DE2247755A1 - Steckverbindung - Google Patents
SteckverbindungInfo
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Description
PATP1TANVVALT
8 MOnchen'21 - Gctthardstr. 81
8 MOnchen'21 - Gctthardstr. 81
Telefon 5Λ 17 62
7195 - V
THOMSON. - CSF Paris 8eme, Boulevard Haussmann 173 (Frankreich)
„Steckverbindung"
Priorität vom 1. Oktober 1971 aus der französischen Patentanmeldung 71/35 487
Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung zur übertragung
elektrischer Energie oder elektrischer Signale oder beider und zwar von einem ersten Kreis zu einem zweiten Kreis, mit
einer Primärwicklung, die mit einem ersten Kreis verbunden ist und einer Sekundärwicklung, die mit einem zweiten Kreis verbunden
Hierbei handelt es sich um eine elektrische Anschlußvorrichtung im weitesten Sinne, die zur Verbindung der zwei betroffenen
Kreise dient. Erfindungsgemäß sollen die beiden Kreise verbunden bzw. getrennt werden können sowie die elektrische Energie
und/oder die elektrischen Signale bei Anschlußstellung der Steckverbindung zufriedenstellend übertragen werden können.
Es ist davon auszugehen,, daß sich die Erfindung nicht
unbedingt hierauf beschränkt, sondern daß diese insbesondere auf die Probleme der im Salzwasser arbeitenden Schaltungen ausgerichtet
ist» Die unter Wasser arbeitenden elektrischen Steckverbindungen mit direktem metallischen Kontakt sind in hohem Maße der
Seewasserkorrosion ausgesetzt und bei wiederholten Bedienvorgängen nur bedingt zuverlässige
Darüber hinaus erfordern ihre jeweiligen Verbindungen eine so genaue Positionierung, daß. die Automatisierung dieses
In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung einer in der Einleitung näher bezeichneten Steckverbindung,
die ohne besondere Erfordernisse hinsichtlich der Positionierung beim Einstecken fernsteuerbar ist und die sich für einen
Betrieb im Salzwasser eignet.
Aus diesem Grunde wurde erfindungsgemäß auf einen direkten
metallischen Kontakt verzichtet, um bei Wechselstrom mit einer induktiven Verbindung arbeiten zu können, die ein bewegliches
Teil umfaßt und zwar nachdem festgestellt wurde, daß die Verbindung durch einen beweglichen kapazitiven Steckverbinder, der
ebenfalls hätte vorgesehen werden können, mit zu großen Schwierigkeiten verbunden gewesen wäre.
Genauer ausgedrückt handelt es sich somit um eine Steckverbindung zur übertragung elektrischer Energie und/oder
elektrischer Signale von einem Primärkreis zu einem Sekundärkreis und zwar mit einer Primärwicklung, die mit dem Primärkreis verbunden
ist und mit einer Sekundärwicklung, die mit dem Sekundärkreis verbunden ist, wobei diese Wicklungen untereinander durch Induktion
über eine Magnetkernschaltung mit Luftspalt gekoppelt sind. Erfindungsgemäß ist eine dieser Wicklungen auf eine Halterung montiert,
um axial mit ihrem einstückigen Magnetschaltungsteil zur anderen Wicklung mit ihrem einstückigen Magnetschaltungsteil verschoben
werden zu können und zwar unter der Einwirkung von Bewegungsorganen der Halterung und mit dem Ziel, jederzeit die elektrische
Verbindung bzw. Trennung auf induktivem Wege durch Einstekken bzw. Herausziehen der beiden Wicklungen in einem einzigen Arbeitsgang
und bei jeder Winkelstellung der Wicklungen gegenüber dieser Achse bewirken zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung diese
Steckverbindung mehrphasig, z.B. dreiphasig arbeitet, wobei die Primär- und Sekundärspulen in Schlitzen montiert sind, die sich in
Magnetblechen befinden und die elektrisch in der Art des Rotors und des Stators eines mehrphasigen Asynchron-Motors mit gewickeltem
Rotor angeschlossen sind.
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Die Steckverbindung dreht sich jedoch nicht, sondern arbeitet lediglich als Drehfeldtransformator, wobei darüber hinaus
Organe vorgesehen sind, die eine Relativdrehung der beiden Wicklungen verhindern. Die Energieübertragung innerhalb einer
Dreiphasenanordnung erweist sich als vorteilhaft, um am Ende des Sekundärkreises und von der Steckverbindung abgesetzt Asynchron-Motoren
zu speisen, die im Vergleich zu Kollektor-Motoren zuverlässiger arbeiten.
. Was die übertragung elektrischer Signale mit geringer Energie anlangt, so kann diese, wie später ausgeführt, auf eine
andere Weise erfolgen*
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer beispielhaften
Darstellung einer Anschlußvorrichtung näher beschrieben, bei der die übertragung einer bestimmten elektrischen Leistung
mit Dreiphasenanordnung einerseits und der elektrischer Signale mit Einphasenanordnung andererseits mit Hilfe jeweils übereinander
angeordneter Transformatorelemente erfolgt. Es zeigen:
- Figur 1 - eine Längsschnittdarstellung der Steckverbindung;
- Figur 2 - eine Querschnittdarstellung der gleichen Steckverbindung
entlang der Linie H-II der Figur 1;
- Figur 3 - eine Querschnittdarstellung der gleichen Steckverbindung
entlang der Linie HI-III der Figur 1 und
- Figur 4 - eine in einem anderen Maßstab dargestellte Variante
der in Figur 1 gezeigten Steckverbindung.
Wie bereits erwähnt wurde, umfaßt die hier dargestellte, erfindungsgemäße Steckverbindung einen Leistungstransformator A
und einen Fernmeßtransformator B, wobei es sich zwar um getrennte, jedoch im gleichen mechanischen Aufbau vereinte Bauelemente handelt,
deren gemeinsames verschiebbares Teil von einer Stange 1 gehalten wird, die wiederum selbst an einem Kabel la aufgehängt
ist. Dieses Kabel dient nicht nur als Halterung, sondern kann darüber hinaus die Fernsteuerungs- und Fernmeß-Signale sowie die
elektrische Leistung übertragen (die Wicklungsanschlüsse sind in der Figur nicht dargestellt).
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Was den Leistungstransformator A anlangt, so liegt dieser in Dreiphasenanordnung, indem ein praktisch zylInderförmiger
Transformator verwendet wird, dessen beide Teile, bewegliches als Primärelement und feststehendes als Sekundärelement, genau wie
der Rotor und der Stator eines Dreiphasen-Asynchron-Motors mit
Spulenwicklungen ausgerüstet sind.
Der Magnetkreis wird durch eine Aufeinanderstapelung isolierter Bleche 2 einer Stärke von vorzugsweise 0,3 mm gebildet.
Die Primär- und Sekundärwicklungen liegen als Spulen in Schlitzen 3, die entlang der Mantellinien des Zylinders verlaufen.
Die jeder Phase entsprechenden Leiter liegen jeweils in jedem dritten Schlitz. Die Gesamtzahl der Schlitze liegt in diesem
Beispiel bei zwölf.
Um in der Praxis das Einsetzen des beweglichen Teiles (Primärelement) in das feststehende Teil (Sekundärelement) zu
vereinfachen, besitzt der Luftspalt nicht die Form eines Zylinders,
sondern verläuft leicht konisch mit nach unten zu gerichteter Verjüngung.
Die Primärwicklungen 15 werden direkt aus dem 44O-V-Dreiphasennetz
mit u.E. 50 oder 60 Hz gespeist. Die Primärwicklungen lassen im Luftspalt ein radial drehendes Magnetfeld entstehen,
das praktisch senkrecht zur Längsachse X-X verläuft, das in den Sekundärwicklungen 16, die in der gleichen Weise wie die
Primärwicklungen bespult sind, elektromotorische Kräfte induziert,
wodurch ein dem Netz vergleichbares, ausgeglichenes Dreiphasensystem aufgebaut wird.
Hierbei ist zu bemerken, daß ein solcher Transformator ebenfalls zur Abänderung der Form verwendet werden könnte, unter
der die elektrische Energie anfällt. Um ein ausgeglichenes Dreiphasensystem zu erhalten, ist es somit Voraussetzung, daß die
Wicklung des Sekundärelements mit der des Primärelements vergleichbar ist (gleiche Anzahl der Schlitze), wobei es jedoch demgegenüber
nicht erforderlich ist, daß das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen gleich eins ist. Das Transformationsverhältnis kann in der Form gewählt werden, daß die Sekundärspan-
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ii >\ "' ■
nung einen Wert annimmt, der der Weiterverwendung am besten entspricht
(so läßt sich beispielsweise eine Sekundärspannung von 24 V aus einer Primärspannung von 440 V ableiten)„ Auch kann eine
Sekundärwicklung hergestellt werden, die die doppelte Schlitzzahl
der Primärwicklung aufweist und somit eine Wicklung gebildet werden, nach der sich eine sechsphasige Sekundärspannung ergibt; dieser
Umstand kann sich dann als vorteilhaft erweisen, wenn diese Spannung anschließend gleichgerichtet werden muß, um beispielsweise
Batterien zu laden und zwar darauf zurückzuführen, daß die Restwelligkeit bei einer sechsphasigen Spannung geringer als bei
einer dreiphasigen Spannung ist.
Um den direkten Kontakt der Magnetbleche mit Salzwasser zu vermeiden, sind diese an den beiden Teilen des Transformators
mit einer Schutzschicht 4 versehen» Der Magnetkreis wird somit durch einen Luftspalt von mehreren Millimetern, zuzüglich des etwaig
vorhandenen Salzwasserrestes, getrennt» Hierbei ist davon auszugehen,
daß die Leistungsübertragung mit einem unter der Einheit liegenden Leistungsfaktor erfolgt» Wird am Sekundärelement eine
Dauerleistung von 0,5 kW und eine Leistung von 2 kW während kurzer
Zeitabschnitte gewünscht, so ist der Transformator größer zu bemessen,
damit die am Primärelement verfügbare Leistung ständig zum Ausgleich von Verlusten ausreicht«
Demgegenüber ist zu bemerken, daß der Wirkungsgrad mit
der Leistung zunimmt, da bei einer Vergrößerung der Abmessungen des Magnetkreises der Luftspalt praktisch konstant bleibt»
Innerhalb des dargestellten Ausführungsbeispieles ging man davon aus, gleichzeitig mit der Leistung Signale zu übertragen, die von denen getrennt sind, die die elektrische Kraftenergie
befördern und wesentlich höhere Frequenzen aufweisen (einige Kilohertz anstelle von 50 bis 60 Hz)» Die beiden entsprechenden Anschlußvorrichtungen
sind hier in einer einzigen kombiniert, wobei die gleiche Halterung 1 die verschiebbaren Teile der beiden Vorrichtungen
bzw. Einzeltransformatoren hält, wobei jedoch vorteilhafterweise Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, daß
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BAD ORIGINAL
sich von den Leistungsschaltungen herrührende Störsignale mit den Fernsteuerungs- und Fernmeß-Signalen vermischen. Hierzu verlaufen
die Ebenen der die jeweiligen Wicklungen der beiden Transformatoren bildenden Windungen praktisch senkrecht zueinander. Während
die Primär- und Sekundärwicklungen des Leistungstransformators in der Art des Rotors und des Stators eines Dreiphasen-Asynchron-Motors
aufgebaut sind und senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung ein radiales Drehfeld liefern, arbeitet der andere Wicklungssatz,
der dem Transformator für die Fernsteuerungs- und Fernmeß-Signale entspricht und senkrecht zur Achse verläuft, einphasig und liefert
ein feststehendes Feld.
Für diesen letzten Satz und damit für Signale innerhalb des Frequenzbandes von 1 bis 10 kHz kann der Kern des Transformators
aus einer bestimmten Anzahl von einzelnen Standard-C-Schaltungen hergestellt werden, die radial ausgerichtet und nebeneinander
angeordnet sind und aus Magnetblechen hoher Permeabilität (Mumetall)
einer Stärke von etwa 0,05 ram oder aus Ferrit bestehen; um diese magnetischen Teile sind die entsprechenden Wicklungen 13
und 14 in Form eines Ringes mit der Achse X-X angeordnet.
Der Fernsteuerungs- und Fernmeß-Schaltung kann darüber
hinaus ein Hochpaßfilter zugeordnet werden, das Signale einer Frequenz
unter 1000 Hz aussiebt, wobei dieses (nicht dargestellte) Filter in die erfindungsgemäß aufgebaute Steckverbindung eingebaut
werden kann.
Es ist darauf hinzuweisen, daß sich die Impedanz der Primärwicklung des Fernmeßtransformators rasch in Abhängigkeit
von der Lage der Primärwicklung gegenüber der Sekundärwicklung (Eindringen des beweglichen Teiles) ändert. Unter Zuhilfenahme
eines Impedanzmeßgerätes kann dieser Umstand ohne weiteres dahingehend ausgewertet werden, von außen zu prüfen, ob der verschiebbare
Teil ordnungsgemäß eingedrungen ist.
Die Anordnung der beiden Teile der Steckverbindung kann gegenüber der dargestellten Form auch umgekehrt werden
(Steckerteil feststehend und Hülsenteil beweglich). Diese Lösung erscheint jedoch weniger vorteilhaft, da der bewegliche Teil ei-
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nen größeren Umfang und eine größere Trägheit aufweisen würde, wodurch,
wahrscheinlich die Bedienvorgänge erschwert würden. Auch könnte der Fernmeßtransformator unter dem Leistungstransformator
angeordnet werden.
Die Magnetkreise und die Wicklungen sind mit Epoxydharz beschichtet. Darüber hinaus besitzen die beiden Teile der Vorrichtung
einen Neopren-überzug 4 einer Stärke von etwa 2 mm, wodurch
ein Schutz gegenüber Korrosion und eine gewisse Vibrationsdämpfung
gewährleistet wird.
Handelt es sich nur um eine geringe Abweichung in der
Ausrichtung { f± 15 ■ naa} , so reicht die konische Form des Luftspaltes
aus, um die Führung des beweglichen Teiles während des Einsteckvorgangs sichersusteilen. In den Fällen, in denen der Ausrichtungsfehler 150 mm erreichen kann, ist es erforderlich, das Hülsenteil
mit einem Führungskonus 7 auszurüsten, dessen Öffnung einen Durchmesser von etwa 560 ram aufweist (Figur 4). In dieser Figur
ist mit einer gestrichelten Linie die Stellung des beweglichen Teiles dargestellt, wenn sich dieses nicht genau in der Achse befindet
Um für die praktische Ausführung von konkreten Werten
ausgehen zu können, kann das Gewicht des beweglichen Teiles mit annähernd 100 kg und das des feststehenden Teiles mit etwa 400 kg
angenommen werden.
Hierbei ist zu bemerken, daß die Achse des beweglichen Teiles freiliegt; dieser Umstand könnte gegebenenfalls dahingehend
ausgenutzt werden, eine Seilführung von der Oberfläche aus vorzusehen.
Aus der Darstellung der Figur 4 ist ebenfalls zu entnehmen, daß gegebenenfalls eine Membran 8 vorgesehen wird, deren Aufgabe
darin besteht, ein Absetzen von Schmutzteilchen zu verhindern? weiterhin kann ein Aufnahmebehälter für biologische Ablagerungen
und ein Behälter für ein Schutzmittel gegen Bewuchs mit einer Balgdüse 10 vorgesehen werden, wodurch ein Ausdrücken des Wassers
durch Einführung des beweglichen Teiles während der Abwärtsbewegung in das feststehende Teil ermöglicht wird,
' . Da die Wicklung des Leistungstransformators einem Asyn-
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— α —
chron-Motor entspricht, entsteht ein von der Lastimpedanz abhängiges
Kraftmoment, das das Bestreben zeigt, das bewegliche Teil gegenüber
dem feststehenden Teil zu drehen. Um jede Gefahr einer Drehbewegung ausschließen zu können, ist ein einfaches Verankerungssystem
5 vorgesehen, das beispielsweise mit Halteklauen ausgerüstet ist.
Das feststehende und das bewegliche Teil ist jeweils mit einem Kabelabschnitt (Primärelement la bzw. Sekundärelement 6)
ausgerüstet, der fünf Leiter besitzt (3 für Leistungsübertragung und 2 für die Fernmeß- und Fernsteuerungs-Informationen), dessen
Länge einige Meter erreichen kann und in Abhängigkeit von den Installationsbedingungen
bestimmt wird. Das Ende dieses Kabels wird mit einer Steckverbindung ausgerüstet, die an der Oberfläche den
Anschluß des restlichen Systems ermöglicht. Um eine Dichtheit zu gewährleisten, wird diese Steckverbindung vor dem Absenken vergossen.
Das Herstellungsverfahren für Magnetkreise aus isolierten Blechen ist von der Herstellung von Motorgehäusen her bekannt.
Diese Konstruktionsart bietet den Vorteil einer hohen mechanischen Robustheit, die unter Verwendung von ferritartigen Materialien
nicht erreicht werden könnte.
Die mit dem Meerwasser in Verbindung stehenden Oberflächen
sind mit Neopren der in der Marine verwendeten Art beschichtet, das mit einem anwuchsverhindernden Zusatz versetzt ist, der
einen Schutz vor Korrosion und Meeresorganismen bietet. Darüber hinaus können verschiedene Verfahren benutzt werden, um einen zusätzlichen
Schutz der Wandungen des Luftspalts (feststehender Teil) gegenüber biologischen Ablagerungen während der Trennungsperioden zu gewährleisten (Abschluß durch eine Membran, Füllung
mit einer nicht mischbaren Flüssigkeit mit einer Dichte, die über der des Meerwassers liegt, Behälter für einen anwuchsverhindernden
Zusatz).
Die Vorrichtung ist völlig statisch und umfaßt kein aktives elektronisches Bauelement. Darüber hinaus ist der Leistungstransformator in der Form überdimensioniert, daß die Verluste zu
keiner überhöhten Aufheizung, auch nicht örtlich begrenzten, füh-
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ren (eine Erwärmung von etwa IQ Grad nach einem Betrieb von einigen
Minuten bei maximaler Leistung ist zulässig). Unter diesen Voraussetzungen ist die Lebensdauer der Steckverbindung nicht
durch. Ausfälle elektrischer Natur begrenzt.
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Claims (1)
- PATEiJTAN1-.ALT . . .ßMünchenai-Gotthardstr.eiTeififnn Ε·Λ 17 62 7195 —THOMSON - CSF Paris 84me, Boulevard Haussmann 173 (Frankreich)Patentansprüche;Steckverbindung zur übertragung elektrischer Energie pder elektrischer Signale oder beider und zwar von einem ersten Kreis zu einem zweiten Kreis, mit einer Primärwicklung, die mit einem ersten Kreis verbunden ist und einer Sekundärwicklung, die mit einem zweiten Kreis verbunden ist, wobei diese Wicklungen untereinander durch Induktion über eine Magnetschaltung mit Luftspalt gekoppelt sind und eine dieser Wicklungen auf eine Halterung montiert ist, um axial mit ihrem einstückigen Magnetschaltungsteil zur anderen Wicklung mit ihrem einstückigen Magnetschaltungsteil verschoben werden zu können und zwar um jederzeit die elektrische Verbindung bzw. Trennung auf.induktivem Wege durch Einstecken oder Herausziehen der beiden Wicklungen in einem einzigen Arbeitsgang und bei jeder Winkelstellung der Wicklungen gegenüber dieser Achse bewirken zu können, dadurch gekennzeichnet, daß diese Steckverbindung mehrphasig, z.B. dreiphasig arbeitet, wobei die Primär- und Sekundärspulen (15/16) in Schlitzen (3) montiert sind, die sich in Magnetblechen (2) befinden, die lotrecht zur Achse der Halterung (1) stehen und elektrisch in der Art eines Rotors und eines Stators eines mehrphasigen Asynchron-Motors angeschlossen sind, ferner dadurch gekennzeichnet, daß diese Steckverbindung mit einer als Anschlag ausgebildeten Auflage versehen ist, die eine Drehung des feststehenden Teiles gegenüber dem beweglichen Teil verhindert.3098U/0922- 4T-Steckverbindung nach Anspruch 1 zur gleichzeitigen übertragung einer elektrischen Energie mit einer bestimmten Leistung und von elektrischen Signalen schwacher Ströme, dadurch gekennzeichnet., daß sich die jeweiligen Kreise zur übertragung elektrischer Energie und von Signalen schwacher Ströme unterscheiden, wobei die Steckverbindung zwei übereinander angeord nete Sätze von mit entsprechenden Kreisen verbundenen Wicklungen umfaßt und daß die beweglichen Teile der Wicklungen mit ihrem entsprechenden Magnetkern auf die gleiche verschieb bare Auflage montiert sind, daß der zur übertragung elektrischer Schwachstrom-Signale bestimmte Wicklungssatz seinem Aufbau nach einem Einphasenbetrieb entspricht und ein feststehendes Feld erzeugt und daß die Ebenen der die jeweiligen Wicklungen beider Sätze bildenden Windungen praktisch senkrecht zueinander stehen.Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der beweglichen Halterung und der feststehenden Halterung durch Hubvorrichtungen erfolgt.Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die einen feststehenden und einen beweglichen Teil umfaßt, der über Huborgane betätigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche des beweglichen Teiles entsprechend ver jüngt ist, um die Einführung des ferngesteuerten beweglichen Teiles in das Innere des feststehenden Teiles zu vereinfachen.Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die einen feststehenden und einen beweglichen Teil umfaßt, der über Huborgane betätigt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Teil mit äußeren Führungsorganen (7) versehen ist, die die Einführung des ferngesteuerten beweglichen Teiles in das feststehende Teil vereinfachen.Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, für einen Einsatz in Seewasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkreise einen Luftspalt umfassen, der aus einem gegebenenfalls mit Seewasser ausgefüllten Zwischenraum und einer Isolierschicht (4) z.B. aus Neopren besteht, das die Bleche vor einer Korrosion durch Seewasser schützt.309814/0922Leerseite
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