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Hintergrund der Erfindung
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Feld der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft elektrische Stecker und insbesondere elektrische
Stecker, die für
die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem länglichen
Elektrokabel und einer elektrischen Steckdose nützlich sind.
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Einführung in
die Erfindung
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Häufig ist
es notwendig, eine elektrische Verbindung von einem länglichen
Kabel wie einer Stromversorgungsleitung, einer Stromversorgungsleitung mit
Erdungsleiter, einem Heizkabel zu einem anderen länglichen
Kabel oder mit einer Quelle elektrischer Leistung wie einer Wandsteckdose
herzustellen. Eine Verbindung mit einer Quelle elektrischer Leistung
wird häufig
mittels eines elektrischen Steckers hergestellt. Die Anbindung eines
Kabels mit dem Stecker verlangt häufig einen mühseligen
und Fähigkeiten
bezogenen Zusammenbau wie auch die Verwendung spezieller Werkzeuge,
um sicherzustellen, dass eine gute elektrische Verbindung erreicht wird.
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Längliche
Heizkabel sind von einem Kabeltyp, der häufig eine Verbindung mit einem
Stekker benötigt.
Solche Heizkabel sind bekannt für
die Verwendung zum Frostschutz und zur Temperatursteuerung von Rohren.
Besonders nützliche
längliche Heizkabel
umfassen (a) erste und zweite längliche Elektroden,
(b) eine Vielzahl von Widerstandsheizelementen, die parallel zwischen
den Elektroden angeschaltet sind, z.B. ein kontinuierlicher Streifen
eines leitenden Polymers, in das die Elektroden eingebettet sind
oder welcher um die Elektroden herum gewickelt ist, und (c) einen
Isoliermantel, der die Elektroden und Heizelemente umgibt. Zusätzlich umfassen
die Heizkabel häufig
eine metallische Erdungsschicht in der Form eines Geflechts oder
eines Bands, das den Isoliermantel umgibt und das dazu dient, das
Heizkabel elektrisch zu erden und einen Abriebwiderstand vorzusehen.
Das Heizkabel kann auf eine geeignete Länge für die Verwendung in jeder Anwendung
abgeschnitten werden und dann muss ein Anschluss an den Stecker
hergestellt werden.
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Konventionelle
elektrische Stecker für
die Verwendung mit Heizkabeln verlangen häufig, dass das leitende Polymer
vor der Installation des Kabels in den Stecker von den Elektroden
abgestreift wird. Solch ein elektrischer Stecker ist in den U.S.
Patenten Nr. 5,002,501 (Tucker) und 5,004,432 (Tucker) offengetegt.
Das Abstreifen des Polymers kann schwierig sein, kann Spezialwerkzeuge
nötig machen
und braucht nicht vollständig „saubere" Elektroden zu ergeben,
wodurch eine gute elektrische Verbindung mit dem Stecker schwierig
wird. Zusätzlich ist
die Zeit, die für
das Abstreifen des Polymers und für den Zusammenbau des Steckers
benötigt
wird, relativ hoch. Im U.S. Patent Nr. 5,252,081 (Hart) ist ein
Stecker offengelegt, bei dem die Elektrode vor dem Einschieben des
Kabels in den Stecker nicht freigelegt werden muss. Die Verbindung
mit der Elektrode wird hergestellt mittels einer leitenden Stecheinrichtung,
welche den Isoliermantel und das leitende Polymer durchsticht und
so die Elektroden kontaktiert. Für
die Herstellung eines geeigneten Kontakts ist es notwendig, dass
die Stecheinrichtung z.B. mit Schrauben ausreichend fest gezogen
wird. Zusätzlich
ist es wichtig, dass die Dimensionstoleranz präzise ist, um sicherzustellen,
dass die Schrauben die Elektroden direkt kontaktieren und eine gute
elektrische Verbindung beibehalten selbst nach Kriechen und/oder
Altern des Polymers und der Elektroden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Wir
haben herausgefunden, dass es möglich ist,
eine leicht herzustellende, zuverlässige Verbindung mit einem
elektrischen Kabel ohne Abstreifen der Polymer-Isolation von den
Elektroden und ohne einen Bedarf für Schrauben oder andere Mittel
der Durchdringung der Isolation zu fertigen, um die Elektroden präzise zu
kontaktieren. Durch die Verwendung unserer Erfindung ist es möglich, ein
elektrisches Kabel in den Stecker einzuführen, ein Schneidelement z.B.
um 90° zu
drehen, das umgebende Polymer zu entfernen und einen Kontakt der
Elektroden mit den elektrischen Kontakten sicherzustellen und das
Kabel in Position zu verriegeln, um eine angemessene Zugentlastung
vorzusehen. Spezielle Werkzeuge werden dazu nicht benötigt. Somit
sieht diese Erfindung in einem ersten Aspekt einen elektrischen
Stecker für
den Anschluss eines elektrischen Kabels an eine elektrische Steck dose
vor, wobei das elektrische Kabel eine erste längliche Elektrode und eine
zweite längliche
Elektrode umfasst, die erste Elektrode und die zweite Elektrode
mit einem Polymer umgeben und dadurch voneinander getrennt sind,
und der Stecker umfasst:
- (A) ein Gehäuse, welches
umfasst:
- (1) ein erstes Gehäuseteil,
das einen Schlitz für die
Aufnahme das Kabels umfasst, und
- (2) ein zweites Gehäuseteil,
wobei
das erste und das zweite Gehäuseteil
relativ zueinander zwischen einer einzigartigen zusammen gepassten
Anordnung und einer getrennten Anordnung bewegt werden können;
- (B) ein erstes Kontaktteil, das einen ersten Stift, der zum
Einführen
in eine Buchse einer elektrischen Steckdose geeignet ist, und einen
ersten Elektroden-Kontaktabschnitt umfasst, der elektrisch mit dem
ersten Stift verbunden werden kann;
- (C) ein zweites Kontaktteil, das einen zweiten Stift, der zum
Einführen
in eine zweite Buchse einer elektrischen Steckdose geeignet ist,
und einen zweiten Elektroden-Kontaktabschnitt
umfasst, der elektrisch mit dem zweiten Stift verbunden werden kann;
- (D) ein Schneidmodul, das in dem ersten Gehäuseelement angeordnet ist und
das umfasst:
- (1) einen Hohlraum, der eine Wand umfasst, die eine konkave,
bogenförmige
Innenfläche
hat,
- (2) eine Öffnung
in der Wand, die sich in den Hohlraum hinein öffnet und auf den Schlitz zum
Aufnehmen des Kabels ausgerichtet ist,
- (3) einen ersten Elektroden-Kontaktabschnitt, der an der Innenfläche der
Wand angeordnet und mit dem ersten Stift elektrisch verbunden ist,
und
- (4) einen zweiten Elektroden-Kontaktabschnitt, der an der Innenfläche der
Wand angeordnet und mit dem ersten Stift elektrisch verbunden ist,
und
- (E) ein Schneidelement, das
- (1) in das Schneidmodul hinein passt,
- (2) eine Schneidklinge umfasst, die umfasst:
- (a) eine konvexe, bogenförmige
Außenfläche, die komplementär zu der
Innenfläche
der Wand ist, und
- (b) eine Stecheinrichtung, die zum Eindringen in die Polymer-Ummantelung
geeignet ist, und
- (3) in dem Hohlraum drehbar angebracht ist, so dass sie aus
einer geöffneten
Position in eine geschlossene Position gedreht werden kann, so dass
nach dem Einführen
des Kabels durch die Öffnung
in den Hohlraum und Drehung des Schneidelements die Drehung
- (a) die Stecheinrichtung so drückt, dass sie die Polymer-Ummantelung
zwischen der ersten und der zweiten Elektrode durchdringt,
- (b) den Endabschnitt der Polymer-Ummantelung von den Elektroden
trennt, und
- (c) die erste Elektrode in physischen Kontakt mit dem ersten
Elektroden-Kontaktabschnitt
und die zweite Elektrode in physischen Kontakt mit dem zweiten Elektroden-Kontaktabschnitt
zwingt.
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Wie
haben auch herausgefunden, dass bestimmte Komponenten, die Teil
des in dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen elektrischen
Steckers sind, von sich aus nützlich
sind entweder als Teil eines Verbinders oder einer anderen Vorrichtung oder
von sich aus. Z.B. haben wir heraus gefunden, dass ein Schneidmodul
und ein Schneidelement als ein Werkzeug für das Abstreifen der Isolierung
z.B. aus Polymer von einem elektrischen Kabel, das eine isolierte
Leitung umfasst, nützlich
sein kann. Somit sieht diese Erfindung in einem zweiten Aspekt ein Werkzeug
für das
Entfernen der Polymer-Ummantelung von einem elektrischen Kabel vor,
das eine erste längliche,
von einer Polymer-Ummantelung umgebenen Elektrode umfasst, wobei
das Werkzeug umfasst:
- (A) ein Schneidmodul,
das umfasst:
- (1) einen Hohlraum, der eine Wand umfasst, die eine konkave,
bogenförmige
Innenfläche
hat,
- (2) eine Öffnung
in der Wand, die sich zum Aufnehmen des Kabels in den Hohlraum hinein öffnet,
- (B) ein Schneidelement, das
- (1) in das Schneidmodul hinein passt,
- (2) eine Schneidklinge umfasst, die umfasst:
- (a) eine konvexe, bogenförmige
Außenfläche, die komplementär zu der
Innenfläche
der Wand ist, und
- (b) eine Stecheinrichtung, die zum Durchdringen der Polymer-Ummantelung
geeignet ist, und
- (3) in dem Hohlraum drehbar angebracht ist, so dass nach dem
Einführen
des Kabels durch die Öffnung
und Drehung des Schneidelements die Drehung zuerst die Stecheinrichtung
so drückt, dass
sie die Polymer-Ummantelung durchdringt, und dann den Endabschnitt
der Polymer-Ummantelung von den Elektroden trennt.
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Das
Schneidmodul und das Schneidelement können auch in einem Verbinder
verwendet werden, der eine elektrische Verbindung zwischen zwei
oder mehreren länglichen
Kabeln herstellt. Somit sieht die Erfindung in einem dritten Aspekt
einen Verbinder für das
Anschließen
eines Endes eines ersten länglichen
elektrischen Kabels an das Ende eines zweiten länglichen elektrischen Kabels
vor, wobei das erste Kabel eine erste längliche Elektrode und eine
zweite längliche
Elektrode umfasst, die durch eine erste Polymer-Ummantelung umgeben und dadurch voreinander
getrennt sind, und das zweite Kabel eine dritte längliche
Elektrode und eine vierte längliche
Elektrode umfasst, die durch eine zweite Polymer-Ummantelung umgeben
und dadurch voreinander getrennt sind, und der Verbinder umfasst:
- (A) ein Gehäuse,
welches umfasst:
- (1) ein erstes Gehäuseteil,
das einen Schlitz für die
Aufnahme das Kabels umfasst, und
- (2) ein zweites Gehäuseteil,
wobei
das erste und das zweite Gehäuseteil
(a) relativ zueinander zwischen einer einzigartigen zusammen gepassten
Anordnung und einer getrennten Anordnung bewegt werden können und (b)
im zusammen gepassten Zustand eine Öffnung für die Aufnahme des zweites
Kabels umfasst;
- (B) ein erstes Verbindungsteil für das Verbinden der ersten
Elektrode mit der dritten Elektrode innerhalb des Gehäuses;
- (C) ein zweites Verbindungsteil für das Verbinden der zweiten
Elektrode mit der vierten Elektrode innerhalb des Gehäuses;
- (D) ein Schneidmodul, das in dem ersten Gehäuseelement angeordnet ist und
das umfasst:
- (1) einen Hohlraum, der eine Wand umfasst, die eine konkave,
bogenförmige
Innenfläche
hat,
- (2) eine Öffnung
in der Wand, die sich in den Hohlraum hinein öffnet und auf den ersten Schlitz
zum Aufnehmen des Kabels ausgerichtet ist,
- (3) ein erster Elektroden-Kontaktabschnitt, der an der Innenfläche der
Wand angeordnet und mit dem ersten Verbindungsteil elektrisch verbunden werden
kann, und
- (4) ein zweiter Elektroden-Kontaktabschnitt, der an der Innenfläche der
Wand angeordnet und mit dem zweiten Verbindungsteil elektrisch verbunden
werden kann, und
- (E) ein Schneidelement, das
- (1) in das Schneidmodul hinein passt,
- (2) eine Schneidklinge umfasst, die umfasst:
- (a) eine konvexe, bogenförmige
Außenfläche, die komplementär zu der
Innenfläche
der Wand ist, und
- (b) eine Stecheinrichtung, die zum Durchdringen der Polymer-Ummantelung
geeignet ist, und
- (3) in dem Hohlraum drehbar angebracht ist, so dass sie aus
einer geöffneten
Position in eine geschlossene Position gedreht werden kann, so dass
nach dem Einführen
des ersten Kabels durch die Öffnung
in den Hohlraum und Drehung des Schneidelements die Drehung
- (a) zuerst die Stecheinrichtung so drückt, dass sie die Polymer-Ummantelung
zwischen der ersten und der zweiten Elektrode durchdringt,
- (b) zweitens den Endabschnitt der Polymer-Ummantelung von der
ersten und der zweiten Elektrode trennt, und
- (c) drittens die erste Elektrode in physischen Kontakt mit dem
ersten Elektroden-Kontaktabschnitt und die zweite Elektrode in physischen
Kontakt mit dem zweiten Elektroden-Kontaktabschnitt zwingt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung wird durch die Zeichnungen veranschaulicht, in denen:
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1 eine
schematische Perspektivdarstellung eines elektrischen Steckers der
Erfindung ist;
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2 und 3 die
Gehäusekomponenten des
elektrischen Steckers der Erfindung in schematischer Perspektivdarstellung
zeigen;
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4 eine
Komponente der Schneidmodul-Komponente des elektrischen Steckers
der Erfindung in schematischer Perspektivdarstellung zeigt;
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5 eine
Gehäusekomponente
des elektrischen Steckers der Erfindung in schematischer Perspektivdarstellung
zeigt;
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6 eine
Schneidelement-Komponente des elektrischen Steckers der Erfindung
in schematischer Perspektivdarstellung zeigt; und
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7 eine
Aufrissdarstellung des Schneidelements von 6 zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Der
elektrische Stecker der Erfindung wurde entworfen, um längliche
elektrische Kabel mit einer elektrischen Steckdose, z.B. eine Wandsteckdose, zu
verbinden. Das elektrische Kabel kann ein Heizkabel, ein Stromversorgungskabel,
eine geerdete Stromversorgungsleitung oder ein Kabel eines anderen
Typs umfassen. Längliche
elektrische Heizkabel, die für
die Verwendung mit diesem Stecker geeignet sind, sind jene, die
eine erste und eine zweite längliche
Elektrode, eine Vielzahl von Widerstandsheizelementen, ein parallel
zwischen den Elektroden angeschlossenes Polymer, und mindestens
einen Isoliermantel umfassen, der die Elektroden und Heizelemente
umgibt. Der Isoliermantel ist allgemein Polymer in der Form einer
kontinuierlichen Polymer-Schicht, obgleich ein Polymer-Geflecht
oder ein Polymer-Band verwendet werden kann. Für einige Anwendungen ist der
Polymer-Mantel von einer zweiten Schicht umgeben, z.B. einer zweiten
Polymer-Isolierschicht wie ein Polyesterband oder ein metallisiertes
Band wie ein aluminiertes Polyester. Das Heizkabel umfasst häufig ein
optionales metallisches Erdungsgeflecht, das den Polymer-Mantel
und die optionale zweite Schicht umgibt. Das metallische Erdungsgeflecht
dient der elektrischen Erdung des Heizkabels und ergibt auch mechanische
Festigkeit und Widerstand gegen Abrieb. Wenn ein metallisches Erdungsgeflecht
vorhanden ist, ist es allgemein in der Form von geflochtenen Metalldrähten, obgleich
es für
Anwendungen, in denen Flexibilität nicht
kritisch ist, möglich
ist, einen anderen Typ von Metallschicht z.B. eine Hülse oder
ein Metallband zu verwenden. In dieser Spezifikation soll der Begriff "metallisches Erdungsgeflecht" auch nicht geflochtene,
metallische Schichten umfassen. In einigen Anwendungen ist das Erdungsgeflecht
selbst von einem Isoliermantel umgeben, um für das Heizkabel eine elektrische
Isolierung und eine Isolierung geben Umwelteinflüsse vorzusehen. Besonders geeignete Heizkabel
sind selbst regulierende Streifenheizer, in denen die Elektroden
längliche
Drähte
sind und die Heizelemente eine leitende Polymer-Zusammensetzung
umfasst, die im Widerstandsverhalten einen positiven Temperaturgang
(PTC) aufweist. Heizer dieses Typs sind beschrieben in den U.S.
Patenten Nr. 3,858,144 (Bedard et al.), 3,861,029 (Smith-Johannsen
et al.), 4,017,715 (Whitney et al.), 4,242,573 (Batliwalla), 4,334,148
(Kampe, 4,334351 (Sopory), 4,426,339 (Kamath et al.), 4,459,473
(Kamath), 4,574,188 (Midgley et al.) und 5,111,032 (Batliwalla et
al.) und in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO91/17642
(Raychem Corporation, veröffentlicht
am 14. November 1991). Das Heizkabel hat allgemein einen angenähert rechtwinkligen
Querschnitt mit zwei allgemein parallelen Stirnflächen, obgleich
andere Geometrien z.B. ovale oder elliptische ebenfalls verwendet
werden können.
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In
einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Werkzeug für das Entfernen
von Polymer von einem elektrischen Kabel vor. Das Kabel kann vom
selben Typ sein wie jene, die in dem elektrischen Stecker verwendet
werden, obgleich andere Kabeltypen verwendet werden können, in
denen es eine einzige längliche
Elektrode gibt, die von einem Polymer, allgemein einem Isolier-Polymer
umgeben ist.
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In
einem dritten Aspekt, der einen Verbinder für das Herstellen einer elektrischen
Verbindung zwischen den Enden von ersten und zweiten länglichen elektrischen
Kabeln vorsieht, umfasst das erste Kabel erste und zweite längliche
Elektroden, die von einem ersten Polymer umgeben und dadurch voneinander
getrennt sind, und umfasst das zweite Kabel dritte und vierte längliche
Elektroden, die von einem zweiten Polymer umgeben und dadurch voneinander getrennt
sind. Das erste und das zweite Kabel kann vom selben Typ wie jene
sein, die in dem elektrischen Stecker verwendet werden. Eines oder
beide können auch
ein metallisches Erdungsgeflecht umfassen.
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Der
Stecker umfasst ein Gehäuse,
das ein erstes und ein zweites Gehäuseteil umfasst, die in der
Lage sind, in einer voneinander getrennten und einer einzigartigen
zusammen gepassten Konfiguration zu sein. In der voneinander getrennten
Konfiguration können
die Gehäuseteile
separate Stücke
sein oder sie können
z.B. über
Scharniere miteinander verbunden sein. In der zusammen gepassten
Konfiguration stehen die Gehäuseteile
miteinander in Kontakt, entweder direkt oder indirekt über ein
Versiegelungsteil wie eine Dichtung. Die Gehäuseteile werden in ihrer zusammen
gepassten Konfiguration mittels einer Befestigungseinrichtung z.B.
eines Binders, einer Arretierung, einer Federzwinge, einer Klammer, einer
oder mehrerer Schrauben oder integrierter Schnappzungen gehalten.
Die Befestigungseinrichtung kann entfernbar sein, um die Gehäuseteile
voneinander zu trennen, und um zuzulassen, dass in den Stecker wieder
eingegriffen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Befestigungseinrichtung
Schrauben, die nach dem Festziehen nach der Einführung des Kabels sicherstellen,
dass ein guter elektrischer Kontakt erreicht und beibehalten wird.
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Das
erste Gehäuseteil
ist allgemein ein einziges Stück,
das zu unterschiedlichen Zwecken entweder durch Rippen oder Vorsprünge in Abteilungen
unterteilt ist. An einem Ende des ersten Gehäuseteils ist ein Schlitz für die Aufnahme
des Kabels. Der Schlitz passt allgemein in der Form zu dem Kabel
und hat eine Größe geringfügig größer als
das Kabel (ohne jedes metallische Erdungsgeflecht oder äußeren Isoliermantel),
um das Einschieben leicht zu machen. Das erste Gehäuseteil
sollte groß genug
sein, um das Schneidmodul und eine Zugentlastungseinrichtung (allgemein
beide in einer Abteilung) aufzunehmen, wie auch eine Schaltkreisunterbrechungsvorrichtung,
eine Signalanzeige, Sicherung oder andere Elemente (allgemein in
einer zweiten Abteilung).
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Das
zweite Gehäuseteil
kann ein einziges Stück
sein, das in Abteilungen unterteilt sein kann, umfasst aber häufig zwei
oder mehrere Abschnitte, die voreinander getrennt sind. In einer
bevorzugten Ausführungsform
umfasst das zweite Gehäuseteil
einen ersten Abschnitt, der das erste und das zweite Kontaktteil
enthält
wie auch andere elektrische Komponenten (z.B. eine Schaltkreisunterbrechungsvorrichtung,
eine Signalanzeige, eine Sicherung), und einen zweiten Abschnitt,
der eine Verriegelungsstange auf einer inneren Oberfläche umfasst,
die verwendet werden kann, um zusammen zu kommen mit einem Rücksprung
auf dem Schneidelement, wenn es in seiner geschlossenen Position
ist. Der erste Abschnitt wird häufig
auf eine permanente Weise an dem ersten Gehäuseteil vor der Installation
des Kabels befestigt, während
der zweite Abschnitt leicht entfernt und ersetzt werden kann.
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Innerhalb
des ersten Gehäuseteils
ist ein Schneidmodul angeordnet, das einen Hohlraum mit einer Wand
umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Wand eine
konkave, bogenförmige Innenfläche, die
eine Öffnung
hat, welche sich zum Hohlraum hin öffnet und auf den Schlitz zur
Aufnahme des Kabels ausgerichtet ist. Eingepasst innerhalb des Schneidmoduls
ist ein Schneidteil, das eine Schneidklinge umfasst. Die Schneidklinge
umfasst bevorzugt eine konvexe Außenfläche, welche komplementär zur Innenfläche der
Wand ist. Eine Stecheinrichtung, die für das Durchdringen der Polymer-Ummantelung
geeignet ist, ist ein Teil der Schneidklinge entweder als integriertes
Teil der Schneidklinge oder als ein getrenntes Teil. Die Schneidklinge
kann innerhalb des Hohlraums von einer geöffneten Position zu einer geschlossenen
Position, vorzugsweise eine einzigartige geschlossene Position gedreht
werden, so dass nach dem Einführen
des Kabels in die Öffnung
und Drehen des Schneidteils die Drehung zuerst bewirkt, dass die Stecheinrichtung
die Polymer-Ummantelung (zwischen der ersten und der zweiten Elektrode)
durchdringt, und danach bewirkt, dass ein Endabschnitt der Polymer-Ummantelung
sich von den Elektroden löst.
Die Drehung kann um jeden geeigneten Betrag durchgeführt werden,
aber für
viele Anwendungen wird vorgezogen, dass die Drehung von der geöffneten
Position zu der geschlossenen Position um 90° durchgeführt wird. Um die Drehung zu
erleichtern kann das Schneidteil eine Vertiefung umfassen, die für die Aufnahme
eines Hebels z.B. eines Schraubenziehers geeignet ist, was eine
Zunahme des Drehmoments zulässt,
das auf das Kabel einwirkt. Diese Vertiefung kann angepasst werden
mit der Verriegelungsstange auf dem zweiten Gehäuseteil, um sicherzustellen,
dass das Schneidteil vollständig
geschlossen ist. Es ist vorzuziehen, dass die Schneidklinge eine
innere Oberfläche
hat, die konvex ist, so dass die Klinge in der Richtung weg von
der Stecheinrichtung eine zunehmende Dicke hat. Dies bedeutet, dass
dann, wenn die Stecheinrichtung die Polymer-Ummantelung durchdringt
und die Klinge durch die Drehung des Schneidteils in die Polymer-Ummantelung
zum Eindringen gezwungen wird, eine vergrößerte Kraft angelegt wird.
Falls die Schneidklinge eine dreieckige Form hat, wie bevorzugt
wird, bei der die Stecheinrichtung ein Eckpunkt des Dreiecks ist,
wird während
der Drehung eine zunehmende Breite der Klinge in die Polymer-Ummantelung
hinein gezwungen, was bei dem Abtrennen der Polymer-Ummantelung
von den Elektroden hilft und sicherstellt, dass die Elektroden voneinander
weg bleiben. Die Stecheinrichtung und vorzugsweise die Schneidklinge
sind elektrisch isolierend. Die Form der Schneidklinge hängt von
der differentiellen Härte der
Elektroden und der Polymer-Ummantelung ab. Es ist notwendig, dass
die Polymer-Ummantelung von den Elektroden abgetrennt wird ohne
die Elektroden abzuscheren. In einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Stecheinrichtung einen Winkel von 30° bis 60°, vorzugsweise von 40° bis 50°, z.B. 45°. Der Winkel
ist bestimmt als der komplementäre
Winkel des Schnittpunkts einer Mittellinie des Rücksprungs und einer Tangente
von dem Innenradius der Stecheinrichtung, wie in 7 im
Folgenden gezeigt. Zusätzlich
kann die Schneidklinge auch eine bogenförmige Rippe umfassen, die an
der äußeren konvexen Oberfläche der
Schneidklinge angeordnet ist, um eine Trennung der Elektroden beizubehalten,
wenn das Schneidteil in die geschlossene Position gedreht wird.
Diese Rippe kann auf jeder Höhe
auf der Außenfläche der
Schneidklinge liegen, aber es wird vorgezogen, dass sie auf der
Höhe in
einer Linie mit der Stecheinrichtung liegt. Der Endabschnitt der
Polymer-Ummantelung, der aus mehr als einem Material bestehen kann,
d.h. einer leitenden Polymer-Schicht und einer isolierenden Polymer-Schicht,
wird vorzugs weise in einem Hohlraum zurückgehalten, der durch die Schneidklinge
und eine Wand des Schneidmoduls gebildet wird.
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Es
ist wichtig, dass eine elektrische Verbindung mit dem Kabel hergestellt
wird, wenn es in dem Stecker installiert wird. Der Stecker umfasst
ein erstes Kontaktteil, welches einen ersten Stift umfasst, der
geeignet ist für
das Einschieben in einen Sockel einer elektrischen Stromversorgungssteckdose,
und ein zweites Kontaktteil, welches einen zweiten Stift umfasst,
der geeignet ist für
das Einschieben in einen Sockel einer elektrischen Stromversorgungssteckdose.
Sowohl das erste Kontaktteil als auch das zweite Kontaktteil sind
in dem zweiten Gehäuseteil
positioniert und ragen allgemein aus der Wand des zweiten Gehäuseteils
heraus. Ein erster Elektroden-Kontaktabschnitt ist an der Innenfläche der
Wand des Schneidmoduls positioniert und kann mit dem ersten Kontaktteil
mittels eines Drahts, einer Lötung
oder metallischen Spur oder andere Mittel elektrisch verbunden werden.
Auch ein zweiter Elektroden-Kontaktabschnitt ist an der Innenfläche der
Wand des Schneidmoduls positioniert und kann mit dem zweiten Kontaktteil
mittels eines Drahts, einer Lötung oder
metallischen Spur oder andere Mittel elektrisch verbunden werden.
Der erste Elektroden-Kontaktabschnitt
und der zweite Elektroden-Kontaktabschnitt sind allgemein in der
Form eines Bronzeanschlusses, eines Kupferanschlusses oder eines
Anschlusses aus anderem Metall, das an einer geeigneten Position
auf der Wand mittels Schrauben, eines Klebers, Klammern oder anderer
Mittel angebracht werden kann. Der erste Elektroden-Kontaktabschnitt
und der zweite Elektroden-Kontaktabschnitt sind voneinander elektrisch
isoliert und physisch voneinander getrennt, allgemein um einen Abstand
geringfügig kleiner
als der Abstand, der die erste Elektrode von der zweiten Elektrode
trennt. Wenn das Schneidelement in dem Hohlraum gedreht wird und
nachdem die Polymer-Ummantelung von den Elektroden abgetrennt ist,
zwingt die Drehung die erste Elektrode in physischen Kontakt mit
dem ersten Elektroden-Kontaktabschnitt und die zweite Elektrode
in physischen Kontakt mit dem zweiten Elektroden-Kontaktabschnitt.
Die Anwesenheit der Schneidklinge behält die Trennung der Elektroden
bei, und die Kraft des Schneidelements gegen die Wand des Schneidmoduls
hält die
erste Elektrode und die zweite Elektrode in Kontakt mit dem jeweiligen
Elektroden-Kontaktabschnitt.
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Es
ist besonders vorzuziehen, dass der Stecker zusätzliche elektrische Komponenten
für zusätzliche
Funktionalität
und Sicherheit umfasst. Somit ist in einer bevorzugten Ausfüh rungsform
eine Sicherung mit dem ersten Kontaktteil und dem zweiten Kontaktteil
elektrisch verbunden. Geeignete Sicherungen für die Verwendung mit Steckern,
die für
Anwendungen mit 120 V ausgelegt sind, umfassen jene, welche einen
Nennwert von 7A/125 V haben, wie etwa jene, die unter dem Namen
PicofuseTM-Sicherung MCR-7 von der Bussman-Division of Cooper
Industries vertrieben werden. Es wird auch vorgezogen, dass der
erste Elektroden-Kontaktabschnitt und der zweite Elektroden-Kontaktabschnitt
mit einer Schaltkreisunterbrechungsvorrichtung elektrisch verbunden
sind, welche ein Fehlerstrom-Schaltkreisunterbrecher (GFCI, ground
fault circuit interrupter) oder ein Fehlerstrom-Geräteschutzschaltkreisunterbrecher
(GFEPCI, ground fault equipment protection circuit interrupter)
sein kann. Ein GFCI mit einem Nennwert von 5 mA kann verwendet werden,
wenn Personenschockschutz gewünscht
ist, während
ein GFCI mit einem Nennwert von 8 mA verwendet werden kann, um einen
Fehlerstrom-Geräteschutz
vorzusehen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines GFEPCI
mit einer nicht ersetzbaren Sicherung wie derjenigen, die von Tower
Switches Ltd. (Katalognummer 3033) vertrieben wird. Zusätzlich kann
eine Signalanzeige, z.B. eine Lichtquelle, elektrisch angeschlossen
sein, z.B. mit der Sicherung oder einer anderen Komponente, zu unterschiedlichen
Zwecken, z.B. um anzuzeigen, ob elektrische Spannung an den Stecker
angelegt ist oder ob eine Sicherung ausgelöst hat.
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Das
Kabel umfasst häufig
ein metallisches Erdungsgeflecht, und in einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Stecker ein drittes Kontaktteil, welches einen dritten
Stift, der für
das Einstecken in den Erdungssockel einer elektrischen Stromversorgungssteckdose
geeignet ist, und einen Erdungskontaktabschnitt umfasst, in das
ein Erdungselement, z.B. das Geflecht, eingesetzt werden kann. Der
Erdungskontaktabschnitt kann in dem Schneidmodul außerhalb
des Hohlraums und in der Nähe
des Schlitzes positioniert sein, und umfasst eine metallische Klammer
oder ein anderes Befestigungsmittel, das mit dem dritten Kontaktteil
mittels eines Drahts, einer Lötung
oder einer metallischen Spur oder eines anderen Mittels elektrisch
verbunden ist. Bei der Anwendung ist das Geflecht vom Ende des Kabels
zurück
gefaltet und verdrillt, um ein Ende zu bilden. Das Kabel wird dann
in den Stecker eingefügt,
um es innerhalb des Hohlraums zu positionieren. Das Ende wird in
die Klammer eingeführt
oder anderweitig an ihr angebracht, um eine physische und elektrische Verbindung
herzustellen.
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Für viele
Ausführungsformen
des Steckers ist auch eine Einrichtung der Zugentlastung vorhanden.
Bei der Herstellung einer Verbindung des Kabels in den Stecker ist
es wichtig, dass das Kabel mit ausreichender Kraft in Position gehalten
wird, so dass es nicht leicht aus dem Stecker herausgezogen werden
kann. Allgemein wird für
normale Anwendungen eine "Ausreißkraft" von mindestens 11,4
kg (25 pound), vorzugsweise von mindestens 13,6 kg (30 pound) und
besonders bevorzugt von mindestens 15,9 kg (35 pound) verlangt.
Die Ausreißkraft
kann gemessen werden entsprechend einem Test, in dem ein bekanntes
Gewicht von z.B. 15,9 kg (35 pound) an ein Ende des Kabels (nach
dem Einfügen
in den Stecker) mit einem Winkel von 180° für eine Minute gehängt wird.
Dann wird das Gewicht entfernt und das Kabel gemessen, um zu bestimmen,
ob ein Schlupf aus dem Stecker heraus oder ein Schnitt oder ein
Reißen
des Kabels aufgetreten ist. Wenn keine Beschädigung und kein Schlupf beobachtet wird,
dann wird gesagt, dass die Ausreißkraft mindestens so groß wie das
bekannte Gewicht ist. Die Zugentlastungseinrichtung ermöglicht,
dass ein angemessener Ausreißwiderstand
erzeugt wird, wenn das Kabel in dem Stecker installiert ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Zugentlastungseinrichtung ein erstes Zugentlastungselement in
der Form einer Rippe und ein zweites Zugentlastungselement in der
Form einer Zunge. Das erste Zugentlastungselement ist Teil des ersten
Gehäuseteils und
ist allgemein mit Abstand hinter dem Schlitz und mit Ausrichtung
darauf angeordnet, so dass ein eingefügtes Kabel ohne Anwesenheit
des zweiten Gehäuseteils
sowohl eine Kante des Schlitzes als auch die Rippe kontaktiert.
Das zweite Zugentlastungselement ist Teil des zweiten Gehäuseteils,
vorzugsweise Teil des zweiten Abschnitts des zweiten Gehäuseteils,
und ist derart ausgelegt, dass bei einem Zusammenbringen des zweiten
Gehäuseteils
mit dem ersten Gehäuseteil
das zweite Zugentlastungselement nahe dem Schlitz liegt und ihn
mindestens teilweise verdeckt. Das bedeutet, dass bei einem Einfügen des Kabels
in den Schlitz und bei einem Zusammenbringen des zweiten Gehäuseteils
mit dem ersten Gehäuseteil
das Kabel in eine geschlängelte
Konfiguration zwischen dem Schlitz, dem zweiten Zugentlastungselement
(z.B. der Zunge) und dem ersten Zugentlastungselement (z.B. der
Rippe) gezwungen wird. In einer bevorzugten Konfiguration ist die
Rippe allgemein U-förmig
und bildet mit dem Schlitz einen Kanal für das Einführen des Kabels.
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Das
Werkzeug nach dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Schneidmodul
und ein Schneidelement, wie oben beschrieben. Ein Gehäuse, das ein
oder mehrere Teile umfasst, kann vorliegen.
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In
dem dritten Aspekt der Erfindung können die oben hauptsächlich mit
Bezug auf einen Stecker beschriebenen Elemente verwendet werden,
um eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten länglichen
Elektrokabel, z.B. einem Heizkabel, und einem zweiten länglichen
Elektrokabel herzustellen. Das erste Kabel und das zweite Kabel
können
vom selben Typ oder unterschiedlich sein, abhängig von dem Typ der herzustellenden
Verbindung. Das Gehäuse
des Verbinders umfasst eine Öffnung
für die Aufnahme
des zweiten Kabels, wenn das erste und das zweite Gehäuseteil
zusammengebracht sind. Falls drei oder mehr Kabel zu verbinden sind,
können zusätzliche Öffnungen
vorhanden sein. Es ist möglich,
dass das erste Gehäuseteil
einen zweiten Schlitz für
die Aufnahme des zweiten Kabels hat. Abhängig vom Typ der herzustellenden
Verbindung kann der zweite Schlitz an dem gegenüber liegenden Ende des ersten
Gehäuseteils
hinsichtlich des Schlitzes für
das erste Kabel (d.h. des ersten Schlitzes) liegen, oder er kann
an einer Seite senkrecht zu der den ersten Schlitz enthaltenden
Seite liegen. Zusätzliche Schlitze
können
nach Bedarf hinzugefügt
werden.
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Die
erste Elektrode des ersten Kabels ist mit der dritten Elektrode
des zweiten Kabels mittels einer ersten Verbindungseinrichtung verbunden,
und die zweite Elektrode des ersten Kabels ist mit der vierten Elektrode
des zweiten Kabels mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung
verbunden. Sowohl die erste wie auch die zweite Verbindungseinrichtung
sind innerhalb des Gehäuse,
allgemein innerhalb des ersten Gehäuseteils, und sie können ein
geeigneter Typ von Element sein, z.B. eine Klammer, ein Anschlussblock
oder ein Isolationsversatzverbinder (IDC, insulation displacement
connector). Eine geeignete Verbindungseinrichtung für die Verbindung
mit Erdung kann ebenfalls vorhanden sein. Während ein einziges Schneidmodul
und Schneidelement vorhanden sein kann, ist es möglich, dass der Verbinder zwei oder
mehrere Schneidmodule und Schneidelemente umfassen kann, eines für das Entfernen
der Isolierung von jedem eingeführten
Kabel.
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Abhängig von
der genauen Konfiguration des Verbinders, dem Typ der Kabel und
den elektrischen Verbindungen in dem Verbinder umfassen mögliche Verbindungen
eine Spleißung
zwischen zwei Heizkabeln, eine Versorgungsverbindung zwischen dem
Heizkabel und einem Stromversorgungskabel, ein "T-Verbindung" des Heizkabels mit zwei anderen Heizkabeln,
eine Kreuzung, in der vier Heizkabel miteinander verbunden werden,
eine Versorgungsspleißung,
in der das Heizkabel mit einem anderen Heizkabel und mit einem Versor gungskabel verbunden
ist und einer Versorgungs-T-Verbindung, in der ein Versorgungskabel
mit dem Heizkabel wie auch mit zwei anderen Heizkabeln verbunden
ist.
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Die
Gehäuseteile,
das Schneidmodul, das Schneidelement und andere Strukturelemente
des Steckers, Werkzeugs oder Verbinders können ein isoliertes Metall
oder eine Keramik umfassen, umfassen aber vorzugsweise ein Polymer,
das eine Schlagfestigkeit von mindestens 5 foot-pound hat, wenn
es in ein bestimmtes Element geformt ist und mit solchen Tests wie
UL 746C gemessen wird. Abhängig von
den gewünschten
Bedingungen und dem Typ des verwendeten Kabels kann es wünschenswert sein,
für unterschiedliche
Teile des Steckers oder Werkzeugs unterschiedliche Materialien zu
verwenden, z.B. polymere Gehäuseteile
und Schneidmodule aber ein keramisches Schneidelement. Bevorzugte
Polymere sind leichtgewichtig, können
durch Injektionsformung oder Transferformung oder ähnliche Verarbeitungstechniken
gestaltet werden und können
den verlangten Temperaturen bei vorübergehender oder kontinuierlicher
Verwendung standhalten. Geeignete Polymere umfassen Polycarbonate,
Nylon, Polyester, Polyphenylsulfide, Polyphenyloxide und andere
Plastiken. Geeignete Füllstoffe
und Stabilisatoren können
vorhanden sein. Um die Schlagfestigkeit des Steckers oder Werkzeugs
zu verbessern, können
interne Elemente wie Rippen und Wülste und externe Elemente wie
Rillen in den Entwurf der verschiedenen Elemente einfließen.
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Die
Erfindung wird durch die Zeichnungen beschrieben, in denen 1 eine
Perspektivdarstellung des Steckers 1 der Erfindung in zusammengebautem
Zustand zeigt. Das Gehäuse 3 wird
aus dem ersten Gehäuseteil 5,
dem ersten Abschnitt 7 des zweiten Gehäuseteils und dem zweiten Abschnitt 9 des
zweiten Gehäuseteils
gebildet, welche mit Schrauben (nicht gezeigt) aneinander befestigt
sind. In den Schlitz 23 ist ein Elektrokabel 11 eingeführt. Ein
erstes Kontaktteil 13, ein zweites Kontaktteil 15 und
ein dritten Kontaktteil 17, jedes in der Form eines Stifts,
sind zu sehen.
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2 und 3 zeigen
das erste Gehäuseteil 5 in
Perspektivdarstellung. Auch ist in 2 in auseinander
gezogener Darstellung der zweite Abschnitt 9 des zweiten
Gehäuseteils
gezeigt. Das erste Gehäuseteil 5 hat
zwei Abteilungen 19 und 21. Die erste Abteilung 19 ist
groß genug
für das
Einfügen der
notwendigen elektronischen Komponenten, z.B. eines GFEPCI und einer
Sicherung (nicht gezeigt). Öffnungen
in der ersten Abteilung 19 ermögli chen das Einfügen verschiedener
anderer Elemente: z.B. kann eine Signalleuchte in der Öffnung 53 positioniert sein,
und ein Rücksetzknopf
kann in der Öffnung 55 positioniert
sein. Die zweite Abteilung 21 enthält den Schlitz 23 und
ein Schneidmodul 25. Innerhalb des Schneidmoduls 25 ist
ein Hohlraum 27, der eine konkave, bogenförmige Innenfläche an der
Wand 29 hat, und eine Öffnung 31 enthalten,
die auf den Schlitz 23 ausgerichtet ist. Ein erster Elektroden-Kontaktabschnitt 33 ist
oben auf der Wand 29 vorhanden und ist auch in den Hohlraum 27 hinüber gefaltet.
Das Schneidelement 37 ist in 2 in der
geöffneten
Position gezeigt, in der ein Rücksprung 39 auf
den Schlitz 23 ausgerichtet ist. In der geschlossenen Position
bildet das Schneidelement 37 die Tasche 41 für die Aufnahme
der Polymer-Ummantelung, die von dem Kabel abgetrennt wurde. Ein
Erdungskontaktabschnitt 43 und eine Tasche 45 für die Aufnahme
einer Erdungsleitung sind ebenfalls am Schneidmodul 25 vorhanden.
Ein erstes Zugentlastungselement 47 in der Form einer Rippe
ist mit Abstand und nahe dem Schlitz 23 positioniert. Am
zweiten Abschnitt 9 des zweiten Gehäuseteils in 2 ist
ein zweites Zugentlastungselement 49 in der Form einer
Zunge gezeigt. Befestigungseinrichtungen 51, z.B. Schrauben,
ermöglichen,
dass der zweite Abschnitt des zweiten Gehäuseteils an der zweiten Abteilung 21 des
ersten Gehäuseteils 5 angebracht
wird.
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4 zeigt
das Schneidmodul 25 ohne das Schneidelement 37.
Der Hohlraum 27, die Öffnung 31 und
die Wand 29 mit einer konkaven bogenförmigen Oberfläche sind
sichtbar. Auch sind ein erster Elektroden-Kontaktbereich 33,
ein zweiter Elektroden-Kontaktbereich 35 und ein Erdungskontaktbereich 43 gezeigt.
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5 zeigt
das Innere des zweiten Abschnitts 9 des zweiten Gehäuseteils.
Sichtbar sind das Zugentlastungselement 49 und die Verriegelungsstange 57.
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6 und 7 zeigen
das Schneidelement 37 einschließlich des Rücksprungs 39. Die Schneidklinge 59 von
allgemein dreieckiger Gestalt hat eine Durchstecheinrichtung 61 an
einem Punkt des Dreiecks, und hat eine konvexe Innenfläche 63. Die
konvexe Außenfläche 65 ist
komplementär
zur Wand 29 mit einer konkaven bogenförmigen Oberfläche. Der
Montagestift 67 kann in das Schneidmodul 25 eingesetzt
werden und ermöglicht
eine Drehung des Schneidelements 37. Der Winkel A ist für diese Schneidklinge
etwa 45° und
ist als der komplementäre
Winkel der Schnittlinie einer Mittellinie des Rücksprungs 39 und einer
Tangente von dem Innenradius der Durchstecheinrichtung 61 gezeigt.
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Obgleich
die Erfindung im Detail für
spezifische Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass dieses nur der Klarheit
und Anschaulichkeit dient.