DE1102235B - Abdichtungen fuer Kabelkupplungen - Google Patents

Abdichtungen fuer Kabelkupplungen

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DE1102235B
DE1102235B DEM31929A DEM0031929A DE1102235B DE 1102235 B DE1102235 B DE 1102235B DE M31929 A DEM31929 A DE M31929A DE M0031929 A DEM0031929 A DE M0031929A DE 1102235 B DE1102235 B DE 1102235B
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Germany
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cable
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DEM31929A
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Charles M Hobson Jun
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46Bases; Cases
    • H01R13/52Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/523Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases for use under water

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Description

  • Abdichtungen für Kabelkupplungen Die Erfindung betrifft eine Abdichungsvorrichtung für Kabelkupplungen, besonders Abdichtungsvorrichtungen für die Stoßstellen der Kupplung zwischen zwei Kabellängen.
  • Bei Tiefbohrungen, z. B. in Ölfeldern, war es bisher üblich, die Bohrungen mit einem Bohrkopf mit einigen konischen Kronen durchzuführen, die an einem Drehkranz am Boden eines Bohrgestänges oder einigen miteinander in entsprechender Weise verbundenen Rohrstücken angeordnet sind. Das ganze Rohrgestänge wurde als Arbeitsgerät zum Drehen des Bohrkopfes mit dem Schneidwerkzeugen benutzt, um Boden, Feld oder anderes Material zu zerreiben und den Bohrschmand aus dem Wege zu räumen. Die zur Drehung der Rohre und zum Antrieb der Schneidwerkzeuge erforderliche Kraft wurde durch eine entsprechende mechanische Verbindung vom Antriebsmotor auf das obere Ende des Rohrgestänges übertragen.
  • Nach einem anderen vorgeschlagenen Bohrverfahren wurde der Antriebsmotor direkt über den Bohrspindeln der konischen Schneidwerkzeuge am unteren Ende des Rohrgestänges angeordnet. Die Stromversorgung des Motors erfolgte hierbei mittels eines durch das Rohrgestänge nach abwärts geführten Kabels. Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber bisher angewendeten Methoden besteht darin, daß nicht mehr das ganze Rohrgestänge gedreht werden muß; ferner ruht das Gewicht des gesamten Rohrgestänges auf den rotierenden Schneiden und unterstützt deren Wirkung durch zusätzlichen Druck bei der fortschreitenden Bohrarbeit. Wenn die Bohrung weiter abwärts fortschreitet, so werden nötigenfalls weitere Rohrstücke am oberen Ende des Rohrgestänges angefügt. In gleicher Weise wird eine Verlängerung des innerhalb des Rohrgestänges angeordneten Kabels durchgeführt.
  • Um zerkleinertes Erdreich oder Felsbrocken, die durch die konischen Schneiden des Bohrkopfes am Boden der Rohrgestänge entstehen, zu entfernen bzw. um Boden- oder Gesteinsproben nach oben zu bringen, bestand die bisher ausgeübte Praxis darin, einen kräftigen Wasserstrahl durch das Bohrgestänge nach abwärts bis an den Boden des Bohrloches zu führen, ihn durch Öffnungen an den Bohrschneiden austreten zu lassen und dann wieder nach aufwärts an den Bohrmund zu führen.
  • Die Trübe und das mitgeführte Material werden dann vom Bohrloch zwecks Prüfung und zu treffender Vorkehrungen weggeschafft. Eine Verkleidung umgibt das Bohrgestänge bis in die Tiefe des Bohrkopfes und sammelt den zurückflutenden Wasserstrom. Die Praxis der Beseitigung von Erdreich und Felsbrocken durch strömendes Wasser wird mit den vorgeschlagenen neuen Bohrverfahren in Einklang gebracht.
  • Der Flüssigkeitsstrom wird unter Druck in das Bohrsystem eingeführt, um den Rückfluß zum Bohrmund zu verstärken. Unter diesen Bedingungen entsteht hoher Druck am Boden des Bohrloches. Überdies erhöht sich die Temperatur der Flüssigkeit und des Schlammstromes auf wenigstens 120° C.
  • Die stromzuführenden Teile des Kabels sind von dem sich nach abwärts bewegenden Flüssigkeitsstrom an den Verbindungsstellen in entsprechender Weise zu isolieren. Besonders gut muß aber die Verbindungsstelle zwischen zwei aneinanderstoßenden Kabelstückenden gegen den abwärts geführten Wasserstrom abgedichtet sein, um den Zutritt von Waser zu verhindern, das zwangläufig zu einem Kurzschluß stromführender Teile des Kabels führen würde.
  • Die Anwesenheit strömenden Wassers unter hohem Druck an den Kabelverbindungsstellen und die starke Erwärmung desselben in den untersten Teilen des Bohrloches stellen ein wesentliches Problem bei der Entwicklung flüssigkeitsdichter Kupplungsverbindungen dar.
  • Weiterhin tritt durch den ständig an der Dichtungsvorrichtung vorbeiströmenden Schlammstrom ein starker Abrieb an den Verbindungsstellen ein. Dieser Beanspruchung muß die Dichtungskupplung widerstehen.
  • Eine geeignete Dichtung und Kupplung für solche Verwendungszwecke soll also in der Lage sein, den in größeren Tiefen herrschenden hydraulischen Drücken gegenüber dicht zu halten. Sie soll gleichzeitig gegen diese hohen Drücke und die auftretenden hohen Temperaturen widerstandsfähig sein, schließlich soll sie auch der hohen Abnutzungsbeanspruchung durch die entlang ihrer Oberfläche strömende Flüssigkeit gewachsen sein. Eine Abdichtung, die allen diesen besonderen Forderungen gerecht wird, ist gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer elastischen Hülse besteht, welche die Stoßstelle der Kabellängen beiderseits überdeckt und an ihren beiden Enden mit Außenteilen versehen ist, die ihrerseits wieder in solcher Weise zurückgebogen sind, daß gegen die Mitte der Abdichtung zu offene Ringkammern entstehen und daß ferner zwei an den Kabellängen angeordnete muffenförmige, starre Kappen je einen der besagten Außenteile der elastischen Hülse überdeckend und abstützend umgeben und deren einander zugekehrteEnden einen solchenAbstand voneinander haben, daß das unter Druck stehende Wasser in die Ringkammern eindringen kann.
  • Die auf Grund ihrer Elastizität druckempfindlichen Bauteile sprechen auf den Druck der an den Kabelflächen entlangströmenden Flüssigkeit an. Der auf diese Weise durch die Strömung herbeigeführte hydraulische Druck wirkt auf die beiden am Ende der Abdichtung vorgesehenen druckempfindlichen Kammern in der Weise, daß eine geringfügige Streckung und damit eine Verkleinerung des Durchmessers der Hülse erfolgt. Dadurch wird der Druck der Hülse gegen die angepaßten Oberflächen der Kabellängen erhöht und eine gute und befriedigende Dichtung erzielt.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abdichtung wird der Wasserdruck selbst zur Dichtung ausgenutzt. Dies ist von besonderer Bedeutung deshalb, da der Wasserdruck mit zunehmender Tiefe des Bohrloches ansteigt und eine selbsttätige Einstellung der Dichtung auf den jeweiligen Wasserdruck überhaupt erst die Gewähr dafür gibt, daß tatsächlich eine einwandfreie Dichtung erzielt wird. Die starken Beanspruchungen, denen die Abdichtung ausgesetzt ist, fordern ein entsprechend widerstandsfähiges Material besonders für die zylindrische Hülse, die über die Enden der Kabellängen geschoben wird. Als sehr geeignet erweisen sich für diesen Zweck Fluorkunststoffe, wie Polytetrafluoräthylen. Diese besitzen nämlich ein ausgezeichnetes elektrisches Isoliervermögen und zum andern große Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen, ferner sind sie elastisch und biegsam.
  • Die Bauteile der Abdichtung, für die solches Material in Frage kommt, kann man entweder dadurch herstellen, daß man den pulverförmigen Fluorkunststoff verpreßt und sintert oder aus bereits vorgeformten Stücken herausschneidet.
  • Wird der Bauteil aus Kunststoffpulver gepreßt, dann wird nach dem Pressen zur Sinterung auf etwa 390° C erhitzt, und zwar so lange, bis die vollständige Härtung des Formlings erfolgt ist. Nach der Sinterung läßt man den Formling auf Raumtemperatur abkühlen. Der auf diese Weise hergestellte Formling läßt sich dann ohne weiteres auf etwa 260° C erhitzen ohne Verlust seiner Form oder seiner Eigenschaften. Wenn die Fluorkunststoffe in ihrer Elastizität und Biegsamkeit zwar auch begrenzt sind, so reichen sie doch für den vorliegenden Fall aus. Diese Eigenschaften behält der Formling bei den üblichen Betriebstemperaturen auch bei.
  • Der Kunststofformling behält seine Struktur und Gestalt selbst bei den auftretenden hohen Drücken bei. Wegen seiner leichten V erformbarkeit verändert er zwar sein Volumen, aber nur soweit als erforderlich, entsprechend diesen Drücken. Diese geringen Veränderungen der Ausmaße bewirken ihrerseits einen verstärkten Kontaktdruck gegen die von der Abdichtung umfaßten Kabelflächen. Hierdurch wird eine ausreichende Dichtung erzielt. Die Abdichtung wird weder durch den Einfluß der Temperatur, noch durch den Einfluß von Temperatur und Druck in ihren Ausmaßen dauernd verändert, wie das bei vielen anderen Kunststoffen der Fall ist.
  • Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abdichtung wird an Hand der Zeichnung nachstehend erläutert.
  • Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch ein ins Erdreich vorgetriebenes Bohrloch und zeigt schematisch das Bohrgestänge mit der Verkleidung, das im Gestänge angeordnete Kabel und die durch die Abdichtung geschützten Kabelverbindungen; Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt durch die Verbindungsstelle zweier aneinanderstoßender Kabellängen zwecks Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung der Abdichtung; Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen Kabelabdichtung mit Darstellung der Einzelheiten. Nach Fig. 1 wird ein Bohrloch 10 von der Oberfläche 16 des Erdreiches 11 aus vorgetrieben. Es wird so weit gemacht, daß ein Rohr 12 zwecks Auskleidung des Bohrloches eingeführt werden kann, das gegebenenfalls dann zur Förderung des Öls von der Lagerstätte verwendet wird. Das Bohren besteht darin, daß das am Böden des Bohrloches 13 befindliche Material -Erdreich oder Fels - mit dem Fortschreiten der Bohrung herausgeschnitten wird, wozu eine Anzahl von Schneidwerkzeugen (Bohrmeißel) 14 verwendet wird. Diese Bohrmeißel sind am unteren Ende des Bohr-oder Rohrgestänges 15 angeordnet. Dieses Bohrgestänge erstreckt sich durch das gesamte Bohrloch von der Erdoberfläche bis zum Boden des Bohrloches, wo der Bohrvorgang vor sich geht.
  • Die Schneidvorrichtungen 14 sind gewöhnlich als Konusse vorgesehen, deren rotierende Flächen an ihrem Umfang mit Schneidzähnen ausgestattet sind. Die Kraft zum Antrieb der Schneidwerkzeuge 14 wird durch einen am Rohrgestänge 15 angeordneten Motor 17 den ersteren direkt zugeführt. Die elektrische Energie wird dem Motor 17 durch das aus einzelnen Stücken 19 zusammengesetzte Kabel 18 zugeführt. Beim Fortschreiten der Bohrung auf größere Tiefen werden gegebenenfalls zusätzliche Kabelstücke 19 angefügt.
  • Beim Bohrvorgang werden die am Motor angeordneten Bohrschneiden mit Wasser gespült. Um die Schneidzähne von dem beim Bohren anfallenden Bohrschmand frei zu halten, wird eine Wasserspülung durchgeführt, wobei das fließende Wasser durch das Rohrgestänge nach abwärts gedrückt und die mit Schlamm beladene Spülung durch die Schneidwerkzeuge geleitet wird, wobei sie das den Zähnen anhaftende zerkleinerte Material mitnimmt.
  • Beim Arbeiten tritt ein verhältnismäßig hoher Druck von etwa 700 bis 1050 kg/cm' und eine verhältnismäßig hohe Temperatur von etwa 120° C auf.
  • Wie in Fig.2 schematisch dargestellt ist, werden zwei Kabellängen 21 und 22 an der Verbindungsstelle 23 durch eine entsprechende mechanische Kupplung zusammengehalten, die gegen das unter Druck stehende, Kabel und Kupplung umgebende Wasser vollständig abgedichtet ist.
  • Erfindungsgemäß ist eine derartige Abdichtung 30 vorgesehen, welche die Kabelstoßstelle 23 zwischen zwei Kabellängen überdeckt und sich über einen kleinen Bereich jedes der beiden Kabellängen 21 und 22 erstreckt.
  • Wegen der auftretenden, bis auf 700 bis 1050 kg/cm' steigenden Drücke muß die Abdichtungsvorrichtung derartigen hohen Drücken nicht nur gewachsen sein, sondern diese hohen Drücke auch gleichzeitig in geeigneter Weise verwerten.
  • Nach der beispielsweisen Zeichnung besteht die Abdichtungsvorrichtung30 aus einer zylindrischen, elastischen Hülse 31 und zwei zurückgebogenen Außenteilen 32 und 33. Die Hülse 31 ist an beiden Enden offen und hat auf ihrer ganzen Länge den gleichen Durchmesser. Die beiden Außenteile 32 und 33 sind mit der Hülse unlösbar an den gegenüberliegenden Enden verbunden. Die beiden zurückgebogenenAußenteile 32 und 33 sind andererseits in einem gewissen Abstand zu der Hülse 31 angeordnet, so daß zwei Ringkammern 34 und 35 entstehen. An den beiden gegenüberliegenden Enden der Hülse sind schräge Flächen 36 und 36 a für den nachfolgend beschriebenen Zweck vorgesehen. Die inneren Begrenzungskanten 32 a und 33a der zurückgebogenen Außenteile 32 und 33 sind so einander gegenüberstehend und nahe angeordnet, daß eine ringförmige Öffnung 37 gebildet wird und Wasser aus der Spülung des Bohrgestänges 15 in die beiden Ringkammern 34 und 35 unterhalb der zurückgebogenen Außenteile 32 und 33 eintreten kann.
  • Um die Leistung der Abdichtung 30 möglichst zu steigern, sind an jeder Kabellänge muffenförmige, starre Kappen 38 und 39 an jedem der beiden Enden vorgesehen. Diese Kappen sind konzentrisch um die Kabellängen angeordnet, und jede Kappenwandung ist im radialen Abstand zur äußeren Kabelbegrenzungsfläche vorgesehen, mit Ausnahme der inneren Endflächen der Kappe 40, wo die Kappe nach innen zu abgeschrägt und an der entsprechenden Kabellänge fest verankert ist Wird eine Verbindung zweier Kabellängen hergestellt, so stehen sich die beiden Kappen gegenüber und bilden eine Tasche 41 zur Aufnahme der Abdichtung 30. Kappen und Abdichtungen sind derart bemessen, daß die Abdichtung 30 genau in der Tasche 41 eingepaßt ist und die Außenteile 32 und 33 der Abdichtung 30 über ihre gesamte Länge durch die Begrenzungsfläche der Kappen 38 und 39 abgestützt werden. Die abgeschrägten Endflächen 36 und 36a der Abdichtung sind vorzugsweise derart geformt, daß sie locker an den Kappen 40 sitzen, damit die Abdichtung gegebenenfalls nur einer geringfügigen Verformung ausgesetzt wird: Die einander gegenüberliegenden Begrenzungskanten 38a und 39a. sind voneinander durch einen ringförmig verlaufenden Zwischenraum 43 getrennt, der auf der gleichen Achse angeordnet ist wie die entsprechende Öffnung 37 der Abdichtungsvorrichtung, so daß das Wasser unbehindert in die Druckkammern der Abdichtungsvorrichtung eintreten kann.
  • Die Wirkungsweise der Abdichtung 30 soll nachfolgend beschrieben werden: Die Abdichtung ist während des Bohrens bei abwärts strömender Spülung des Bohrgestänges 15 vom Wasser bedeckt. Das Wasser tritt in die beiden Ringkammern 34 und 35 ein, und der Wasserdruck trachtet die Hülse 31 der Abdichtung 30 zu strecken. Die in der Hülse 31 der Abdichtung 30 auftretenden Zugkräfte suchen den tatsächlichen Durchmesser der zylindrischen Hülse 31 zu verkleinern. Infolgedessen wird dieHülse ihren ursprünglichen Druck auf die beiden von ihr umfaßten Kabellängen 21 und 22 vergrößern. Wenn sich der hydraulische Druck der entlangströmenden Spülung steigert, wird die auf die Abdichtung 30 ausgeübte Zugkraft entsprechend zunehmen, was eine entsprechende Steigerung des seitens der Hülse 31 der Abdichtung ausgeübten Druckes gegen die Flächen der beiden zu verbindenden Kabellängen zur Folge hat. Das zulässige Ausmaß der Streckung wird dadurch gering gehalten, daß die Abdichtung die Tasche zwischen den beiden Kappen fast ausfüllt. Die beiden zurückgezogenen Außenteile 32 und 33 sollen einen etwas größeren Abstand ihrer Kanten als die Kappenkanten aufweisen, so daß die zurückgebogenen Kanten 32 a und 33 a etwas gegen die ihnen anliegenden Kappenränder zurückversetzt sind.
  • Gleichzeitig preßt der in den beiden Ringkammern34 und 35 der Abdichtung auftretende Druck die beiden zurückgebogenen Außenteile 32 und 33 radial nach außen gegen die Innenflächen der beiden Kappen 38 und 39. Auf diese Weise arbeitet die gesamte äußere Fläche der Abdichtung als Druckdichtung. Diese Außenfläche besteht aus der gesamten Innenfläche 45 der Hülse 31 der Abdichtung und den gesamten äußeren Begrenzungsflächen 46 und 47 der beiden zurückgebogenen Außenteile 32 und 33.
  • Sind die beiden Kabellängen mechanisch, z. B. durch eine Bajonettkupplung, deren Einzelheiten hier nicht beschrieben werden sollen, gekuppelt, so wird die Abdichtung in die eine Kappe geschoben und umfaßt dann das entsprechende Kabellängenende. Da das als Material für die Kappen z. B. verwendete Polytetrafluoräthylen im Endzustand die Fähigkeit der Selbstschmierung besitzt, lassen sich das zweite Kabelende und die zugehörige Kappe leicht über das freie Ende der Abdichtung schieben, was dann eine mechanische Kupplung der beiden Kabelenden ermöglicht, wie in Fig. 3 dargestellt.
  • Beispielsweise wurde auf Poly tetrafluoräthylen Bezug genommen, aber die Erfindung umfaßt ebenso die Verwendung jedes beliebigen Fluorkunststoffes, soweit deren anwendbarer Temperaturbereich die erfindungsgemäße Verwendung gestattet.
  • Die Abdichtung, die innerhalb der durch zwei Kappen geformten Tasche angeordnet ist, kann als ein druckabhängiger Ballon betrachtet werden. Dieser stützt sich zunächst selbst ab und füllt dann nach Eintritt einer unter Druck stehenden Flüssigkeit die Tasche auskleidend aus, wodurch er zu einer innigen Berührung seiner Oberfläche mit der ihn umschließenden Begrenzungsfläche der Tasche einschließlich der Kabeloberflächen und der inneren Begrenzungsflächen der Kappen gezwungen wird.
  • Der gesamte auf die Innenfläche der Abdichtung ausgeübte Druck führt eine vollständige Dichtung mit den Kabeloberflächen und den inneren Kappenflächen herbei. Der umgebende hydraulische Druck sucht eine Undichtigkeit an der ringförmigen Begrenzungskante dort, wo die beiden nach innen umgebogenen Begrenzungskanten 32a und 33a an den inneren Kappenflächen eingreifen, herbeizuführen. Der gesamte abdichtend wirkende Druck in diesem Bereich ist jedoch erheblich größer als der auf die umgebogenen Begrenzungskanten ausgeübte Druck, so daß tatsächlich eine wirksame hermetische Abdichtung bei allen auftretenden Drücken hergestellt und aufrechterhalten wird, da auf einen beträchtlichen Teil der Tasche ein ursprünglicher konstanter Druck, der auf das Vorhandensein der Abdichtung zurückzuführen ist, ausgeübt wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Abdichtungen für Kabelkupplungen, insbesondere für unter Wasser stehende Kupplungen, gekennzeichnet durch eine eine Kabelstoßstelle (23) beiderseits überdeckende, eng anliegende elastische Hülse (31), welche an beiden Enden mit derart zurückgebogenen Außenteilen (32, 33) versehen ist, daß gegen die Mitte zu offene Ringkammern (34,35) entstehen, sowie durch zwei an den Kabellängen (21, 22) angeordnete muffenförmige starre Kappen (38, 39), von denen jede ein Außenteil (32 bzw. 33) der elastischen Hülse (31) überdeckend und abstützend umgibt und deren einander zugekehrte Enden einen Abstand voneinander besitzen, so daß das unter Druck stehende Wasser in die von der Hülse (31) und seinen Außenteilen (32, 33) gebildeten Ringkammern (34, 35) eindringen kann.
  2. 2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Enden der elastischen Hülse (31) sich die Außenteile (32, 33) über schräge äußere Flächen (36, 36a) anschließen und daß die muffenförmigen Kappen (38, 39) an den Übergangsstellen vom engeren in den erweiterten Teil entsprechend schräge Innenflächen besitzen, gegen die die äußeren Flächen (36, 36 a) der elastischen Hülse zur Anlage kommen.
  3. 3. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hülse (31) mit ihren Außenteilen (32, 33) aus Fluorkunststoff oder Polytetrafluoräthylen hergestellt ist.
DEM31929A 1956-09-18 1956-10-02 Abdichtungen fuer Kabelkupplungen Pending DE1102235B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2910905A1 (de) * 1979-03-20 1980-10-02 Peter Aschober Fluiddichte elektrische steckverbindungseinheit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2910905A1 (de) * 1979-03-20 1980-10-02 Peter Aschober Fluiddichte elektrische steckverbindungseinheit

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FR1158045A (fr) 1958-06-06

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