DE69027442T2 - Elektrischer verbinder - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Diese Erfindung befaßt sich mit elektrischen Verbindern und spezieller mit wassergeschützten Zwei-Leitungs- Verbindern, die so ausgebildet sind, daß sie eine zuverlässige, hochgradig zugbelastbare Verspleißung mit Zündkapselleitungen unter Geländebedingungen erlauben.
• Bei der Ausführung von Sprengungen für den Bergbau, den Erdaushub, seismische Testungen o.ä. werden elektrisch gezündete Zündkapseln eingesetzt. In vielen Situationen sind die Zündkapseln in der Nähe von Ladungen angeordnet, die in Bohrlöchern mit relativ großer Tiefe, die sich senkrecht in die Erde erstrecken, positioniert sind.
• Bei solchen Sprengungen wird typischerweise eine große Anzahl von Sprengladungen und Zündkapseln in Stellunng gebracht, die alle gleichzeitig gezündet werden müssen, oder die Sprengung wird nicht das gewünschte Ergebnis haben, und eine Fehlzündung einer Ladung erfordert das sehr kostenaufwendige erneute Bohren der Bohrlöcher und die Positionierung und Verdrahtung neuer Sprengladungen.
• Typischerweise befinden sich solche Bohrlöcher unterhalb des Wasserspiegels, um geflutet zu werden, so daß die elektrischen Verbindungen zu diesen wasserfest sein müssen.
• Die Leitungen zu den Zündkapseln unterliegen infolge der relativ großen Tiefe der Bohrlöcher und der diesen Vorgängen eigenen unsanften Handhabung erheblichen Zugspannungen.
• Ein geeigneter Spleiß-Verbinder zur Herstellung elektri scher Verbindungen zur Zündkapsel, mit dem man mit hinreichender Zuverlässigkeit eine wasserdichte Verbindung herstellen kann, die auch hohen Zugspannungen widerstehen kann, denen die Spleißverbindung bei der Handhabung ausgesetzt ist, ist bis jetzt nicht bereitgestellt worden. Aus diesen Gründen wird in der üblichen Praxis ein großes Lager an Zündkapseln gehalten, die Leitungen verschiedener Länge haben, um für verschiedene Bohrlochtiefen angepaßt zu sein.
• In der parallelen Anmeldung SN 912,211, eingereicht am 25. September 1986, jetzt (US-)Patent 4,673,233 wird ein hochgradig zugbelastbarer Spleißverbinder beschrieben, bei dem miteinander zu verspleißende überlappende Leitungsabschnitte in Eingriff mit einem leitfähigen, allgemein konisch zulaufenden Körper verpreßt (gecrimpt) werden. Es wäre von Vorteil, wenn ein solcher hochgradig zugbelastbarer Zwei- Leitungs-Spleißverbinder bereitgestellt werden könnte, der nicht den Gebrauch eines Verpreß- bzw. Crimpwerkzeuges erfordert.
• US-A 3 569 911 beschreibt eine Anschlußkastenanordnung mit einem isolierenden Gehäuseteil, welches Seiten- und Stirnwände hat. Die Stirnwände haben Öffnungen zum Hineinführen elektrischer Leiter in das Gehäuse. Innerhalb der Wandung des Gehäuses ist eine Blattfeder montiert, deren freie Enden die Achsen der Öffnungen schneiden und Verriegelungsmittel für die durch die Öffnungen in das Gehäuse hineingehenden Leitungen darstellen.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Verbinder zur Herstellung von hochgradig zugbelastbaren Zwei-Leitungs-Spleißverbindern zwischen Paaren elektrischer Leitungen bereitzustellen, bei dem der elektrische Widerstand sich über einen Bereich von Temperaturen oder Feuchtigkeitszuständen nicht wesentlich ändert.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrischer Verbinder bereitgestellt, wie er in Anspruch 1 beschrieben ist.
• Die vorliegende Erfindung kann einen elektrischen Verbinder liefern, der eine hochgradig zugbelastbare Spleißverbindung ohne Verwendung von Werkzeugen herzustellen erlaubt. Der Verbinder umfaßt vorzugsweise einen dielektri schen, langgestreckten Körper mit einem sich in Längsrichtung erstreckenden Hohlraum, der eine aus einem Streifen elastischen Metalls gebildete leitfähige C-Klammer (C-Clip) aufnimmt, mit nach innen geneigten Beinen, die beide eine geschlitzte Stirnkante haben, die nahe benachbart den inneren Gehäusewandungen ist.
• Die Stirnseiten des Verbinderkörpers können durch Dichtungseinsätze aus elastischem Material verschlossen werden, mit Zentrierungsöffnungen, die eine eingesetzte Leitung von jedem Ende in das Innere des Verbinderkörpers führen.
• Eine eingesetzte Leitung ist zur geneigten äußeren Oberfläche eines Beines des C-Clips gerichtet und verbiegt das Bein und wird durch Kontakt mit der geneigten Fläche des Beines in die geschlitzte Stirnkante jedes Beines geführt. Der eingeführte Leiter kann daher bezüglich der Stirnkante unter einem spitzen Winkel gebogen sein und durch die Kante des Beines bei Ausübung einer Zugkraft nach dem Einführen fest ergriffen werden, wodurch die Durchtrennung einer isolierenden Umhüllung und damit die Herstellung einer elektrischen Verbindung bewerkstelligt wird.
• Die spitzwinklige Anordnung eines eingeführten Leiters gewährleistet einen selbstverriegelnden Reibschluß einer eingeführten Leitung mit hoher Zugbelastbarkeit zwischen der Stirnkante und der Innenoberfläche des Verbinderkörper- Hohlraums.
• Das Einsetzen einer Leitung am entgegengesetzten Ende vervollständigt dann den Spleißverbinder.
• Paare von Verbinderkörpern werden vorteilhafterweise in einem einzigen zusammenhängenden Teil aus Kunststoff geformt, um einen Zwei-Leitungs-Spleißverbinder bereitzustellen.
• Das Innere jedes Körpers ist vollständig mit einem dielektrischen, wasserfesten Gel - etwa Silikonfett - gefüllt, von dem ein Teil beim Einsetzen jeder Leitung verdrängt wird, um einen völligen Abschluß jedes Verbinderkörper- Hohlraums zu gewährleisten.
• Es ist auch eine Überbrückungsklammer bzw. ein Shunt-Clip vorgesehen, um einen sicheren Transport von Zündkapseln mit einem Verbinder gemäß der vorliegenden Erfindung, der an den Zündkapselleitungen befestigt ist, zu ermöglichen. Diese Überbrückungsklammer weist einen U-förmigen Leiter auf, der in die Öffnungen der gegenüberliegenden Einsätze derart einführbare Enden hat, daß diese sich gegen die benachbarten Beine jedes der C-Clips drücken und eine Nebenschlußverbindung über die verbundenen Leitungen herstellen.
Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Draufsicht eines elektrischen Verbinders gemäß der vorliegenden Erfindung, mit miteinander verspleißten Abschnitten von Paaren elektrischer Leiter.
• Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung längs 2-2 in Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Querschnitts 2-2.
• Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung längs 4-4 in Fig. 2.
• Fig. 5 ist eine Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Verbinders von hinten.
• Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung des im Verbinder nach Fig. 1 enthaltenen C-Clips.
• Fig. 7 ist eine Darstellung des Verbinders nach Fig. 1, welcher die Leitungen mit einer Zündkapsel verbindet und in den eine Überbrückungsklammer eingesetzt ist.
• Fig. 8 ist eine vergrößerte Teildarstellung des Endes des in Fig. 7 gezeigten Verbinders, welche die Einzelheiten des darin angebrachten Shunts zeigt.
Detaillierte Beschreibung
• In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird der Klarheit halber eine spezifische Terminologie benutzt und in Übereinstimmung mit 35 USC 112 eine spezielle Ausführungsform beschrieben, aber es ist davon auszugehen, daß dies nicht beschränkend zu verstehen ist, da die Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der anhängenden Ansprüche viele Abwandlungen erfahren kann.
• Wie in den Zeichnungen zu ersehen, ist der elektrische Verbinder 10 gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß er ein Paar von Leitern 12 und 14 von Ende zu Ende sicher und ohne Verwendung von Crimp-Werkzeugen zusammenfügen kann.
• Der Verbinder 10 umfaßt ein Paar paralleler, seitlich zueinander liegender, langgestreckter Verbinderkörper 16 und 18, die bevorzugt in einem einzelnen Formteil 20, an ihren Enden verbunden, miteinander zusammenhängen, wie in Fig. 1 gezeigt.
• Das Formteil 20 ist aus einem hinreichend starren dielektrischen Material, wie etwa Polypropylen-Kunststoff.
• Wie am besten in den Figuren 2 und 5 zu sehen, sind die Enden 22, 24 des Formteils 20 mit einem Paar zylindrischer Bohrungen 26, 28 versehen, die jeweils mit einem Verbinderkörper 16, 18 ausgerichtet sind und von denen jede einen zugehörigen Stecker eines Paares 30, 32 aufnimmt, die als ein Teil eines Formteil-Einsatzes 34 gebildet sind, welcher in einer Ausnehmung 36 in den Enden 22, 24 aufgenommen ist.
• Die Stecker 30, 32 sind jeder mit konischen Öffnungen 38 versehen, die sich zu einem zentralen Führungsloch 40 in seinem Ende verjüngen. Der Einsatz 34 besteht bevorzugt aus Gummiformmaterial, um eine Aufweitung der Führungslöcher 40 zu ermöglichen, was die Aufnahme von Drähten innerhalb eines Bereiches von Durchmessern ermöglicht.
• Jeder Verbinderkörper 16 und 18 ist von hohlquaderförmigem Aufbau - wie am besten in Fig. 4 zu erkennen - und hat einen C-Clip 42, der so bemessen ist, daß er gleitend in die sich in Längsrichtung des Quaders erstreckende Höhlung 44 in diesem paßt.
• Der C-Clip 42 ist aus einem flachen Streifen eines leitenden elastischen Materials, wie etwa Federstahl oder Beryllium-Kupfer, gefertigt, und umfaßt einen geraden Hauptabschnitt 43, der ein Paar von einander gegenüberliegenden Beinen 46 und 48 miteinander verbindet, die einander zugewandt nach innen geneigt sind, um geneigte Flächen 50, 52 zu bilden, die dem jeweiligen Führungsloch 40 an jedem Ende zugewandt sind. Die Stirnkanten 54, 56 stoßen an die Innenoberfläche des Hohlraums 44 an.
• Folglich trifft, wenn ein Leiter 12 über ein Führungsloch 40 in die Höhlung 44 vorgeschoben wird, dieser auf eine geneigte Fläche 50 oder 52, die ihn zwischen die Enden 54 oder 56 des Beines 46 bzw. 48 des C-Clips führt.
• Wie in Fig. 3 am besten zu erkennen, bewirkt ein weiteres Vorschieben des Leiters 12, daß das Bein 46 elastisch nach unten abgelenkt wird - wie gestrichelt gezeigt - um es zu ermöglichen, daß der Leiter sich jenseits der Kante 56 des Beines in den Innenraum der Höhlung 44 bewegt. Der Leiter 12 ist notwendigerweise geneigt, da er durch das zentrale Führungsloch 44 eintritt, und er bildet einen spitzen Winkel mit dem ausgelenkten Bein 48.
• Die Spitze 13 des Leiters 12 oder 14 stößt innen an das gegenüberliegende Bein 46 oder 48 an, das um etwa 45º gegenüber dem Hauptteil 42 geneigt ist, um schließlich nach unten in die Biegekante 45 oder 49 des jeweiligen Beines 46 oder 48 geführt zu werden, was über den Clip bzw. die Klammer 42 eine elektrische Sekundärverbindung herstellt.
• Die elektrische Primärverbindung wird durch eine schlitzförmige Kontaktausnehmung 55, 57 hergestellt, die in dem jeweiligen Bein 46, 48 ausgebildet ist, wobei die Breite des Schlitzes derart bemessen ist, daß durch die Schneidwirkung der zueinander parallelen, gegenüberliegenden Kanten der Kontaktausnehmung 45, 47 die Isolation durchtrennt wird, wenn der Leiter 12 eingeführt wird.
• Bei Ziehen am Leiter 12 durchstoßen die Seiten der Kontakt-Ausnehmungen 55 oder 57 die Isolation und kommen in Kontakt mit dem Leiter. Ein starker Selbstverriegelungseffekt wird durch die ... (Lücke im Text) für das Bein 46 oder 48 erreicht, durch auf den Leiter 12 ausgeübte Zugkräfte nach außen bewegt zu werden, um sie mit der Innenoberfläche der Höhlung 44 zu verriegeln und den Leiter 12 in dem Kontakt festzuhalten. Diese Verriegelungswirkung verankert das Bein 46, 48 derart, daß es einer Streckung widersteht, während der Leiter 12 in der Kontakt-Ausnehmung 55, 57 sitzt. Die spitzwinklige Orientierung des Leiters 12, die durch seine Einführung durch das Mittenloch 40 bewirkt wird, hat eine größere Auslenkung der Beine 46, 48 zur Folge, als sie auf andere Weise zustandekäme, was eine größere Sicherheit dafür bietet, daß der Kontakt zwischen der Kontakt-Ausnehmung 55, 57 und dem Leiter der Leitung 12 bestehenbleibt.
• Die relativ große Länge des Leiters 12, die jenseits der Kante 54, 56 des jeweiligen C-Clip-Beines 46, 48 liegt, zusammen mit der Ausbildung eines elektrischen Sekundärkontaktes, kalibriert eine Länge des Leiters, so daß der Isolierüberzug nicht einfach vom Mittelleiter abgestreift wird, wenn er einer herausziehend wirkenden Zugkraft aus gesetzt wird.
• Für die Kontakt-Ausnehmungen 55, 57 sind verschiedene Geometrien möglich, etwa eine spitz V-förmige Geometrie oder verrundete oder gezackte zentrale Öffnungen innenseitig der geneigten Einführungskanten, die die Leitung 12 in die Öffnung führen.
• Um eine wasserdichte Verbindung zu sichern, ist der Hohlraum 44 vollständig mit einem dielektrischen Gel oder Fett - wie etwa Silikon - gefüllt, von dem ein kleiner Teil bei Einführung eines Drahtes ausgestoßen wird, was eine Aufrechterhaltung des völligen Abschlusses dieses Raumes und einen wasserfesten Schutz gewährleistet.
• Der C-Clip 42 ist mit einer Mittenöffnung 58 gebildet, die jeweils mit einem ihr gegenüberliegenden angeformten Fortsatz 60 zusammenpaßt, der jeweils in die Höhlung 44 vorsteht, um den C-clip in Längsrichtung im Hohlraum 44 zu zentrieren.
• Der elektrische Verbinder 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn er dazu eingesetzt wird, Spleißverbindungen auf dem Gebiet der Spreng-Zündkapseln herzustellen.
• Bei dieser Anwendung kann es von Vorteil sein, die Zündkapseln 62 mit vorab an einem Ende eines Verbinders 10 gemäß der vorliegenden Erfindung angebrachten Leitungen 64 -wie in Fig. 7 gezeigt - zu verpacken und zu versenden. In diesem Fall wird eine Überbrückung 66 verwendet, die aus einer U-förmigen Klammer aus leitendem Material mit Beinen 68 (Fig. 8) besteht, die derart beabstandet sind, daß sie durch das freie Ende in Kontakt mit den geneigten Flächen 50, 52 eingeführt werden können. Ein geeignetes Zugelement 70 erlaubt eine leichte Entfernung in Vorbereitung einer Installation der Verbindungsleitungen im Gelände. Dies verhindert, daß durch die Umgebung induzierte Ströme in die Zündkapsel gelangen, und damit unbeabsichtigte Explosionen.
• Es ist somit festzustellen, daß eine zuverlässige elektrische Verbindung ohne die Verwendung von Werkzeugen hergestellt werden kann, welche auch einem Herausziehen einmal eingeführter und in Eingriff mit dem C-Clip gebrachte Leitungen hartnäckig widersteht. Ein Größenbereich von Leitern ist leicht aufnehmbar, wobei der Verbinder einfach und zu einer Herstellung mit niedrigen Kosten geeignet ist.

Claims (10)

1. Elektrischer Verbinder zur Herstellung einer Spleißverbindung zwischen elektrischen Leitern mit einer isolierenden Umhüllung und einem Leiterkern, mit:

einem hohlen, langgestreckten Verbinderkörper (16, 18) aus elektrisch isolierendem Material mit einem Hohlraum (44) darin und einer Öffnung (26, 28) an jedem Ende,

einer C-Klammer (42) aus elastischem, leitfähigen Material, die in dem Hohlraum angeordnet ist und ein Paar Beine (46, 48) umfaßt, die sich jeweils von einem Ende eines langgestreckten Hauptabschnitts (43) erstrecken, welcher an der Innenseite einer ersten Wand des Verbinderkörpers anliegt und sich in Längsrichtung im Hohlraum erstreckt, wobei jedes Bein zum anderen hin und von der jeweils benachbarten Öffnung (26, 28) des Verbinderkörpers weg geneigt ist, um an jedem Ende der C-Klammer eine Umbiegung zu bilden und eine Stirnkante (54, 56) umfaßt, die an einem Punkt nahe benachbart zu oder auf einer zweiten Wand des Verbinderkörpers gegenüber der ersten Wand liegt, wobei eine Abisolierungs-Ausnehmung (53, 54) in jeder Stirnkante gebildet ist, welche eng zueinander beabstandete, gegenüberliegende Leiterabisolierkanten aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie bei Ziehen des elektrischen Leiters vom Verbinder weg nach Einsetzen in diesen die isolierende Umhüllung durchschneiden, so daß der Leiterteil der Leitung im Leitungsabisolier-Fortsatz festsitzt, wobei eine elektrische Leitung an jedem Ende des Leiterkörpers derart einführbar ist, daß sie mit dem jeweiligen Bein der C-Klammer in Eingriff kommt und dieses auslenkt, um sich über die Stirnkante hinweg zu bewegen und gegen Herausziehen durch die Leitungsabisolierkanten der Ausnehmung (53, 54) festgehalten zu sein.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, mit einem Paar elektrisch isolierender, seitlich zueinander angeordneter, langgestreckter Verbinderkörper (16, 18), die jeweils einen Hohlraum enthalten, und einem Endabschnitt (22, 24), der jeweils ein Paar von Enden der Verbinderkörper integral miteinander verbindet und ein Paar von Boh rungen (26) enthält, die mit dem jeweiligen Hohlraum des Paares der Verbinderkörper ausgerichtet sind.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder Schlitz (55, 57) parallele Seiten hat und die Leitungsabstreifkanten an den parallelen Seiten vorgesehen sind.

4. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der oder jeder Verbinderkörper-Hohlraum einen rechteckigen Querschnitt hat, wobei der Hauptabschnitt der oder der jeweiligen C-Klammer an einer ebenen Innenfläche des oder seines jeweiligen Hohlraumes anliegt.

5. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 4, bei dem der Hauptabschnitt (43) der oder jeder C-Klammer mit einem Konstruktionsmerkmal (58) im Mittenbereich seiner Länge versehen ist und bei dem die oder jede ebene Fläche mit einem dazu paßfähigen Konstruktionsmerkmal (60) versehen ist, um die C-Klammer in Längsrichtung in dem oder dem jeweiligen Verbinderkörper zu positionieren.

6. Elektrischer Verbinder nach einem vorangehenden Anspruch, der einen Stecker (30, 32) aufweist, der an jedem Ende des oder jedes Verbinderkörpers angebracht ist und eine zentral angeordnete Öffnung (40) aufweist, die wesentlich kleiner als der Hohlraum und so gestaltet ist, daß eine eingeführte elektrische Leitung relativ zum Hohlraum geneigt ausgerichtet ist, um an einer Stirnkante eines der Beine der C-Klammer im Hohlraum vorbeizugehen.

7. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 6, bei dem jeder Stecker (30, 32) aus elastischem Material ist, um eine Aufweitung der Öffnung (40) zur Aufnahme eines Bereiches von Leitungsdurchmessern zu ermöglichen.

8. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der oder jeder Verbinderkörper und dessen/deren Endabschnitte aus einem steifen Kunststoff, die Stecker aus einem gummiartigen elektrisch isolierenden Material und die oder jede C-Klammer aus einem Federmetall besteht.

9. Elektrischer Verbinder nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem der Hohlraum des oder jedes Verbinderkörpers mit einem dielektrischen, wasserbeständigen Gel ausgefüllt ist.

10. Elektrischer Verbinder nach einem vorangehenden Anspruch, mit einer überbrückungsklammer (66), die ein U- förmiges leitfähiges Stück mit einem Paar von Beinen aufweist, die in eine Öffnung eines jeweiligen Steckers an einem Ende des Verbinders derart einsetzbar sind, daß sie ein Bein der oder einer C-Klammer berühren.