DE2364003A1

DE2364003A1 - Elektrischer untersee-steckverbinder

Info

Publication number: DE2364003A1
Application number: DE2364003A
Authority: DE
Inventors: Judson C Cole; James R Hall
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-07-04
Also published as: IT1002264B; JPS4996282A; GB1436570A; US3845450A; FR2211774B1; FR2211774A1

Description

Mit dem schnellen Wachstum der ozeanografischen Forschung wurde es nötig, elektrische Unterseegeräte zu schaffen, die sowohl be-' triebssicher als auch verhältnismäßig billig sind. Obwohl elektrische Untersee-Steckverbinder bereits entwickelt worden sind,

t welche ein Herstellen oder Lösen der Steckverbindung unter Wasser |

■ ' ^!

' gestatten, erfordern die bisher erfolgreichsten ünterseesteckverbinder, daß die Verbindung außerhalb des Wassers bzw. über der · Wasseroberfläche hergestellt wird, ehe sie den Unterseebedirigungen ausgesetzt werden. Mit der Verwendung von elektronischen Geräten in immer größeren Tiefen wurde es jedoch zur Notwendigkeit,' daß der Steck- und Abziehvorgang unter der Wasseroberfläche sowie; in Tiefen vorgenommen werden, welche den Steckverbinder hohen Wasserdrücken unterwerfen.

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Lösbare elektrische Unterseesteckverbinder bestehen im allgemeinen aus zwei zusammensteckbaren Kupplungshälften, von denen jede mit einem Dichtungsmittel oder einer Dichtungsvorrichtung versehen ist, damit das Meereswasser nicht in den elektrischen Steck- ·■ verbinder eindringen kann, wenn dieser zusammengesteckt oder auch,

getrennt ;ist. Offensichtlich ist die Begrenzung der Wirksamkeit ^; von zusammengefügten oder getrennten Steckverbindern eine Funktion der Wirksamkeit der Dichtung; d.h., wenn die Dichtung oder das Dichtungsmittel immer größeren Dxfferentialdrücken beim Niederbringen im Wasser unterworfen wird, ist sie für Defekte anfällig und versagt auch, wenn der Differentialdruck ihre Dich- '-. ■ tungsfähigkeit übersteigt. Gewöhnlich werden für Unterseesteckverbinder Passungen mit Übermaß und O-Ringdichtungen verwendet, um ein Eindringen der Flüssigkeit in den stromführenden Teil der zusammengefügten Kupplungshälften zu verhindern.

t ■ . .

• - ·. ■ i

j Wenn der Kupplungsstecker und die Kupplungsdose in gestecktem I

' ■ I

oder getrenntem Zustand in das Meer hinab gelassen und immer größeren Drücken ausgesetzt werden, dann baut sich in diesen Vorrichtungen ein Differentialdruck an der Dichtung auf, bis diese schließlich nachgibt und Wasser in die Kupplungshälften eindringen kann, wodurch ein elektrischer Defekt entsteht. Ein weiterer Nachteil bei einigen dieser Steckverbinder besteht darin, daß die mit dem O-Ring in Wirk verbindung stehenden Ober- \

flächen, mit dem sie die wasserdichte Dichtung bilden, offen \

liegen und daher durch äußere Einflüsse beschädigt v/erden können. ;

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Jede Schramme oder Kerbe in der Dichtungsfläche bewirkt eine : schlechte Abdichtung mit dem O-Ring und führt zu Undichtheit und I Versagen des Steckverbinders.

Ium diese Nachteile zu vermeiden, ist erfindungsgemäß ein lösbarer ! elektrischer Steckverbinder vorgesehen, der in jeder Wassertiefe , bei an einem oder mehreren Kontakten anliegender Spannung ge- '-. steckt und abgezogen werden kann und der dadurchlgekennzeichnet ist, daß die Kontakte der beiden steckbaren Kupplungshälften in ein Ölbad eingetaucht sind. Die zusammenpassenden Kupplungshälften sind so ausgelegt, daß die Kontakte einer jeden entsprechenden Hälfte nach Herstellen der Steckverbindung in ein gemeinsames 1 Bad eingetaucht sind, und der Steckverbinder ist hauptsächlich

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungshälften mit ' elastisch verformbaren Kabelzuführungen aus Kunststoff verbunden ■

• sind, welche ein nicht leitendes Strömungsmittel enthalten, das j beim Eintauchen in das Wasser bis zu jeder Tiefe druckfest für ·

\ den Umgebungsdruck ist, wodurch alle an den wasserdichten Ver- j

i !

j Schlüssen des Steckverbinders angreifende Differentialdrücke ver-j j i

mieden werden.

[ Die_ Erfindung wird nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmäe und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

j Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder mit Kabel, wobei die entsprechenden Steckverbinderteile nicht zusammengefügt sind; -4-

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Fig. 2 eine Ansicht wie Fig.. 1, doch sind hier die beiden Kupplungshälften zusammengesteckt.

[ Fig. 1 zeigt einen Steckverbinder und Kabel mit dem Kupplungsstecker und der Kupplungsdose sowie den Kabelzuführungen

: 300, die wasserdicht mit den Enden des Kupplungssteckers und der Kupplungsdose verbunden sind. Der Stecker umfaßt das Gehäuse 100 mit dem vorderen steckbaren Ende 1O2, und dem hinteren Ende 104 zur Aufnahme der Kabelzuführung. Eine elastisch veifbrmbare Kabelzuführung 300, die beispielsweise aus einem gummiartigen Stoff

! gefertigt ist, ist an der Aufnahme für die Kabelzuführung 104 befestigt und bildet einen wasserdichten Verschluß. An der Innen-' seite des Gehäuses 100 ist eine Anzahl elektrischer Kontakte 110

• mit einem vorderen steckbaren Ende 112 und einem hinteren Ende

ι für den Leitungsanschluß 114 am Umfang und in einem Abstand um die Mittelachse des Gehäuses 1OO angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kontakte in einem ungefähr röhrenförmigen

j Gehäuse 123 befestigt, in welches ein zweites ungefähr zylinder- _: I ' " . ' ;

; förmiges Gehäuse 121 teleskopartig hineinragt, das durch eine Feder 122 auf eine erste kontaktschützende oder kontaktbedeckende Stellung vorgespannt ist. Das ungefähr zylinderförmige Innenge-

; häuse 121 liegt in seiner vorgespannten und kontaktschützenden j Stellung unter Druck an den 0-Ringen 170 an und bildet so einen ^!

' wasserdichten Verschluß zwischen dem röhrenförmigen Außengehäuse !

_i 123 und dem zylinderförmigen Innengehäuse 121, wodurch die Kon-

' takte 110 und ihre vorderen steckbaren Enden 112 gegen Berührung ί [ mit Flüssigkeit von außen geschützt sind. Alle Hohlräume 120,140 > im Gehäuse 100 und in der elastisch verformbaren Kabelzuführung 3o)d

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sind mit einer nicht leitenden Flüssigkeit, beispielsweise mit Erdöl gefüllt. Die Flüssigkeit im Gehäuse 100 und in der Kabel-

j zuführung 3OO kommuniziert mit den steckbaren Enden 112 und den

Leitungsanschlüssen 114 der Kontakte sowie auch mit den Leitunten 400 in der Kabelzuführung 3OO, so daß die steckbaren Enden ^: 112 der Kontakte stets in die nicht leitende Flüssigkeit eingetaucht sind. Die elektrischen Kontakte 110 sind am Umfang angeordnet, so daß sie mit der Außenseite des röhrenförmigen Gehäuses 121 in Verbindung."stehen, das teleskopartig in das Gehäuse 123 hineingeschoben ist. Das zylinderförmige Gehäuse 121 kann im röhrenförmigen Gehäuse 123 nach rückwärts bewegt werden. Der übrige Aufbau des Kupplungssteckers ist dem Aufbau eines jeden anderen Kupplungssteckers gleich und erfüllt auch die gleichen ■Aufgaben.

^! Die Kupplungsdose umfaßt das Gehäuse 2OO mit dem vorderen steck- ■ baren Ende 202 und dem hinteren Ende 204 zur Aufnahme der Kabel- :

durchführung. Am umfang der Innenseite des Dosengehäuses 200 ist eine Anzahl von elektrischen Kontakten 210 um die Mittelachse des!

" ■ ;

zylinderförmigen Gehäuses 221 in gleichem Abstand angeordnet wie ; die entsprechenden Kontakte des Kupplungssteckers 110. Das in das!

röhrenförmige Außengehäuse 223 teleskopartig hineingeschobene ■

zylinderförmige Innengehäuse 221 der Kupplungsdose bildet mit Hilfe der O-Ringe 270 an der Vorderseite der Kupplungsdose mit dem röhrenförmigen Gehäuse 223 einen wasserdichten Verschluß. Das röhrenförmige Außengehäuse 223 der Kupplungsdose ist durch die Feder 222 vorgespannt, die den O-Ring 270 an die Wandung des ^! Innengehäuses 221 drückt, wodurch ein wasserdichter Verschluß und

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ein Schutz der elektrischen Kontakte 210 gegen das Meereswasser gewährleistet sind, wenn die Kupplungsdose untergetaucht ist. Wenn eine rückwärts gerichtete Kraft am Vorderende des röhrenförmigen Gehäuses 223 angreift, kann das röhrenförmige Gehäuse 223 nach rückwärts bewegt werden. Der O-Ring 270 sorgt für einen wasserdichten Verschluß längs der Außenseite des zylinderförmi-

j gen Innengehäuses 221. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das zylinderförmige Gehäuse 221 im allgemeinen eten glatten Stab

. aus Isoliermaterial, wobei die steckbaren Enden 212 der Kontakte ■ mit der Oberfläche des Gehäuses 221 bündig sind. Alle Hohlräume

·- in der Kabelzuführung 300 und im Kupplungsgehäuse 2OO sind mit einer nicht leitenden Flüssigkeit gefüllt, und die 0-Ringe 270 sorgen, für einen wasserdichten Verschluß zwischen der Flüssigkeit im Steckverbinder, der Kabelzuführungund dem Wasser, in ; das der Steckverbinder eingetaucht ist.

' Fig. 2 zeigt- den zusammengefügten Steckverbinder. In diesem Zustand wird das röhrenförmige Gehäuse 223 der Kupplungsdose in ^! den hinteren Teil des Dosengehäuses 200 gedrückt, und das zylinderförmi ge Gehäuse 121 des KupplungsSteckers 100 wird gegenüber dem Gehäuse 100 ebenfalls nach hinten gedrückt, damit die Dosenkontakte 210 mit den Steckerkontakten 110 an ihren steckbaren Enden 212, 112 steckbar verbunden werden können. Es sei bemerkt, daß die Kontakte im Steckergehäuse 100 sowie in der nicht ; leitenden Flüssigkeit, die sich sowohl im Steckergehäuse 1OO als auch in dessen Kabe!zuführung 300 befindet, miteinander einschnäbeln. Die O-Ringe 270 .und 170 verhindern, daß die nicht

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leitende·Flüssigkeit in der Kupplungsdose in dem Kupplungsstecker und, umgekehrt, daß die nicht leitende Flüssigkeit in Gehäuse 100 in das Dosengehäuse 200 gelangen kann. Bevorzugte nicht leitende

Flüssigkeiten sind öl, Freon oder jede andere geeignete elektrisch isolierende Flüssigkeit.

Anhand der Zeichnungen sei nun erläutert, wie der Steckverbinder ', unter Wasser zusammengefügt wird: Eine Keilnut (nicht gezeigt) fluchtet die Kontakte der Dose 210 mit den Kontakten des Steckers 110, wenn die Dose in das vordere Ende 102 des Steckergehäuses IOC eingeführt wird. Wenn die Dose in das Steckergehäuse hineingeschoben wird, dann liegt das röhrenförmige Gehäuse 223 am röhren- : förmigen Steckergehäuse 123 an und drückt das Dosengehäuse 223 ' nach hinten. Gleichzeitig legt sich das zylinderförmige Dosenge- ! häuse 222 am zylinderförmigen Steckergehäuse 121 an und drückt | !das zylinderförmige Steckergehäuse 122 gegenübeir dem Gehäuse 1OO ; nachhinten» Wenn der Vorderteil des zylinderförmigen Dosengehäuses 222 in das Steckergehäuse 100 hineingeschoben wird, dann wer- j

den die Dosenkontakte 212 durch die 0-Ringe 170 gereinigt, die

mit dem zylinderförmigen Gehäuse 212 in Druckverbindung stehen I

und mit diesem einen wasserdichten Verschluß bilden. Wenn sich ι

das zylinderförmige Steckergehäuse 121 nachhinten bewegt, dann j

kommt das steckbare Ende 212 des Dosenkontakts in Berührung mit j ^;dem\orderen steckbaren Ende 112 des Steckerkontakts 110. Die Ober-·

"wurfmutter 1O6 sichert die beiden Kupplungshälften in ihrem zu- \

sammengefügten Zustand, indem sie mit dem Vorderteil 202 des j

Dosengehäuses verschraubt wird. \

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- 8 Um den Steckverbinder zu trennen, wird die Überwurf- oder Ver-

riegelungsmutter 106 gelöst, und die Kupplungshälften werden aus-; j einandergezogen. Wenn sich jetzt die Kupplungshälften unter Wasser befinden, dann kann kein Wasser in die kontaktbestückten Teile

der entsprechenden Kupplungshälften eindringen. Dies beruht auf der Wirkung der elastisch verformbaren Kabelzuführungen, die, wenn sie einem Druck ausgesetzt sind, den Druck der Isolierflüssigkeit im Steckverbinder auf die O-Ringdichtungen 17O, 270 erhöhen, so daß der Druck der Isolierflüssigkeit in der Kabelzu- j führung 300 und in den Gehäusen 100, 200 gleich ist dem auf die Gehäuse 100, 200 einwirkenden Außendruck des Meereswassers. Da auf die O-Ringdichtungen 170, 27O nur wenig oder gar kein Differentialdruck einwirkt, dringt das Meereswasser nicht in das Stecker- oder Dosengehäuse ein. Wenn die Kabelzuführung 300 rächt verformbar wäre, dann würde es ofensichtlich keinen Weg geben, den Inendruck der Isolierflüssigkeit an den Druck des

Meereswassers anzugleichen. Da die Kabelzuführung 300 elastisch komprimierbar ist, wenn das Kabel und der Steckverbinder in immer größere Tiefen absinken, und da die Kabelzuführung 300 zusammengedrückt wird, wenn sich der. auf sie einwirkende Druck des Meereswassers erhöht, wird auch der Druck der Isolierflüssigkeit erhöht und damit verhindert, daß das Meereswasser durch die O-Ringdichtungen in den Steckverbinder eindringen kann.

^! Um die Leistungsfähigkeit dieses neuartigen Steckverbinders festzustellen, wurden die folgenden Prüfungen durchgeführt:

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PRÜFUNG NR. 1: Nebeneinanderliegende elektrische Kontakte und ihre Zuleitungen wurden paarweise in Reihe zusammengeschaltet, worauf ein Strom von 5 A durch diesen Schaltkreis geschickt wurde. Der folgende Spannungsabfall ih mV wurde an den Kontakten

ί gemessen, wenn dieser Aufbau in Wasser eingetaucht und auf eilen

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Druck von 175 kg/cm gebracht und anschließend wieder aus dem

^! Wasser genommen wurde:

Spannungsabfall nach einstündigem Einwirken eines Wasserdrucks^von 2500 psig (175,3 kg/cnt )

575 mV 585 mV 567 mV

PRÜFUNG NR. 2: An zwei nebeneinanderliegende und elektrisch voneinander isolierte Steckverbinderkontakte wurde eine Wechselspannung von 4800 V ,._ angelegt, während der Steckverbinder einem

' 2 I

ι Wasserdruck von 175 kg/cm ausgesetzt wurde. Zwischen den Kon- i takten trat kein Funkenüberschlag auf, und die Zwischenflächen ! zwischen Kupplungsstecker und -dose waren trocken, wenn sie ge- ? trennt wurden.

Stromkreis	Anfangsspan nungsabfall
Kontakte A-B	567 mV
Kontakte C-D	569 mV
Kontakte E-F	564 mV

PRÜFUNG NR.3: Der Stekverbinder mit Kabel wurde in eine Salz- I wasserlösung eingetaucht und mehrfach unter Wasser zusammenge- : steckt und getrennt. Die folgende Tabelle zeigt den Anfangswiderstand in GOhm zwischen zwei benachbarten Kontakten vor dem Eintauchen in das Wasser im Vergleich zum Widerstand, der nach

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jedem Steck-Trennzyklus gemessen wurde.

Benach- Anfangs-.

barte widerstand 1. 3, 5. 7. 9. 15.

Kontakte GOhrn Zyklus Zyklus Zyklus Zyklus Zyklus Zyklus

A-B	9,	O	9.	8 '	10.	0	5	.3	6	.0	6.	1	5.	3
G-D	5.	8	6,	9	6,	7	5	.5	5	.5	6.	3	4.	8
E-F	7.	8	8.	6	8.	9	5	.2	5	.2	5.	9	4.	7

_:Diese Prüfungen zeigen, daß der Steckverbinder mit Kabel Drücken

' 2

bis zu und einschließlich 175 kg/cm mit geringen oder gar keinen nachteiligen Wirkungen widerstehen konnte, und daß die Vorrichtung sowohl mechaisch als auch elektrisch einwandfrei funktionierte, wenn sie mehrmals unter Wasser zusammengedrückt wurde.

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch

weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung.zu verlassen. In ι
'einigen Fällen können gewisse Merkmale der Erfindung vorteilhafter-

jweise ohne die entsprechenden anderen Merkmale eingesetzt werden.

Beispielsweise kann es für einige Zwecke vorteilhaft sein, daß sich die Isolierflüssigkeit nur im Kupplungsstecker oder der Kupplungsdose des elektrischen Steckverbinders mit Kabel befindet. In diesem Falle ist es vorzuziehen, den Kupplungsstecker des elektrischen Steckverbinders mit der Isolierflüssigkeit zu versehen.

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Claims

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Patentanwälte

Dr. Ing. H. Nerondank

Df pi. Ing. H. Haue: - C i .:·» Phys.^! V. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graffs - Di->l. !ng. W. Wehnelt

8 Mtiadi-^i 2, S»;oisr5ätia0e 23

Telefon 5380586 The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center . . 20. Dezember 1973

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-2929

Patentansprüche

Iy Lösbarer elektrischer Untersee-Steckverbinder zur Verbindung einer Anzahl elektrischer Leitungen mit einer Kupplungsdose und einem Kupplungsstecker, der lösbar in die Kupplungsdose eingeführt werden kann und in einem Außengehäuse ein Teil besitzt, an dessen Umfang im Abstand elektrische Kontakte zueinander angeordnet sind, die mit den elektrischen Leitungen eines ersten Kabelendes verbunden sind, der ferner ein steckbares Ende, ein Ende zur Aufnahme der Kabelzuführung sowie Vorrichtungen zur Schaffung eines wasserdichten Verschlusses an seinem steckbaren Ende besitzt, wobei der Verschluß eine bewegliche Vorrichtung zum Schutz der Kontakte des Kupplungssteckers und eine Vorrichtung zur Vorspannung des Kontaktschutzes in der kontaktbedeckenden Stellung enthält, so daß die Kontakte beim Trennen des Kupplungssteckers ; von der KuppluriEdose bedeckt sind und beim Zusammenstecken der beiden freiliegen, und gleicherweise die Kupplungsdose

in ihrem Außengehäuse ein Teil besitzt, an dessen Umfang elek-

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trische Eontakte in einem Abstand zueinander angeordnet sind, die jeweils mit den entsprechenden Steckerkontakten in Eingriff kommen und mit einer Anzahl von elektrischen Leitungen des anderen Kabelendes verbunden sind, die ferner ein steckbares Ende, _ein Ende zur Aufnahme der Kabelzuführung sowie eine Vorrichtung zur Schaffung eines v/asserdichten Verschlusses an ihrem steckbaren Ende besitzt, und sodann der Ver-Schluß eine bewegliche Vorrichtung zumSbhutz der Dosenkontakte und eine Vorrichtung zum Vorspannen der Schutzvorrichtung für die Dosenkontakte in einer kontaktbedeckenden Stellung umfaßt, so daß die Kontakte beim Trennen von Kupplungsstecker und- Kupplungsdose bedeckt sind und beim Zusammenfügen der beiden frei liegen und schließlich mit einem Hohlraum in Kupplungsstecker und Kupplungsdose, der durch den entsprechenden Verschluß und den Kontaktträger gebildet wird, gekennzeichnet durch eine wasserdichte elastisch verformbare Kabelzuführung (3OO), welche den Kabelmantel darstellt, wobei ein Ende der Kabelzuführung mit dem Aufnahmeende (104) des Kupplungssteckers und das andere Ende mit dem Aufnahmeende (204) der Kupplungsdose verbunden ist, sowie durch eine elektrisch isolierende Flüssigkeit, welche den übrigen Raum in der Kabelzuführung (300) und die Hohlräume (12Ο-14Ο; 22O-24O) im Gehäuse ausfüllt.
2. Lösbarer elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung des Kupplungssteckers ein röhrenförmiges Gehäuse (123) mit einem offenen Außenende und

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einer Innenfläche umfaßt, daß die Steckerkontakte (110) an der I

Innenfläche befestigt sind und ein bewegliches Innenteil (121) j

teleskopartig in das.röhrenförmige Gehäuse (123) eingeschoben ist, ferner .daß eine erste Feder (122) das bewegliche Teil (121) in eine kontaktbedeckende Lage spannt und mindestens ein Dichtungsring (170) an der Innenfläche des röhrenförmigen Gehäuses (123) nahe seinem Außenende angebracht ist, der mit I der Außenfläche des beweglichen Teils (121) in Wirkverbindung ι

I steht, um mit ihm' eine Dichtung zu bilden. i
3. Lösbarer elektrischer Steckverbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Dichtung der Kupplungsdose einen Kontaktträger (221) umfaßt, an dessen Außenfläche die Dosenkontakte (212) befestigt sind, daß ein röhrenförmiges Teil (223) teles-^: kopartig über den Kontaktträger (221) der Kupplungsdose geschoben ist, fener daß eine Ringdichtung (270) zwischen den '. Dosenteil (221) und den beweglichen Teil (223) angebracht ist, um zwischen ihnen eine Dichtung zu bilden und schließlich, daß eine zweite Feder (222) das bewegliche Teil (223) in eine kontaktbedeckende Stellung spannt. ' i

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