用於延伸的電纜的連接器的製作方法

2023-07-04 05:03:01

專利名稱：用於延伸的電纜的連接器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於延伸的電纜例如電加熱電纜(electrical heating cable)的連接器。
延伸電加熱電纜是公知的，並且被用於例如防止管道凍結或者用於維持管道或其它輸送管內的溫度。特別實用的延伸加熱電纜(在這裡也稱為加熱器)包括(a)第一和第二延伸電極、(b)多個在電極之間並聯連接的電阻加熱元件(element)、以及(c)包繞電極和加熱元件的絕緣護套。對於許多應用而言，絕緣護套由金屬接地層例如金屬編織層包繞。常常需要建立從延伸電加熱電纜至另一元件例如另一加熱電纜或者電力電纜的電連接。諸如套環、壓接件(crimp)或可熱縮的套管等常規方法可以用於形成這種電連接，雖然這些方法總體上講不能充分地消除延伸加熱電纜的應力或者提供足夠的密封以防止溼汽到達連接處。另外，可以採用諸如美國專利4883945(授予Bautista)和5 174783(授予Stassen等人)中描述的連接模塊實現連接。但是，這些連接器具有多種缺點。當使用Bautista公開的連接器時，為形成良好的接觸，必須去除電極上的導電聚合物。這種工序是細緻的手工工藝並且是漫長的。為使用Stassen公開的連接器，在插入加熱電纜之前，必須拆開連接器，這會導致多個零件可能丟失或者容易錯位。另外，為裝配連接器並在加熱電纜與電氣構件(component)之間形成充分的連接，需要各種工具。
發明概述我們現已發現，可以製成這樣的連接器，它容易使用，需要最低程度的裝配和最少的工具，適應寬範圍的加熱電纜尺寸，提供視覺反饋信息以保證適當安裝，並且可以重入(reenterable)。按照第一方面，本發明提供了一種連接器，用於將第一延伸電加熱電纜的一端連接至第一延伸電氣構件的一端，所述第一加熱電纜包括(a)第一和第二延伸電極、 (b)多個在所述電極之間並聯連接的電阻加熱元件、以及(c)一個包繞所述電極和加熱元件的絕緣護套，所述第一電氣構件包括用於連接至第一電極的第一延伸部件(member)和用於連接至第二電極的第二延伸部件，所述連接器包括(1)第一和第二殼體部件，它們可以處於
(a)非配合結構狀態，或者(b)配合結構狀態，在這種狀態時，殼體部件彼此接觸並形成一個殼體，此殼體具有(i)用於第一加熱電纜的第一引入埠和(ii)用於第一電氣構件的第二引入埠，第一引入埠是一個空心筒，它具有位於一端的進口和外表面，外表面的至少部分具有螺紋；(2)固定裝置(means)，它以可打開方式維持殼體部件於配合結構狀態；(3)第一連接裝置，用於在殼體內將第一電極連接至所述第一電氣構件的第一延伸部件；(4)第二連接裝置，用於在殼體內將第二電極連接至所述第一電氣構件的第二延伸部件；和(5)密封組件(assembly)，它適於在第一引入埠的進口處密封第一加熱電纜，所述組件包括(a)一個空心筒狀環，(i)它適於配接至第一引入埠，並且(ii)從其上垂直於環平面延伸出多個指條，(b)一個螺帽，它可以擰至第一引入埠的螺紋上，和(c)一個套環，它由指條固位，並且在裝配後圍繞第一加熱電纜密封，所述第一和第二連接裝置設置在第一連接模塊內，當第一和第二殼體部件處於配合結構狀態時，第一連接模塊適於安裝在殼體內。
我們還發現，作為按照本發明的第一方面描述的連接器的部分的特定構件本身是有用的，或者作為連接器或其它設備的部分，或者本身單獨使用。例如，我們已發現，密封組件提供了比常規的密封組件優越的特點，其中夾持元件即指條和供它們插入的外圍件例如引入埠是分離的元件，它們可以由不同的材料製備。為了充分的密封，指條必須是彈性的，以便適應加熱電纜的表面和/或在螺帽擰緊時為套環-加熱電纜交界處提供足夠的密封力。常規組件中的外圍件和夾持元件是單個構件，因此由較軟的彈性材料製備，這種材料可能不具備必要的強度、剛性或耐熱性，以承受安裝和衝擊。若採用具有兩個分離的構件的本發明的組件，指條可以製成彈性的，而外圍件可以由具有不同物理特性的材料例如工程塑料製備。另外，密封組件可以採用一個套環。如果按照本發明的第一方面的連接器包括一個獨立的減應力系統，則可以採用一個較軟的套環，它可以用手充分擰緊而不需要特殊工具。這與常規的密封組件不同，在常規密封組件中，套環必須提供消除應力的功能，因此為消除密封元件的應力，套環應足夠硬。為將元件插入硬的套環中，組件必須拆開，並且必須使用工具使螺帽擰得足夠緊。因此，按照第二方面，本發明提供了一種密封組件，它包括(1)第一構件，它(a)是一個空心筒，其外表面的至少部分具有螺紋，並且(b)由第一材料構成；(2)第二構件，它(a)是一個空心筒狀環，從其上垂直於環平面延伸出多個指條，所述指條由第二材料構成，所述第二材料(i)是聚合物並且(ii)具有最多為500000psi的彈性模量和至少為100％的極限伸長率，並且(b)適於配接至第一構件；和(3)第三構件，它(a)是一個螺帽，並且(b)可以擰至第一構件的螺紋上。
我們還已發現一種提供視覺反饋信息的有用裝置，此裝置允許安裝者確定延伸電氣構件或者加熱電纜何時正確定位。按照第三方面，本發明提供了一種用於電連接至延伸電氣構件的連接器，所述連接器包括(1)一個連接模塊；(2)一個連接裝置，用於連接至延伸電氣構件的第一電極，所述連接裝置被插入模塊中；和(3)一個鏡子，它(a)被插入模塊中，並且(b)其定位適於從模塊外部可以觀察連接裝置。
附圖簡述本發明由附圖示出，其中

圖1是本發明的連接器的立體圖，該連接器適於將一個加熱電纜連接至三個延伸電氣構件；圖2是圖1所示的連接器的分解圖；圖3是本發明的連接器的分解圖，該連接器適於將一個加熱電纜連接至一個延伸電氣構件；圖4是本發明的連接模塊的局部剖開的立體圖，其中帶有裝配的加熱電纜；圖5是沿圖4中的線V-V截取的剖視圖；圖6a和6b是本發明的連接器中採用的編織層鎖緊裝置的立體圖，其中圖6a示出在加熱電纜插入之前的鎖緊裝置，圖6b示出在加熱電纜插入之後的鎖緊裝置；圖7是圖6所示的編織層鎖緊裝置的局部剖開的立體圖；圖8是安裝在殼體的第一引入埠中的編織層鎖緊裝置的剖視圖；圖9是本發明的密封組件的分解圖；圖10是本發明的連接模塊的立體圖，其中包含一個用於視覺監視的鏡子圖11a和11b是沿圖10中的線XI-XI截取的剖視圖，其中圖11a示出在電連接形成之前的連接裝置，圖11b示出在電連接形成之後的連接裝置；圖12a和12b是圖10的連接模塊的表面的平面圖，其中圖12a示出電連接形成之前在鏡子中的反射圖象，圖12b示出電連接形成之後在鏡子中的反射圖象。
發明詳述適合與這種連接器聯用的延伸電加熱電纜(這裡也稱為加熱器)是那樣一些電纜，它們包括第一和第二延伸電極、多個在電極之間並聯連接的電阻加熱元件以及至少一個包繞電極和加熱元件的絕緣護套。絕緣護套通常為聚合物材料製備並呈連續的聚合物層方式，雖然也可以採用聚合物編織層或者聚合物帶。對於某些應用，聚合物絕緣護套由一個第二層包繞，例如，第二聚合物絕緣層如聚酯帶，或者金屬化帶如敷鋁聚酯。加熱電纜常常包括可選的金屬接地編織層和可選的第二層，編織層包繞絕緣護套。金屬接地編織層用於將加熱電纜電接地，並且還提供了機械強度和耐磨性。當存在金屬接地編織層時，通常是以編織的金屬導線的形式設置的，雖然對於電纜柔性不太重要的某些應用而言，也可能採用其它類型的金屬層，例如包皮或者金屬帶。在本說明書中，術語「金屬接地編織層」意欲包括非編織的金屬層。在某些應用中，接地編織層本身由一個絕緣護套包繞，以為加熱電纜提供環境的和電性的絕緣。特別適合的加熱電纜是自調節帶狀加熱器，其中，電極是延伸的導線，加熱元件包括導電的聚合物。這種類型的加熱器在以下美國專利中作了描述3858144(授予Bedard等人)、3861029(授予Smith-Johannsen等人)、4017715(授予Whitney等人)、4242573(授予Batliwalla)、4334148(授予Kampe)、4334351(授予Sopory)、4426339(授予Kamath等人)、4459473(授予Kamath)、4574188(授予Midgley等人)和5111032(授予Batliwalla等人)。加熱電纜通常具有大致矩形的斷面並具有兩個基本平行的表面，雖然也可以採用其它幾何形狀，例如圓的、卵形或者橢圓的。
要連接至加熱電纜的延伸電氣構件可以包括一個或者多個加熱電纜、一個電力電纜或者電線、一個接地的電源線、多個電纜、或者其它合適的元件。為良好地連接至加熱電纜，此構件包括用於連接至第一電極的第一延伸部件和用於連接至第二電極的第二延伸部件。在許多實施例中，此構件還包括第三延伸部件，它連接至連接器中的接地元件，並且連接至金屬接地編織層，如果存在的話。此構件和加熱電纜的準確構形以及所要求的電連接的類型將決定該連接器的準確構形。可能的連接包括兩個加熱電纜之間的鉸接(splice)；一個加熱電纜和一個電力電纜之間的電連接(powerconnection)；一個加熱電纜和另外兩個加熱電纜的T形連接；四個加熱電纜的十字連接；電鉸接(powered splice)，其中一個加熱電纜連接至另一加熱電纜和一個電力電纜；以及T形電連接(powered tee)，其中一個電力電纜連接至一個加熱電纜和其它兩個加熱電纜。
該連接器包括第一和第二殼體部件，這兩個殼體部件可以處於非配合結構狀態或者配合結構狀態。在非配合結構狀態時，殼體部件可以是分離的部件或者例如藉助於鉸接件連接。當處於配合狀態時，殼體部件彼此接觸，直接或者間接地通過一個諸如襯板(gasket)之類的密封部件形成一個殼體，此殼體提供了用於加熱電纜的第一引入埠和用於第一延伸構件的第二引入埠。為便於加熱電纜和延伸構件的連接，第一和第二引入埠通常設置在殼體的相對端，雖然在有些情況下，優選第一和第二引入埠相互垂直或者在同一側相鄰設置。在某些應用中，殼體還設有用於第二延伸構件的第三引入埠和用於第三延伸構件的第四引入埠。或者，第二引入埠能夠適合插入兩個或更多的延伸構件，這些延伸構件可以相鄰疊置或者並排布置，或者設在殼體的與第一引入埠不同的面上。殼體部件可以藉助於一個固定裝置維持其間的配合狀態，固定裝置為例如緊固夾板、鎖合件、彈簧夾、卡接支架、一個或多個螺釘、或者一體的卡接件。固定裝置可以拆除，以允許殼體部件彼此脫離配合併允許該連接器可以重入。在一個優選實施例中，固定裝置包括一個杆和一個鎖鉤，鎖鉤用於將杆安裝至一個殼體部件。杆的構形適於卡接在另一殼體部件的凸緣上，以保證殼體部件可靠配合。
雖然第一和第二殼體部件可以具有對稱的外部形狀，但通常是第一殼體部件與管道或者其它基底(substrate)接觸，該連接器設置在此管道或者其它基底上。因此，第一殼體部件常常設計成在其外底面具有支撐件，例如支撐腿，以允許合適地定位在基底上。通常還設有輔助安裝至基底的元件，例如環，這些環允許電纜或者電纜聯線(cable ties)穿過而用於連接至基底，或者這些環可以卡接至安裝支架。此外，第一殼體部件通常設有重入指示器，即設置在例如蓋卡杆上的或者第一殼體部件的凹口中的薄片，當不正確地重入時，此薄片破裂，由此提供了對試圖重入的指示。
一個第一連接模塊設置在一個殼體部件內，通常是第一殼體部件內。這個模塊最好由聚合物製備，例如聚碳酸酯、聚碸或者聚丙烯(acrylic)，當模塊結構成型時是透明的，因此允許安裝者在安裝過程中監視加熱電纜和延伸構件的位置。此模塊包括兩個主要元件連接裝置和減應力裝置。雖然此模塊總是包括用於將加熱電纜的第一電極連接至第一電氣構件的第一延伸部件的第一連接裝置和用於將第二電極連接至第一電氣構件的第二延伸部件的第二連接裝置，但當存在多個延伸構件時，還可以包括附加的連接裝置，例如第四、第五、第七、第八、第十和第十一連接裝置。在一個適用於存在多個延伸構件的情況的優選實施例中，包括第一和第二連接裝置的第一連接模塊和包括第四和第五連接裝置的第二連接模塊均設置在一個殼體部件內。連接裝置可以包括任何合適的用於形成電連接的構件，例如端子板或者絕緣位移式連接器(IDC)。特別優選的是採用IDC，IDC包括至少兩個部分，即第一穿刺單元和第二穿刺單元，這兩個穿刺單元通過螺釘進行物理的和電性的連接。穿刺單元被設計成帶有金屬齒或者其它導電元件。當螺釘被擰緊時，第一和第二穿刺單元刺透加熱電纜的外絕緣護套和電阻元件，從而與加熱電纜的第一和第二電極形成物理的和電性的接觸。(例如)為維持恆定的壓力，還可使用其它常規的螺釘連接構件，例如墊圈和彈簧。為保證IDC充分擰緊，通常設置一個視覺指示裝置。這個視覺指示裝置可以是一個杆，它呈現特定的位置，例如，當IDC合適地緊固時，杆變成與連接模塊的表面平齊；或者可以是一個鏡子，它允許對連接過程進行視覺監視。此鏡子適合用於監視除本發明的連接器外的設備的電性或物理連接，此鏡子設置在透明連接模塊或者其它透明基體內，其位置適於安裝者從上方觀察模塊的表面，從而監視連接情況。在模塊上切出一個空腔，此空腔的面對連接裝置的至少一個表面被定位成與允許觀察的模塊的薄片(1aminar)表面間有一個夾角C，此夾角通常取20-70°，最好是30-60°，例如45°。一個鏡子被設置在傾斜的表面的至少部分上，其位置面對連接裝置。鏡子可以是金屬的，例如鋁的，或者其它高反射材料製成的，它直接與模塊的材料接觸。另外，鏡子可以由金屬化的聚合物構成，它通過粘結層安裝在模塊上。特別優選的是敷鋁的聚合物。在連接的過程中，當安裝者觀察鏡子時，可以看到反映松疏連接的一個間隙，例如IDC的螺釘螺紋。當形成連接時，例如，當IDC螺釘擰緊時，在鏡子中就會看到發生了變化，例如，已看不到螺釘螺紋。對於空腔所處的模塊或者基體是不透明的應用情況而言，鏡子可以如此定位，即在連接裝置和鏡子之間不設置非透明材料。例如，可以在模塊或者基體中切出一個開口，以允許連接裝置由鏡子反射。
除了第一和第二連接裝置之外，連接模塊還可包含第三連接裝置，用於將第一延伸構件的第三延伸部件連接至一個接地元件。當加熱電纜包括一個金屬接地編織層時，第三連接裝置提供了接地元件和第三延伸部件與編織層的電連接。接地元件可以是任何合適的金屬總線(bus)，例如銅或者黃銅條。如果存在多個延伸構件，在第一和第二連接模塊的一個或者兩者中可以設兩個或者多個接地元件。接地元件之間的電連接可以藉助於交叉件或者搭接件實現。第三連接裝置可以是快斷壓接端子(例如觸刀或者接線片)、螺釘、彈簧夾(snap)、絕緣位移式連接器、鉚釘、壓接接頭(crimp)、銷杆和插座、或者其他元件。
在連接模塊中還有一個減應力裝置。當形成連接時，重要的是加熱電纜以足夠的強度保持就位，使得它不能被容易地從連接器中拉出。對於常規使用而言，通常所要求的「拉出力」至少為25磅(11.4kg)，優選至少30磅(13.6kg)，最好為至少35磅(15.9kg)。(拉出力可以由InstronTM拉力試驗設備測量。加熱電纜由Instron試驗設備的一個爪夾持，連接器由另一爪夾持。當夾持連接器的爪靜止而夾持加熱電纜的爪移動時，測量從連接器中拉出加熱電纜0.125英寸(3.18mm)所需的力。)當加熱電纜安裝在連接器中時，減應力裝置允許產生足夠大的拉出力。在一個優選實施例中，減應力裝置包括一個被設置在連接模塊中的一個槽孔中的組件。此組件包括至少兩個夾齒。第一和第二夾齒如此設置在此組件上，當加熱電纜插入連接器中時，第一和第二夾齒擠壓加熱電纜的相對面。當加熱電纜的絕緣護套由至少第一和第二夾齒直接接觸時，便實現了完全插入和足夠的減應力。第一和第二夾齒並不覆蓋加熱電纜的整個周邊，因此減應力組件適合不同寬度的加熱電纜。此外，此組件可以是單體結構，其中第一夾齒固定在的外殼的頂部，第二夾齒固定在外殼的底部。在一個優選實施例中，此組件為L形，第一夾齒固定在L的垂直部分，第二夾齒固定在L的水平部分，垂直和水平部分由一個鉸接件分開。這種設計允許減應力裝置與不同厚度的加熱電纜聯用，因為水平部分可以彎曲。在使用時，此組件被插入連接模塊的一個開口中，並且通過將垂直部分彎曲至與水平部分平行的位置以及將垂直部分的端部卡接至位於水平部分的端部的閉合裝置而實現「閉合」，由此形成了一個用於加熱電纜的開口。通過打開閉合裝置，此組件可以重入。夾齒具有大致矩形的斷面，雖然也可以採用其它形狀。夾齒最好與離開開口的夾齒基礎部分即加熱電纜將插入的方向有一定夾角，於是夾齒面對開口的一側與開口的軸形成夾角B。夾角B一般為5-20°，優選7-17°，最好為8-14°，例如10°。雖然夾齒的夾持表面(即夾持端)可以是平的並且垂直於夾齒的基礎部分，但是夾齒的這個表面最好具有一個角度A，當平行於開口的軸測量時，角度A為15-40°，優選20-35°，最好是25-35°，例如30°。角度A是離開開口的方向，這樣當拉出力施加至加熱電纜時，夾齒將更牢固地夾緊加熱電纜。對於某些應用而言，夾齒可以是鋸齒形的。為實現足夠的拉出強度，每一夾齒最好刺入最內層的絕緣護套至少0.002英寸(0.050mm)，優選至少0.005英寸(0.130mm)，最好是至少0.0l0英寸(0.25mm)。
用於保持加熱電纜固位的另一構件是密封組件，它可以與連接器結合使用或者用作另外的設備的部分。密封組件包括第一構件，它是一個空心筒，由第一材料構成，此第一材料最好是聚合材料，雖然對於某些應用來說金屬材料也是合適的。此筒的外表面的至少部分具有螺紋。雖然第一構件可以是一個分離的元件，但當密封組件用作連接器的部分時，第一構件通常是第一引入埠。第二構件可以配接至第一構件；例如，第二構件的至少部分可以插入至第一構件。第二構件是一個空心筒狀環，從其上垂直於環平面向外延伸出多個指條或者尖齒。指條起到支撐表面的作用，以通過均勻分布的徑向力夾持加熱電纜或者一個套環。指條可以具有均勻的截面或者從基礎部分至頂端逐漸變細。其尺寸和形狀取決於加熱電纜或套環的尺寸以及所要求的夾持力。指條是具有較好的彈性的，並且由第二材料構成，此第二材料是聚合物，第一和第二材料可以是相同的材料或者不同的材料。適於用作第一材料和/或第二材料的聚合材料包括聚酯，例如聚丁烯對苯二酸酯和聚乙烯對苯二酸酯、聚碳酸酯、醯胺、聚丙烯、以及聚乙烯。對於這樣一些應用而言，即其中重要的是第一和第二材料的物理特性不同，可在第一材料和/或第二材料中添加填料例如玻璃、炭黑或者滑石。第二材料具有最多為500000psi的彈性模量，優選最多為400000psi，特別是最多為300000psi，更佳的是最多為200000psi，這是根據ASTM D790標準測量的；其極限伸長率為至少50％，優選至少100％，特別是至少150％，更佳的是至少200％，這是根據ASTM D638標準測量的。一般情況下，彈性模量至少為100000psi。在一個優選實施例中，第二材料具有的根據ASTM D790標準測量的彈性模量為第一材料的最多0.5倍，優選最多0.4倍，特別是最多0.3倍。此外，在此優選實施例中，第二材料具有的根據ASTM D638標準測量的極限伸長率為第一材料的至少2倍，優選至少5倍，特別是至少10倍。
密封組件還包括第三構件，它可以擰至第一構件的螺紋上而保持此組件就位。在一個優選實施例中，第三構件是一個螺帽，其內表面具有螺紋。此螺帽可以由一件、兩件或者多件構成，並且用於在擰緊時擠壓指條。除指條外，第二構件通常還包括一個或多個定位件，例如鎖合臂，它們從環上以垂直於環平面的方向伸出。這些鎖合臂確保第二構件維持相對於第一構件的位置，而不隨密封組件的第三構件的擰緊產生旋轉。
對於許多應用而言，密封組件最好還包括第四構件，它是一個套環。此套環由第二構件的指條保持就位，並且用於在加熱電纜進入點處密封連接器，以防止溼汽侵入。套環開口的表面可以是光滑的，雖然為更好地容納不同尺寸的加熱電纜，內表面可以設有凸稜。
為便於運輸和安裝，第一構件可以包括一個鎖合元件，例如突起件或突耳，它用於配接至第三構件上的第一配合元件。一旦這些構件定位並且鎖合元件配合，這些構件便處於安裝加熱電纜所需的合適位置。因此，在安裝時就不需要象常規的組件那樣完全拆開第三構件即螺帽，從而允許快速且容易地裝配而不丟失構件。另外，在此優選實施例中，由於減應力和密封功能是獨立的(通過採用這種密封組件而不是常規的組件)，套環比通常使用的更軟是合適的，由此允許在不拆開組件的情況下插入加熱電纜。雖然已經參照加熱電纜描述了密封組件，但也可採用帶有或不帶套環的相似密封組件實現延伸構件的定位和/或密封。
當加熱電纜由金屬接地編織層包繞時，必需使編織層形成良好的電性接地，並且控制編織層的位置，以避免不利的電連接或者物理接觸。為此，連接器可以包括編織層鎖緊裝置。在一個優選實施例中，編織層鎖緊組件安裝在第一引入埠內，並且位於密封組件和連接模塊之間。編織層鎖緊組件包括一個金屬插座，加熱電纜可以插入其中。插座最好是一個閉合的筒，在相對端具有進口和出口，以便加熱電纜可以插入。在插入之前，編織層被從加熱電纜的將被置於連接模塊內的部分上剝除，以備連接。這可以通過在編織層上設置一個剛性夾子並在夾子上回折編織層而方便地實現，設置的位置處於編織層應能成功連接的端接點上，夾子可以是陶瓷的或者塑料的，但當要求金屬-金屬-金屬連接時夾子最好是金屬的。然後，帶夾子的加熱電纜被插入插座中。至少一個金屬彈簧安裝至插座中，接觸由夾子支撐的編織層，並由此形成所希望的金屬-金屬-金屬連接。彈簧在編織層和插座之間形成電連接。夾子起到抵抗使編織層偏移的彈簧力的作用。在某些實施例中，可以採用兩個或者多個彈簧，它們最好圍繞加熱電纜對稱設置。一個金屬接地杆在金屬插座和接地元件之間形成電接觸。接地杆可以是金屬插座整體的一部分，或者藉助於設在接地杆端部的一個彈簧插入插座中。
為保證溼汽不侵入連接器，可以在編織層鎖緊組件和連接器之間安裝一個內套環。雖然此套環可以是任何形狀，但其內表面最好是帶凸稜，由此允許一種尺寸的套環適用於不同尺寸的加熱電纜。對於某些應用而言，最好採用一個薄的聚合物膜片覆蓋套環的開口，膜片的厚度例如為0.005-0.020英寸(0.13-0.51mm)。膜片應當足夠薄，通常約為0.10英寸(0.25mm)，以允許當加熱電纜插入連接器中時不需要特殊工具就能容易地刺透它，但也要足夠厚，以起到在加熱電纜插入之前阻止溼汽侵入的作用。為便於安裝，膜片最好由與套環相同的材料製成，膜片覆蓋的套環特別適於密封多引入埠連接器的未使用引入埠。
本發明的連接器還可以包括其它構件。例如，可以設置一個或者多個由諸如雲母或矽橡膠材料製成的薄片，以在相配合的結構中提供電絕緣。
殼體部件和連接器的其它構件可以由絕緣的金屬或陶瓷製成，但最好由聚合物製成，當成型為連接器結構時，它具有按照UL 746C標準測量的至少5英尺-磅的衝擊強度。優選的聚合物是輕質的，可以通過注模或傳遞模製或類似加工技術成型，並且將能夠承受所要求的間歇使用和連續使用溫度。合適的聚合物包括聚碳酸酯、尼龍、聚酯、聚苯撐硫、聚苯撐氧和其它工程塑料。可以含有合適的填料和穩定劑。為提高連接器的衝擊強度，諸如凸稜和突起之類的內部元件和諸如溝槽之類的外部元件可以結合至殼體部件的設計中。
對於某些應用而言，要求連接器的部分或全部填充粘性密封材料，以提供加熱電纜和電氣構件之間的良好環境密封。合適的材料包括脂膏、粘合劑、乳香、凝膠和其它材料，在受到擠壓時，這些材料趨於附和加熱電纜和構件的表面，從而形成密封。特別優選的密封材料是凝膠，例如矽膠，這些材料公開於下列文獻中美國專利4600261(授予Debbaut)、4690831(授予Uken等人)、4716183(授予Gamarra等人)4777063(授予Dubrow等人)、4864725(授予Debbaut等人)、4865905(授予Uken等人)、5079300(授予Dubrow等人)、5104930(授予Rinde等人)和5149736(授予Gamarra)；以及國際專利公開WO86/01634(授予Toy等人)、WO88/00603(授予Francis等人)、WO90/05166(授予Sutherland)、WO91/05014(授予Sutherland)和WO93/23472(授予Hammond等人)。凝膠可以在使用前放置於第一和/或第二殼體部件上。當殼體部件形成相配合的結構時，凝膠被擠壓至連接處和絕緣護套以及設在殼體內的任一接地編織層上。凝膠的存在最大程度地減少了通過加熱電纜和接地編織層從外部侵入的溼汽。由於凝膠是柔性的，並且不會粘附至基底上也不會圍繞連接處形成硬殼，因此凝膠允許殼體重入並允許在不破壞連接器的連接的情況下監視連接。在某些應用中，要求將凝膠置於內模塊空腔內加熱電纜的端部。此凝膠密封加熱電纜的端部，從而防止溼汽接觸電極。
本發明由附圖示出，其中圖1是本發明的連接器1處於非配合(demated)結構狀態的立體圖，圖2是圖1所示的本發明的連接器1處於非配合結構狀態的分解圖。圖1和2中示出的連接器1適於按照T形電連接結構將第一加熱電纜40連接至三個延伸的電氣構件第一延伸構件46，它是一根電力電纜；第二延伸構件47，它是第二加熱電纜；以及第三延伸構件48，它是第三加熱電纜。第一殼體部件3藉助於鉸接件7和鉸接銷9連接至第二殼體部件5。定位杆71穿過蓋襯板(lidgasket)74伸出，其作用是保證第二殼體部件5和蓋襯板74相互配合時的定位。在該連接裝置不正確或者不完全裝配的情況下，定位杆71防止第二殼體部件5完全閉合。為保證殼體部件的緊密閉合，安裝至蓋鎖鉤(lid bail)72的蓋卡杆(lid snap lever)73鎖合在第一殼體部件3的凸緣65上。塑料膜片(plastic snap)形式的重入指示器66設置在蓋卡杆73的角部。一次重新打開相互配合的第一和第二殼體部件3、5的不成功嘗試將導致重入指示器破裂。圖中還示出一個絕緣薄片68，其作用是將此連接電絕緣。安裝元件67沿第一殼體部件3的側面設置，並且在安裝至管道、輸送管或者其它基底時允許電纜聯線或者導線穿過。安裝元件67還具有接納卡接式安裝支架的卡接件的功能，如果存在這種安裝支架的話。
在第一殼體部件3內設置有第一連接模塊11和第二連接模塊12。兩個連接模塊均是由塑料製成的，並且這種塑料在模製時是透明的。第一連接模塊11包含第一連接裝置80和第二連接裝置88，第二連接模塊12包含第四連接裝置90、第五連接裝置91、第七連接裝置93和第八連接裝置94。第一、第二、第四、第五、第七和第八連接裝置80、88、90、91、93、94是絕緣位移式連接器(IDC)，它們被設置於兩個U形元件上，其中第一、第四和第七連接裝置80、90、93設置在一個U形元件上，而第二、第五和第八連接裝置88、91、94設置在第二U形元件上。正如圖2中以分解圖示出的，用作第一連接裝置80的IDC具有第一穿刺單元83，此單元位於第二穿刺單元84頂部並且藉助於螺釘81連接至第二穿刺單元。(在圖1中只能看到螺釘81的頂部)。墊圈82和連接彈簧86也是此IDC的構成部分，連接彈簧86用於在此IDC和電源總線85之間形成電連接。圖中還示出，在第一、第二、第四、第五、第七和第八連接裝置80、88、90、91、93、94的每一個上設有一個指示杆(indicator pin)87。指示杆87的初始位置是這樣的它伸出連接模塊的頂表面。在加熱電纜和延伸構件裝配於連接器中並且每一IDC合適緊固之後，指示杆87變成與連接模塊的頂表面平齊，由此指示正確的裝配。圖中還示出，當裝配時在第一連接模塊11內設有一個第三連接裝置，它是第一接地元件61。一個接地元件互聯件63將第一接地元件61連接至第二接地元件62，第二接地元件62用作第六連接裝置並在圖中示出。接地杆33、彈簧39、彈簧49、插座31、彈簧32和夾子35用於將第二接地元件62連接至第二加熱電纜47的接地編織層。對於第一加熱電纜40和第三加熱電纜48設有相似的元件。應力釋放(strain relief)裝置95被插入至第二連接模塊12中的一個槽孔中，在第一連接模塊11中設有一個相同的應力釋放裝置。第一夾齒96和第二夾齒97位於鉸接組件98上，當加熱電纜插入該連接器中時，這些夾齒可以鎖合至加熱電纜。
用於第一加熱電纜40的第一引入埠13和用於第二延伸構件47的第三引入埠15彼此相鄰設置，並且位於第一殼體部件3的與用於第一延伸構件46的第二引入埠14和用於第三延伸構件48的第四引入埠16相對的一側。當密封組件就位並且密封加熱電纜和/或延伸構件時，合適的引入埠用作密封組件的第一構件。為輔助連接至密封組件(密封組件的半部由元件20以分解圖方式示出)，第二引入埠15的外表面的至少部分具有螺紋。這些螺紋配接螺帽21(密封組件的第三構件)，它可以包括一件或者多件。如圖1和2中所示，螺帽21包括一個夾持部分24。密封組件的第二構件是一個空心環22，其上伸出有多個指條23。還有一個套環25，它由指條23維持就位。第二加熱電纜47穿過環開口26，開口26的構形適於允許不同尺寸的加熱電纜進入。套環25在兩個位置處提供密封圍繞加熱電纜的絕緣護套(或者其它構件)以及藉助於套環邊緣125在空心環22的周邊。為保證裝配時的合適定位並允許帶有這些就位部分的連接器安全裝運，螺帽21上的第一配合元件27與第一引入埠13上的鎖合元件29配合。環22上的定位元件28與凹口17(以及一個相對的未示出凹口)配合，以便在擰緊螺帽2 1時保持套環25和環22不旋轉。對於第一加熱電纜40設有相同的密封組件，對於第一延伸構件或者任一其它延伸構件也可以設有相同的密封組件。
在連接器1中還設有編織層鎖緊組件30，它安裝在第三引入埠15內，用於控制金屬接地編織層的位置並且電連接至編織層。由(例如)鈹銅合金製成的彈簧32設置在金屬插座31內，就象編織層鎖緊件34那樣。在編織層鎖緊夾子35置於加熱電纜上後，它也被安裝在金屬插座31內。金屬接地杆33藉助於彈簧39電連接至金屬插座31，並且藉助於彈簧49電連接至第二接地元件62。一個帶膜片37的內套環36被置於金屬插座31和位於第二連接模塊12上的第三引入埠15的底部處的殼體壁之間，用於防止溼汽到達電連接處。在加熱電纜47穿過時，膜片37才被打開。當第一加熱電纜40插入第一引入埠13時，以及當第三加熱電纜48插入第四引入埠16時，也具有相同的編織層鎖緊組件。
圖3是與圖2相似的連接器1的分解圖，該連接器1適於將單根加熱電纜連接至一個延伸的電氣構件。在圖3中可以看到支撐件64，這些支撐件允許連接器位於基底之上。
圖4是在第一加熱電纜40裝配之後連接模塊11的局部剖開的立體圖。第一和第二延伸電極41、42由導電聚合物43包繞。一個絕緣護套44包繞導電聚合物。圖5是沿圖4中的線V-V獲取的剖視圖，如圖5中所示，減應力裝置95的第一和第二夾齒96、97夾持絕緣護套44。作為一個IDC示出的第一連接裝置80藉助於第一和第二穿刺單元83、84以及螺釘81電接觸第一電極41。由於此IDC是充分緊固的，指示杆87的頂部與第一連接模塊11的表面平齊。
圖6a和6b是立體圖，它們詳細地示出本發明的編織層鎖緊組件30。如圖6a所示，在第一加熱電纜40插入至金屬插座31之前，編織層鎖緊夾子35被置於金屬接地編織層45上，並且編織層被拉回至夾子上。然後，第一加熱電纜40被插入金屬插座31，當夾子35在彈簧32下面居中定位時(見圖7)，便形成了加熱電纜40的合適定位。
圖7是在加熱電纜插入後圖6所示的編織層鎖緊組件30的局部剖開的立體圖。在該圖中可以看到彈簧32，它電連接至編織層45和夾子35，從而形成金屬-金屬-金屬連接，此圖中還可以看到編織層鎖緊件34，它是一個鎖緊機構，用於保持第一加熱電纜40在金屬插座31中的合適定位。在此圖中，為清楚起見，在夾子35側面看不到編織層，儘管在使用時編織層基本上均勻地圍繞夾子布置。金屬接地杆33通過彈簧39連接至編織層插座31，並且通過彈簧49連接至第一接地元件61。
圖8以剖面圖方式更詳細地示出安裝在第一殼體部件3的第一引入埠13中的編織層鎖緊組件30。還示出了內套環36，它包括設置在其內表面上的凸稜38。這些凸稜起到彈性葉片的作用，以允許不同尺寸的加熱電纜插入套環36。
圖9是本發明的密封組件20的分解圖，它包括第一構件，它是第一引入埠13；第二構件22，它是具有連體的指條23的筒狀環；第三構件，它是螺帽21(包括夾持部分24)；以及第四構件，它是套環25。與第一引入埠上的鎖合元件29聯用的第一配合元件27允許預先裝配的組件的安裝、定位和裝運。定位元件28與凹口17配合，以在擰緊密封組件時阻止第二構件和套環25轉動。
圖10是本發明的連接模塊100的立體圖，連接模塊100包括一個鏡子，用於視覺監視。所示的實施例示出了第一鏡子101和第二鏡子102，第一鏡子設在第一空腔108中，用於第一連接裝置80，第二鏡子設在第二空腔109中，用於第二連接裝置88。圖11a和11b是沿圖10的線XI-XI截取的第一連接裝置80的剖視圖，圖11a是未形成電連接之前的狀態，圖11b是形成電連接之後的狀態。圖12a和12b是圖10中的連接模塊的表面的平面圖，其中圖12a示出在形成電連接之前第一鏡子101中的反射(圖象)，圖12b示出在形成電連接之後的反射(圖象)。第一鏡子101在這裡是以金屬層104示出的，它設在第一空腔108的壁105上，並且如果需要的話通過粘結或者其它手段安裝至壁105。第一空腔108的壁110是由透明塑料製成的，儘管在其它實施例中壁110不必存在或者基本上是不透明的但具有一個開口或者透明材料的窗口。壁105相對於連接模塊的薄片表面的角度C約為45°。在加熱電纜40插入之前，第一連接裝置80(這裡作為一個IDC示出)的螺釘螺紋106是可以在間隙107(圖12a)中看到的。在加熱電纜40插入第一連接裝置80之後，採用改錐103擰緊IDC的螺釘81，從而通過第一和第二穿刺單元83和84形成與加熱電纜40的第一延伸電極的電連接(圖11b)。如圖12b中所示，在間隙107中看不到螺釘螺紋，這表明已完成連接。
權利要求
1.一種連接器(1)，用於將第一延伸電加熱電纜(40)的一端連接至第一延伸電氣構件(46)的一端，所述第一延伸加熱電纜包括(a)第一和第二延伸電極(41，42)、(b)多個在所述電極之間並聯連接的電阻加熱元件(43)以及(c)一個包繞所述電極和加熱元件的絕緣護套(44)，所述第一電氣構件包括用於連接至第一電極的第一延伸部件和用於連接至第二電極的第二延伸部件，所述連接器包括(1)第一和第二殼體部件(3，5)，它們可以處於(a)非配合結構狀態，或者(b)配合結構狀態，在這種狀態時，殼體部件(3，5)彼此接觸並形成一個殼體，此殼體具有(i)用於第一加熱電纜(40)的第一引入埠(13)和(ii)用於第一電氣構件的第二引入埠(14)，第一引入埠是一個空心筒，它具有位於一端的進口和外表面，外表面的至少部分具有螺紋；(2)固定裝置(7)，它以可打開方式維持殼體部件(3，5)於配合結構狀態；(3)第一連接裝置(80)，用於在殼體內將第一電極(41)連接至所述第一電氣構件(46)的第一延伸部件；(4)第二連接裝置(88)，用於在殼體內將第二電極(42)連接至所述第一電氣構件(46)的第二延伸部件；和(5)密封組件(20)，它適於在第一引入埠(13)的進口處密封第一加熱電纜(40)，所述組件包括(a)一個空心筒狀環(22)，(i)它適於配接至第一引入埠，並且(ii)從其上垂直於環平面延伸出多個指條(23)，(b)一個螺帽(21)，它可以擰至第一引入埠的螺紋上，和(c)一個套環(25)，它由所述指條固位，並且在裝配後圍繞第一加熱電纜密封，所述第一和第二連接裝置(80，88)設置在第一連接模塊(11)內，當第一和第二殼體部件處於配合結構狀態時，第一連接模塊適於安裝在殼體內。
2.根據權利要求1的連接器，還包括(6)第三連接裝置(89)，它在殼體內在第一接地元件(61)和所述第一電氣構件(46)的第三延伸部件之間形成電連接。
3.根據權利要求1或2的連接器，其中，第一加熱電纜(40)還包括圍繞所述絕緣護套(44)的金屬接地編織層(45)。
4.根據權利要求1、2或3的連接器，其中，第一引入埠(13)包括編織層鎖緊裝置(30)，此鎖緊裝置包括(a)金屬插座(31)；(b)彈簧(32)，它安裝至金屬插座並接觸和連接至接地編織層；以及(c)金屬接地杆(33)，它在金屬插座和接地元件之間提供電連接，並且最好還包括一個夾子(35)，它與編織層物理接觸並保證編織層和彈簧的接觸。
5.根據權利要求1、2或3的連接器，其中，第一延伸電氣構件(46)為(i)第二延伸電加熱電纜，它包括(a)第一和第二延伸電極、(b)多個在所述電極之間並聯連接的電阻加熱元件、(c)包繞所述電極和加熱元件的絕緣護套、以及(d)包繞所述絕緣護套的金屬接地編織層，或者(ii)接地的電力電纜。
6.根據權利要求1、2或3的連接器，用於將電加熱電纜(40)連接至第二和第三電加熱電纜(47，48)，第二和第三電加熱電纜各自包括(a)第一和第二延伸電極、(b)多個在所述電極之間並聯連接的電阻加熱元件、(c)包繞所述電極和加熱元件的絕緣護套、以及(d)包繞所述絕緣護套的金屬接地編織層，該連接器具有位於殼體的相對端的第一和第二引入埠，該連接器還包括(7)第三引入埠(15)，用於第二加熱電纜，所述第三引入埠位於殼體的與第一引入埠相同的一端；(8)第四引入埠(16)，用於第三加熱電纜，所述第四引入埠位於殼體的與第二引入埠相同的一端；(9)第四連接裝置(90)，用於在殼體內將第二加熱電纜的第一電極連接至(i)第三加熱電纜的第一電極、(ii)第一加熱電纜的第一電極、以及(iii)第一電氣構件的第一延伸部件；(10)第五連接裝置(91)，用於在殼體內將第二加熱電纜的第二電極連接至(i)第三加熱電纜的第二電極、(ii)第二加熱電纜的第二電極、以及(iii)第一電氣構件的第二延伸部件；和(11)第六連接裝置(92)，用於在第二接地元件與(i)第二加熱電纜的接地編織層、(ii)第三加熱電纜的接地編織層以及(iii)第三連接裝置之間形成電連接；所述第四和第五連接裝置設置在第二連接模塊(12)內，當第一和第二殼體部件(3，5)處於配合結構狀態時，第二連接模塊與第一連接模塊(11)相鄰安裝在殼體內。
7.根據前述任一權利要求的連接器，其中，第一和第二連接裝置(80，88)包括絕緣位移式連接器。
8.根據前述任一權利要求的連接器，其中，(i)第一連接模塊(11)是透明的，並且(ii)包括應力釋放裝置(95)。
9.一種密封組件(20)，它包括(1)第一構件，它(a)是一個空心筒(13)，其外表面的至少部分具有螺紋，並且(b)由第一材料構成；(2)第二構件(22)，它(a)是一個空心筒狀環，從其上垂直於環平面延伸出多個指條(23)，所述指條由第二材料構成，所述第二材料(i)是聚合物並且(ii)具有最多為500000 psi的彈性模量和至少為100％的極限伸長率，並且(b)適於配接至第一構件；和(3)第三構件(21)，它(a)是一個螺帽，並且(b)可以擰至第一構件的螺紋上，並且最好還包括(4)一個套環(25)，它可以由第二構件的指條保持就位。
10.一種連接器，用於電連接至一個延伸電氣構件，所述連接器包括(1)一個連接模塊(100)，它最好至少部分是透明的；(2)一個連接裝置(80)，用於連接至延伸電氣構件的第一電極，所述連接裝置插入模塊中，並且最好包括一個絕緣位移式連接器；和(3)一個鏡子(101)，它(a)被插入模塊中，並且(b)其位置適於從模塊外部可以看到連接裝置。
全文摘要
一種連接器(1)，用於將第一延伸電加熱電纜(40)的一端連接至第一延伸電氣構件(46)的一端，第一延伸電氣構件例如是另一加熱電纜或者電力電纜，該連接器包括第一和第二殼體部件(3，5)，它們可以處於配合結構狀態或者非配合結構狀態，其中當配合時形成一個殼體，此殼體具有用於第一加熱電纜(40)的第一引入埠(13)和用於第一電氣構件的第二引入埠(14)。此外，該連接器包括連接裝置(80)和密封組件(20)，連接裝置(80)用於將第一加熱電纜(40)的電極連接至第一電氣構件(46)的延伸部件，密封組件(20)用於保持第一加熱電纜(40)在第一引入埠(13)中的位置。該密封組件(20)包括一個空心筒狀環(22)，從其上垂直於環平面延伸出多個指條形的緊固部件(23)；一個螺帽(21)，用於連接至第一引入埠(13)；以及一個套環(25)，它由指條固位，並且夾緊第一加熱電纜(40)。本發明還公開了這樣一種連接器，它包括一個鏡子(101)，鏡子被插入一個連接模塊(100)中，後者包含一個連接裝置(80)，所述鏡子的定位適於從模塊外部觀察連接裝置。鏡子(101)可被用作視覺監視器，以允許裝配者確定延伸電氣構件或者加熱電纜何時達到正確連接定位。
文檔編號H01R4/38GK1161763SQ95195869
公開日1997年10月8日 申請日期1995年10月23日 優先權日1994年10月25日
發明者A·弗倫尼卡, R·S·黃, L·M·愛德華茲, C·F·蘭特斯, W·董, F·維斯利瓦斯基 申請人:雷伊化學公司