DE3922138C2 - Dichte elektrische Verbindungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der elektrischen oder elektronischen Verbindungseinrichtungen zwischen zwei oder mehreren Punkten, die ein mit Verbindern ausgestattetes Kabel verwenden.

Eine elektrische oder elektronische Verbindung muss eine hohe Qualität und Zuverlässigkeit sowie eine lange Lebensdauer haben.

Sie muss unter ungünstigen Bedingungen, wie beispielsweise extremen Temperaturen, Wetterunbilden, Sandstürmen, Wind- oder Wasserdruck, Erschütterungen und mechanischen Schwingungen, Wasserströmungen und dergleichen eingerichtet werden können.

Die Punkte, zwischen welchen die Verbindung errichtet ist, können relativ zueinander stationär oder beweglich sein und sich gleichermassen unter Wasser, unterirdisch, auf der Oberfläche oder in der Luft befinden.

Im Hinblick darauf, dass das Medium, in welchem die Verbindung errichtet und aufrecht erhalten werden muss, häufig ein guter elektrischer Leiter ist (beispielsweise Meerwasser), ist es dringend, eine gute Dichtigkeit zu erzielen, nicht nur der Verbinder selbst, sondern des gesamten Kabel-Leitersystems, und diese Dichtigkeit während der ganzen Betriebsdauer aufrecht zu erhalten.

Es ist daher erforderlich, dass während der Lagerhaltung, die lange Zeit dauern kann, die Kabelverbindungseinrichtung wirksam gegen jeden nachteiligen äusseren Einfluss, wie beispielsweise mechanische Einflüsse (Erschütterungen, Schwingungen, Verschleiss, Abrieb, Funkenentladungen, Schräglagen, Eindringen von Sand ...) oder chemische Stoffe, wie Kohlenwasserstoffverbindungen, Meerwasser, korrosive Ausdünstungen eines Verbrennungsgases und dergleichen, geschützt ist.

Während der Montage und allen Vorgängen zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Verbindungseinrichtung müssen Massnahmen vorgenommen werden, um jeden Einfluss zu eliminieren oder zu verringern, der eine gute elektrische oder mechanische Verbindung beeinflussen (oder schliesslich verschlechtern) oder die Abdichtung der Verbindung beeinträchtigen kann.

Derartige Massnahmen bringen häufig eine komplizierte Konstruktion der Verbinder mit sich. So ist es beispielsweise bekannt, kegelförmige Abstreiferringe vorzusehen, um Sandkörner, Schmutz und eindringendes Wasser abzuweisen; kegelförmige Verbindungen zur Isolierung verschiedener Kammern des Verbinders; ein mechanisches Verriegelungssystem und dergleichen.

Aus dem Stand der Technik kennt man einzelne isolierte Bestandteile, wie beispielsweise die Bestandteile eines Steckers und einer Dose oder Buchse, aber noch nicht kohärente Systeme, die zuverlässig und leicht betriebsbereit zu machen sind.

Die DE-AS 11 07 314 beschreibt beispielsweise einen dichten Verbinder, bei welchem der Stecker, der konische Abschnitte aufweist, in die Dose mittels eines hydrostatischen Drucks verkeilt ist. Die Dichtigkeit wird gleichzeitig mit der Verriegelung durch drei aufeinanderfolgende ringförmige Dichtungen erzielt. Keinerlei Massnahme ist vorhanden, um die elektrischen Kontakte mit einem ausreichenden Druck relativ zueinander in Kontakt zu halten.

Aus der US 3 641 479 ist ein Unterwasser-Steckverbinder für ein Koaxialkabel bekannt, bei welchem das Koaxialkabel an einen Stecker angeschlossen ist, der in eine passende Buchse eingeschoben werden kann. Der Stecker weist ringförmige Kontakte für den Innen- bzw. Außenleiter des Koaxialkabels auf, und für diese ringförmigen Kontakte sind entsprechende federelastische Kontaktfinger im Innenumfang der Buchse vorgesehen. O-förmige Dichtungen in Nuten im Innenumfang der Buchse sorgen dafür, daß kein Wasser in die Bereiche eindringen kann, in denen sich die ringförmigen Kontakte des Steckers und die Kontaktfinger der Buchse befinden.

In der Tat ist es erforderlich, wenn die Verbindung in einem feuchten Milieu erfolgt, die Dose vorab mit nicht-leitendem Siliconfett aufzufüllen, um mitgeführtes Wasser zum Inneren zu verdrängen. Die Wassertaschen im Inneren des Verbinders sind schwierig völlig zu vermeiden und können zu einer Verschlechterung der elektrischen Kontakte führen.

Zudem kann dieses präventive Schutzfett unbeabsichtigt entfernt werden und alle Arten von Fremdkörpern, Staub, Sand, etc. bleiben leicht im Inneren haften, was eine sehr schnelle Verschlechterung der elektrischen Isolier- oder Schutzeigenschaften verursacht und einen erhöhten Verschleiss mit sich bringt. Ausserdem ist der Durchmesser des Steckers über seine ganze Länge konstant, was beim Einführen des Steckers in die Dose eine Reibung der gesamten Oberfläche des Steckers gegen den ersten Dichtungsring verursacht und somit eine Anhäufung fester Ablagerungen (Sand, Schmutz).

Um die Betriebssicherheit insgesamt zu verbessern und die geschilderten Nachteile zu beheben, schlägt die Erfindung eine kohärente und zuverlässige elektrische Verbindungseinrichtung vor, die äussere Schutzeinrichtungen aufweist, sowie integrierte Abdichtungs-, Verriegelungs- und Schutzeinrichtungen, die eine Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer der elektrischen oder elektronischen Verbindung garantieren, sowie einfache, wirksame und angemessene Lagerhaltungs- und Montagevorgänge.

Die Erfindung schlägt eine elektrische Verbindungseinrichtung vor, welche die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Verbinder ist von klassischer Bauart mit zwei ringförmigen Kontakten, die jeweils mit dem Innenleiter und dem Aussenleiter verbunden sind und O-ringförmige Dichtungen gewährleisten die Abdichtung. Gemäss einem Merkmal der Erfindung sind die Dichtungen des Verbinders in einer besonderen Weise auf drei unterschiedliche Durchmesser des Körpers des Verbinders verteilt. Zwei O-ringförmige Dichtungen sind am gleichen Durchmesser wie die ringförmigen Kontakte angeordnet und umgeben den entsprechenden Kontakt am zentralen Leiter. Zwei weitere Dichtungen sind an zwei weiteren Durchmessern angeordnet und befinden sich vor und hinter den beiden ringförmigen Kontakten. Diese beiden letzteren Dichtungen stellen die Hauptdichtigkeit des Verbinders beim Gebrauch sicher. Sie gewährleisten gleichermassen die Dichtigkeit während der Lagerung des Kabels, wenn die Leiter sich in ihrer Schutzhülle befinden. Diese Montage ermöglicht es den Dichtungen, während der Verbindung sich nicht über die gesamte Länge zu scheuern. Während der Lagerungszeit werden lediglich die beiden letzteren Dichtungen zusammengedrückt, um die Abdichtung während dieser Zeitspanne zu gewährleisten. Die beiden ersten Dichtungen sind während dieser Zeitspanne nicht zusammengedrückt und fügen während der Verbindung eine Sicherheitsabdichtung hinzu.

Vorzugsweise weist der Verbinder einen besonderen Schutz für den Fall einer Beschädigung der Ummantelung auf. In der Tat kann in diesem Fall Wasser sich längs des äusseren Leiters bewegen und im Verbinder eine leitende Verbindung zwischen den beiden Leitern ergeben. Um diese Möglichkeit zu vermeiden, erzeugt man eine zusätzliche dichtende Absperrung zwischen dem Ende des äusseren Leiters und dem Kontakt des inneren Leiters.

Die Erfindung wird anschliessend im einzelnen anhand einer beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Schutzspule während der Lagerung;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines dichten, einsteckbaren Verbinders, der mit seiner Schutzhülle versehen ist; und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen dichten, einsteckbaren Verbinder, seine Schutzhülle und die mechanische Verriegelungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Verbinderkabel, nämlich ein Koaxialkabel (31), das vor Inbetriebnahme im Inneren einer Spule (30) untergebracht ist. Diese Spule setzt sich aus einem Aufnehmer (32) zusammen, der im wesentlichen als Rohr ausgebildet ist, in dem das Koaxial­ kabel (31) aufgerollt ist. Das Rohr hat zwei Seitenwände (33, 34), nämlich jeweils eine vordere Seitenwand und eine hintere Seitenwand. Das Koaxialkabel (31), beispielsweise ein genormtes Koaxialkabel des Typs KX3 mit einer Länge von 100 bis 1000 m besteht aus einer dichten äusseren Ummantelung, einem Aussenleiter in Form einer geflochtenen Abschirmung, einer (dielektrischen) Zwischenisolierung aus Polyethylen, und einem signalübertragenden, zentralen Innenleiter.

Zwei einsteckbare Verbinder, beispielsweise (35, 36), von denen jeder in einer Schutzhülle (37, 38) angeordnet ist, sind in zugeordneten Sitzen (39, 40) verriegelt, und wirken mit der Schutzhülle (37, 38) an der Innenseite der Spule (30) zusammen, sowie mit mechanischen äusseren Einrichtungen, die als geschlitzte Verschlussstücke (41, 42) aus halbstarrem Werkstoff bestehen und als Verriegelungselemente dienen. Diese Ausbildung der Spule (30) ist äusserst kompakt und gestattet einen wirksamen Schutz des Kabels (31) und der Verbinder (35, 36).

Die in ihrer Schutzhülle (37, 38) angeordneten Verbinder (35, 36) können sich nicht als Folge von Schwingungen, Stössen und dergleichen lösen, denn die geschlitzten Verschlussstücke (41, 42), die fest mit der vorderen und hinteren Seitenwand (33, 34) verbunden sind, greifen wiederum in eine im hinteren Teil des Verbinders angebrachte Umfangsnut, wie einen Sicherungsring, ein, was anschliessend näher beschrieben wird.

Diese Anordnung hindert die Verbinder (35, 36), in das Innere der Spule (30) zu fallen. Bei Gebrauch wird die Anord­ nung, die aus dem geschlitzten Verschlussstück (41, 42) dem Verbinder (35, 36) und der Schutzhülle (37, 38) besteht, durch eine einfache manuelle Einwirkung weggenommen, beispielsweise durch Anziehen und Drehen gegenüber der Seitenwand (33, 34). Anschliessend besteht ein erster Vorgang darin, die geschlitzten Verschlussstücke (41, 42) vom Verbinder (35, 36) wegzunehmen, was es gerade vor dem Gebrauch gestattet, die Schutzhülle (37, 38) vom Verbinder (35, 36) zu entfernen.

Der Schutz des Verbinders (35, 36) ist somit maximal, wobei die Schutzhülle (37, 38) erst entfernt werden kann, nachdem das geschlitzte Verschlussstück (41, 42) selbst abgenommen wurde, also das Verriegelungselement.

Fig. 2 zeigt die drei Hauptelemente, die die Anordnung bilden, nämlich das Kabel (31), den einsteckbaren Verbinder (20), der den Verbindern 35, 36 aus Fig. 1 entspricht, und die Schutzhülle (21), die mit der Oberfläche des Verbinders (20) zusammenwirkt und den Schutzhüllen 37, 38 aus Fig. 1 entspricht.

Entfernt man die Schutzhülle (21), so weist der Verbinder (20) aussen zwei ringförmige elektrische Kontakte (5, 5') auf, die jeweils dem Aussenleiter des Kabels in Form der geflochtenen Abschirmung (22) und dem signalübertragenden Innenleiter (9) entsprechen. Ein elektrischer Leiter (11) verbindet den Kontakt (5) mit dem Aussenleiter (22), und ein Leiter (23) verbindet den Kontakt (5') mit dem Innenleiter (9). Auf dem gleichen Durchmesser wie die Kontakte (5, 5') sind zwei O-Ringförmige Abdichtungen (7, 7') angebracht, die den Kontakt (5') umgeben und auf diese Weise eine dichte Kammer bilden, in deren Inneren der Kontakt (5') angeordnet ist. Zwei weitere O-Ringförmige Dichtungen (6, 8) sind vor und hinter den Kontakten (5, 5') und auf zwei weiteren Durchmessern angeordnet und gewährleisten die Hauptabdichtung des Verbinders während seiner späteren Verwendung und die Abdichtung während der Lagerzeit, wenn der Verbinder (20) sich in seiner Schutzhülle (21) befindet.

Diese auf mehrere aufeinanderfolgende Durchmesser verteilte Montage gestattet es den O-Ringförmigen Dichtungen (6, 7, 7', 8), nicht über die gesamte Länge einen Abrieb zu erfahren, wenn der Verbinder (20) durch Einführen in eine entsprechende Buchse betriebsbereit gemacht wird.

Hingegen sind während der Lagerzeit lediglich die O-Ringförmigen Dichtungen (6, 8) zusammengedrückt, um während dieser Zeitdauer, die häufig sehr lange ist, die Dichtigkeit zu gewährleisten.

Dank der Form (Zwischendurchmesser) der Schutzhülle (21) werden die O-Ringförmigen Dichtungen (7, 7') nicht zusammengedrückt; diese Dichtungen werden als nebengeordnete Dichtungsringe oder Sicherheitsringe betrachtet, die ihre Rolle nur Übernehmen, wenn der Verbinder (20) in eine zugeordnete Dose bei Inbetriebnahme der Verbindungseinrichtung eingeführt wird.

Eine am Ende (3) des Verbinders (20) angebrachte Umfangsnut (14) gestattet dessen mechanische Verriegelung sowohl während der Lagerzeit, dank des als geschlitztes Verschlussstück (41, 42) ausgebildeten Verriegelungselements, als auch während des Gebrauchs, d. h. wenn der Verbinder in den Aufnehmer oder eine Steckdose eingeführt wird, beispielsweise eines eingetauchten Bild- oder Signalgebers.

Der Verbinder (20) besteht aus einem Körper (1, 2, 3) aus geeignetem isolierenden Kunststoffmaterial, wobei die Einzelteile im Laufe der Montage eingefügt werden und deren Zusammenhalt beispielsweise durch Kleben oder Löten gesichert wird.

Das Koaxialkabel (31) tritt in den Verbinder (20) über das vordere Element (1) ein. Die Abdichtung zwischen diesem vorderen Teil und der äusseren Abschirmung des Kabels wird auf zwei Ebenen und durch verschiedene Vorgänge gewährleistet. Beispielsweise kann man eine unter Wärmeeinwirkung schrumpfbare Abschirmung (10) verwenden, die gleichzeitig selbstklebend auf der äusseren Abschirmung des Kabels (31) und auf dem vorderen Teil (1) des Verbinders aufgebracht wird. Ein Klebstoff (13), der zwischen der äusseren Abschirmung des Kabels (31) und der Innenbohrung des vorderen Teils (1) des Verbinders (20), die auf den Aussendurchmesser des Kabels (31) abgestellt ist, angebracht ist, sichert die Abdichtung der anderen Seite. Gleichwohl ist es wichtig, besondere Massnahmen vorzusehen, um zu verhindern, dass sich bei einer Perforation der äusseren Ummantelung des Koaxialkabels (31) Wasser längs der geflochtenen Abschirmung ausbreitet und in das Innere des Verbinders (20) eindringt.

In der Tat kann es beim Gebrauch des Kabels (31) unter schwierigen Bedingungen vorkommen, dass die Ummantelung durchstossen wird, und sich Wasser längs der geflochtenen Abschirmung (22), die den Aussenleiter bildet, um das Dielektrikum (16) ausbreitet und eine leitende Verbindung zwischen dem Aussenleiter (22) und dem zentralen signalübertragenden Leiter (9) und ferner zwischen den Kontakten (5, 5') bildet.

Um die über das Koaxialkabel (31) übertragenen Daten zu bewahren, ist es zwingend, die Isolation zwischen dem zentralen Leiter (9) und dem Leiter der äusseren Abschirmung (22) aufrecht zu erhalten, selbst wenn letzterer durch einen zufälligen Kontakt mit beispielsweise Meerwasser an Masse gelegt ist. Soweit diese Isolierung intakt bleibt und auch entsprechend der Natur der Signale (Fernsteuerung, Fernsehbilder ...) bleibt eine gewisse Übertragung immer möglich.

Zu diesem Zweck wird ein zusätzliches, zur Abdichtung dienendes Dichtungselement (24) vorgesehen, das zwischen dem Dielektrikum (16) aus Polyethylen und dem zentralen ersten zylindrischen Abschnitt (2) des Verbinders (20) angeordnet ist. Dieses Dicht­ element (24) zur zusätzlichen Abdichtung besteht aus einem Schichtstoff, der aus drei aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Werkstoffe gebildet wird, und zwar (ausgehend von innen nach aussen) aus einer Schicht aus Polyethylen, die durch Thermoverschmelzung mit dem Polyethylen verbunden ist, das das Dielektrikum (16) des Kabels bildet, wobei diese Schicht selbst mit einer Aluminiumfolie verklebt ist, die ihrerseits an der Innenwand des ersten Abschnittes (2) des Verbinders (20) verklebt ist, und dieser Abschnitt beispielsweise durch einen ABS-Terpolymer-Kunststoff gebildet wird.

Fig. 3 zeigt den Verbinder (20), die Schutzhülle (21) und die mechanischen Verriegelungselemente, die hier als geschlitztes Verschlussstück (41) aus halb-biegsamem Werkstoff dargestellt sind. Die Figur zeigt neben den vorstehend beschriebenen Bauelementen, wie der Verbinder (20) in seiner Schutzhülle (21) angeordnet und auf dem Teil des Kragens (45, 46) der Seitenwand der Spule (30) unter Zwischenschaltung eines geschlitzten Verschlussstückes (41) als Verriegelungselement gehalten wird, das eine gute Halterung des Verbinders (20) auf der Seitenwand und eine einfache Lösung des Verbinders (mit Schutzhülle) durch einen Zug/Drehvorgang gestattet.

Das als geschlitztes Verschlussstück (41) dargestellte Verriegelungs­ element gestattet es, die Anordnung aus Verbinder (20) und Schutzhülle (21) zu verriegeln und gestattet es dieser nicht, während der Lagerdauer im Inneren der Spule (30) zu gleiten. Dies macht es gleichzeitig erforderlich, zuerst das Verriegelungselement, also das geschlitzte Verschlussstück (41) zu entfernen, bevor die Schutzhülle selbst abgenommen wird und gewährleistet damit einen maximalen Schutz bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Verbinder (20) in die Dose oder den entsprechenden Aufnehmer eingeführt werden muss.

Um das Koaxialkabel (31) betriebsbereit zu machen, nimmt man von aussen das Verriegelungselement, also das Verschlussstück (41) ab, das die Anordnung dem Kragen (45, 46) verriegelt, und nimmt die Anordnung aus ihrer Halterung (39, 40). Anschliessend entfernt man das Verriegelungs­ element, das Verschlussstück (41), und stellt damit das Koaxialkabel (31) nach Entfernung der Schutzhülle (21) zur Verwendung bereit.

Bei anderen Ausführungen der Erfindung kann beispielsweise das Koaxialkabel (31) aus mehreren Einzelkabeln bestehen, oder kann mit mehr als zwei Verbindern versehen sein.

Claims (4)

1. Elektrische Verbindungseinrichtung aus einem Koaxialkabel (31), welches einen zentralen Innenleiter (9), ein Dielektrikum (16), einen Außenleiter (22) und eine äußere Isolierung aufweist, welches an beiden Enden je einen Verbinder (20) aufweist, und welches in einem Aufnehmer (32) aufgerollt ist, wobei jeder Verbinder (20) aufweist:

• a) einen Körper (1, 2, 3) mit einem ersten zylindrischen Abschnitt (2), um welchen herum ein ringförmiger Kontakt (5') für den Innenleiter (9) und ein ringförmiger Kontakt (5) für den Außenleiter (22) angeordnet sind; mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt (1), der einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt (2) aufweist und in Axialrichtung des Körpers (1, 2, 3), von der Einführungsseite des Koaxialkabels (3') her gesehen, vor den ringförmigen Kontakten (5, 5') angeordnet ist; und mit einem dritten zylindrischen Abschnitt (3), der einen kleineren Durchmesser als der erste Abschnitt (2) aufweist und in Axialrichtung des Körpers (1, 2, 3) hinter den ringförmigen Kontakten (5, 5') angeordnet ist;
• b) zumindest zwei O-förmige Dichtungen (7, 7'), die auf dem ersten Abschnitt (2) voneinander in Axialrichtung des Körpers (1, 2, 3) beabstandet so angeordnet sind, daß sich der ringförmige Kontakt (5') für den Innenleiter (9) zwischen ihnen befindet; und zumindest je eine O-förmige Dichtung (6, 8) auf dem zweiten (1) und dritten Abschnitt (3);
• c) eine Umfangsnut (14), die am hinteren Ende des dritten Abschnitts (3) für den Eingriff eines Verriegelungselements (41, 42) ausgebildet ist; und
• d) ein Dichtungselement (24), welches eine Abdichtung zwischen dem Dielektrikum (16) und dem ersten zylindrischen Abschnitt (2) im Bereich zwischen dem ringförmigen Kontakt (5') für den Innenleiter (9) und dem ringförmigen Kontakt (5) für den Außenleiter (22) zur Verfügung stellt.

2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer (32) zylindrisch ist und eine vordere Seitenwand (33) und eine hintere Seitenwand (34) aufweist, und daß jede Seitenwand einen Kragen (45, 46) hat, in dem der Verbinder (20) gleiten und durch ein Verriegelungselement (41, 42) verriegelt werden kann, das fest mit der Seitenwand verbunden ist, und in die Umfangsnut (14) des Verbinders (20) eingreift.

3. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement (41, 42) ein geschlitztes Verschlußstück aus halb-biegsamem Werkstoff ist.

4. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (24) durch einen Schichtstoff gebildet wird, der aus drei aufeinanderfolgenden Schichten besteht, nämlich einer Schicht aus Polyethylen, die mit dem Dielektrikum (16) verschweißt ist, einer Aluminiumschicht und einer Klebstoffschicht, die die Aluminiumschicht mit dem ersten zylindrischen Abschnitt (2) verbindet.