DE3146238C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Als Elektro-Zugseile ausgebildete Kabel erfüllen eine doppelte Funktion. Einerseits haben sie mechanische Zugkräfte zu übertragen, andererseits müssen elektrische Ströme zuverlässig geführt werden. Entsprechendes gilt auch für eine zum Einsatz bei einem als Elektro-Zugseil ausgebildeten Ka­ bel bestimmte und geeignete Verbindungsvorrichtung.

Die bekannte Verbindungsvorrichtung für ein als Elektro-Zugseil ausgebil­ detes Kabel, die zur Übertragung mechanischer Zugbeanspruchungen und elek­ trischer Ströme bestimmt und geeignet ist, von der die Erfindung ausgeht (DE-GM 18 91 468), weist ein gegen chemische und thermische Einflüsse so­ wie hydrostatischen Außendruck geschütztes Kabel auf, das in einen elek­ trischen Teil und einen mechanischen Teil unterteilt ist. Der mechanische, durch eine Drahtlage gebildete Teil dient der Aufnahme und Übertragung mechanischer Zugbeanspruchungen, der durch einen inneren Leiter gebildete elektrische Teil dient der Leitung elektrischen Stroms. Eine erhöhte Zug­ beanspruchung wird dadurch berücksichtigt, daß mehrere Drahtlagen über­ einander angeordnet sind. Der Querschnitt für eine vorgegebene Zugfestig­ keit und eine vorgegebene Leitfähigkeit ist bei dieser Verbindungsvorrich­ tung relativ groß.

Bei einer Verbindungsvorrichtung für ein selbsttragendes Telefonkabel (Bulletin Technique PTT, 9/1972, Seiten 373 bis 381) ist ebenfalls eine Funktionstrennung in unterschiedliche Bereiche verwirklicht, dient näm­ lich eine äußere Bewehrung der Aufnahme mechanischer Zugbeanspruchungen, während die elektrische Stromleitung über ein innenliegendes Adernbündel erfolgt. Auch bei dieser Verbindungsvorrichtung ist also der Querschnitt wegen der realisierten Funktionstrennung in mechanische und elektrische Funktion bei einer vorgegebenen Zugfestigkeit und einer vorgegebenen Leit­ fähigkeit relativ groß.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Verbindungsvor­ richtung so auszugestalten und weiterzubilden, daß für eine vorgegebene Zugfestigkeit und eine vorgegebene Leitfähigkeit ein möglichst geringer Querschnitt gewährleistet ist.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäß konstruierte Verbindungsvorrichtung erlaubt eine Kombination von mechanischer und elek­ trischer Funktion, so daß für eine vorgegebene Zugfestigkeit und eine vor­ gegebene Leitfähigkeit diese Verbindungsvorrichtung einen geringstmöglichen Querschnitt gewährleistet.

Für ein als Elektro-Zugseil ausgebildetes Kabel, das genau zwei zylindrische, koaxiale Metalldrahtbündel aufweist, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, beschreibt Anspruch 2 eine besonders zweckmäßige Verbindungsvorrich­ tung.

Eine besonders zweckmäßige Art der Verbindung des Endes jedes Metalldraht­ bündels mit dem Verbindungsleiter ist durch Anspruch 3 beschrieben, wäh­ rend Anspruch 4 eine besonders zweckmäßige weitere Ausgestaltung der Ver­ bindungsvorrichtung durch ein Verlängerungskabel beschreibt.

Schließlich ist es auch möglich, die mechanische Verbindung der Metall­ drahtbündel miteinander indirekt zu realisieren, wozu Anspruch 5 einen zweckmäßigen Vorschlag enthält.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbei­ spiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel eines als Elektro-Zugseil ausgebildeten Kabels und

Fig. 2 im Längsschnitt und in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Maßstab ei­ ne Verbindungsvorrichtung für ein Kabel gemäß Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Kabel 5 umfaßt von innen nach außen ein inneres Metalldrahtbündel 1, das z. B. von 7 Litzen zu je 19 Drähten aus verzinktem Stahl, aus rostfreiem Stahl oder aus Bronze gebildet wird, eine Isolier­ schicht 2 aus Kunststoff wie Polyäthylen, Polypropylen, PVC, Polyurethan, Polytetrafluoräthylen, usw., ein äußeres Metalldrahtbündel 3, das z. B. von 25 Litzen zu je 19 Metalldrähten wie vorstehend, aber mit geringerem Durchmesser gebildet wird, und einen äußeren Isoliermantel 4 aus Kunst­ stoff wie vorstehend. In dem dargestellten Fall sind die Querschnitts­ flächen der beiden Metalldrahtbündel 1, 3 gleich, so daß diese im wesent­ lichen dieselbe mechanische Zugfestigkeit und denselben Stromleitwert auf­ weisen. Die beiden Metalldrahtbündel 1, 3 werden vorzugsweise in gegen­ läufiger Schraubenform montiert, so daß eine auf das Kabel 5 einwirkende Zugbelastung nicht zu einem Torsionsmoment führt.

Soll das Kabel 5 im Boden versenkt werden, so wird der Isoliermantel 4 be­ sonders dicht ausgelegt. Soll das Kabel 5 im Meer eingetaucht werden, so kann das Kabel 5 auf das innere Metalldrahtbündel 1 und die Isolierschicht 2 begrenzt werden, da die elektrische Rückleitung durch das Meerwasser mit Hilfe von Abbrandelektroden erfolgen kann. Auch kann das innere Metalldraht­ bündel 1 wenigstens teilweise durch Einfachleiter, Koaxialkabel, Paarlei­ ter oder Vierfachleiter ersetzt werden, die in verschiedener Weise angeord­ net werden können.

Eine interessante Anordnung besteht darin, eine Zentrallitze 1 a durch ein Lichtleitkabel 1 b zu ersetzen, wie in Fig. 2 angedeutet worden ist. Das Lichtleitkabel 1 b kann eine oder mehrere optisch voneinander getrennte Fasern umfassen, welche jeweils eine Wendel bilden und frei im Inneren einer Ummantelung gleiten, um die Dehnungs- und Biegebeanspruchungen des gesamten Kabels 5 aufzunehmen. Ein derart ausgebildetes Kabel 5 mit Licht­ leitfaser 1 b im Zentrum kann bedeutende Zugbeanspruchungen und mechanische Belastungen bei gleichzeitiger Drallfreiheit aufnehmen und elektrischen Strom sowie Niederfrequenzinformationen über seine beiden Metalldrahtbün­ del 1, 3 sowie Niederfrequenz- und Hochfrequenzinformationen in beiden Rich­ tungen über seine axiale Lichtleitfaser 1 b übertragen.

Fig. 2 zeigt nun eine an einem Ende des Kabels 5 angeordnete Verbindungs­ vorrichtung zur Übertragung mechanischer Zugbeanspruchungen und elektrischer Ströme. Das Kabel 5 ist in ein Verankerungsstück 6 eingeführt, in dem es in der nachstehend beschriebenen Weise befestigt ist, um die Zugbelastun­ gen des Kabels 5 in eine Struktur abzuleiten. Aus dem Verankerungsstück 6 tritt am anderen Ende ein elektrisches oder opto-elektrisches Verlänge­ rungskabel 7 aus. Das Verankerungsstück 6 ist an der Struktur od. dgl. z. B. durch Verschraubung befestigt, und zwar unmittelbar oder, vorzugs­ weise, durch eine Gelenkverbindung mittels zweier Schrauben, die sich in diametral auf dem Verankerungsstück 6 angeordneten Aufnahmebohrungen 8 ab­ stützen, oder durch ein Kardangelenk.

Die in Fig. 2 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellte Verbin­ dungsvorrichtung zeigt zunächst die über eine gewisse Länge abisolierten Litzen bzw. Drähte der Metalldrahtbündel 1, 3, die im Verankerungsstück 6 durch Selbstklemmung befestigt sind. Dazu sind die Metalldrahtbündel 1, 3 zylindrisch und koaxial im Kabel 5 angeordnet und sind die Enden der Drähte bzw. Litzen der Metalldrahtbündel 1, 3 zwischen stromleitende Elemente 10, 12 in Form von Außenkegeln und Isolierstücke 9, 11 in Form von Innenkegeln ein­ geführt. Im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbei­ spiel eines Kabels 5 mit genau zwei zylindrischen, koaxialen Metalldraht­ bündeln 1, 3, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, weist die Verbin­ dungsvorrichtung, von außen nach innen, das mechanische Verankerungsstück 6, eine erste konische lsolierhülse 9, das Ende des abisolierten und kegelför­ mig aufgefächerten äußeren Metalldrahtbündels 3, eine stromleitende ko­ nische Hülse 10, eine zweite konische Isolierhülse 11, das Ende des eben­ falls abisolierten und kegelförmig aufgefächerten inneren Metalldrahtbün­ dels 1 und einen stromleitenden, von dem konischen Zentralteil 12 gebilde­ ten Kegel auf. Die erste konische Isolierhülse 9 ist vorzugsweise aus einem harten Kunststoff hergestellt, wobei die Kegelfläche geriffelt sein kann oder auch eine Einklebung erfolgen kann. Die stromleitende konische Hülse 10 besteht vorzugsweise aus Bronze. In die Hülse 10 ist die Isolierhülse 11 eingeführt, die ihrerseits wie die Isolierhülse 9 vorzugsweise aus hartem Kunststoff besteht. Der Sitz der zweiten konischen Isolierhülse 11 in der stromleitenden konischen Hülse 10 wird durch den Einpreßdruck gewährleistet, kann aber evtl. auch durch Klebung oder Riffelung der Innenfläche der Hül­ se 10 verbessert werden. Der vom konischen Zentralteil 12 gebildete Kegel kann ebenfalls vorzugsweise aus Bronze bestehen. Der vom Zentralteil 12 ge­ bildete Kegel kann einen axialen Kanal aufweisen, um entweder die zentrale Litze 1 a des Kabels 5 oder ein anstatt dessen vorgesehenes Lichtleitkabel 1 b hindurchtreten zu lassen. Im Falle einer metallischen Litze 1 a weist das als Kegel ausgebildete Zentralteil 12 einen oder mehrere Längsschlitze 13 zur Selbstklemmung der Litze 1 a auf.

Fig. 2 zeigt elektrische Verbindungsleiter 15, die an die entsprechenden stromleitenden Elemente 10, 12, also an die stromleitende konische Hülse 10 bzw. an das konische Zentralteil 12 angeschlossen sind und für eine Weiter­ leitung des elektrischen Stroms sorgen.

Eine elektrische Verbindung zwischen den Drähten bzw. den Litzen des Metall­ drahtbündels 1, 3 untereinander und zum Verbindungsleiter 15 hin läßt sich auch dadurch realisieren, daß am Ende jedes Metalldrahtbündels 1, 3 des Ka­ bels 5 ein Ring aufgequetscht oder aufgeschweißt ist, der diese elektrische Verbindung gewährleistet, an den nämlich der Verbindungsleiter 15 ange­ schlossen ist, wobei die aufgefächerten und hakenförmig umgelegten Drähte bzw. Litzen des Metalldrahtbündels 1, 3 zur mechanischen Verbindung des Ka­ bels 5 in einer mit dem Verankerungsstück 6 verbundenen Isoliermasse einge­ bettet sind.

Fig. 2 zeigt im übrigen, daß der oder die Verbindungsleiter 15 zu dem elek­ trischen Verlängerungskabel 7 gehören, das das Kabel 5 verlängert und me­ chanisch im Verankerungsstück 6 befestigt ist.

Die Anbringung eines Verankerungsstücks 6 am Ende des Kabels 5 erfolgt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel folgendermaßen:

Über die gewünschten Längen wird das Kabel 5 zunächst vom Isoliermantel 4 und von der Isolierschicht 2 befreit. Das Verankerungsstück 6 wird im Inne­ ren mit der Isolierhülse 9 versehen und anschließend auf das Ende des Ka­ bels 5 aufgeschoben. Die gesamte Anordnung wird in der in Fig. 2 ersicht­ lichen Weise vertikal gehalten, so daß das Verankerungsstück 6 einfach auf dem Isoliermantel 4 ruht.

Die Litzen des äußeren Metalldrahtbündels 3 werden in ein geeignetes Spe­ zialwerkzeug so eingehängt, daß bei vertikaler Zugbelastung jede Litze ein und derselben Spannung unterliegt. Die stromleitende konische Hülse 10 und die weitere Isolierhülse 11 werden im Verbund zwischen das äußere Metall­ drahtbündel 3 und das innere Metalldrahtbündel 1 eingesetzt und, ggf. unter Zwischensetzung eines Schlagrohrs, mit einem Hammer in das Innere des äuße­ ren Metalldrahtbündels 3 eingetrieben. Dadurch werden sie gegen die einen Innenkegel des Verankerungsstücks 6 bildende Innenfläche gedrückt. Anschlie­ ßend wird das weitere stromleitende Element in Form des konischen Zentral­ teils 12 in derselben Weise in das Innere des inneren Metalldrahtbündels 1 eingetrieben, wobei auch hier das zuvor erläuterte Spezialwerkzeug einge­ setzt wird. Das Spezialwerkzeug muß so gestaltet sein, daß die zentrale Litze 1 a bzw. ein Lichtleitkabel 1 b ohne weiteres durchtreten kann.

Zur elektrischen bzw. opto-elektrischen Verbindung werden die Litzen der Metalldrahtbündel 1, 3 in Höhe des Verankerungsstücks 6 gekappt und evtl. hervorstehende Enden werden mit Isolierschläuchen 14, z. B. aus schrumpf­ barem Kunststoff, isoliert. Beim Verlängerungskabel 7 kann es sich entwe­ der um ein vorhandenes Kabel mit isolierten Verbindungsleitern 15, Iso­ lierschläuchen 16, 18 und evtl. einem Zugmantel 17 handeln, oder um ein speziell bei der Montage hergestelltes, ähnliches Kabel handeln. Umfaßt das Kabel 5 ein Lichtleitkabel 1 b, so muß natürlich auch das Verlängerungs­ kabel 7 entsprechend ausgestaltet sein, es sei denn, das Lichtleitkabel 1 b wird direkt in einen Optokoppler eingeführt, der im Verankerungsstück 6 un­ tergebracht und z. B. an elektrische Leiter des Verlängerungskabels 7 an­ geschlossen ist.

Auf die Enden der zuvor isolierten Litzen der Metalldrahtbündel 1, 3 und der zuvor an den Enden abisolierten Verbindungsleiter 15 wird eine Isolier­ scheibe 20 und eine am Umfang isolierte, mit einem Absatz versehene Me­ tallscheibe 21, die eine entsprechende Anzahl von Bohrungen aufweisen, auf­ gesteckt.

Ein Teil der Verbindungsleiter 15 wird in am Rand der stromleitenden ko­ nischen Hülse 10 angebrachte Löcher eingelötet, während der andere Teil der Verbindungsleiter 15 in entsprechende Löcher im konischen Zentralteil 12 eingelötet werden, so daß einerseits zwischen dem inneren Metalldrahtbün­ del 1 des Kabels 5 und der entsprechenden Gruppe von Verbindungsleitern 15 des Verlängerungskabels 7, andererseits zwischen dem äußeren Metalldraht­ bündel 3 des Kabels 5 und den dazu entsprechenden Verbindungsleitern 15 des Verlängerungskabels 7 sehr geringe elektrische Übergangswiderstände ge­ währleistet sind.

Nach der in der zuvor erläuterten Weise hergestellten elektrischen Verbin­ dung wird in das Verankerungsstück 6 ein Verbindungsstück eingeschraubt, mit dem die Metallscheibe 21 mit dem Absatz gegen das Zentralteil 12 ge­ drückt wird. Dadurch wird gewährleistet, daß die verschiedenen Kegelelemen­ te sich unter der Einwirkung von Vibrationen nicht gegeneinander verschie­ ben und die vorhandenen Verbindungen sich lockern oder lösen. Damit die Me­ tallscheibe 21 sich beim Einschrauben des Verbindungsstücks 22 nicht unge­ wollt dreht, wird diese Scheibe entweder mit einem Zentralzapfen in Form ei­ nes Querstegs versehen, der in eine Nut des Zentralteils 12 eingreift, oder mit einem seitlichen Zapfen ausgestattet, der in eine in axialer Richtung im Innengewinde des Verankerungsstücks 6 liegenden Nut gleitet. Zur Abdich­ tung zwischen Verankerungsstück 6 und Verbindungsstück 22 ist eine ringför­ mige Dichtung 23 vorgesehen.

Ist ein Zugmantel 17 vorhanden, so kann dieser fest mit dem Verankerungs­ stück 6 verbunden werden. Dann, wenn der Zugmantel 17 als Drahtgeflecht aus­ geführt ist, können die Drähte des Geflechts einerseits zwischen einen Ring 24 und einen halbkreisförmigen Querschnitt, der einen Innenmantel 16 des Ver­ längerungskabels 7 umgibt, andererseits zwischen konischen Anlageflächen des Verbindungsstücks 22 und eines Preßstücks 25 eingeklemmt werden. Die Klemmkraft wird durch eine auf das Verbindungsstück 22 aufgeschraubte Mut­ ter 26 erzeugt.

Nach Abschluß der Montage der Verbindungsvorrichtung kann durch zwei Öff­ nungen 28 ein Klebstoff bzw. ein Isolierstoff in das Innere der Verbindungs­ vorrichtung eingespritzt werden, so daß sich im Inneren eine Isolierstoff­ füllung 27 bildet. Dadurch wird die mechanische Festigkeit verbessert, Dich­ tigkeit und Korrosionsschutz gewährleistet und ein Lockern der Schraubver­ bindungen verhindert.

An den Enden des Kabels 5 und des Verlängerungskabels 7 sind Kabeltüllen 29 aus biegsamem Kunststoff, beispielsweise aus Polyurethan, angeformt bzw. an­ gebracht, so daß die Dichtigkeit der Gesamtanordnung verbessert und über­ mäßige Biegungen des Kabels 5 und des Verlängerungskabels 7 verhindert werden.

Das Verlängerungskabel 7 ist an seinem anderen Ende mit einem elektrischen bzw. opto-elektrischen, ggf. abgedichteten Verbindungselement versehen, das den Anschluß an ein Gerät, Bauwerk oder Fahrzeug ermöglicht, das mechanisch mit dem mechanischen Verankerungsstück 6 verbunden ist.

Nicht dargestellt ist in der Zeichnung eine Verbindungstechnik, bei der die mechanische Verbindung der Metalldrahtbündel des Kabels miteinander indi­ rekt erfolgt und dazu das Kabel über eine große Länge umgebende, schrauben­ förmig vorgeformte Metalldrähte großen Durchmessers in dem Verankerungs­ stück durch Einklemmen zwischen der konischen Innenfläche des Verankerungs­ stücks und einem konischen Zentralteil befestigt sind.

Claims (5)

1. Verbindungsvorrichtung zur Übertragung mechanischer Zugbeanspruchungen und elektrischer Ströme, für ein als Elektro-Zugseil ausgebildetes Kabel mit an den Enden vorgesehenen Verankerungsstücken und elektrischen Verbin­ dungsleitern sowie einem oder mehreren gegeneinander elektrisch isolierten Metalldrahtbündeln, deren mechanische Verbindung durch Einklemmen der Enden der Metalldrähte oder Litzen zwischen die kegelförmige Innenfläche eines Verankerungsstücks und ein eingepreßtes konisches Zentralteil erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Metalldraht­ bündel (1, 3) zylindrisch und koaxial im Kabel (5) angeordnet ist bzw. sind, daß die Enden der Drähte oder Litzen der Metalldrahtbündel (1, 3) zwischen stromleitende Elemente (10, 12) in Form von Außenkegeln und Isolierstücke (9, 11) in Form von Innenkegeln eingeführt sind und daß die entsprechenden elektri­ schen Verbindungsleiter (15) an die entsprechenden stromleitenden Elemente (10, 12) angeschlossen sind.

2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, für ein Kabel, das genau zwei zylindrische, koaxiale Metalldrahtbündel aufweist, die elektrisch gegenein­ ander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß, von außen nach innen, ein mechanisches Verankerungsstück (6), eine erste konische Isolierhülse (9), das Ende des abisolierten und kegelförmig aufgefächerten äußeren Metalldraht­ bündels (3), eine stromleitende konische Hülse (10), eine zweite konische Iso­ lierhülse (11), das Ende des ebenfalls abisolierten und kegelförmig aufge­ fächerten inneren Metalldrahtbündels (1) und ein stromleitender, von dem konischen Zentralteil (12) gebildeter Kegel vorgesehen sind und daß die ent­ sprechenden elektrischen Verbindungsleiter (15) an die stromleitende konische Hülse (10) bzw. an das konische Zentralteil (12) angeschlossen sind.

3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende jedes Metalldrahtbündels (1, 3) des Kabels (5) ein Ring aufge­ quetscht oder aufgeschweißt ist, der eine elektrische Verbindung zwischen den Drähten bzw. den Litzen des Metalldrahtbündels (1, 3) gewährleistet und an den der entsprechende Verbindungsleiter (15) angeschlossen ist, und daß die aufgefächerten und hakenförmig umgelegten Drähte bzw. Litzen des Metalldraht­ bündels (1, 3) zur mechanischen Verbindung des Kabels (5) in einer mit dem Verankerungsstück (6) verbundenen Isoliermasse eingebettet sind.

4. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der oder die Verbindungsleiter (15) zu einem elektrischen Ver­ längerungskabel (7) gehören, das das Kabel (5) verlängert und mechanisch an dem entsprechenden Verankerungsstück (6) befestigt ist.

5. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mechanische Verbindung der Metalldrahtbündel des Kabels miteinander indirekt erfolgt und daß dazu das Kabel über eine große Länge umgebende, schraubenförmig vorgeformte Metalldrähte großen Durchmessers in dem Verankerungsstück durch Einklemmen zwischen der konischen Innenfläche des Verankerungsstücks und einem konischen Zentralteil befestigt sind.