ist auch eine derartige Kabeldurchführung bekanntgeworden, bei der sich die Isolation des Seekabels beim Eintritt in die Schottwand zu einem Flüssigkeitsdichte Durchführung
für elektrische Leiter durch eine druckfeste Schottwand eines unter hohem Wasserdruck

stehenden Tiefseekabelgehäuses

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. Juli 1953

Stanley G. Foord, London,
ist als Erfinder genannt worden

zylindrischen Dichtungspfropfen aus nachgiebigem Material verdickt, der gegen die in einem rohrartigen mit nach innen verengter abgesetzter Bohrung und druckseitigem Auflageflansch versehenen, von außen in die Schottwand eingesetzten Führungskörper z. B. aus Stahl befindliche Auflagefläche drückt und abdichtet, während der Leiter des Kabels isoliert durch die enge Bohrung des Führungskörpers hinter die Schottwand geführt wird. Der Dichtungsdruck hängt hierbei aber in geringen Wassertiefen zunächst ganz von einer auf den Pfropfen drückenden Verschraubung ab. Bei steigender Wassertiefe und entsprechend steigendem, den Verschraubungsdruck übersteigenden Wasserdruck kann die kraftschlüssige Verbindung zwischen Verschraubung und dem Pfropfen in unkontrollierter Weise unterbrochen werden und die Dichtung der Durchführung gefährden. Bei einer derartigen Kabeldurchführung kann ferner auch schon bei mittleren Wassertiefen Sickerwasser durch die zwischen Schottwand und Führungskörper bestehende Fuge eindringen, da es nicht sicher durch eine metallische Schweißnaht, die Poren enthalten oder sich chemisch zersetzen kann, aufgehalten wird. Durchführungen dieser Art benötigen auch, insbesondere durch die Verschraubung, verhältnismäßig sehr viele Einzelteile und sind umständlich herzustellen.

Diese Mangel werden durch die Erfindung beseitigt. Es handelt sich — unter erläuternder Beifügung der sich auf die Zeichnung einer solchen Durchführung be-

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ziehenden Bezugsziffern — bei dem Gegenstand der Erfindung um eine flüssigkeitsdichte Durchführung für elektrische Leiter durch eine druckfeste Schottwand eines unter hohem Wasserdruck stehenden Tiefseekabelgehäuses, das z. B. zur Aufnahme von Verstärkern dient, mit einer oder mehreren hinteremanderliegenden, im wesentlichen durch den Wasserdruck selbst wirkenden Abdichtungen. Erfindungsgemäß ist die dem Gebiet hohen Wasserdruckes zunächst liegende Dichtung als elastisch nachgiebiger Membrankörper ausgebildet, und die Durchführungsteile sind in einer sich von der Druckseite her, vorzugsweise in vier Absätzen verengenden Bohrung der Schottwand 3 in nachfolgender Weise gestaltet und angeordnet:

z) Ein an den Endteilen einen kleineren Durchmesser als im Mittelteil aufweisender Isolierzylinder 4 stützt sich unter Zwischenlage eines aus weichem Metall, z. B. Blei, Aluminium od. dgl., bestehenden Abdichtungsringes 11 gegen den Schultervorsprung des ao innersten Absatzes ab, wobei der Durchmesser des Isolierzylinders im Mittelteil und in dem in die engste Bohrung der Schottwand eingesetzten Endteil den Bohrungsdurchmessern der entsprechenden Aussparungen in der Schottwand angepaßt sind;

b) in einer Bohrung des Isolierzylinders 4 ist ein Leiterbolzen 6 angeordnet mit einem Anschlußkopf 8, der sich mit einem flachen Bund an der der Druckseite zugekehrten Stirnfläche des Isolierzylinders 4 unter Druck anpreßt und mit ihr z. B. durch Lötung flüssigkeitsdicht verbunden ist;

c) nach Herstellung der Verbindung zwischen dem Außenleiter 1 und dem Anschlußkopf 8 und vor der vollständigen Einführung des Isolierkörpers 4 in die zu seiner Aufnahme dienenden Aussparungen erhält das den Anschlußkopf besitzende Ende des Leiterbolzens sowie das benachbarte Endteil des Isolierkörpers 4 und des Außenleiters 1 durch Aufspritzen eines Isolierkunststoffes aus vorzugsweise dem gleichen Material wie die Isolierung des Außenleiters der Durchführung einen Isoliermantel in Gestalt eines im Durchmesser dem Isolierkörpermittelteil angepaßten Membrankörpers 12 mit einer membranartigen, nachgiebigen Flanschscheibe 15, deren Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser der größten Aussparung der Schottwand entspricht;

d) vor der vollständigen Einführung des ummantelten Durchführungskörpers in seine Endlage füllt den Leerraum, der in der Aussparung mit dem zweitgrößten Durchmesser noch verbleibt, eine zähflüssige Dichtungsmasse 14;

e) nach dem Einbringen des Durchführungskörpers in seine Endlage preßt ein z. B. mit Schrauben an der Schottwand zu befestigender Klemmring 17 die Flanschscheibe 15 fest gegen die Basis des ersten Absatzes der Bohrung.

Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Durchführungwird nun im einzelnen an Hand der Zeichnung erläutert.

Der Leiter 1 eines Unterwasserkabels ist in die Kunststoffisolation 2, z. B. aus Polyäthylen, eingebettet. Die Scho'ctwand 3 eines Unterwassergehäuses, ζ. B. zur Aufnahme von Verstärkern u. dgl., hält den gesamten Wasserdruck vom Inneren des Gehäuses ab. In dieser Schottv/and befindet sich eine besonders geformte Bohrung, die zunächst den Isolierzapfen 4 aus keramischem Material, Glas, Quarz od. dgl. aufnimmt. Dieser Isolierzapfen trägt in einer an seinem Umfang befindlichen Nute eine Ringdichtung 5. Der Bolzen 6, der zur Leitung des elektrischen Stromes durch die Wand dient, trägt an dem nach außen gerichteten Ende den Kopf 8, an dessen Spitze bei 7 der Leiter 1 des Unterwasserkabels angelötet ist. An der Unterseite des Kopfes befindet sich ein flacher Bund, der auf einer ebenso flachen Auflagefläche des Isolierzapfens aufliegt. Diese Auflagefläche des Isolierzapfens ist metallisiert und durch Lötung mit dem Kopf 8 verbunden. Während des Lötvorganges ist die Schraubenmutter 10 entsprechend fest zu ziehen, damit unabhängig von dem verwendeten Lot der Kopf 8 in fester Berührung mit dem Isolierzapfen 4 steht. Damit ist der Weg, den die Feuchtigkeit von der Seite des hohen Wasserdruckes nach dem Inneren des Gehäuses gehen könnte, mit Bezug auf die Innenbohrung des Isolierzapfens einwandfrei verschlossen.

Was die äußere, zwischen dem Isolierzapfen 4 und der Schottwand 3 befindliche Fuge, durch die Wasser hindurchsickern könnte, betrifft, so sind weitere Dichtungsmittel angebracht. Der Isolierzapfen 4 ist abgesetzt und in eine .dazu passend abgestufte Schottbohrung eingesetzt, und an der Stelle seiner Abstufung ist ein Abdichtungsring 11 aus Weichmetall, z. B. aus Blei, Silber, Kupfer oder Aluminium, eingesetzt. Der äußere Wasserdruck wird dem Isolierzapfen 4 über den Abdichtungsring 11 fest gegen die durch die Abstufung gebildete Schulter der Schottwand pressen. Unter dem hohen Druck wird das Metall zum Fließen gebracht werden, und es werden alle Zwischenräume, die durch Ungleichmäßigkeiten der Auflageflächen vorhanden sind, vollständig ausgefüllt. Die Anlageflächen dieser Dichtung und die entsprechenden Flächen des Schultervorsprunges des inneren Absatzes der Bohrung und des Isolierzylinders können in leichter Schräge konisch ausgebildet sein, wobei die Verjüngung von der Druckseite her in Richtung zur Schottinnenwand verläuft. Diese konisch verlaufenden Oberflächen sind den rechtwinkelig zur Leiterachse verlaufenden Anlageflächen vorzuziehen, da dadurch die Beanspruchung des Isolierzapfens 4 durch die auf ihn wirkende Scherkraft vermindert wird. Ein kleiner in eine Nute des Isolierzapfens eingelegter Sprengring 16 verhindert das Herausrutschen des Isolierzapfens bei der Montage.

Über die bereits zwischen dem Leiter 1 und dem Bolzen 6 bei 7 im Kopf 8 hergestellte leitende Verbindung wird ein Dichtungskörper 12 aufgespritzt, der aus dem gleichen Kunststoff besteht, wie die Isolation 2 des Leiters 1, also vorzugsweise Polyäthylen. Dieser Dichtungskörper 12 ist nun als elastisch nachgiebige Membran ausgebildet und erhält zu diesem Zwecke einen als Membranscheibe dienenden Bund 15, der tellerartig senkrecht zur Achse der Durchführung angeordnet ist. Der äußere Rand der Membranscheibe 15 liegt in einer Ausdrehung 13 der Schottwand, die die erste Stufe der sich in Absätzen verengenden Bohrung bildet, während sich in einer weiteren tieferen Ausdrehung 14, die die zweite Stufe bildet, eine zähflüssige Masse, wie z. B. Polyisobutylen, befindet. Die Einfüllung dieser zähflüssigen Masse erfolgt in dem Zeitpunkt, in welchem beim Einsetzen der Durchführung die Ringdichtung 5 gerade in der die dritte Stufe bildenden Bohrung eingeführt wird. Diese Masse hat nach der vollständigen Einführung des Isolierzapfens 4 mit dem Kunststoffkörper 12 als eine weiche, nachgiebige Polsterung der Membranscheibe 15 zu dienen. Es ist zweckmäßig, die zähflüssige Masse 14 in heißem flüssigerem Zustand einzufüllen.

Wenn die zähflüssige Masse 14 genügend abgekühlt ist, wird die Durchführung, die aus dem Isolierzapfen 4, dem Bolzen 6 und Kunststoffkörper 12 mit der Mem-

branscheibe 15 besteht, in die Schottenbohrung eingepreßt, bis sie auf dem Abdichtungsring 11 fest aufsitzt und eventuell überschüssige Masse 14 an den Seiten ausgequetscht ist. Der Sprengring 16 verhindert das Zurückrutschen der Durchführung, und ein Klemmring 17 sichert die feste Auflage des Randes der Membranscheibe 15. Dieser Klemmring 17 kann durch Schrauben o. dgl. befestigt werden.

Wirkt der volle Wasserdruck von außen auf die Durchführung, so drückt er den Isolierzapfen 4 mit dem Kunststoffkörper 12 noch ein wenig nach innen und verformt noch etwas das Metall des Abdichtungsringes 11. Die elastische Membranscheibe 15 kann durch ihre Lagerung auf der zähflüssigen Masse 14 dieser Bewegung störungslos folgen.

Die beschriebene Durchführung für Unterwasserkabel hat den Vorteil, daß sie mit wenig Mitteln und auf einfache Weise herzustellen ist, so daß sowohl bereits in der Fabrik als auch ohne weiteres an der Baustelle ihre Herstellung möglich ist. Da keine maßhaltigen und schwierig zu bearbeitenden Oberflächen an ihr vorhanden sind, sind zur Bearbeitung auch keine Werkzeugmaschinen besonderer Präzision erforderlich. Es ist auch nicht notwendig, daß die einzelnen Teile der Durchführung besonders sorgfältig eingepaßt werden. Hierin liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung, da dadurch besonders geschulte Fachkräfte nicht notwendig sind, zumal an den Baustellen für derartige Unterwasserkabeldurchführungen, ζ. B. an der Küste oder auf See, besonders schwierige Montageverhältnisse bestehen und die Verwendung hochwertiger Werkzeugmaschinen an diesen Orten erhebliche Kosten verursachen würde.

Claims (6)

PatentAnsprüche: 35

1. Flüssigkeitsdichte Durchführung für elektrische Leiter durch eine druckfeste Schottwand eines unter hohem Wasserdruck stehenden Tiefseekabelgehäuses, das z. B. zur Aufnahme von Verstärkern dient, mit einer oder mehreren hintereinanderliegenden, im wesentlichen durch den Wasserdruck selbst wirkenden Abdichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gebiet hohen Wasserdruckes zunächst liegende Dichtung (12) als elastisch nachgiebiger Membrankörper ausgebildet ist und die Durchführungsteile in einer sich von der Druckseite her, vorzugsweise in vier Absätzen verengenden Bohrung der Schottwand (3) in nachfolgender Weise gestaltet und angeordnet sind:

a) Ein an den Endteilen einen kleineren Durchmesser als im Mittelteil aufweisender Isolierzylinder (4) stützt sich unter Zwischenlage eines aus weichem Metall, z. B. Blei, Aluminium od. dgl., bestehenden Abdichtringes (11) gegen den Schultervorsprung des innersten Absatzes ab, wobei der Durchmesser des Isolierzylinders im Mittelteil und in dem in die engste Bohrung der Schottwand eingesetzten Endteil den Bohrungsdurchmessern der entsprechenden Aussparungen in der Schottwand angepaßt sind;

b) in einer Bohrung des Isolierzylinders (4) ist ein Leiterbolzen (6) angeordnet mit einem Anschlußkopf (8), der sich mit einem flachen Bund an der der Druckseite zugekehrten Stirnfläche des Isolierzylinders (4) unter Druck anpreßt und mit ihr z. B. durch Lötung flüssigkeitsdicht verbunden ist;

c) nach Herstellung der Verbindung zwischen dem Außenleiter (1) und dem Anschlußkopf (8) und vor der vollständigen Einführung des Isolierkörpers (4) in die zu seiner Aufnahme dienenden Aussparungen erhält das den Anschlußkopf besitzende Ende des Leiterbolzens sowie das benachbarte Endteil des Isolierkörpers (4) und des Außenleiters (1) durch Aufspritzen eines Isolierkunststoffes aus vorzugsweise dem gleichen Material wie die Isolierung des Außenleiters der Durchführung einen Isoliermantel in Gestalt eines im Durchmesser dem Isolierkörpermittelteil angepaßten Membrankörpers (12) mit einer membranartigen, nachgiebigen Flanschscheibe (15), deren Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser der größten Aussparung der Schottwand entspricht;

d) vor der vollständigen Einführung des ummantelten Durchführungskörpers in seine Endlage füllt den Leerraum, der in der Aussparung mit dem zweitgrößten Durchmesser noch verbleibt, eine zähflüssige Dichtungsmasse (14);

e) nach dem Einbringen des Durchführungskörpers in seine Endlage preßt ein z. B. mit Schrauben an der Schottwand zu befestigender Klemmring (17) die Flanschscheibe (15) fest gegen die Basis des ersten Absatzes der Bohrung.

2. Feuchtigkeitsdichte Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (4) an der der Verbindung mit dem Formkörper (12) dienenden Fläche eine zweckmäßig durch Rillung vergrößerte Haftfläche erhält.

3. Feuchtigkeitsdichte Durchführung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (12) mit der Flanschscheibe (15) aus Polyäthylen besteht.

4. Feuchtigkeitsdichte Durchführung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zähflüssige Dichtungsmasse (14) aus Polyisobutylen besteht.

5. Feuchtigkeitsdichte Durchführung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen des aus fließfähigem Metall, z. B. Blei, Aluminium, bestehenden Abdichtringes (11) und die entsprechenden Flächen des Schultervorsprunges des innersten Absatzes der Bohrung und des Isolierzylinders (4) in leichter Schräge konisch ausgebildet sind, wobei die Verjüngung von der Druckseite her in Richtung zur Schottinnenwand verläuft.

6. Feuchtigkeitsdichte Durchführung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daJ3 der Anschlußkopf (8) auf der Stirnfläche des Isolierzylinders (4) unter Druckwirkung verlötet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 639 313, 2 563 829, 850;
deutsche Patentschrift Nr. 921 511.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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