专利名称：电缆的插头连接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于中或高压电能输送系统的绝缘电缆的带有可插入插座的电缆插头的插头连接装置。
本发明的根本目的是提供一种上述类型的改进的插头连接装置，不过这种装置又是经济的。上述目的是通过具有权利要求1特征的插头连接装置实现的。
在将密封件插入插座的锥形部分时，在密封件的锥形外壁和插座的锥形内壁之间难免夹带空气。已知插头连接装置的严重缺点在于，夹带的空气会因通过夹带的空气放电而使电插座变劣。但是，如果密封件具有20至35的肖氏A标硬度，那么，使密封件压紧在插座内壁上的介于5-50N/cm2的压力就足以将在电缆插头插入插座过程中所夹带的空气压入密封件的硅酮中，从而避免放电。达到上述压力所需的轴向力很低，在实现和脱开电缆插头和插座之间的连接的过程中很容易处置电缆插头。
按照权利要求2和3所述的密封件和插座的锥形部分的锥形角对于方便地处置是十分有利的。
现对照以下附图详述本发明的推荐实施例。
图1是组装后本发明的第一实施例的纵剖图;
图2是组装后本发明的第二实施例的纵剖图;
图3是组装后本发明的第三实施例的纵剖4是图3所示实施例的密封件的放大的不完全的纵剖图;
图5是变型实施例的密封件的纵剖图;
图6是作为作用力的函数，以及作为绝缘件材料硬度的函数的密封件可达到的绝缘强度的曲线图;
图7是按照本发明电缆插头的插座的第三实施例的纵剖图;
图8是按照本发明电缆插头的插座的第四实施例的顶视图;
图9是沿图8中Ⅸ-Ⅸ线的剖面图;
图10是沿图8中Ⅹ-Ⅹ线的剖面图;
图11是按照本发明插头连接装置的第五实施例的纵剖图;
图12是按照权利要求11的变型插座的插座壳的纵剖图;
图13是图12所示插座壳的前视图。
如图1所示，本发明的插头连接装置的第一实施例具有一电缆插头1和一插座2，插头1可插入插头2中。插座2固定在电气装置例如配电系统的壁3上，并通过壁3上的开口伸入装置内。插座2具有由树脂或其它绝缘材料制成杯形插座外壳4，在外壳4中设置一杯形接触套5。与插座外壳4共轴设置的接触套5的底部与插座外壳4的底部抵接，一承载接触套5的连接螺栓6以密封方式穿过外壳4的底部。借助螺钉8，一锁环7压紧插座外壳4的外缘，外缘位于壁3之外抵接一支承环10，支承环10以永久的，密封的方式固定在壁3上，一密封环9夹在其间。
为了将电缆插头1连接于一绝缘的，单导线电缆11以传送如300安培电流和如10KV工作电压，电缆包皮被剥除一预定的长度，然后将位于电缆包皮内的屏蔽线向后弯回在电缆包皮上。位于塑料绝缘体12上的导电层13也被适当除去。如图所示，使其只探出电缆包皮一个短距离。另外，从电缆11的导体14的端段上除去塑料绝缘体12。
电缆插头包括一金属帽15，一个一端撑住金属帽5的一个肩部，而另一端撑住绝缘材料制成的压套17的螺旋压簧16，以及一绝缘件18。绝缘件18的材料是肖氏硬度介于25和30的硅酮橡胶。电缆插头1还有一金属压环19，一具有许多纵缝的，在导体14剥皮端滑动的金属夹套20，以及带有多线接触件22的接触载体21。
如图1所示，夹套20抵住压环19使其与塑料绝缘体12的端面接触。接触载体21压在外部呈锥形的夹套20上，使夹套20牢靠地接触导体14，并使接触载体21压紧在夹套20上。
在安装压环19，夹套20和接触载体21之前，使金属帽15和螺旋压簧16在电缆上滑动。然后，使绝缘件18滑动，在绝缘件18内嵌入一个由导电的硅酮橡胶制成的或覆有导电层的场控制件23。如图1所示，中空圆筒形的绝缘件18的后端与弯回的屏蔽线重叠，场控制件23与导电层13相接触，导电层13接地电势。另外，绝缘件18紧配合在塑料绝缘体12的外表面上，并撑住压环19。当插头插入时伸入插头外壳4的绝缘件18的端段形成外锥形，当电缆插头1插入时，上述外锥形以机械和电气密封的方式压在插座外壳4的内壁上，外壳4的内壁则构成相应的内锥形。施加的压力大约在18N/mm2和20N/mm2之间，对于小型电缆插头使用较小的值，而大型电缆插头使用较大的值。锥形角介于2至3度。
绝缘件18压入插座外壳4因而压在其内壁上所需的力是由预加载荷的螺旋压簧16产生的，压簧16则套装在绝缘件18的直径小于外部锥形段的一段上。压套17压紧在绝缘件18的肩部上，在那里，一环形槽透入绝缘件18，所述环形槽内有一环形电极24，环形电极24与导体14容性耦合。环形电极24由导电的硅酮橡胶制成或在环形件上覆有导电层。借助一接触环26形成与环形电极24的接触，信号传导线25焊接在接触环26上，信号传导线25通过金属帽15的开口端引出。环形电极24提供的电缆工作电压成正比的信号。
如图1所示，金属帽15设有一环形凸缘15′。电缆插头1引入插座外壳4一定深度，使凸缘15′与锁环7接触，由螺钉27将其固定在这个位置上直至插头连接需要再次分开为止。
图2所示的本发明的插头连接装置的实施例与图1所示装置差别不大，因而下面只描述具有区别的特征。
插座外壳是由树脂制成的厚壁件，嵌入插座外壳的不仅是接触套31，还有螺套32，以便接合螺钉33，当电缆插头35完全插入插座36时，借助螺钉33使电缆插头35固定，与插座外壳30的端面接触。
替代第一实施例中压套17的是由塑料制成的多用途套37，它具有向外突出的凸缘38以便与螺旋压簧39的一端接触。多用途套37的中段套有螺旋压簧39，在多用途套一端段上带有多条纵缝占据一定长度，临近多用途套37的中段。多用途套37喇叭口形端部将环形电极40，从其肩部开始压在绝缘件41的环形槽的底部。环形电极40将螺旋压簧39的力传至绝缘件41的外锥形端部。与图1所示实施例一样，绝缘件41的外锥形的锥形角大约为2至3度。不过，这个角度也可大些。
在多用途套37另一端临近于其中段的是从金属帽34伸出的端段。从金属帽34后端伸出的端部42具有钩形截面，与金属帽后端面重叠。这种重叠防止了螺旋压簧39的松驰。压簧39是由多用途套37预加载荷的，因此，在金属帽34的凸缘由螺钉33拉动之前，电缆插头35可以几乎完全地插入插座36，抵抗螺旋压簧39的力压在插座体30的端面上。因此，电缆插头35不必克服螺旋压簧39的力用手插入插座36中，并以该力固定，直至螺钉33旋入螺套32。
在图3所示本发明插头连接装置的实施例中，预压载荷的螺簧45的压力也是通过塑料制成的多用途套46传至硅酮橡胶绝缘件47的外锥形端段。与其它实施例一样，硅酮橡胶的肖氏硬度为25和35之间，绝缘件47被压紧在插座(未画)的内壁上的力与其它实施例一样为18N/mm2和50N/mm2之间，这取决于插头尺寸和电缆的直径。多用途套40也是通过径向突出部48接合在帽49之后，从而防止即使当电缆插头50未插入插座时螺旋压簧45还保留在加载状态。
在该实施例中，帽49是由相互重叠的两段构成的，因为在帽49中与多用途套46同轴地但相隔一距离地设有一电流互感器51，它发出指示流过电缆的电流强度的电信号。
在图1和图2所示的电缆插头中，其信号与电缆工作电压成正比的环形电极设在与场控制电极分离的绝缘件中，场控制电极处于接地电势。但是，在图3所示的电缆插头中，场控制电极也构成发出电压信号的电极。如同已经描述过的实施例一样，它由一导电硅酮橡胶制成的零件，或是在该零件和绝缘件之间的一导电层。由场控制电极52提供的场控制并不受下术情况的削弱，即场控制件不处于接地电势，而是处于取决于电缆工作电压的一个较高的电势。
在图3所示的实施例中，除了场控制电极外，还有一个由在绝缘件47内表面上的导电层构成的第二电极53。第二电极53与电缆55的导电层54接触，因而处于接地电势。在第二电极53的一段长度上同轴地但隔开一距离地重叠着场控制电极52。因此，场控制电极52和第二电极53构成可从场控制电极52产生的信号电压的容性分压器，分压比以及场控制电极52的电压取决于两电极52和53重叠的长度。因此，可从场控制电极52产生的电压信号的大小可以由选择上述重叠长度来影响。
如图4所示，第二电极56也可以设计成下述形成，即构成第二电极56的导电层不仅设在绝缘件57内，也延伸过绝缘件57的后端直至其外表面。在这种情况下，也提供电压信号的场控制电极58透入第二电极56内、外段之间。这里，两电极的重叠长度也决定由两电极构成的容性分压器的分压比。
在图5所示的本发明电缆插头的硅酮橡胶绝缘件59的实施例中，两电极相互绝缘，两电极分别由第一成形件62和第二成形件63的导电层构成，这两个电极同样嵌入绝缘件59，上述两成形件都是由硅酮橡胶制成的。两个导电层60和61一起构成场控制电极，其中只有由导电层61构成的那一段处于接地电势。因此，构成导电层60的那一段在轴向距离上毗连并向外扩张成一漏斗形，可以用作信号电极。这种电极结构可保证很好的场控制，可提供强的，因而是抗干扰的电压信号，以便显示或测量电缆的工作电压。
在以上各实施例中，用绝缘件可实现的电密封的绝缘强度取决于制成绝缘件的硅酮橡胶的硬度，以及绝缘件锥形外表面压在插座外壳锥形内表面上的力。图6表示两种具有不同肖氏硬度值的硅酮橡胶的在绝缘强度和施加压力之间的关系曲线。
在图7所示的本发明的插头连接装置的插座的实施例中，铸塑树脂的插座外壳65以一种相似于图2所示实施例的方式设有嵌入的螺套66，因此，插座外壳65可借助螺钉(未画)固定于板67，板67(例如)构成电气装置的壳壁并设有电缆插头的通孔。临近于插座68的接触套69的是插座外壳65的锥形内表面，当电缆插头完全插入插座68时，出于机械和电气上的目的，电缆插头绝缘件的锥形外表面压紧在上述锥形内表面上。为了场控制的目的，在插座外壳65中嵌有一导电控制件70，它与接触套69电连接，并在一定距离与毗连接触套69的锥形内表面的端段重叠。
在这种插座中，螺套66之一可用作信号电极;当然此时它将不用来接受连接螺钉。但是，如图7所示，在插座外壳65之外，在至少包围接触套69的一端段的区域内可设置一信号电极71。信号电极71容性耦合于接触套69和/或控制件70，这具有信号电压水平不取决于电缆导体直径的优点。另外，插座套68还可以装设一个这种类型的信号电极71。
将信号电极71完全嵌入例如用硅酮橡胶制成的绝缘件72中，这一点是特别有利的。这种绝缘件72一方面简化了信号电极71在插座外壳65的外表面上的固定，另一方面，绝缘件72还使信号电极71绝缘，因此，不仅通过插座外壳65，而且也通过绝缘件72提供了相对于一般是导电的和处于接地电势的板67的绝缘。因此，信号电极71是双重绝缘的。
如图7所示，在此实施例中，连接于信号电极71的连接线73也嵌入绝缘件72的材料中。插头74构成与连接线73的可卸式连接。
当然可以增置一电流传感器，如一种环形电流互感器形式的电流传感器，或者以其取代信号电极71。
当插座外壳是由铸塑树脂制造时，必须想到长期使用后在铸塑树脂上会出现微小裂纹。在图8至10所示实施例中，如果在插座外壳75中嵌入一信号电极76(最好为与插座外壳内表面同轴设置的环形电极形式)，那么，在附加的绝缘件77中最好嵌入信号电极76，绝缘件77应设计成单独可为信号电极提供所需的绝缘性能。那么，透至绝缘件77的，在插座外壳75上的裂纹就不会引起问题。如果信号电极76不是由金属而是由半导体的铸塑树脂制成，以防止热应力，那么，也可用铸塑树脂制绝缘件77。
如图9所示，环形信号电极76在其圆周上的一点最好具有一个径向突出部分78，该部分也嵌入绝缘件77，并设有一插座79，在其中可插入一导体插头80，象本发明的电缆插头一样，插头80以机械及电气上密封的方式关断了至插座79的通路。
信号电极76最好设置在插座外壳75中，因而与辅助电极83容性耦合，辅助电极83是由插座82的接触套81构成的，或是电气连接于在接触套81上。在此实施例中，也是嵌入绝缘件77的辅助电极83是由一导电环构成的，该导电环借助基本轴向延伸的臂连接于包围接触套81的套筒84。辅助电极83和信号电极76之间的距离大大小于信号电极76和处于接地电势的，插座82固定于其上的金属壁85之间的距离。在辅助电极83附近，绝缘件77至少具有足够的厚度，使绝缘件77在此件可承受1.5倍的额定电压。
嵌入插座外壳75的螺套86中装有连接螺钉，插座外壳75借助上述连接螺钉连接于壁85。在周向上与螺套86偏置的螺套87中装有螺钉89，通过螺钉89可将电缆插头88在其凸缘91的区域连接于壁85和插座79。除了与螺套87对准的通孔之外，凸缘91可设有与所述通孔偏置的螺孔90，并与电缆插头88的长轴对称设置。在这些螺孔90中可旋入螺钉，从而可将凸缘91压离壁85。当必要时，这使电缆插头88更易于从插座82中拔出。
图11所示本发明的插头连接装置的实施例也包括一电缆插头92和一插座93。插座93具有一杯形插座外壳94，由铸塑树脂制成，其形状类似于图2所示实施例的插座外壳4，在其开口端区域中有一径向向外突出的凸缘，在凸缘中嵌有螺套95。与插座外壳4不同的是，在插座外壳94中，其内壁从开口端开始仅一半的长度上呈锥形，锥形角大约为3度。从该锥形段至插座外壳94的底部是一圆筒形段。内壁上的导电涂层覆盖底部，圆筒形部分，以及毗邻内壁锥形部分的一环形区域。
一个具有良好导电性的连接件96穿过插座外壳94的底部，在插座外壳94内，罐状接触套的底部97抵靠在连接件96的平的端面上，上述接触套的基本呈圆筒形的表面是由径向有弹性的接触舌片98构成的，舌片98与底部97作成单件。接触舌片98在其稍向内弯曲的端段由预加载荷的一环形弹簧99包围，环形弹簧99在接触舌片98上作用径向向内的弹力。接触舌片98和插座外壳94的内表面之间的距离很小，而且接触舌片98的厚度也很小，因此，相对于插座外壳94的内径来说，由接触舌片98构成的中空件的内径很大。接触舌片98可承载高的电负载，由其形成触点，因而插座93适于插入能承载很大电流的电缆插头，对于相同尺寸的插座外壳来说，所承载的电流要比图1所示这施例的电缆插头1所能承载的电流大得多。
借助螺钉100，底部97通过弹簧垫圈101和环形压板102压紧在连接件96的端面上，螺钉100接合在连接件96中。
如图11所示，一塑料帽103具有与底部97平行的平的底部，一凸缘面向底部97，塑料帽103和上述凸缘与螺钉100的头部，弹簧垫圈101和压板102重叠。肋103′径向向内凸起，使塑料帽103相对于螺钉100，弹簧垫圈101及压板102定心。从凸缘向外凸出的钩接合在接触舌片98向内凸出的耳部后面，因而保证使肋103′接触底部97。塑料帽103以防止丢失的方式连接着螺钉100，弹簧垫圈101和压板102，通过底部中心孔可接触到螺钉100的头部，因而借助螺钉100可大大简化接触套与连接件96的连接。
与图1所示的插座2一样，插座93可以穿过装置的壁上的开口，并以牢固和密封的方式连接于所述壁。
电缆插头92具有硅酮橡胶制的绝缘件104，它是靠预张紧而与暴露的塑料绝缘体105和包围塑料绝缘体105的导电层106接触的。起始于电缆端的相对端，在绝缘件104的一段长度上，具有适配于插座外壳94的圆锥形内表面的圆锥形外表面，当电缆插头92完全插入插座93时(如图11所示)，所述圆锥形外表面以一种电气和机械密封的方式抵接在插座外壳94的内壁上。毗连于上述外圆锥形段的是一外圆柱形段，外圆柱形段由一中间段和置于中间段上的端段构成。中间段和与其重叠的端段的手动接触包络表面以导电的方式构成一电极，该电极提供场控制和与电缆芯的容性耦合，以便测量电压或显示电压。由于端段重叠于中间段的预张紧作用，故只要将信号线放在中间段和端段之间，就可以将电极连接于信号线。然后以必要的接触力按压电极。当然只设置中间段或只设置带有导电层的端段也是可以的。
在朝向绝缘件104一面倒圆的一个金属压盘109可在电缆芯的剥皮端段上滑动，压盘109接触塑料绝缘体105的自由端，绝缘件104撑住压盘109。夹套110的一端接触朝向端段108的自由端的端面，夹套110开有多条纵缝，外部呈锥形，并具有良好的导电性，其另一端超出端段108一些，而且当电缆插头92完全插入插座93时抵接塑料帽103的底部。一个内部圆锥形而外部圆锥形的接触件111压向夹套110，接触件111一方面产生作用在夹套110和承载高电流性能所需的电缆芯上的径向压力，另一方面构成电缆插头92与接触舌片98相互作用的高容量的接触表面。
在实施例中用金属制成的电缆插头外壳112(只部分地画出)包围着电缆的一段长度，并在其要与插座外壳94接触的那一端设有一连接凸缘，该连接凸缘径向向外凸出，与一环形件113重叠，环形件113借助接合在螺套95中的螺钉114可连接于插座93。
如图12和13所示的接受电缆插头的插座的外壳115，其结构很象插座外壳94，其目的是接受结构与图11所示实施例的接触系统。其毗连插座外壳115底部的内包络表面部分呈圆柱形，并设有导电层116，导电层116处于接触套的电势并伸入圆锥形段。
与图11所示实施例的插座外壳94不同之处在于，两中空圆柱形部分117和118等轴地且垂直地形成于构成底部的部分上，相应于连接件96的连接件119位于上述中空圆柱形部分的臂中。位于等轴中空圆柱形部分117中的臂构成插头连接的接触系统的支承。
如图13所示，在插座外壳115中嵌有螺套121，插座外壳115的凸缘部分在平行于中空圆柱形部分118中的臂的完全相对的部位是平的，因此，大大减小了插座外壳115所需的空间。
权利要求
1.带有能插入插座的电缆插头的插头连接装置，用于高压供电系统，所述电缆插头(1；35；50；88；92)具有可以滑动并固定在电缆(11；55)剥皮端段上的一接触件(20，21，22；110，111)，以及用硅酮橡胶制成的，可滑至电缆绝缘体(12；105)上的密封件(18；41；47；59；104)，所述电缆绝缘体形成一外锥形，该外锥形向着所述接触件(20，21，22；110，111)具有锥度并可被按压，从而电气及机械密封地抵接在插座(2；36；68；82；94；115)的构成相应的内锥形的内壁部分上，其特征在于所述硅酮橡胶的肖氏A标硬度值介于20和35，最好介于25和30，所述密封件(18；41；47；59；104)压在所述插座(2；30；68；82；94；115)的内壁上的压力介于5N/cm2和50N/cm2。
2.如权利要求1所述的插头连接装置，其特征在于所述密封件(18;41;47;59;104)的外锥形的锥形角介于2和8度，最好介于2和3度。
3.如权利要求1或2所述的插头连接装置装置，其特征在于对于所述插座的锥形段内壁的锥形角(β)而言，所述密封件(18;41;47;59;104)的外圆锥形的锥形角(α)为α＝β+x其中x的值介于-1°至+2°。
4.如权利要求1-3中任一项所述的插头连接装置，其特征在于所述密封件(104)具有毗连于构成外圆锥形那一段的外圆柱形段，所述外圆柱形段包括一定心段和一与定心段重叠且预张紧的端段。
5.如权利要求4所述的插头连接装置，其特征在于所述定心段的外表面和/或所述重叠的端段的内表面是导电的，一条信号线夹在所述定心段和所述重叠的端段之间而被接触。
6.按照权利要求1-5中任一项所述的插头连接装置，其特征在于所述插座(93)的外壳(94)在形成内圆锥形的那一段和外壳(94)的底部之间具有一圆柱形内壁段。
7.如权利要求6所述的插头连接装置，其特征在于所述外壳(94)的内表面至少在其圆柱形段设有处于插座(93)的接触装置(98)的电势的导电层(116)。
8.如权利要求1-7中任一项所述的插头连接装置，其特征在于电缆插头(92)的接触件(111)可插入插座(93)的外壳(94)中的一罐形接触套，该接触套具有基本呈圆筒形的壁，所述壁是由径向有弹性的接触舌片形成的，所述接触套的外径只稍小于插座(93)的内径，而且所述接触件是一个径向无弹性的件(111)。
9.如权利要求8所述的插头连接装置，其特征在于所述接触套在接触舌片(98)的自由端区域由一预张紧的环形弹簧(99)包围。
10.如权利要求8或9所述的插头连接装置，其特征在于;所述接触舌片(98)由插座(93)的外壳(94)的圆柱形包围，接触舌片(98)的径向厚度小，因此，相对插座外壳(94)的内径而言，所述接触套的内径具有最大值。
11.如权利要求8-10中任一项所述的插头连接装置，其特征在于所述罐形接触套的底部借助一螺钉(100)固定于插座(93)的外壳(94)，所述螺钉(100)以防丢失方式连接于所述接触套。
12.如权利要求11所述的插头连接装置，其特征在于所述螺钉(100)借助与螺钉(100)重叠的帽(103)与所述接触套连接，所述帽(103)的凸缘设有向外凸出且接合在接触舌片(98)的向内凸出的耳部后面的钩。
13.如权利要求1-12中任一项所述的插头连接装置，其特征在于所述电缆插头具有一外壳(112)，该外壳在要与插座外壳(94)接触的那一端设有一连接凸缘，该连接凸缘径向向外凸出，与一环形件(113)重叠，借助螺钉(114)该环形件可与插座外壳(112)连接，以便将所述电缆插头的外壳(112)连接于插座外壳。
14.如权利要求1-12中任一项所述的插头连接装置，其特征在于所述插座外壳(115)具有一在完全相对的两侧是平的凸缘部分。
15.如权利要求1-14中任一项所述的插头连接装置，其特征在于;电缆插头(88)的外壳具有设有螺钉(89)的通孔的凸缘(91)，借助螺钉(89)可将凸缘(91)与插座(82)连接，上述凸缘(91)还设有螺孔(90)，螺孔(90)相对于所述通孔偏置，且在其中旋有螺钉，以便通过该螺钉可将所述凸缘(91)从插座(82)上压离。
全文摘要
一种带有可插入插座(2)中的电缆插头(1)的插头连接装置，用于高压供电系统，具有由硅酮橡胶制成的，能滑至电缆绝缘体(12)上的密封件(18)，该密封件形成外部圆锥形可以机械和电气密封的方式压紧在插座(2)形成相应内圆锥形的那段内壁上。硅酮橡胶的肖氏A标硬度值介于20和35，最好介于25和30。将密封件(18)压在插座(2)内壁上的压力介于5和50N/cm
文档编号H02G15/103GK1089399SQ93114750
公开日1994年7月13日 申请日期1993年11月25日 优先权日1992年11月26日
发明者戈特弗里德·博伊尔勒, 迪特尔·桑德, 冈特·佐比尔雷 申请人:卡尔·普菲斯特电子技术专用制品股份有限公司