DE4425421C1 - Isolierkörper für Kabelendgarnituren, insbesondere Kabelstecker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elastisch deformierbaren, hülsen­ artigen Isolierkörper für Kabelendgarnituren, insbesondere Kabelstecker, der die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.

Bei den bekannten Isolierkörpern dieser Art (DE 34 10 660 C2), die aus Silikon­ kautschuk bestehen, wird die Radialkraft, mit der die Innen­ mantelfläche und die Außenmantelfläche des Isolierkörpers an die ihnen zugeordneten Anlageflächen angepreßt werden müssen, um die erforderliche mechanische und elektrische Dichtwirkung zu erreichen, dadurch erzeugt, daß man wenigstens eine der beiden Mantelflächen als Konusfläche ausbildet und den Iso­ lierkörper in axialer Richtung zum verengten Ende hin be­ lastet. Die Umsetzung der Axialkraft in die die Dichtwirkung bestimmende Radialkraft ist jedoch schwierig, weil zwischen den Mantelflächen des Isolierkörpers und den Anlageflächen vor allem dann, wenn der Isolierkörper aus Silikonkautschuk be­ steht, eine erhebliche Reibung auftritt, die so groß sein kann, daß der Isolierkörper nur auf einem Teil seiner Länge in axialer Richtung belastet wird und demgemäß nur dort in radia­ ler Richtung an die Anlageflächen angepreßt wird. Deshalb wird es um so schwieriger, die erforderliche Abdichtung zu errei­ chen, je höher die elektrische Spannung ist und je größer deshalb die Länge des Isolierkörpers gewählt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Isolierkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem problemlos eine gute mechanische und elektrische, auch für hohe elektri­ sche Spannungen geeignete Abdichtung zu erzielen ist. Diese Aufgabe löst ein Isolierkörper mit den Merkmalen des Anspru­ ches 1.

Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Anpressung der Innen­ mantelfläche und der Außenmantelfläche des Isolierkörpers an die zugeordneten Anlageflächen mittels des Druckes bewirkt wird, der in dem im ersten und zweiten Hohlraum sich befinden­ den Fluid erzeugt wird, kann man im gesamten Anlagebereich der Innenmantelfläche und der Außenmantelfläche eine gleich große Anpreßkraft erzielen, deren Höhe nur von dem Druck abhängt, der in dem Fluid erzeugt wird. Die bei den bekannten Isolier­ körpern vorhandene Beeinträchtigung der Umsetzung der Axial­ kraft in eine radiale Komponente infolge der Reibung zwischen der Innenmantelfläche und der Außenmantelfläche des Isolier­ körpers einerseits sowie deren Anlageflächen andererseits tritt bei dem erfindungsgemäßen Isolierkörper nicht auf, da dieser reibungsfrei oder zumindest reibungsarm in seine Posi­ tion gebracht werden kann, weil man den Druck im Fluid erst zu erzeugen braucht, nachdem der Isolierkörper in seine Position gebracht worden ist. Zwar kann man wie bei den bekannten Isolierkörpern eine konische Außenmantelfläche vorsehen. Für die Erzielung der radialen Anpreßkraft wird sie aber nicht benötigt. Deshalb können beide Mantelflächen des Isolierkör­ pers auch zylindrisch ausgebildet sein.

Um den zweiten Hohlraum möglichst klein ausbilden zu können, enthalten die Hohlräume bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Flüssigkeit, bei der es sich vorzugsweise um ein elek­ trisch gut isolierendes Medium, beispielsweise ein Öl, han­ delt, damit in den Hohlräumen keine Teilentladungen auftreten können.

Um problemlos den zweiten Hohlraum für die Erzeugung des Fluiddruckes in seinem Volumen reduzieren zu können, ist er bei einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens teilweise von einer Membran begrenzt, bei der es sich vorteilhafterweise um eine spezielle Rollmembran handelt. Es kann dann im Bereich dieser Membrane ein Druckkörper im erforderlichen Maße in den zweiten Hohlraum hineingedrückt werden.

Um den Isolierkörper ohne Schwierigkeiten herstellen zu kön­ nen, weist bei einer bevorzugten Ausführungsform der zweite Hohlraum einen sich an den ersten Hohlraum anschließenden, von Wandflächen des Isolierkörpers begrenzten Ringraum auf. Es braucht dann nur das dem ersten Hohlraum abgekehrte Ende dieses Ringraumes durch die Membrane verschlossen zu sein. In diesen Ringraum kann zur Erzeugung des Fluiddruckes ein ring­ förmiger Körper hineingedrückt werden.

Um die Hohlräume in einfacher Weise mit dem Fluid füllen zu können, ist vorteilhafterweise an dem dem zweiten Hohlraum abgekehrten Ende des ersten Hohlraumes eine dicht verschließ­ bare Öffnung vorhanden, die in einem Ring vorgesehen sein kann, mit dem der Isolierkörper fest und dicht verbunden ist. Durch diese Öffnung kann auch die zunächst in den Hohlräumen vorhandene Luft austreten, so daß es nicht unbedingt erforder­ lich ist, eine separate Entlüftungsöffnung vorzusehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 11.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt einer mittels eines Kabelsteckers und einer Gerätesteckbuchse hergestellten Steck­ verbindung.

Ein Kabelstecker 30 für ein kunststoffisoliertes Kabel 1 eines Mittelspannungs- oder Hochspannungsenergieversorgungsnetzes, mittels dessen zusammen mit einer Steckbuchse 2 eine Steck­ verbindung herstellbar ist, weist einen aus Silikonkautschuk bestehenden, als Ganzes 3 bezeichneten Isolierkörper auf. Die Innenmantelfläche dieses Isolierkörpers 3 muß mit einem von der Höhe der Spannung abhängenden Mindestdruck an der Kunst­ stoffisolation 4 des Kabels 1, die Außenmantelfläche mit einem ebenfalls von der Höhe der Spannung abhängenden Druck an der von der Steckbuchse 2 gebildeten Anlagefläche 5 anliegen, bei der es sich in bekannter Weise um eine Innenkonusfläche han­ delt, die in dem aus Gießharz bestehenden Buchsenkörper 6 der Steckbuchse 2 vorgesehen ist.

Der Buchsenkörper ist im Ausführungsbeispiel in eine Öffnung einer metallischen Gerätewand 7 eingesetzt, deren Randfläche ein Flanschteil 6′ am offenen Ende des Buchsenkörpers 6 über­ greift. Eine Druckplatte 8 und Spannschrauben 9 halten unter Zwischenlage einer Dichtung 10 den Flanschteil 6′ des Buchsen­ körpers 6 in dichter Anlage an der Gerätewand 7. An dem in das Geräteinnere weisenden Ende ist in den Buchsenkörper 6 eine konzentrisch zur konischen Anlagefläche 5 angeordnete Kontakt­ buchse 11 sowie eine die Kontaktbuchse 11 kontaktierende Feldsteuerelektrode 12 eingebettet. Letztere besteht im Aus­ führungsbeispiel aus einem elektrisch leitenden Kunststoff und umgibt im Abstand das freie Ende der Kontaktbuchse 11 und der Kunststoffisolation 4.

Auf das abisolierte Ende 13 der Kabelseele ist eine längsge­ schlitzte Klemmhülse 14 bis zur Anlage an einer Druckplatte 15 aufgeschoben, auf die ein Kontaktkörper 16 aufgepreßt ist, welcher bei hergestellter Steckverbindung sich im Inneren der Kontaktbuchse 11 befindet und diese kontaktiert. Die Druck­ platte 15 liegt andererseits am freien Ende der Kunststoffiso­ lation 4 an.

Der Isolierkörper 3 weist einen Innenteil 17 auf, der einen die Innenmantelfläche bildenden, zentralen zylindrischen Durchgangskanal umgibt und eine axiale Länge hat, die etwa gleich der axialen Länge des in den Buchsenkörper 6 eingrei­ fenden Abschnittes der Kunststoffisolation 4 hat. Das sich nahe dem Ende der Kunststoffisolation 4 befindende Ende des Innenteils 17 ist fest und dicht mit einem Ring 18 verbunden, dessen Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außen­ durchmesser der Kunststoffisolation 4. Die Außenmantelfläche des Innenteils 17 bildet, ausgehend vom Ring 18, einen Konus, dessen Konuswinkel zumindest annähernd gleich demjenigen der Anlagefläche 5 des Buchsenkörpers 6 ist. Dort, wo die konische Außenmantelfläche ihren größten Durchmesser hat, schließt sich an den Innenteil 17 ein ebenfalls aus Silikonkautschuk beste­ hender, mit dem Innenteil 17 fest verbundener und sich zu diesem hin trichterförmig öffnender Feldsteuerkörper 19 an, der entweder elektrisch leitend ist oder auf seiner Innen­ fläche mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist. Dort, wo der trichterförmige Abschnitt in einen zylindrischen Abschnitt übergeht und der Innenteil 17 endet, liegt der Feldsteuerkörper 19 an der Kunststoffisolation 4 sowie an der auf dieser vorhandenen Leitschicht 20 an. In dem in den Buch­ senkörper 6 eingreifenden Abschnitt der Kunststoffisolation 4 ist die Leitschicht 20 entfernt. Wie die Figur zeigt, liegt der zylindrische Endabschnitt des Feldsteuerkörpers 19 auch an den über den abgesetzten Außenmantel 21 zurückgebogenen Schirmdrähten 22 an.

Der Isolierkörper 3 weist ferner einen Außenteil 23 auf, dessen eines Ende fest und dicht mit dem Ring 18 verbunden ist. Wie die Figur zeigt, bildet der Außenteil 23 die konische Außenmantelfläche des Isolierkörpers 3, die an die Konusfläche des Buchsenkörpers 6 angepaßt ist und an dieser auf deren gesamten axialen Länge anliegt, wenn der Kabelstecker voll­ ständig in die Steckbuchse 2 eingeführt ist. Zwischen der konischen Außenfläche des Innenteils 17 und der entsprechend konischen Innenfläche des Außenteils 23 ist ein erster Hohl­ raum 24 in Form einer konischen Hülse mit relativ geringem Volumen vorhanden. In diesen ersten Hohlraum 24 mündet eine im Ring 18 vorgesehene Einfüll- und Entlüftungsöffnung, die mittels einer Verschlußschraube 25 dicht verschließbar ist.

An den ersten Hohlraum 24 schließt sich im Bereich des aufge­ weiteten Endes des Feldsteuerkörpers 19 ein zweiter Hohlraum 26 an, dessen Volumen wesentlich größer ist als dasjenige des ersten Hohlraumes 24. Der zweite Hohlraum 26 erweitert sich zunächst und hat dann bis zu dem dem ersten Hohlraum 24 abge­ kehrten Ende hin die Form eines zylindrischen Ringes.

Nahe dem dem Ring 18 abgekehrten Ende des Außenteils 23 ist mit dessen Innenfläche die eine Randzone einer Rollmembrane 27 fest und dicht verbunden. Die andere Randzone dieser Roll­ membrane 27 ist mit der Außenmantelfläche des zylindrischen Abschnittes des Feldsteuerkörpers 19 dicht und fest verbunden. Wie die Figur zeigt, kann die Rollmembrane 27 mittels einer zylindrischen, aus einem formstabilen Kunststoff bestehenden Druckhülse 28, deren Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der mit dem Feldsteuerkörper 19 verbundenen Randzone der Rollmembrane 27 und deren Außendurchmesser etwas kleiner als der mit dem Außenteil 23 verbundenen Randzone der Rollmembrane 27 ist, zusammen mit letzterer in den zweiten Hohlraum 26 hineingeschoben werden.

Der als Ganzes mit 30 bezeichnete Kabelstecker weist ein metallisches Gehäuse 31 auf, das den Endabschnitt des Kabel­ mantels und einen sich an diesen anschließenden Abschnitt der Kunststoffisolation 4 einschließlich der Leitschicht 20 im Abstand umgibt. Bei hergestellter Steckverbindung liegt das flanschartige Ende des Gehäuses 31 an der Druckplatte 8 an und wird von Schrauben 32 in dieser Position gehalten.

Ein in das Innere des Gehäuses 31 ragender ringförmiger Vor­ sprung 33 des Gehäuses 31 dient als Anlagefläche für eine vorgespannte Schraubendruckfeder 34, die andererseits an einem metallischen Ringkörper 35 anliegt, der die Kraft der Schrau­ bendruckfeder 34 auf die Druckhülse 28 überträgt. Die Schrau­ bendruckfeder 34 kann sich aber nur so weit entspannen, bis der Ringkörper 35 an einem Federring 36 anliegt, der in eine Ringnut des Gehäuses 31 eingreift. Im Ausführungsbeispiel ist der Ringkörper 35 am einen Ende einer Kunststoffbuchse 37 festgelegt.

Das Gehäuse 31 ist zusammen mit der Schraubendruckfeder 34, der Buchse 37 und der Druckhülse 28 in axialer Richtung des Kabels 1 relativ zu diesem frei verschiebbar. Dies gilt auch für die Druckhülse 28. Deshalb steht zunächst das den ersten Hohlraum 24 und den zweiten Hohlraum 26 füllende Isoliermedium nicht unter Druck, was zur Folge hat, daß der Kontaktkörper 16 in die Kontaktbuchse 11 und der Isolierkörper 3 in den Buch­ senkörper 6 eingeführt werden kann, ohne daß es zu einer Kompression des Isoliermediums und zu einer Reibung oder einer nennenswerten Reibung zwischen der Außenmantelfläche des Außenteils 23 des Isolierkörpers 3 und der Anlagefläche 5 des Buchsenkörpers 6 kommt. Erst wenn der Außenteil 23 vollständig in den Buchsenkörper 6 eingesetzt ist, hat das Heranführen des Gehäuses 31 an die Druckplatte 8 zur Folge, daß die Druckhülse 28 zusammen mit der Rollmembrane 27 in den zweiten Hohlraum 26 hineingedrückt wird. Dabei wird die Schraubendruckfeder 34 zusammengedrückt, wodurch der von der Druckhülse 28 auf das sich in den beiden Hohlräumen 24 und 26 befindende Isolier­ medium ausgeübte Druck aufrechterhalten bleibt. Der Druck, der in dem Isoliermedium erzeugt wird, hat zur Folge, daß der Außenteil 23 des Isolierkörpers 3 auf der gesamten axialen Länge der Anlagefläche 5 des Buchsenkörpers 6 und der Innen­ teil 17 auf der gesamten Länge des von der Leitschicht 20 freigelegten Teils der Kunststoffisolation 4 an die Anlage­ fläche 5 bzw. die Mantelfläche der Kunststoffisolation 4 gleichmäßig angepreßt wird. Der Anpreßdruck hängt dabei nur von dem Druck ab, unter dem das Isoliermedium steht, der seinerseits von der Kraft abhängt, mit der die Schraubendruck­ feder 34 die Druckhülse 28 belastet.

Dank dieser optimalen Druckverhältnisse wird mit dem Isolier­ körper 3 eine optimale Dichtwirkung erreicht, was es ermög­ licht, die axiale Länge der Dichtflächen relativ klein zu machen.

Während der durch Erwärmung und Abkühlung des Kabels auftre­ tenden Wärmespiele tritt weder auf dem Kabel 1 noch in der Steckbuchse 2 eine Axialverschiebung des Isolierkörpers 3 relativ zur Kunststoffisolation 4 bzw. zur Steckerbuchse 2 auf. Lediglich das Isoliermedium bewegt sich axial und arbei­ tet dabei mit der Schraubendruckfeder 34 zusammen.

Vorteilhaft ist ferner, daß sich beim Lösen der Schrauben 32, welche das Gehäuse 31 mit der Druckplatte 8 verbinden, sich zunächst das Gehäuse 31 so weit abziehen läßt, bis das Iso­ lieröl praktisch druckfrei ist. Dadurch wird der Außenteil 23 des Isolierkörpers 3 nicht mehr gegen die Anlagefläche 5 gepreßt, so daß der Kabelstecker mit relativ geringer Kraft aus der Steckbuchse 2 herausgezogen werden kann.

Claims (11)

1. Elastisch deformierbarer, hülsenartiger Isolierkörper für Kabelendgarnituren, insbesondere Kabelstecker, dessen Innenmantelfläche und Außenmantelfläche zumindest auf einem Teil ihrer axialen Länge an je eine Anlagefläche der Kabel­ garnitur unter Bildung einer mechanischen und elektrischen Dichtung anpreßbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zumindest im Bereich der zu erzielenden Dichtung der Isolierkörper (3) zwischen seiner Außenmantelfläche und seiner Innenmantelfläche einen hülsenartigen ersten Hohlraum (24) aufweist, der mit einem gegenüber ihm axial versetzten zweiten Hohlraum (26) in Verbindung steht,
• b) der zweite Hohlraum (26) eine durch eine äußere Kraft­ einwirkung in seinem Volumen reduzierbare Ausbildung hat und
• c) die beiden Hohlräume (24, 26) nach außen hin verschlos­ sen sind und ein Fluid enthalten, von dem bei einer Reduzierung des Volumens des zweiten Hohlraumes (26) durch die äußere Krafteinwirkung wenigstens eine Teil­ menge in den ersten Hohlraum (24) gelangt und in diesem einen Überdruck erzeugt.

2. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluid eine Flüssigkeit mit guter elektrischer Isolier­ fähigkeit vorgesehen ist.

3. Isolierkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Hohlraum (26) wenigstens teilweise von einer Membrane (27) begrenzt ist.

4. Isolierkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane als eine spezielle Rollmembrane (27) ausgebil­ det ist.

5. Isolierkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Hohlraum (26) einen sich an den ersten Hohlraum (24) anschließenden, von Wandflächen des Isolier­ körpers (3) begrenzten Ringraum aufweist und das dem ersten Hohlraum (24) abgekehrte Ende dieses Ringraumes durch die Membrane (27) verschlossen ist.

6. Isolierkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem zweiten Hohlraum (26) abge­ kehrten Ende der erste Hohlraum (24) eine dicht verschließ­ bare Öffnung aufweist.

7. Isolierkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung in einem fest und dicht mit dem Isolierkörper (3) verbundenen und zu ihm gleichachsig angeordneten Ring (18) vorgesehen ist.

8. Isolierkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß seine Innenmantelfläche die Form einer kreiszylindrischen Fläche und die Außenmantelfläche in dem der Dichtung dienenden Abschnitt eine konische Form haben, wobei der Konus sich gegen das dem zweiten Hohlraum (26) abgekehrte Ende des ersten Hohlraumes (24) hin verjüngt.

9. Isolierkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Isolierkörper (3) ein Feldsteuerkörper (19) inte­ griert ist, dessen elektrisch leitende Innenfläche einen sich gegen das verjüngte Konusende hin öffnenden Trichter bildet, und daß sich der erste Hohlraum (24) bis zu der den Trichterrand bildenden Materialpartie des Feldsteuerkörpers (19) erstreckt.

10. Isolierkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Feldsteuerkörper (19) als auch der Isolier­ körper (3) aus Silikonkautschuk bestehen und der zweite Hohlraum (26) zumindest auf einem Teil seiner axialen Länge nach innen durch den Feldsteuerkörper (19) und nach außen durch den Isolierkörper (3) begrenzt ist.

11. Isolierkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Feldsteuerkörper (19) gebildete innere Begrenzungswand und die durch den Isolierkörper (3) gebil­ dete äußere Begrenzungswand des zweiten Hohlraumes (26) sich in einem an den ersten Hohlraum (24) anschließenden Endabschnitt gegen den anderen Endabschnitt hin voneinan­ der entfernen, daß in einem sich anschließenden Abschnitt eine kreiszylindrische äußere Begrenzungswand die hier ebenfalls kreiszylindrische innere Begrenzungswand unter Bildung eines zylindrischen Raumes im Abstand umgibt und daß die Rollmembrane (27) einerseits an der kreiszylindri­ schen äußeren Begrenzungswand und andererseits an der kreiszylindrischen inneren Begrenzungswand anliegt sowie mit diesen fest und dicht verbunden ist.