电缆的密封装置 发明背景
【发明领域】
本发明涉及密封装置，特别是用于诸如长加热电缆这样的长电缆的密封装置。
发明导言
诸如电源线和加热电缆这样的长电缆通常包括长电极，例如埋置在聚合物材料中或由聚合物材料所包围的导线。该聚合物材料可以是电绝缘材料，例如用于电力电缆，或者是导电材料，例如用于加热电缆。当需要对埋置的电极或导线制作一个电线接头时，可以使用一个绝缘移动接线器来刺破该聚合物覆盖层并且与电极相接触，但是更通常的做法是从电极上除去或“剥去”聚合物材料。然后可以方便地把该无聚合物的电极与另一个电极或另一个电线接头相连接。在这种情况下，最好在已剥去覆盖层的电极从该聚合物伸出的位置把聚合物的边缘密封住，以便提供电绝缘、环境保护和/或机械屏蔽。迄今人们已经使用了许多密封方法和装置来提供适合的密封，其中包括可热回收的管道、端盖或管帽、模压的装满粘合剂的管帽；装有垫片或密封垫密封的外壳；和包装胶带等。这些方法由于其工艺灵敏度、安装困难、对于电缆的具体尺寸或形状的限制或者需要专用工具而受到种种限制。碰到的另一个问题是，当密封装置装满密封剂(例如凝胶或润滑脂)时，还需要该密封具有抗湿性和对聚合物的绝缘性。如果该装置采取容器的形状(无聚合物电极插入在该容器中)就很难避免电极与密封剂相接触。因此，电极可能受到密封剂的污染，从而使得与电极的电接触更困难并且可靠性下降。
发明简介
本发明人发现，在密封装置中使用可拆卸的导管可以允许无聚合物电极的插入并且不会与密封剂相接触。此外，该导管减少了插入时发生电极意外相交(它将导致短路)的可能性并且也减少了丝状电极合股线向外张开(即“鸟笼”)的概率。而且，在密封装置是用柔性材料(例如硅酮橡胶)制成的情况下，该导管还减少了电极穿入该材料并由此产生可供湿气进入的针眼或地点的概率。因此，本发明在第一方面的内容中提供了一种用于密封长电缆的线心的装置，长电缆包括：
(A)第一和第二长电极，和
(B)一个在所述电极之间的聚合物线心；所述装置包括一个容器，
该容器包括：
(1)一个第一部分，该部分
(a)具有一个该电缆可以插入其中的第一开口端，和一个包
括(ⅰ)第一孔(ⅱ)第二孔的局部封闭的第二端，以
及
(b)装有密封剂；
(2)一个第一可拆卸的导管，该导管可以穿过该第一孔插入并且
适合用于该第一长电极的插入；以及
(3)一个第二可拆卸的导管，该导管可以穿过该第二孔插入并且
适合用于该第二长电极的插入。
本发明在第二方面的内容中提供了一种组合件，该组合件包括：
(A)一个长电缆，包括
(1)第一和第二长电极，和
(2)一个在所述电极之间的聚合物线心；以及
(B)一个包括一个容器的装置，该容器包括：
(1)一个第一部分，该部分
(a)具有一个该电缆可以插入其中的第一开口端，和一个
包括(ⅰ)第一孔(ⅱ)第二孔的局部封闭的第二端，
以及
(b)装有密封剂；
(2)一个第一可拆卸的导管，该导管(a)可以穿过该第一
孔插入以及(b)具有插入其中的该第一长电极的无聚合
物段；以及
(3)一个第二可拆卸的导管，该导管(a)可以穿过该第二
孔插入以及(b)具有插入其中的该第二长电极的无聚合
物段；
附图简介
本发明将通过下列附图进行说明，附图中：
图1是本发明的装置的顶视图；
图2是本发明的装置的另一个实施例的顶视图；
图3是沿图2中的装置的Ⅲ-Ⅲ线所截取的横截面图；
图4是本发明装置在插入长电缆以后的透视图；
图5是沿图4中的装置的Ⅴ-Ⅴ线所截取的横截面图；以及
图6是本发明装置的另一个实施例的顶视图。
发明详述
本发明的密封装置可以用来密封任何长电缆的线心，在该线心中至少两个电极(例如导线)由一种聚合材料(即该线心)所隔开(最好是包围)。该聚合物线心可以是电绝缘聚合物或者是导电聚合物，这取决于电缆地类型。例如，绝缘聚合物用于电力电缆或电源线以及用于接地电源线。导电聚合物用于诸自限式金属带加热器的电加热电缆中。特别适合于该密封装置使用的长电加热电缆是这样的电缆，它包括第一和第二长电极，多个在该电极之间的平行连接的电阻加热元件，以及至少一个包围着该电极和加热元件的绝热夹套。绝热夹套通常是采取连续聚合层形式的聚合物，不过聚合物编织带或聚合物带也可以使用。在某些应用场合中，聚合物绝热夹套可以由第二层所包围，例如一个诸如聚酯带这样的第二聚合物绝缘层，或者一个诸如铝化聚酯这样的敷金属带。加热电缆通常包括一个包围着绝热夹套和任选的第二层的任选的金属接地编织层。该金属接地编织层用来使加热电缆电接地并且还提供了机械强度和耐磨强度。当存在有金属接地编织层时通常它都采用编织的金属导线的形式，不过对于某些柔性不是关键问题的应用场合，也可以使用其他形式的金属层，例如铠装带或金属带。在某些应用场合，接地编织带本身由一个外绝热夹套所包围，以便为该加热电缆提供环境和电的绝缘。特别适用的加热电缆是自调节式金属带加热器，其中的电极是长导线并且加热元件包括导电聚合物成分。这种类型的加热器在美国专利U.S.3858144(Bedard等人)、3861029(Smith-Johannsen等人)、4017715(Whitney等人)、4242573(Batliwalla)、4334148(Kampe)、4334351(Sopory)、4426339(Kamath等人)、4459473(Kamath)、4574188(Midgley等人)和5111032(Bailiwalla等人)中均有说明。这种加热电缆通常具有一个带有两个大致平行的平面的近似矩形的横截面，因此该心体也是近似矩形的，不过其他的几何形状例如圆形、卵形、椭圆形也可以由本发明的密封装置有效地密封。
虽然本文中所说明的密封装置是用来密封把两个电极隔开的线心的，但它也能用来密封由聚合物材料所包围的单个电极。
该密封装置包括一个容器，该容器包括一个装有密封剂的第一部分以及第一和第二可拆卸的导线导管。容器可以用刚性材料或柔性材料制成。如果用刚性材料，容器通常用绝缘金属或陶瓷材料制成，但最好包括一种聚合物，该聚合物在被加工成最后形状时根据UL746C试验所测定的冲击强度至少为5英尺-磅。优选的聚合物应该是重量轻，能够通过注塑成形或压铸成形或者其他类型加工技术进行加工，以及能够经受住所要求的间歇使用温度和连续使用温度的聚合物。适当的聚合物包括聚碳酸、尼龙、聚酯、聚苯硫、聚苯氧化物和其他工程塑料。通常最好是，容器用柔性材料制成从而可使它在电缆处于热循环作用时能够膨胀和收缩。如果用柔性材料，容器最好用包括诸如乙烯/丙烯/二烯橡胶或者硅酮橡胶这样的橡胶的弹性体材料。为了具有良好的热稳定性(即可高达150℃，最好可高达200℃)和良好的耐溶剂性，最好该弹性体材料为硅酮橡胶或氟硅酮橡胶。适当的填充剂(包括色素和稳定剂)可以提供给制造该容器的材料中。
容器包括一个第一部分，它可以具有适当的形状和尺寸并且包括一个第一开口端，该第一开口端可以插入已剥去其聚合物的第一和第二电极。在一个最佳实施例中，该第一部分为具有一个内表面和一个外表面的大致的管状或杯状体。第一部分的第二端是局部封闭的，但却包括两个足够大到可用来使第一和第二可拆卸的导管分别插入其中的第一和第二孔。该第一和第二孔可以具有任何的形状，例如圆形或菱形，但最好与导管的形状相一致。对于某些实施例来说，最好第一部分的内表面上的孔的边缘被加工成例如伸入该第一部分中的圆锥形，以便在取出导管时形成一个擦试边缘。还可以提供附加的长电极使用的附加孔。还可以具有一个第一部分，其中开口端的孔正好大到足以容纳一个或多个可拆卸的导管，该导管穿过第一部分并且从该局部封闭的第二端的孔出去。在该结构中，一根导线或多根导线可以穿过该导管插入，然后可把导管取出以形成一个穿墙式接插件。可以提供密封剂围绕在插入的导线的四周。
在一个最佳实施例中，第一部分以其第二端与第二部分相连接。该第二部分包括一个第一支臂部分和一个第二支臂部分，该第一支臂部分与第一孔相连接并且适用于插入第一导管，该第二支臂部分与第二孔相连接并且适用于插入第二导管。第二部分也可以包括附加的支臂部分，以使用来连接附加孔并且插入任何附加的导管。连接容器的第一和第二部分的过渡区可以是直边，或者可以是在两部分之间的圆锥形(而且在某些情况下可以延伸到第一和第二支臂部分内)以便帮助导管(和电极)的正确定位。在该过渡区中的内边缘可以用来作为去除密封剂的擦拭边缘。最好是，容器的第一和第二部分这样地设计，使得当具有不含线心材料的长电极的电缆尽可能远的插入容器中并且把导管取出后，该电极位于第一和第二支臂部分内并且从该处伸出，以及线心的边缘位于邻近局部封闭的第二端处。
第一部分在内表面上可以包括至少一个加强肋，该加强肋与插入的电缆相接触并且当把该电缆从容器中取出时可以擦掉密封剂。该加强肋可以围绕第一部分的整个内圆周延伸，或者可以把它设置在该内表面的上部或下部。最好第一部分包括一对或几对加强肋，这些加强肋可以在对置的内表面互相对置地设置。
在一个最佳实施例中，当容器是用柔性材料制成时，至少容器的一部分外表面，最好是第一部分的外表面由一个箍、最好是一个刚性箍所包围，该箍用来对不同尺寸的电缆提供适当的压力。该箍可以用金属、陶瓷或者高强度聚合物(例如象聚苯砜(polyphenylsulfone)或聚苯氧化物这样的工程塑料)制成。该箍的厚度由其材料的强度所决定。该箍的长度应足以提供适当的压力(而且通常覆盖在第一部分内部的加强肋上，如果存在的话)，但是又不能太长以致限制容器沿其全长上的膨胀。
第一部分中装有一种密封剂，该密封剂具有足够的粘度以便与插入的电缆相接触，并且特别是对于加热电缆可以在热循环期间保持接触。此外，密封剂可用来防止湿气、液体和灰尘与电缆相接触并且起电绝缘体的作用。密封剂可以是任何适当的材料，例如润滑脂、凝胶、粘合剂或胶脂等。特别值得推荐的是一种润滑脂，该润滑脂可在高达150℃，最好可在高达200℃的温度下具有良好的热稳定性。润滑脂是固体润滑剂或者在液体润滑剂中包括在增稠剂的半液体润滑剂。这类润滑脂通常包括例如粘土或硅石这样的填充剂。最好优先选用硅酮基或含氟聚合物基的润滑脂。具有至少为2的国家润滑等级指数(National LubricationGrade Index)的润滑脂适合于使用。优先选用的润滑脂是含有硅石的触变硅酮糊以及充有四氟乙烯的调聚物的全氟烃基聚醚油。重要的是，润滑脂应与容器的第一部分所包含的材料相容，从而没有油或液体从润滑脂转移到容器的其他零件上去使它们膨胀和/或软化。因此，最好是包含氟硅酮的第一部分与硅酮糊或全氟烃基聚醚润滑剂一起使用，而包含硅酮橡胶的第一部分与全氟烃基聚醚润滑剂而不是硅酮糊一起使用。对于某些应用场合，最好密封剂包括一种凝胶，例如像硅酮凝胶这样的热固性凝胶，该凝胶中通过使用多功能交联剂以形成交联，或者一种热塑性凝胶，其中区域的微相分离起着连接点的作用。适合使用的凝胶在如下的美国专利中获知：U.S.4600261(Debbaut),4690831(Uken等人)，4716183(Gamarra等人)，4777063(Dubrow等人)，4864725(Debbaut等人)，4865905(Uken等人)，5079300(Dubrow等人)，5104930(Rinde等人)，和5149736(Gamarra)；以及在如下的国际专利申请公布中获知：WO86/01634(Toy等人)，WO88/00603(Francis等人)，WO90/05166(Sutherland),WO91/05014(Sutherland)，和WO93/23472(Hammond等人)。凝胶成分最好在使用以前放入第一部分中，虽然密封剂可以用任何装置施加，但为了生产方便起见最好密封剂可以用泵输送。第一部分中最好是充有至少30％、特别是40％、尤其是至少50％的体积的密封剂。本发明特别适用于密封剂是凝胶的情况下，因为导管的存在阻止了当导线插入第一部分中对凝胶的剪切，从而使得破坏围绕在导线周围的密封的可能性减至最小。导管的材料和润滑法的选择应使当取出导管时对凝胶的剪切最小。
为了帮助电极的插入，第一和第二可拆卸的导管分别通过第一和第二孔插入，并且如果有第二部分存在的话，还分别通过第一和第二支臂部分插入。第一和第二导管由刚性材料组成，例如塑料、陶瓷、玻璃、金属或者诸如涂蜡纸板这样的纸。在本说明书中，术语“刚性”用来指一种能在加工成导管形状时具有自撑能力的材料。第一和第二导管的内径尺寸为至少1.1x毫米，最好为至少1.2x毫米，特别是至少1.3x毫米，其中x是第一和第二电极的外径(毫米)。如果第一和第二电极的外径不相同，x是该第一和第二电极的外径中的较大者。为了便于安装，最好导管的外径小于第一和第二孔的内径，以及小于第一和第二支臂部分(如果存在的话)的内径。但是，在容器是由柔性材料组成，特别是在容器由柔性材料组成并且在第一和第二部分之间的过渡段在靠近第一和第二段的结合处(即在过渡区中)包括一个内锥形段的情况下，导管的外径尺寸大小应能使导管通过弹性力而被固定就位。在这种情况下，导管的外径可以稍微大于孔的内径。此外，对于这种型式的装置，当取出导管时，在第一和第二支臂部分上的锥形段可以用来把导管上的密封剂擦拭干净。在插入电极之前，可先把导管插入第一和第二孔中以及第一和第二支臂部分中，并且最好还穿过容器的第一部分。最好导管从容器的全长伸出，因此它的长度至少为1.2y毫米，最好是至少为1.3y毫米，特别是至少为1.4y毫米，其中y是容器的长度，包括第二部分(如果存在的话)的长度。对于某些不具有足够空间来把导管完全从容器滑动出来的应用场合，可以使导管预先刻痕以便把它们更容易地分段取出。
本发明的装置可以方便地用于三步骤操作中。通过从长导线取出一段适当长度的聚合物线心材料以准备好电缆端头。然后把长导线通过导管插入容器中，直到聚合物线心的边缘与第二部分的局部封闭的第二端相接触为止。然后通过把导管从第一部分的第二端拉出而把该导管取下。因此，从该容器伸出的这段电极将是干净的并且随时可以用于电线接头。
本发明装置可以用于把包括一个长电缆的组件中。
本发明将通过附图进行说明，附图中的图1是本发明的密封装置1的顶视图。其中第一长电极5和第二长电极7已被埋置在聚合物线心9中并且已由绝缘夹套11所包围的长电缆3已经插入容器13中。在该实施例中，容器13包括具有第一开口端17和局部封闭的第二端19的第一部分15。第一可拆卸的导线导管21和第二可拆卸的导线导管23分别通过第一孔25和第二孔27插入。第一和第二电极5,7分别穿过第一和第二导线导管21,23。
图2是装置1的顶视图(已将导管取出)，其柔性材料的容器13由第一部分15和第二部分29制成。从第二部分29伸出的是第一支臂部分31和第二支臂部分33，该两支臂部分在局部封闭的第二端19处相连接并且这样地设置，使得第一支臂部分31从第一孔25伸出以及第二支臂部分33从第二孔27伸出。在第一与第二部分15,29之间的过渡区35是锥形的。包围第一部分15的是刚性箍37，该刚性箍可以通过一个围绕第一开口端17的隆起部或边缘部分(未示出)而被固定就位。
图3是图2中的装置沿线Ⅲ-Ⅲ截取的横截面图。由图可见从内表面41伸出的加强肋39。包围外表面43的是刚性箍37。第一部分15中的示出物是密封剂45。
图4是长加热电缆3插入以后的装置1的透视图，图5是沿线Ⅴ-Ⅴ截取的横截面图。线心材料(例如导电聚合物)已经在它们设置在第一和第二支臂部分31和33中以前分别从第一电极5和第二电极7取出。插入线心9后使得线心47的外露端与局部封闭的第二端19的内表面相接触。加强肋39与线心9相接触。
图6是装置1的顶视图，图中第一和第二导管21,23已经分别通过第一和第二孔25,27插入到第一和第二支臂部分31,33中。导管的直径小于支臂部分的直径但是大于第一和第二电极的直径。
虽然本发明已经就其某些最佳实施例进行了说明，但应当指出，本发明并不受此限制。对所述的各种零件可以作出适当的组合。本发明只受附属的权利要求书的限制。