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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Produkte und
spezieller auf elektrische Verbinder für elektrische Systeme sowie
die damit verbundenen Verfahren.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
elektrisches Verteilersystem umfasst üblicherweise Verteilerleitungen
oder Versorgungsleitungen, die von einer Transformatorenstation
ausgehen. Die Transformatorenstation ist üblicherweise mittels elektrischer Übertragungsleitungen
mit einem Generator verbunden.
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Entlang
des Weges einer Versorgungsleitung können ein oder mehrere Verteilertransformatoren
vorgesehen sein, um die Verteilerspannung für einen gewerblichen oder privaten
Verbraucher weiter herunterzutransformieren. Die Verteilerspannung kann
zum Beispiel in einem Bereich von 5 bis 46 kV liegen. In dem Verteilersystem
werden verschiedene Verbinder verwendet. Speziell die Primärseite eines Verteilertransformators
umfasst üblicherweise
eine Transformatordurchführung,
mit der ein Durchführungseinsatz
verbunden ist. Ein Winkelverbinder wiederum kann lösbar mit
dem Durchführungseinsatz verbunden
sein. Die Verteiler-Versorgungsleitung ist auch mit dem anderen
Ende des Winkelverbinders verbunden. Natürlich werden in einem typischen elektrischen
Stromverteilungssystem auch andere Verbindertypen verwendet. Zum
Beispiel können
die Verbinder als etwas angesehen werden, das andere Arten von lösbaren Verbindern
sowie feste Kabelverbindungen und Anschlüsse umfasst. Auch bei großen gewerblichen
Verbrauchern kann eine Nachfrage hinsichtlich derartiger Hochspannungsverbinder bestehen.
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Eine
besondere Schwierigkeit mit herkömmlichen
Winkelverbindern besteht z.B. darin, dass sie aus aushärtbaren
Materialien bestehen. Ein solcher Verbinder kann z.B. üblicherweise
hergestellt werden, indem zunächst
die innere, halbleitende Schicht und dann die äußere, halbleitende Ummantelung (oder
umgekehrt) geformt wird. Diese bei den Komponenten werden abschließend in
eine Isolierungspresse gegeben und es wird dann eine Isolierungsschicht zwischen
diese beiden halbleitenden Schichten eingespritzt. Entsprechend
ist die Herstellungszeit vergleichsweise lang, da die Materialien
während
des Herstellungsprozesses aushärten
können
müssen. Darüber hinaus
können
die herkömmlichen,
für solche
Winkelverbinder und ihre zugehörigen
Durchführungseinsätze verwendeten
EPDM-Materialien auch andere Nachteile aufweisen.
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Eine üblicherweise
gewünschte
Eigenschaft eines Winkelverbinders besteht in der Fähigkeit, leicht
bestimmen zu können,
ob der Schaltkreis, in den der Verbinder eingebaut ist, unter Spannung steht.
Entsprechend sind Spannungsprüfpunkte
auf solchen Verbindern bereitgestellt worden. So offenbart z.B.
das
US-Patent Nr. 3,390,331 von
Brown et al. einen Winkelverbinder, welcher eine elektrisch leitende
Elektrode umfasst, die beabstandet von dem inneren Leiter in die
Isolierung eingebettet ist. An dem Prüfpunkt wird die Spannung ansteigen,
wenn der Verbinder unter Spannung steht. Die
US-Patente Nr.
3,736,505 von Sankey, Nr.
3,576,493 von
Tachick et al., Nr.
4,904,932 von
Schweitzer, Jr. und Nr.
4,946,393 von
Borgstrom et al. offenbaren ähnliche Prüfpunkte
für einen
Winkelverbinder. Derartige Spannungsprüfpunkte können recht schwierig herzustellen
sein, und durch Verunreinigung und mehrfache Benutzung können sie
weniger präzise
und weniger verlässlich
werden.
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Ein
Winkelverbinder umfasst üblicherweise einen
Verbinderkorpus, welcher einen Durchgang mit einer Biegung darin
aufweist. Ein halbleitendes EPDM Material definiert eine innere
Schicht an der Biegung in dem Durchgang. Eine isolierende zweite EPDM-Schicht umgibt die
erste Schicht, und eine dritte halbleitende EPDM-Schicht oder äußere Abschirmung
umgibt die zweite, isolierende Schicht. Ein erstes Ende des Durchgangs
ist vergrößert und
trägt eine
Elektrode oder eine Prüfsonde,
welche von dem Durchführungseinsatz
passgenau aufgenommen wird. Ein zweites Ende des Durchgangs nimmt
das Ende des elektrischen Leiters auf. Es ist erwünscht, dass
das zweite Verbinderende das Ende des elektrischen Leiters oder
der Versorgungsleitung fest umschließt. Entsprechend besteht ein
weiterer möglicher
Nachteil eines solchen Winkelverbinders in der Schwierigkeit, den
elektrischen Leiter von Hand in das zweite Ende des Verbinderkorpusses
hineinzustecken.
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Mit
dem Bestreben, die Schwierigkeit des Einführens des elektrischen Verbinders
in das zweite Verbinderende anzugehen, offenbart das
US-Patent Nr. 4,629,277 von Boettcher
et al. einen Winkelverbinder, welcher einen mit einem Ende fest
verbundenen Schrumpfschlauch zur Aufnahme eines elektrischen Leiters
umfasst. Entsprechend kann das Leiterende leicht in den erweiterten
Schlauch eingeführt und
der Schlauch zum Zusammenschrumpfen erhitzt werden, um den Leiter
fest zu umschließen.
Das
US-Patent Nr. 4,758,171 von
Hey bringt einen Schrumpfschlauch auf das Kabelende auf, bevor das Kabelende
in den Korpus des Winkelverbinders hineingesteckt wird.
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Das
US-Patent Nr. 5,230,640 von
Tardif offenbart einen Winkelverbinder, welcher einen an einem Ende
des Winkelverbinders angeordneten, EPDM umfassenden Kaltschrumpfkern
umfasst, welcher es ermöglicht,
das Kabel einzuführen
und daraufhin gegenüber
dem Verbinderkorpus abzudichten, wenn der Kern entfernt wird. Dieser
Verbinder leidet jedoch unter den genannten Beeinträchtigungen
hinsichtlich Produktionstempo und -kosten.
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Die
US-Patente Nr. 5,486,388 von
Portas et al., Nr.
5,492,740 von
Vallauri et al., Nr.
5,801,332 von
Berger et al. und Nr.
5,844,170 von
Chor et al. offenbaren jeweils einen ähnlichen Kaltschrumpfschlauch
für eine
rohrförmige
elektrische Verbindung.
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Ein
weiteres Problem, welches bei einem Winkelverbinder auftreten kann,
ist die Isolationsbeanspruchung, durch welche die erste oder zweite halbleitende
Schicht beschädigt
werden kann. Eine Anzahl von Patenten offenbaren ausgewählte Geometrien
und/oder Materialeigenschaften für
einen elektrischen Verbinder, um die Isolationsbeanspruchung zu
reduzieren, so z.B. die
US-Patente
Nr. 3,992,567 von Malia. Nr.
4,053,702 von
Erikson et al., Nr.
4,383,131 von
Clabburn, Nr.
4,738,318 von
Boettcher et al., Nr.
4,847,450 von
Rupprecht et al. (abgelaufen), Nr.
5,804,630 und
Nr.
6,015,629 von Heyer
et al., Nr.
6,124,549 von
Kemp et al. und Nr.
6,340,794 von
Wandmacher et al.
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Für einen
typischen 200 Ampere Winkelverbinder ist die Winkelmanschette oder
das äußere erste
Ende derart gestaltet, dass es über
die Schulter des mit ihm verbundenen Durchführungseinsatzes geht und zum
Zurückhalten
der bei einem Einschalt- oder Abschaltvorgang erzeugten Lichtbogenüberschläge und/oder
Gase verwendet wird.
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Während der
letzten Jahre hat die Industrie die Ursache für ein Überschlagsproblem gefunden, welches
bei 25kV und bei 35kV immer wieder aufgetreten ist. Die Industrie
hat herausgefunden, dass bei bestimmten Temperaturen und Schaltkreisbedingungen
ein Teilvakuum auftritt. Dieses Teilvakuum setzt die Durchschlagsfestigkeit
von Luft herab und es kommt zu einem Funkenüberschlag zwischen den Übergangsstellen,
wenn der Winkel aus dem Durchführungseinsatz
entfernt wird. Verschiedene Hersteller haben versucht, diesem Problem
zu begegnen, indem der Bereich der Winkelman schettenübergänge belüftet wird,
und wenigstens ein anderer Hersteller hat alle leitenden Elemente
innerhalb der Übergangsbereiche
isoliert.
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Das
US-Patent Nr. 6,213,799 und
dessen Continuation Application Nr.
2002/00055290 A1 von Jazowski
et al. offenbart z.B. einen Anti-Überschlags-Ring, welcher von
dem Durchführungseinsatz
für einen
lösbaren
Winkelverbinder getragen wird. Der Ring umfasst eine Reihe von Durchgängen darauf,
um zu verhindern, dass das Teilvakuum bei Entfernen des Winkelverbinders
zu Verformungen führt,
was ansonsten zu Überschlägen führen könnte. Die
US-Patente Nr. 5,957,712 von
Stepniak und
6,168,447 von
Stepniak et al. offenbaren ebenfalls jeweils eine Veränderung
an dem Durchführungseinsatz,
damit diese Durchgänge
zur Verminderung von Überschlägen umfassen.
Ein anderer Ansatz zur Behandlung von Überschlägen ist in dem
US-Patent Nr. 5,846,093 von Muench,
Jr. et al. offenbart, welches ein steifes Element in dem Winkelverbinder
bereitstellt, so dass es beim Entfernen von dem Durchführungseinsatz
nicht gespannt wird und somit kein Teilvakuum erzeugt. Das
US-Patent Nr. 5,857,862 von Muench,
Jr. et al. offenbart einen Winkelverbinder, welcher einen ein zusätzliches
Luftvolumen enthaltenden Einsatz umfasst, um so der Entstehung eines Teilvakuums
und daraus resultierenden Überschlägen zu begegnen.
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Eine
weitere mögliche
Schwäche
eines herkömmlichen
Winkelverbinders liegt z.B. darin, dass optisch festgestellt werden
können
soll, ob der Verbinder richtig auf dem Durchführungseinsatz sitzt. Das oben
erwähnte
US-Patent Nr. 6,213,799 und dessen
Weiterführung
in der Anmeldung Nr.
2002/00055290
A1 von Jazowski et al. offenbaren jeweils, dass der Anti-Überschlags-Ring
auf dem Durchführungseinsatz
farbig ist und dass eine Verdeckung des Rings als ein optischer
Indikator dafür dient,
dass der Winkelverbinder ordnungsgemäß sitzt.
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Das
US-Patent Nr. 5,641,306 von
Stepniak offenbart einen separablen Leistungstrennungs-Winkelverbinder
mit einer Reihe farbiger Streifen, die verdeckt werden, wenn der
Verbinder in einem passenden Verbinderteil aufgenommen wird, um
den korrekten Einbau anzuzeigen. Analog dazu, jedoch auf den elektrischen
Durchführungseinsatz
bezogen, offenbart das
US-Patent
Nr. 5,795,180 von Siebens einen separablen Leistungstrennungs-Verbinder
und eine damit verbundene elektrische Durchführung, wobei die Durchführung einen
farbigen Streifen umfasst, der verdeckt wird, wenn der Winkelverbinder
mit einer Durchführung
verbunden wird, die den lösbaren Verbinder
umgibt.
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Folglich
weisen herkömmliche
elektrische Verbinder mehrere bedeutende Nachteile auf, besonders
für Anwendungen
in der Hochspannungsverteilung.
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Das
US-Patent Nr. 6,338,637 offenbart
ein System mit zwei Fronten, um einen Fluidzugang zu einem elektrischen
Verbinder und Kabel bereitzustellen, wobei der elektrische Verbinder
einen Verbinderkorpus mit einem durch diesen verlaufenden Durchgang
sowie eine erste Schicht aus einem halbleitenden Material benachbart
zu dem Durchgang, eine zweite, aus einem isolierenden Material gefertigte und
die erste Schicht umgebende Schicht und eine dritte, aus einem leitenden
elastomeren Material gefertigte und die zweite Schicht umgebende
Schicht umfasst.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts
des vorangehend dargestellten Hintergrundes ist es daher ein Ziel
der Erfindung, einen elektrischen Verbinder bereitzustellen, welcher besonders
nützlich
ist für
Anwendungen mit vergleichsweise hohen Spannungen und der leicht
hergestellt werden kann.
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Dieses
und andere Ziele, Merkmale und Vorteile gemäß der Erfindung werden durch
einen elektrischen Verbinder bereitgestellt, umfassend einen Verbinderkorpus
mit einem durch diesen verlaufenden Durchgang sowie eine zu dem
Durchgang benachbarte erste Schicht, eine die erste Schicht umgebende
und ein isolierendes Thermoplastisches Elastomermaterial (TPE) mit
einem relativ hohen Widerstand gegenüber der ers ten Schicht umfassende zweite
Schicht und eine die zweite Schicht umgebende und ein halbleitendes
TPE-Material mit einem relativ niedrigen Widerstand gegenüber der
zweiten Schicht umfassende dritte Schicht. In einigen Ausführungsbeispielen
kann die erste Schicht auch ein halbleitendes TPE-Material umfassen.
Die TPE-Material-Schichten können
umspritzt werden, um so die Produktionsgeschwindigkeit und die Produktionseffizienz
zu steigern und damit Herstellungskosten zu senken. Das TPE-Material
kann auch hervorragende elektrische Leistungsmerkmale und andere
Vorteile bieten.
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Der
Durchgang kann erste und zweite Enden sowie einen sich zwischen
diesen erstreckenden mittleren Abschnitt aufweisen. Die erste Schicht
kann entlang des mittleren Abschnitts des Durchgangs angeordnet
und von den jeweiligen Enden des Durchgangs einwärts beabstandet sein. Für Winkel-
und T-Verbinder kann der mittlere Abschnitt des Durchgangs eine
Biegung aufweisen. Das erste Ende des Durchgangs kann außerdem einen
vergrößerten Durchmesser
aufweisen, um bei einigen Ausführungsbeispielen
einen elektrischen Durchführungseinsatz
aufzunehmen.
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Für andere
Ausführungsbeispiele,
wie z.B. für
einen elektrischen Durchführungseinsatz
oder für einige
Verbindungen, kann der Verbinderkorpus eine den Durchgang definierende
rohrförmige
Form aufweisen. Für
einen elektrischen Durchführungseinsatz kann
die zweite Schicht benachbart zum mittleren Abschnitt des Durchgangs
einen vergrößerten Durchmesser
aufweisen.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann der Verbinderkorpus benachbart zu mindestens einem der ersten
und zweiten Enden des Durchgangs einen zunehmend größer werdenden
Außendurchmesser
aufweisen. Bei wiederum anderen Ausführungsbeispielen kann der Verbinderkorpus
benachbart zu mindestens einem der ersten und zweiten Enden des
Durchgangs alternativ einen zunehmend kleiner werdenden Außendurchmesser
aufweisen.
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Die
erste Schicht kann mindestens eine vorgegebene Eigenschaft zur Verringerung
der Isolationsbeanspruchung aufweisen. Zum Beispiel kann die vorgegebene
Eigenschaft ein vorgegebenes Impedanzprofil umfassen. Alternativ
oder zusätzlich kann
die vorgegebene Eigenschaft eine vorgegebene geometrische Konfiguration
umfassen, wie z.B. eine oder mehrere der Biegung benachbarte Rippen bei
solchen Ausführungsbeispielen
des Verbinders, die eine Biegung aufweisen.
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Die
erste Schicht kann eine innerste Schicht definieren und die dritte
Schicht kann eine äußerste Schicht
definieren. Der Verbinder kann auch mindestens eine vom Verbinderkorpus
getragene Zugöse aufweisen.
Der Verbinderkorpus kann auf einen Betrieb bei wenigstens 15 kV
und 200 Ampere ausgerichtet sein. Jede der ersten und dritten Schicht
kann einen Widerstand von weniger als etwa 108 Ωcm aufweisen,
und die zweite Schicht kann einen Widerstand von mehr als etwa 108 Ωcm
aufweisen.
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Ein
das Verfahren betreffender Aspekt der Erfindung besteht darin, einen
elektrischen Verbinderkorpus mit einem durch diesen verlaufenden Durchgang
herzustellen. Das Verfahren kann umfassen: das Bereitstellen einer
ersten Schicht zum Definieren zumindest eines mittleren Abschnitts
des Durchgangs; das Umspritzen einer zweiten Schicht, welche die
erste Schicht umgibt und ein isolierendes TPE-Material mit einem
relativ hohen Widerstand gegenüber
der ersten Schicht umfasst, und das Umspritzen einer dritten Schicht,
welche die zweite Schicht umgibt und ein halbleitendes TPE-Material mit einem
relativ niedrigen Widerstand gegenüber der zweiten Schicht umfasst.
Die erste Schicht kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein halbleitendes TPE-Material umfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Winkelverbinders gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht in Längsrichtung
des in 1 gezeigten Winkelverbinders;
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3 ist
eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Winkelverbinders, welcher
einen Spannungsprüfpunkt
mit geteilter Abschirmung umfasst;
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4 ist
eine unvollständige
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen, einen Kaltschrumpfkern umfassenden
Winkelverbinders;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer ersten
Schicht für
einen Winkelverbinder gemäß der Erfindung;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer ersten
Schicht für
einen Winkelverbinder gemäß der Erfindung;
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7 ist
eine schematische Seitenansicht eines ersten Endbereichs eines erfindungsgemäßen Winkelverbinders,
welcher mit einem elektrischen Durchführungseinsatz verbunden ist;
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8 ist
eine schematische Seitenansicht eines ersten Endbereichs eines anderen
Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Winkelverbinders,
bevor dieser mit einem elektrischen Durchführungseinsatz verbunden wird;
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9 ist
eine schematische Seitenansicht des in 8 gezeigten
Winkelverbinders, nachdem dieser mit dem elektrischen Durchführungseinsatz verbunden
wurde;
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10 ist
eine schematische Draufsicht eines Abschnitts des in 9 gezeigten
Winkelverbinders;
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11 ist
eine Querschnittsansicht in Längsrichtung
eines Ausführungsbeispiels
eines elektrischen Durchführungseinsatzes
gemäß der Erfindung;
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12 ist
eine Querschnittsansicht in Längsrichtung
eines anderen Ausführungsbeispiels eines
Durchführungseinsatzes
gemäß der Erfindung;
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13 ist
eine Querschnittsansicht in Längsrichtung
einer elektrischen Verbindung gemäß der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden vollständiger beschrieben
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch auf
viele verschiedene Weisen ausgeführt
werden und sollte nicht als auf die hierin dargelegten erläuterten
Ausführungsbeispiele
beschränkt
verstanden werden. Vielmehr werden diese Ausführungsbeispiele geliefert, damit
diese Offenbarung genau und vollständig ist und damit sie dem
Fachmann auf diesem Gebiet den Umfang der Erfindung vollständig vermitteln
kann. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchweg auf gleiche Bauteile.
Strich- und Mehrfachstrich-Notation wird verwendet, um in verschiedenen
Ausführungsbeispielen
gleiche Bauteile zu kennzeichnen.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 wird zunächst ein
elektrischer Winkelverbinder 20 beschrieben. Wie ein Fachmann
auf diesem Gebiet leicht einsieht, handelt es sich bei dem Winkelverbinder 20 lediglich
um ein Beispiel eines elektrischen Verbinders, wie z.B. für Anwendungen
in der Hochspannungs-Stromverteilung, welcher einen Verbinderkorpus
mit einem durch diesen verlaufenden Durchgang 22 aufweist.
Der Durchgang 22 umfasst veranschaulichend eine erstes
Ende 22a, ein zweites Ende 22b sowie einen mittleren
Abschnitt 22c, welcher eine Biegung aufweist. Zwecks Klarheit
bei der Erläuterung
ist der Verbinderkorpus 21 des Verbinders 20 ohne
die zugehörige
elektrisch leitende Apparatur dargestellt, einschließlich der
Elektrode oder Prüfsonde,
welche in dem vergrößerten ersten
Ende 22a des Durchgangs 22 angeordnet würde, was
dem Fachmann auf diesem Gebiet vertraut ist.
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Der
Verbinderkorpus 21 umfasst eine dem Durchgang 22 benachbarte
erste Schicht 25, eine die erste Schicht umgebende zweite
Schicht 26 und eine die zweite Schicht umgebende dritte
Schicht 27. Gemäß einem
wichtigen Aspekt des Verbinders 20, kann wenigstens die
zweite Schicht ein isolierendes thermoplastisches Elastomermaterial
(TPE) umfassen. Die erste und dritte Schicht 25, 27 weisen
vorteilhaft ebenfalls einen relativ geringen Widerstand auf. In
einigen Ausführungsbeispielen
kann die dritte Schicht 27 ein halbleitendes TPE-Material
umfassen. Zusätzlich
kann auch die erste Schicht 25 ein halbleitendes TPE-Material
umfassen. Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann die erste Schicht 25 ein anderes Material umfassen,
wie z.B. ein herkömmliches EPDM.
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Indem
relativ neue elektrische TPE-Qualitätsmaterialien verwendet werden,
wie z.B. thermoplastische Olefin-Materialien, thermoplastische Polyolefin-Materialien,
thermoplastisches Hartgummi und/oder thermoplastische Silikon-Materialien
etc., kann zum Formen eine neue Schichttechnologie verwendet werden.
Diese Technologie umfasst zunächst das
Formen der ersten oder inneren halbleitenden Schicht 25,
dann das Umspritzen der zweiten oder isolierenden Schicht 26 und
schließlich
das Umspritzen der dritten oder äußeren halbleitenden
Schutzschicht 27 über
die Isolationsschicht. Einige Anbieter solcher Materialien sind:
A. Schulman – Akron,
OH; AlphaGary Corp. – Leominster,
MA; Equistar Chemicals – Houston,
TX; M.A. Industries, Inc. – Peachtree City,
GA; Montrell North America – Wilmington,
DE; Network Polymers, Inc. – Akron,
OH; Solutia, Inc. – St.
Louis, MO; Solvay Engineering Polymers – Auburn Hills, MI; Teknor
Aprex International – Pawtucket,
RI; Vi-Chem Corp. – Grand
Rapids, MI; und Dow Chemicals – Somerset,
NJ. Mit anderen Worten können
die TPE-Material-Schichten umspritzt werden, um so die Produktionsgeschwindigkeit
und die Produktionseffizienz zu steigern und damit Herstellungskosten
zu senken. Das TPE-Material kann auch hervorragende elektrische
Leistungsmerkmale bieten.
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Die
Verwendung eines TPE-Materials für
die dritte Schicht 27 ermöglicht es, den kompletten äußeren Bereich
des Verbinders 20 mit einer Farbkodierung zu versehen,
beispielsweise durch die Hinzugabe von Farbstoffen zu den TPE-Materialien,
was der Fachmann auf diesem Gebiet schätzen wird. Eine vorgeschlagene
Industrienorm schreibt z.B. rot für 15kV-Verbinder und blau für 25kV-Verbinder
vor. Grau ist eine andere Farbe, die TPE-Materialien zwecks Farbkodierung
haben können.
Natürlich
können
auch andere Farben verwendet werden.
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Bei
dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
des Verbinders 20 weist ein an das erste Ende 22a des Durchgangs 22 angrenzendes
erstes Verbinderende 21a einen zunehmend größer werdenden
Außendurchmesser
auf. Das zweite Verbinderende 21b, welches an das zweite
Ende 22b des Durchgangs 22 angrenzt, weist einen
zunehmend kleiner werdenden Außendurchmesser
auf. Wie ein Fachmann auf diesem Gebiet einschätzen kann, sind auch andere
Gestaltungen der Verbinderenden 21a, 21b möglich.
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Wie
dargestellt, definiert die erste Schicht 25 eine innerste
Schicht, und die dritte Schicht 27 definiert die äußerste Schicht.
Der Verbinder 20 umfasst veranschaulichend auch eine Zugöse 28,
welche von dem Verbinderkorpus 21 getragen wird. Die Zugöse 28 kann
von herkömmlicher
Bauart sein und muss hier nicht weiter besprochen werden.
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Der
Verbinderkorpus 21 kann auf einen Betrieb bei mindestens
15kV und 200 Ampere ausgerichtet sein, wenngleich der Fachmann auf
diesem Gebiet andere Betriebsparameter zu schätzen weiß. Zusätzlich kann jede der ersten
und dritten Schichten 25, 27 einen Widerstand
von weniger als etwa 108 Ωcm aufweisen,
und die zweite Schicht 26 kann einen Widerstand von mehr
als etwa 108 Ωcm aufweisen. Entsprechend
umfasst der Begriff halbleitend, so wie er hier verwendet wird,
auch Materialien mit derart niedrigen Widerständen, dass diese auch als Leiter
betrachtet werden könnten.
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Der
Fachmann auf dem Gebiet wird einschätzen können, dass, wenngleich oben
ein Winkelverbinder 20 gezeigt und beschrieben wird, die
Eigenschaften und Vorteile auch bei T-förmigen Verbindern genutzt werden
können,
welche in die Klasse der lösbaren
und eine Biegung aufweisenden Verbinder eingeschlossen sind. Diese
Idee der Überlagerungstechnologie
kann auch zum Formen einer Generation von isolierten, lösbaren Verbindern,
Verbindungen und Abschlüssen
verwendet werden, die z.B. auf dem Markt der unterirdischen elektrischen
Verteilung Verwendung finden. Einige dieser anderen elektrischen
Verbindertypen werden weiter unten noch ausführlicher beschrieben.
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Indem
nun zusätzlich
auf 3 Bezug genommen wird, wird jetzt ein anderer
Aspekt eines elektrischen Winkelverbinders 20' beschrieben.
Bislang wird ein Zugang zur Bereitstellung einer Rückmeldung über die
Spannung eines Verbinders aus einem Winkelprüfpunkt abgeleitet, wie in den
vorangehenden Hintergrundinformationen über die Erfindung beschrieben.
Wie ebenfalls beschrieben wurde, kann ein solcher Prüfpunkt gelegentlich
unzuverlässig sein,
wenn er verunreinigt oder nass ist, und die Spannung kann leicht
in Sättigung
gehen. Der Verbinder 20' der
Erfindung umfasst veranschaulichend eine geteilte Abschirmung 27'. Mit anderen
Worten besteht die dritte Schicht 27' aus drei voneinander beabstandeten
Abschnitten mit ersten und dritten Abschnitten 27a, 27c,
die an eine Referenzspannung anschließbar sind, sodass der zweite
Abschnitt 27b auf einer Überwachungsspannung für den elektrischen
Verbinder 20' gefloa tet
wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
umgibt der zweite Abschnitt 27b der dritten Schicht 27' den Durchgang 22' bandförmig. Diese
anderen Elemente des Verbinders 20' sind mit einer Strichnotation
bezeichnet und ähneln den
oben unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen
Elementen.
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Ein Überwachungspunkt 30 ist
veranschaulichend mit dem zweiten Abschnitt 27b der dritten Schicht 27' verbunden.
Zusätzlich
kann eine Abdeckung 31 vorgesehen sein, um den ersten und
dritten Abschnitt 27a, 27c der dritten Schicht 27' elektrisch zu
verbinden und dennoch einen Zugang zu dem Überwachungspunkt 30 zu
ermöglichen,
was der Fachmann auf diesem Gebiet schätzen wird. Die Abdeckung 31 kann
beispielsweise einen hier nicht gezeigten Klappdeckel aufweisen,
um so den Zugang zu dem Überwachungspunkt 30 zu
ermöglichen,
wobei auch andere Konfigurationen in Erwägung gezogen werden können.
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Indem
benachbarte Abschnitte der dritten Schicht 27' oder der äußeren leitenden
Abschirmung geteilt oder getrennt werden, kann eine verlässliche Spannungsquelle
bereitgestellt werden, welche verwendet werden kann, um Probleme
mit der Apparatur zu überwachen,
um unter Spannung stehende oder spannungsfreie Stromkreise zu erkennen
und/oder die bei Störungen
in der Überwachung
der Apparatur verwendet werden kann, was ein Fachman auf diesem
Gebiet einzuschätzen
wissen wird. Indem die Abschirmung in verschiedene Längen und
Größen unterteilt
und isoliert wird, können
verschiedene Spannungen eine Rückmeldung
bezüglich
der Überwachung
der Apparatur liefern. Die TPE-Materialien erleichtern dieses Charakteristikum
der geteilten Abschirmung, und dieses Charakteristikum kann zusätzlich zu
dem dargestellten Winkelverbinder 20' auf viele Typen von elektrischen
Verbindern angewandt werden.
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Indem
nun zusätzlich
der in 4 dargestellte Winkelverbinder 20'' betrachtet wird, wird jetzt ein weiteres
vorteilhaftes Merkmal erklärt.
Wie gezeigt, wird in dem zweiten Ende 22b'' des
Durchgangs 22' ein
Kaltschrumpfkern 34 angeordnet. Natürlich kann der Kaltschrumpfkern 34 bei
anderen Ausführungsbeispielen
wenigstens in einem Abschnitt des Durchgangs 22'' angeordnet sein. Der Kaltschrumpfkern 34 umfasst
veranschaulichend einen Träger 36 und
ein mit diesem verbundenes Freigabemittel 35, so dass der
Träger
benachbarte Verbinderabschnitte in einer erweiterten Stellung hält, um so
das Einführen
eines nicht gezeigten elektrischen Leiters zu ermöglichen. Das
Freigabemittel 35 kann dann z.B. durch Ziehen aktiviert
werden, um den Kaltschrumpfkern 34 zu entfernen, so dass
das zweite Verbinderende 21b" sich um den elektrischen Leiter schließt.
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Die
TPE-Materialien erleichtern eine umgossene Kaltschrumpftechnik für lösbare Winkelverbinder 20'', wie z.B. 200 und 600 Ampere Produkte.
Da die Winkel 20'' üblicherweise
auf 200 oder 600 Ampere Durchführungseinsätze eingepasst
werden, muss die Durchführungsseite
oder das erste Ende 21a'' des Winkels
nicht verändert
werden und für
die Durchführungsseite
kann ein gewisser Härtegrad/Durometer
und Modul aufrecht erhalten bleiben. Auf der Kabelseite oder am
zweiten Ende 21b'' des Verbinderkorpus 21'' des Winkelverbinders 20'' ermöglichen die TPE-Materialien
hingegen die Verwendung der Kaltschrumpftechnik, um den Kabeleingang anfänglich zu
erweitern.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 und
zusätzlich
auf die 5 und 6 bezieht
sich ein weiterer Aspekt der Verbinder auf die Isolationsbeanspruchung,
welche in der ersten Schicht 25 erzeugt werden kann. Wie
von einem Fachmann auf diesem Gebiet eingeschätzt werden können wird,
kann die erste Schicht 25 wenigstens eine vorgegebene Eigenschaft
zur Reduzierung der Isolationsbeanspruchung aufweisen. Z.B. kann
die vorgegebene Eigenschaft ein vorgegebenes Impedanzprofil umfassen.
Dieses Impedanzprofil kann während
des Formens der ersten Schicht 25 erreicht werden, was
erleichtert wird durch die Verwendung eines TPE-Materials mit Zusätzen oder
Dotiersubstanzen, wie z.B. Zinkoxid, was das Impedanzprofil auf
die Isolationsbeanspruchung hin anpassen kann. Alternativ oder zusätzlich kann
die vorgegebene Eigenschaft eine vorgegebene geometrische Konfiguration
umfassen, was von einem Fachmann auf diesem Gebiet ebenfalls eingeschätzt werden
können wird.
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Um
der Isolationsbeanspruchung in denjenigen Verbinder-Ausführungsbeispielen
begegnen zu können,
welche wenigstens eine Biegung aufweisen, kann die erste Schicht 40 gegossen
oder auf andere Weise derart geformt werden, dass sie das Aussehen des
in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels aufweist. Im
Besonderen umfasst die erste Schicht 40 veranschaulichend
erste und zweite Enden 41, 42 mit einer Biegung
in dem mittleren Abschnitt 43. Um die Isolationsbeanspruchung
im Bereich der Biegung zu reduzieren, sind eine Reihe von voneinander
beabstandeten Rippen 44 vorgesehen, welche sich zwischen
den benachbarten Verbinderabschnitten im Bereich des rechten oder inneren
Winkels der Biegung erstrecken. Natürlich kann die erste Schicht 40 durch
Gießen
eines halbleitenden TPE-Materials wie oben beschrieben bereitgestellt
werden, in anderen Ausführungsbeispielen
hingegen kann diese erste Schicht 40 aus anderen Materialien
gebildet sein, welche die gewünschten
mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer ersten Schicht 40' wird
unter besonderer Bezugnahme auf 6 erklärt. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
umfasst die erste Schicht 40' leicht
anders geformte erste und zweite Enden 41', 42'. Zudem ist im Bereich des rechten
Winkels der Biegung lediglich eine einzelne Rippe 44' vorgesehen,
um dort die Isolationsbeanspruchung zu reduzieren. Die Konfiguration
der Rippen 44 oder der einzelnen Rippe 44' sowie die Konfiguration
der anderen Abschnitte des Verbinderkorpus wird von der gewünschten
Betriebsspannung und dem Betriebsstrom abhängen, wie ein Fachmann auf
diesem Gebiet einzuschätzen
weiß.
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Natürlich können diese
Methoden der Beanspruchungskontrolle mit jedem der verschiedenen, hier
beschriebenen Ausführungsbeispiele
für elektrische
Verbinder verwendet werden. So wird ein Fachmann auf diesem Gebiet
einschätzen
können,
dass z.B. typische 200 und 600 Ampere Winkelverbinder von solchen
Methoden der Beanspruchungskontrolle profitieren können.
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Unter
zusätzlicher
Bezugnahme auf die 7-10 wird
nun eine Anti-Überschlags-Eigenschaft eines
Winkelverbinders 50 beschrieben. Ein herkömmlicher
Winkelverbinder neigt zu möglichen Überschlägen, wenn
der Verbinder von dem Durchführungseinsatz
entfernt wird und es wird ein Teilvakuum erzeugt, wenn das Ende
oder die Manschette des Verbinders über die Schulter des Durchführungseinsatzes
gleitet. Der Stand der Technik hat verschiedene Versuche unternommen,
um dieser Unzulänglichkeit
hinsichtlich des Teilvakuums/der Überschläge zu begegnen.
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In Übereinstimmung
mit den dargestellten Verbindern 50, 50' wird dieser
Unzulänglichkeit
durch den Verbinderkorpus 51, 51' begegnet, welcher einen dem ersten
Ende 52a, 52a' des
Durchgangs 52 benachbarten äußeren Endbereich 51a, 51a' mit einer gebördelten
Form aufweist, z.B. wenn er an der Schulter 55, 55' eines elektrischen
Durchführungseinsatzes 54, 54' anliegt. Mit
anderen Worten kann das äußere Ende 53, 53' an der Schulter 55, 55' anliegen, ohne
dass es zu dem Gleitkontakt kommt, der ansonsten das Teilvakuum
erzeugen würde.
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In
dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das äußere Ende 53 des
Verbinderkorpus 51 von vornherein gebördelt ausgebildet sein, selbst
wenn es von der Schulter 55 des Durchführungseinsatzes getrennt ist,
wie z.B. bei der anfänglichen
Herstellung. Natürlich
kann das äußere Ende 53 in
anderen Ausführungsbeispielen
so bemessen sein, dass es von der Schulter 55 selbst dann
beabstandet ist, wenn es völlig
aufsitzt, da ein oberes Ende des Durchführungseinsatzes in eine entsprechende
Ausnehmung in dem Durchgang 22 eingreifen und einrasten
kann, wie ein Fachmann auf diesem Gebiet einschätzen kann.
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Wie
in dem Ausführungsbeispiel
der 8-10 dargestellt, weist das äußere Ende 53' anfänglich einen
leichten Krümmungsradius
(8) auf, so dass das äußere Ende sich nach außen aufweitet,
wenn es an der Schulter 55' anliegt
(9 und 10). Der Fachmann auf diesem
Gebiet wird natürlich
andere, ähnliche
Konfigurationen wie die in der Erfindung genannte erkennen.
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Wie
in dem Ausführungsbeispiel
des Verbinders 50' der 8-10 gezeigt,
kann eine Reihe sich längs
erstreckender Schlitze 56 vorgesehen sein, um das Aufweiten
nach außen
zu erleichtern und/oder auch wenigstens eine gewisse Belüftung zu bieten,
wenn der Verbinder 50' von
dem Durchführungseinsatz 54' entfernt wird.
Entsprechend ist die Wahrscheinlichkeit für einen Überschlag deutlich reduziert
oder sogar ausgeschlossen. Weiterhin kann das äußere Ende für diese TPE-Materialien verwendenden
Ausführungsbeispiele
relativ dünn
geformt sein, um das oben beschriebene Aufweiten zu erleichtern,
was ein Fachmann auf diesem Gebiet einzuschätzen weiß.
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Nun
wird eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des elektrischen Verbinders 50' erklärt. Wie
in dem oben angeführten
Hintergrund erwähnt,
ist es in vielen Fällen
wünschenswert,
optisch anzuzeigen, ob der Verbinder richtig und vollständig auf
dem elektrischen Durchführungseinsatz 54' aufsitzt. Das
dargestellte Ausführungsbeispiel
des Verbinders 50' umfasst
einen als Indikator dienenden farbigen Streifen 57, um
einem Techniker optisch anzuzeigen, dass der Verbinder aus der abgenommenen
Stellung (8) in die vollständig aufsitzende
Stellung (9 und 10) bewegt
wurde. Mit anderen Worten, wenn der farbige Streifen 57 für einen
den Verbinder 50' entlang
einer Achse des Durchführungseinsatzes 54' und des ersten
Verbinderendes 51a' (10)
betrachtenden Techniker komplett sichtbar ist, so sitzt der Verbinder
vollständig
auf. Umgekehrt könnte
das äußere Ende 53' in einigen
Ausführungsbeispielen derart
konfiguriert sein, dass der farbige Streifen 57 von der
Seite betrachtet nicht mehr sichtbar ist, wenn der Verbinder richtig
aufsitzt. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird andere als die von
der vorliegenden Erfindung genannten, von dem äußeren Ende des Verbinders 50' getragene Anzeigekonfigurationen
erkennen können.
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Diese
Anzeigeeigenschaft kann z.B. für
alle Winkel verwendet werden, die 15, 25, 35 kV 200 Ampere Geräte umfassen,
sowie für
viele 600 Ampere Geräte.
Aufsitzanzeiger existieren für
einige Verbinder nach dem Stand der Technik, aber diese Aufsitzanzeiger
sind im Allgemeinen auf dem Durchführungseinsatz angeordnet. Entsprechend
kann es schwierig sein, den Anzeiger zu sehen, wenn der Techniker
den Winkel unmittelbar vor dem Transformator anordnet. Die häufig verwendeten
Aufsitzanzeiger benutzen typischerweise einen gelben Streifen auf
der Durchführung,
welcher durch die Winkelmanschette verdeckt wird, wenn die beiden
Abschnitte vollständig
verbunden sind. Nachdem die Produkte miteinander verbunden sind,
muss der Benutzer die Seite des Produkts betrachten, um zu sehen,
ob der gelbe Streifen vollständig
verdeckt ist. In Übereinstimmung
mit der Anzeigeeigenschaft des Verbinders 50' wird die Winkelmanschette oder
das äußere Ende 53 sich
bei vollständigem
Aufsitzen aufspreizen oder aufweiten, so dass es gesehen werden
kann, wenn es sich unmittelbar vor dem Techniker befindet. Somit
muss der Techniker sich nicht dem unter Spannung stehenden Aufbau
nähern,
um den vollständig eingerasteten
Verbinder zu sehen.
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Unter
zusätzlicher
Bezugnahme auf die 11-13 werden
nun andere Verbindertypen beschrieben, die die beschriebenen vorteilhaften
Eigenschaften aufweisen. In 11 ist
ein elektrischer Durchführungseinsatz 60 gezeigt,
welcher einen rohrförmigen,
den Durchgang 62 mit gegenüberliegenden Enden 62a, 62b und
einem dazwischenliegenden mittleren Abschnitt 62c definierenden
Verbinderkorpus 61 umfasst. Der Verbinderkorpus 61 umfasst
veranschaulichend eine Metall enthaltende erste Schicht 65,
eine ein isolierendes Material umfassende und die erste Schicht
umgebende zweite Schicht 66 und eine z.B. ein halbleitendes
Material umfassende dritte Schicht, welche die zweite Schicht im
Bereich eines mittleren Abschnitts des Verbinderkorpus, angrenzend
an den mittleren Abschnitt des Durchgangs, umgibt. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist darüber
hinaus ein weiterer metallischer Einsatz 68 innerhalb des
Durchgangs 62 vorgesehen, wenngleich ein Fachmann auf diesem
Gebiet versteht, dass auch andere Materialien und Konfigurationen
für die
leitenden inneren Komponenten des Durchführungseinsatzes 60 möglich sind.
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Im
Hinblick auf die oben genannten Vorteile können die zweite und/oder dritte
Schicht 66, 67 TPE-Materialien umfassen. Z.B.
kann die zweite Schicht 66 ein isolierendes TPE-Material
umfassen, und die dritte Schicht kann ein halbleitendes TPE-Material
umfassen. Wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls gezeigt
ist, kann die zweite Schicht 66 angrenzend an den mittleren
Abschnitt 62c des Durchgangs 62 einen vergrößerten Durchmesser
aufweisen. In der Tat kann dieser mittlere Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser
durch eine mehrfache Schichtung des isolierenden TPE-Materials gebildet
werden, wie dies durch die gestrichelten Linien 70' angedeutet
ist, oder aber z.B. durch die Verwendung anderer Füllmaterialien,
was ein Fachmann auf diesem Gebiet einzuschätzen weiß. Es kann häufig wünschenswert
sein, sukzessive relativ dünne
Schichten des isolierenden TPE zu bilden, um so die gewünschte Gesamtdicke
und die Form der zweiten Schicht 66 zu erreichen. Auch
die erste und dritte Schicht 65, 67 können bei
diesem und bei den weiteren hier beschriebenen Ausführungsbeispielen
des Verbinders durch sukzessive dünnere Schichten gebildet werden,
wie ein Fachmann auf dem Gebiet einschätzen kann.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Durchführungseinsatzes 60' ist in 12 dargestellt und
wird nun detaillierter beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die erste Schicht 65' durch ein
Kunststoffmaterial, z.B. durch ein TPE-Material, gebildet. Das Kunststoffmaterial
kann beispielsweise ein isolierendes oder ein halbleitendes Material
sein. Die anderen Elemente des Durchführungseinsatzes 60' sind mit einer
Strichnotation versehen und ähneln den
oben im Zusammenhang mit 11 besprochenen.
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Das
oben beschriebene Merkmal der Rippen zur Verminderung der Isolationsbeanspruchung
kann auch auf die Ausführungsbeispiele
der Durchführungseinsätze 60, 60' angewandt werden.
Außerdem kann
eine Vielzahl von Durchführungseinsätzen 60, 60' z.B. zu einer
gemeinsamen Sammelschiene zusammengefügt werden, um einen elekt rischen
Verbinder in einer üblicherweise
als Verteiler bezeichneten Form herzustellen, wie der Fachmann auf
diesem Gebiet einschätzen
können
wird.
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Indem
nun besonders auf 13 Bezug genommen wird, wird
jetzt ein weiterer elektrischer Verbinder in der Form einer Inline-Verbindung 80 erklärt. Die
Verbindung 80 umfasst veranschaulichend einen rohrförmigen Verbinderkorpus 81,
welcher einen erste und zweite Enden 82a, 82b mit
einem dazwischenliegenden mittleren Abschnitt 82c aufweisenden Durchgang 82 umfasst.
Der Verbinderkorpus 81 umfasst eine erste Schicht, die
an den mittleren Abschnitt 82c des Durchgangs 82 angrenzt
und/oder diesen definiert, eine die erste Schicht umgebende zweite
Schicht 86 sowie eine die zweite Schicht umgebende dritte
Schicht 87. Die erste und/oder dritte Schicht 65, 67 können ein
halbleitendes TPE-Material umfassen, und die zweite Schicht 66 kann
ein isolierendes TPE-Material umfassen. Entsprechend genießt auch
die Verbindung 80 die sich aus der Verwendung von TPE-Materialien
ergebenden und bereits beschriebenen Vorzüge und Vorteile.
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Einem
Fachmann auf diesem Gebiet können ausgehend
von den Vorzügen
der in den vorangehenden Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen
dargestellten Lehre viele Modifikationen und andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung in den Sinn kommen. Entsprechend versteht es sich,
dass die Erfindung nicht auf die dargestellten offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt
werden darf und dass weitere Modifikationen und Ausführungsbeispiele
in den Schutzbereich der angefügten
Ansprüche
fallen.