DE602004013381T2

DE602004013381T2 - In Wasser oder einem flüssigen Medium verbindbarer elektrischer Verbinder

Info

Publication number: DE602004013381T2
Application number: DE602004013381T
Authority: DE
Inventors: Pierre Dubranna
Original assignee: Carrier Kheops Bac SA
Current assignee: Carrier Kheops Bac SA
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2024-12-23
Also published as: US20080153333A1; EP1829164A1; US7500859B2; NO20073185L; EP1829164B1; NO337206B1; DE602004013381D1; WO2006070078A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Verbinder, der im Wasser oder einer flüssigen Umgebung verbunden werden kann, und insbesondere auf einen elektrischen Verbinder, der im Meereswasser verbunden werden kann.
Aus EP 0 493 375 und EP 0 251 655 sind elektrische Verbinder bekannt, die im Meereswasser verbunden werden können und zwei Expansionskammern für ein elektrisch isolierendes Fluid enthalten, das es ermöglicht, den Kontaktabschnitt des Verbinders beim Verbinden des Verbindersteckerelements mit dem entsprechenden Buchsenelement zu trocknen, wobei die äußere Expansionskammer den Körper des Gehäuses des Verbinderbuchsenelements bildet. Diese äußere verformbare Expansionskammer ist jedoch im Wesentlichen aus einer Wand aus einem Elastomermaterial gebildet, deren Außenfläche durch die Lösungsmittel angegriffen werden kann, insbesondere im Fall von Ölbohrungen. Außerdem ist das bewegliche Aufnahmeschiffchen für den Kontaktstift des Steckerelements durch eine Schraubenfeder, die in dem hinteren Abschnitt der Aufnahme des Schiffchens angeordnet ist, nach vorne in das Buchsenelement gebracht. Diese Anordnung macht den Aufbau komplex, insbesondere wenn er mehrere Kontaktelemente enthält, und erhöht die Anstrengung beim Verbinden proportional zu der Anzahl der Kontaktelemente.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu lösen und schlägt einen elektrischen Verbinder vor, der im Wasser oder einem flüssigen Milieu verbunden werden kann und aus zwei komplementären Verbinderelementen gebildet ist, nämlich einem Steckerelement und einem Buchsenelement, die dazu bestimmt sind, im Betrieb in der flüssigen Umgebung miteinander verbunden zu werden, wobei das Verbindersteckerelement zumindest einen Kontaktstift enthält, der von dem Verbinderelement aus vorspringt, und das Verbinderbuchsenelement zumindest eine Durchlassöffnung für den Stift enthält zum Verbinden der Verbinderelemente, wobei diese Öffnung in der nicht verbundenen Stellung durch ein elektrisch isolierendes Kolbenelement verschlossen ist, das gleitend im Inneren des Verbinderelements in einer starren und elektrisch isolierenden Kontaktkammer angebracht ist, die beim Verbinden über eine Kontaktzone den Kontaktstift des Verbindersteckerelements aufnimmt, das Kolbenelement und der Kontaktstift ferner bei der Verbindung auf dichte Weise in der Kontaktkammer durch zumindest zwei axial voneinander getrennte Dichtungen gleiten, von denen die eine nahe der Öffnung angeordnet ist und die zweite mit Bezug auf die Öffnung nachgelagert zu der Kontaktzone des Stifts und der Kontaktkammer angeordnet ist, die Oberfläche des Kolbenelements, die zwischen den zwei Dichtungen liegt, mit einer Kammer verbunden ist, die mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt ist und die im Inneren des Verbinderelements ausgebildet ist, diese Kammer mit einem nachgiebigen Außenwandelement verbunden ist, das sich verformt, um das Einführen oder Herausziehen des Kontaktstifts in der Kontaktkammer jeweils bei den Handhabungen des Verbindens oder Trennens des Verbinders aufzunehmen, die Kontaktzone ferner mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt ist und von dem Rest des Verbinders durch eine dritte Dichtung getrennt ist, die an dem Kolbenelement oder in der Kontaktkammer angeordnet ist.
Aus dieser Anordnung ergibt sich, dass das Verbindungsbuchsenelement mit einem starren äußeren Körper aus einem Material aufgebaut sein kann, der lösungsmittelunempfindlich ist.
Das nachgiebige verformbare äußere Wandelement, das lösungsmittelempfindlich ist, kann dagegen auf austauschbare Weise angebracht sein.
Die Kontaktzone zum Verbinden des Stifts und der Kontaktkammer kann durch einen vorderen Abschnitt der Kontaktkammer gebildet sein, die im Betrieb den aktiven leitenden Abschnitt des Stifts aufnimmt, beispielsweise über ein Spiel von ringförmigen Alveolen, die denn Stift klemmen.
Das Kolbenelement ist am Rand der Öffnung des Verbinderelements vorzugsweise über ein Federelement, das hinter dem Kolbenelement um die Kontaktkammer herum angeordnet ist, die über ihre gesamte Oberfläche außer der Kontaktzone mit einem Isolator umhüllt ist, nach vorne gebracht angebracht.
So angeordnet kann das Federelement in dem Fall von Verbindern mit mehreren Kontakten zum Zurückbringen anderer Kolbenelemente von Kontaktkammern anderer Kontakte dienen, die in dem Verbinderelement angeordnet sind, beispielsweise durch einen gemeinsamen Enddraht.
Natürlich ist der hintere Abschnitt der Kontaktkammer, der nicht das Kolbenelement enthält, auch mit dem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt, und das über ein passendes Durchgangsloch in seiner Wand. Es ist auch ein Trocknungsdichtelement, das zwischen der Wand des Kolbenelement und der Kontaktkammer angeordnet ist, auf dem Umfang des Kolbenelements oder einer geeigneten Stelle der Kontaktkammer vor der Kontaktzone relativ zu der Öffnung angebracht, um die mit elektrisch isolierendem Fluid gefüllte Kontaktzone von der Kontaktkammer zu trennen und beim Verbinden jede Spur von Wasser oder der äußeren flüssigen Umgebung in der Kontaktzone zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
1 eine axiale Schnittansicht eines Verbinders gemäß der Erfindung in einer nichtverbundenen Stellung ist und
2 eine ähnliche Ansicht wie 1 ist, die den Verbinder in der verbundenen Stellung zeigt.
Der elektrische Verbinder gemäß der Erfindung, der in den Zeichnungen dargestellt ist, ist aus zwei komplementären Verbinderelementen gebildet, die dazu bestimmt sind, im Betrieb miteinander verbunden zu werden, nämlich einem Verbindersteckerelement 1 und einem Verbinderbuchsenelement 13.
Er weist eine axiale Symmetrie auf.
Das Verbindersteckerelement 1 ist von einem vereinfachten Aufbau, der im Wesentlichen ein Gehäuse 3 aufweist, das axial einen zylindrischen Kontaktstift 5 aufnimmt, der nach vorne herausragend befestigt ist und hinten mit einem elektrischen Kabel 7 verbunden ist. Dieser Stift hat einen kreisförmigen Querschnitt, kann aber eine andere Form aufweisen, vorzugsweise abgerundet oder sogar polygonal.
Der Stift 5 enthält einen Leitabschnitt 9 an dem Ende seiner vorderen Umfangsfläche, und der Rest seiner Oberfläche ist mit einem elektrisch isolierenden Material 11 umhüllt.
Das Verbinderbuchsenelement 13 enthält ebenfalls einen starren Körperabschnitt oder Gehäuse 15 mit ähnlichem Querschnitt wie das Steckerelement 1, wobei dieser Körperabschnitt aus zwei Ab schnitten gebildet ist, nämlich einem vorderen 17 und einem hinteren 19, die über Schrauben miteinander verbunden sind.
Eine Kontaktkammer 21 ist axial innerhalb des vorderen 17 und hinteren 19 Körperabschnitts angebracht und hinten mit einem elektrisch leitenden Kabel 23 verbunden. Diese Kontaktkammer 21 ist an dem Körperabschnitt 19 und auf der Vorderfläche 25 des Körperabschnitts 17 angebracht, wobei diese eine kreisförmige axiale Vorderöffnung 27 aufweist mit einem komplementären Querschnitt zum Durchgangsspiel nahe dem des Stifts 5.
Diese Öffnung 27 ist vor der Kammer 21 in geringem Abstand von dieser angeordnet. Sie ist durch ein Kolbenelement oder Schiffchen 29 mit zylindrischer Gestaltung verschlossen, das axial gleitend in der Kontaktkammer 21 angebracht ist. Dieses elektrisch isolierende Kolbenelement wird über eine hintere Schraubenfeder 31, die mit dem hinteren Ende des Kolbenelements 29 verbunden ist und gegen die Vorderfläche 33 des hinteren Körperabschnitts 19 anliegt, nach vorne bis zum Niveau der Öffnung 27 gebracht. Die Feder 31 ist um die Kontaktkammer 21 herum angebracht, wobei ihr Vorderdraht 35 die Kontaktkammer 21 über eine Axialöffnung 37 durchdringt, die eine Länge aufweist, die gleich derjenigen des Hubs des Kolbenelements ist.
Das Kolbenelement 29, die Kontaktzone, die Kontaktkammer 21 in ihrem Abschnitt hinter dem Kolben und das Innere des Vorderabschnitts 17 des Verbinders sind mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt, und insbesondere mit einem elektrisch isolierenden Öl, was natürlich wasserabstoßend ist und das Gleiten des Verschiebens des Kolbenelements in der Kontaktkammer erleichtert.
Das Kolbenelement 29 steht über seinen Endabschnitt mit dem isolierenden Öl in Verbindung, das in einer ringförmigen Kammer 39 umläuft, die vor der Kontaktkammer 21 in der Vorderfläche 25 des Verbinderelements gebildet ist, und mit seinem hinteren Abschnitt mit dem isolierenden Öl in der Kontaktkammer 21.
Diese Kontaktkammer 21 enthält in ihrem vorderen Abschnitt einen aktiven inneren Leitabschnitt 41, der komplementär zu demjenigen 9 des Stifts des Steckerelements ist, wobei der Rest ihrer Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht 43 bedeckt ist.
Das Kolbenelement 29 wird bei seinem gleitenden Durchtreten durch die Bohrung der Kontaktkammer 21 mittels zweier ringförmiger Vorderdichtungen 45, 45' und einer hinteren ringförmigen Dichtung 47, die an seinem Umfang an dessen mittlerer Länge und im hinteren Bereich der Leitzone 41 angebracht sind, von jeder Spur des Umgebungsfluids getrocknet.
Die erste vordere Dichtung 45 des Stiels ist auf der Vorderfläche 25 des Verbinders angebracht, die zweite 45' ist im Inneren des Vorderabschnitts der Kontaktkammer 21 angebracht.
Die Dichtungen sind Dichtungen mit nachgiebiger Lippe oder torisch und reiben auf der Oberfläche des Kolbenelements 29. Somit befreit dieser beim Verbinden der Verbinderelemente 1 und 13 im Verlauf seines Gleitens die Leitzone 41 der Kontaktkammer von jeder Spur des äußeren Fluids (Meereswasser), das dem guten Kontakt der miteinander in Kontakt stehenden Leitzonen 9, 41 des Stifts und der Kontaktkammer schaden könnten, wobei diese Zone mit elektrisch isolierendem Öl gefüllt bleibt, das neutral für den Kontakt ist.
Die Dichtungen 45' und 47 haben insbesondere die Wirkung, die Kontaktzone von dem Rest des Verbinders zu trennen, wodurch sie somit eine zusätzliche Dichtebarriere gegenüber dem verschmutzenden äußeren Fluid bilden, das dazu neigt, ins Innere des Verbinders einzudringen.
Die Veränderung des Innenvolumens des Inneren des Verbinderbuchsenelements, die das isolierende Öl 49 enthält, wird kompensiert durch ein nachgiebiges Elastomerelement 51, das hinten an dem Körperabschnitt 17 und gerade unter seinem Umfang über eine geringfügige Breite angeordnet ist. Dieses nachgiebige Element 51 hat die Form einer verformbaren Muffe, die jeweils über ihre Ränder dicht über einer entsprechenden Ausnehmung des vorderen Körperabschnitts 17 und einer komplementären Ausnehmung des hinteren Körpers 19 befestigt ist. Dieses nachgiebige Element steht über Peripherielöcher 53, die in der Wand der darüberliegenden Ausnehmung des vorderen Körperabschnitts 17 gebildet sind, mit dem äußeren Fluid 49 (Meereswasser) in Verbindung, und seine Wand ist dazu geeignet, sich in diesem Leerraum 55 zu verformen. Im Fall der Abnutzung kann er durch Trennen der Körperabschnitte 17 und 19 ausgewechselt werden.
Nun wird die Funktionsweise des Verbinders beschrieben.
Es handelt sich einfach darum, den Stift 5 des Verbindersteckerelements in die Öffnung 27 der Vorderfläche des Verbinderbuchsenelements einzustecken, wobei der Stift 5 das Kolbenelement 29 gegen die Rückstellkraft der Feder 31 in das Innere der Kontaktkammer drückt. Das nachgiebige Element 51 verformt sich nach außen, um die durch das Einführen des Stifts hervorgerufene Volumenvergrößerung zu absorbieren. Bei dieser Handhabung wird das Kolbenelement 29 durch die oben beschriebenen Dichtungen ge trocknet und ebenso der Stift 5, wenn er durch die vorderen Dichtungen 45, 45' hindurchtritt.
Die Führung des Einsteckens wird durch eine Noppe 57 verwirklicht, die von dem Rand der Vorderfläche des Steckerelements aus vorspringt und in einer komplementäre Umfanglängsrille 59 des Körpers des Buchsenelements zum Gleiten kommt.
Am Ende des Wegs (2), wenn das Steckerelement 1 und das Verbindungselement 13 in Anschlag kommen, wird die Kontaktzone 9 des Stifts, die von jeder Spur der verschmutzenden äußeren Umgebung befreit ist, von der entsprechenden Kontaktzone 41 der Kontaktkammer aufgenommen, wobei deren Alveolen 61 in Klemmdruck auf den glatten Leitabschnitt 9 des Stifts kommen.
Das Lösen der Verbinderelemente wird durch eine Herausziehhandhabung verwirklicht, die invers zu dem Verbinden ist, wobei das Kolbenelement 29 dann auf die Höhe der Öffnung 27 kommt.

Claims

Elektrischer Verbinder, der im Wasser oder einer flüssigen Umgebung verbunden werden kann, gebildet aus zwei komplementären Verbinderelementen, nämlich einem Steckerelement (1) und einem Buchsenelement (13), die dazu bestimmt sind, im Betrieb in der flüssigen Umgebung miteinander verbunden zu werden, wobei das Verbindersteckerelement (1) zumindest einen Kontaktstift (5) enthält, der von dem Verbinderelement aus vorspringt, und das Verbinderbuchsenelement (13) zumindest eine Durchlassöffnung (27) für den Stift (5) enthält zum Verbinden der Verbinderelemente, diese Öffnung (27) in der nicht verbundenen Stellung durch ein elektrisch isolierendes Kolbenelement (29) verschlossen ist, das gleitend im Inneren des Verbinderelements in einer starren und elektrisch isolierenden Kontaktkammer (21) angebracht ist, die beim Verbinden über eine Kontaktzone (41) den Kontaktstift (5) des Verbindersteckerelements aufnimmt, das Kolbenelement (29) und der Kontaktstift (5) ferner bei der Verbindung auf dichte Weise in der Kontaktkammer (21) durch zumindest zwei axial voneinander getrennte Dichtungen gleiten, von denen die eine (45) nahe an der Öffnung (27) angeordnet ist und die zweite (45') mit Bezug auf die Öffnung (27) nachgelagert zu der Kontaktzone (9, 41) des Stifts und der Kontaktkammer angeordnet ist, die Oberfläche des Kolbenelements (29), die zwischen den zwei Dichtungen (45, 45') liegt, mit einer Kammer verbunden ist, die mit einem elektrisch isolierenden Fluid (49) gefüllt ist und die im Inneren des Verbinderelements ausgebildet ist, diese Kammer mit einem nachgiebigen Außenwandelement (51) verbunden ist, das sich verformt, um jeweils das Einführen oder Herausziehen des Kontaktstifts (5) in der Kontaktkammer (21) bei den Handhabungen des Verbindens oder Trennens des Verbinders aufzunehmen, die Kontaktzone ferner mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt ist und von dem Rest des Verbinders durch eine dritte Dichtung (47) getrennt ist, die an dem Kolbenelement (29) oder in der Kontaktkammer (21) angeordnet ist, der hintere Abschnitt der Kontaktkammer (21), der nicht das Kolbenelement enthält (29), ferner über ein passendes Durchgangsloch in seiner Wand mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt ist, und das Trocknungsdichtelement (47) der Wand des Kolbenelements (29), das auf dem Umfang dieses Kolbenelements (29) oder an einer geeigneten Stelle der Kontaktkammer angebracht ist, die mit elektrisch isolierendem Fluid gefüllte Kontaktzone von der Kontaktkammer trennt, um so beim Verbinden jede verunreinigende Spur von Wasser oder der äußeren flüssigen Umgebung in der Kontaktzone (9, 41) zu vermeiden.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinderbuchsenelement (13) einen äußeren starren Körper (17, 19) aus einem Material aufweist, der lösungsmittelunempfindlich ist.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige verformbare Element (51) auf austauschbar, Weise angebracht ist.
Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakstift (5) des Verbindersteckerelements (1) an seinem vorderen Ende einen Leitabschnitt (9) aufweist, wobei der Rest seiner Oberfläche von einem elektrisch isolierenden Material (11) umhüllt ist, und ebenso die Kontaktkammer (21) in ihrem vorderen Abschnitt einen internen aktiven Leitabschnitt (41) aufweist, der komplementär zu demjenigen des Stifts (5) ist, wobei der Rest ihrer Oberfläche mit einen elektrisch isolierenden Material (43) bedeckt ist.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitabschnitt (41) der Kontaktkammer im Betrieb beim Verbinden der Verbinderelemente den Stift (5) aufnimmt, beispielsweise über ein Spiel von ringförmigen Alveolen (61), die den Stift (5) klemmen.
Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (29) am Rand der Öffnung (27) des Verbinderelements über ein Federelement (31), das hinter dem Kolbenelement (29) um die Kontaktkammer (21) herum angeordnet ist, nach vorne gebracht angebracht ist.
Elektrischer Verbinder gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (31) im Fall eines Verbinders mit mehreren Kontakten (5, 21) zum Zurückbringen anderer Kolbenelemente (29) von Kontaktkammern (21) anderer Kontakte dient, die in dem Verbinderelement (13) angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder gemäß einem der Ansprüche 6–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (31) eine Schraubenfeder ist, die mit einem hinteren Ende des Kolbenelements (29) verbunden ist und gegen einen hinteren Abschnitt des Verbinderkörpers (13) anstößt, wobei die Feder (31) um die Kontaktkammer (21) herum angebracht ist und ihr Vorderdraht (35) die Kontaktkammer (21) durch eine Axialöffnung (37) durchdringt, deren Länge gleich derjenigen des Hubs des Kolbenelements (29) ist.
Elektrischer Verbinder gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Element (51) die Form einer verformbaren Muffe hat, die über ihre Ränder auf dichte Weise an dem Verbinderkörper befestigt ist und mit dem äußeren Fluid (49) mittels Peripherielöchern (53) in Verbindung ist, die in der Wand einer darüberliegenden Aussparung (55) des Körperabschnitts (17) gebildet sind, und seine Wand fähig ist, sich in der Aussparung (55) zu verformen.