AT507751A1

AT507751A1 - TUBE FOR ELECTRO-INSULATION

Info

Publication number: AT507751A1
Application number: AT19972008A
Authority: AT
Inventors: Christoph Ebel; Klaus Ing Hemmers; Rudolf Dipl Ing Kirth
Original assignee: Teufelberger Gmbh
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-15

Description

Rohr zur ElektroisolationPipe for electrical insulation

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr zur Elektroisolation, insbesondere in Hochspannungsanwendungen.The present invention relates to a pipe for electrical insulation, especially in high voltage applications.

Unter dem Begriff "Hochspannung" werden für die Zwecke der vorliegenden Erfindung allgemein elektrische Spannungen von über 1000 V (1 kV) verstanden. Die vorliegende Erfindung betrifft sämtliche Anwendungsbereiche im Bereich der Hochspannung, inkludierend den Bereich der Mittelspannung (typischerweise von 3 kV bis 30 kV) bis hin zur Höchstspannung (typischerweise 220 kV bis 700 kV).Under the term " high voltage " For the purposes of the present invention, voltages of over 1000 V (1 kV) are generally understood. The present invention relates to all applications in the field of high voltage, including the range of medium voltage (typically from 3 kV to 30 kV) up to the maximum voltage (typically 220 kV to 700 kV).

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Rohr zur Verwendung als Kemrohr für einen Hochspannungsisolator.In particular, the present invention relates to a pipe for use as a core tube for a high voltage insulator.

Hochspannungsisolatoren bestehen im allgemeinen aus einem Kemrohr. Die vorliegende Erfindung betrifft Kemrohre, die aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt sind. Als Fasermaterial für die Faserverstärkung werden üblicherweise Glasfasern eingesetzt. An den beiden Enden des Kemrohres sind Flansche aufgesetzt.High voltage insulators generally consist of a core tube. The present invention relates to core tubes made of a fiber reinforced plastic. As fiber material for the fiber reinforcement usually glass fibers are used. At the two ends of the Kemrohres flanges are placed.

Das Kemrohr des Isolators ist mit einer insbesondere kriechstrombeständigen und auch wasserabweisenden Außenschicht ummantelt, welche aus Porzellan oder auch Silikonkautschuk bestehen kann.The core tube of the insulator is covered with a particular creep resistant and also water-repellent outer layer, which may consist of porcelain or silicone rubber.

Zur Herstellung des Kemrohres wird im Stand der Technik die Faserstruktur des faserverstärkten Kunststoffes durch ein Umwickeln eines Kernes mit den Fasern ("Filament Winding") hergestellt. Die Fasern können vor dem Umwickeln mit dem zur Aushärtung verwendeten Harz getränkt werden (Nasswickelverfahren) oder die Faserstruktur nach dem Umwickeln imprägniert und ausgehärtet werden. In das so hergestellte Rohr werden beidseitig Montageflansche aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff eingeklebt.For the manufacture of the core tube, in the prior art, the fiber structure of the fiber reinforced plastic is made by wrapping a core with the fibers (filament winding). The fibers may be impregnated prior to wrapping with the resin used for curing (wet-winding process) or the fiber structure after wrapping impregnated and cured. Mounting flanges made of metal or fiber-reinforced plastic are glued on both sides into the tube produced in this way.

Als Stand der Technik sind beispielhaft die Broschüren "Composite Insulators" der Fa. Trench, die Broschüre "High voltage products with composite insulators" der Fa. ABB und der Artikel "Remote Plant Plays Key Role in ABB Insulator Business" in INMR Quarterly Review Issue 68, Quarter 2,2005 (Vol. 13, Nr. 2), S. 53-61 zu nennen.As an example, the brochures " Composite Insulators " Trench, the brochure " High voltage products with composite insulators " ABB and the article "Remote Plant Plays Key Role in ABB Insulator Business". in INMR Quarterly Review Issue 68, Quarter 2,2005 (Vol. 13, No. 2), pp. 53-61.

Dieser Stand der Technik ist jedoch mit Nachteilen behaftet. Die Herstellung des Rohres durch Umwickeln führt dazu, dass der resultierende Formteil nur begrenzt gegenüber Biege-, 2However, this prior art has disadvantages. The production of the tube by wrapping causes the resulting molded part limited to bending, 2

Zug-, und Druckbeanspruchungen stabil ist, da keine Fasern in Rohr-Längsrichtung eingebracht werden können. Bei einer Fertigung im Nasswickelverfahren kommt es zudem immer wieder zu Lufteinschlüssen im Rohr, welche die Isolationswirkung reduzieren.Tensile and compressive stresses is stable, since no fibers can be introduced in the tube longitudinal direction. In a production by wet winding process, there are always air pockets in the pipe, which reduce the insulation effect.

Durch das Anbringen eines Metallflansches wird zudem die effektive Isolationslänge des Kemrohres verkürzt.By attaching a metal flange, the effective insulation length of the core tube is also shortened.

Das Anbringen des Metallflansches erfolgt häufig mittels Verkleben. Der Klebeprozess ist aber schwer zu beherrschen. In der Klebefuge dürfen keine Porositäten auftreten, was aber nicht immer vermeidbar ist, sodass der Ausschuss bei diesem Verfahren hoch ist.The attachment of the metal flange is often done by gluing. The gluing process is difficult to control. Porosity should not occur in the glue joint, but this is not always avoidable, so the rejects in this process are high.

Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Rohr zur Elektroisolation, insbesondere ein Kemrohr für einen Hochspannungsisolator zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile der bisherigen Lösungen des Standes der Technik nicht aufweist.The present invention has for its object to provide a tube for electrical insulation, in particular a Kemrohr for a high-voltage insulator, which does not have the disadvantages of the previous solutions of the prior art.

Diese Aufgabe wird mit einem Rohr zur Elektroisolation, bestehend aus faserverstärktem Kunststoff, gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Rohr an zumindest einem Ende, bevorzugt an beiden Enden einen Flansch aus faserverstärktem Kunststoff aufweist, dass die Faserstruktur des faserverstärkten Kunststoffes sowohl des Rohres als auch des oder der Flansche(s) in Form von geflochtenen Fasern vorliegt und dass der oder die Flansch(e) und das Rohr einstückig ausgebildet sind.This object is achieved with a tube for electrical insulation, consisting of fiber-reinforced plastic, which is characterized in that the tube has at least one end, preferably at both ends of a flange made of fiber reinforced plastic, that the fiber structure of the fiber reinforced plastic of both the tube also of the flanges (s) is in the form of braided fibers and that the one or more of the flange (s) and the tube are integrally formed.

Weiters wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rohres gelöst und mit Verwendungen des erfindungsgemäßen Rohres gelöst.Furthermore, this object is achieved with a method for producing the pipe according to the invention and solved with uses of the pipe according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Preferred embodiments of the present invention are listed in the subclaims.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Kemrohr für einen Hochspannungsisolator gemäß dem Stand der Technik.Figure 1 shows a longitudinal section through a Kemrohr for a high voltage insulator according to the prior art.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kemrohr für einen Hochspannungsisolator.Figure 2 shows a longitudinal section through an inventive Kemrohr for a high voltage insulator.

Figur 3 zeigt eine bevorzugt erfindungsgemäß verwendete Flechtstruktur.FIG. 3 shows a braiding structure preferably used according to the invention.

Figur 4 zeigt einen Kem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.FIG. 4 shows a core for carrying out the method according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung hebt sich vom Stand der Technik insbesondere dadurch ab, dass zum Aufbringen der Faserstruktur des faserverstärkten Kunststoffes anstelle eines Wickelverfahrens ein Flechtverfahren durchgeführt wird. Die Fasern der resultierenden Faserstruktur des Rohres liegen somit in geflochtener Form vor. Zudem weist das erfindungsgemäße Rohr an zumindest einem Ende einen Flansch aus faserverstärktem Kunststoff auf, dessen Faserstruktur ebenfalls in Form von geflochtenen Fasern vorliegt.The present invention is distinguished from the prior art in particular by the fact that a braiding process is carried out for applying the fiber structure of the fiber-reinforced plastic instead of a winding process. The fibers of the resulting fiber structure of the tube are thus in braided form. In addition, the pipe according to the invention has at least one end of a flange made of fiber-reinforced plastic, whose fiber structure is also present in the form of braided fibers.

Rohr und Flansch sind erfindungsgemäß einstückig ausgebildet, das heisst, dass die Faserstrukturen des Rohres und des Flansches durch Flechten in einem Stück hergestellt sind. Somit sind die Fasern der Faserstrukturen des Flansches und des Rohres durchlaufend, und es ergibt sich ein Rohr, in welches der Flansch vollständig integriert ist.Pipe and flange are inventively formed in one piece, that is, the fiber structures of the tube and the flange are made by braiding in one piece. Thus, the fibers of the fiber structures of the flange and the tube are continuous, resulting in a tube in which the flange is fully integrated.

Die Fasern werden beim Flechtverfahren bevorzugt trocken drapiert und die resultierende Form mit Harz infiltriert und ausgehärtet. Dabei werden praktisch vollständig porenfreie Laminate erhalten.The fibers are preferably draped dry in the braiding process and the resulting form is infiltrated with resin and cured. Virtually completely non-porous laminates are obtained.

Durch das erfindungsgemäße Rohr können mehrere Vorteile erzielt werden:Through the tube according to the invention several advantages can be achieved:

Zunächst kann durch die Verwendung eines aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Flansches gegenüber der Verwendung eines Metallflansches die Isolationslänge vergrößert (bzw. bei gleichbleibender Isolationslänge die Länge des Kemrohrs und damit der Materialaufwand verringert) werden.First, by using a flange made of fiber-reinforced plastic over the use of a metal flange, the insulation length can be increased (or, if the insulation length remains the same, the length of the core tube and thus the cost of materials can be reduced).

Aufgrund der Einstückigkeit des Flansches und des Rohres entfällt zudem das Verbinden (insbesondere Verkleben) mit einem Fremdteil (Metallflansch oder auch separater Flansch aus faserverstärktem Kunststoff). Gerade die Verklebung eines Rohres aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Metallflansch ist technologisch schwer zu beherrschen und fehleranfällig, da in der Klebefuge keine Porositäten auftreten dürfen, wie oben erwähnt.Due to the integral nature of the flange and the tube also eliminates the connection (in particular bonding) with a foreign part (metal flange or separate flange of fiber-reinforced plastic). Especially the bonding of a tube made of fiber-reinforced plastic with a metal flange is technologically difficult to control and prone to errors, since in the glued joint no porosities may occur, as mentioned above.

Die Herstellung eines Rohres aus faserverstärktem Kunststoff mit integriertem Flansch aus demselben Material wäre durch ein Wickelverfahren nicht möglich. Mit einem Flechtverfahren hingegen hat es sich als möglich erwiesen, senkrechte Durchmessersprünge des Rohres formfolgend mit Fasern zu bedecken und damit einen terminalen Flansch herzustellen.It would not be possible to make a tube of fiber reinforced plastic with an integral flange of the same material by a winding process. By contrast, it has proved possible with a braiding method to formally cover vertical diameter jumps of the tube with fibers and thus to produce a terminal flange.

Mit der somit ermöglichten leichteren Flanschkonstruktion ist natürlich auch eine Gewichtseinsparung verbunden.With the thus facilitated lighter flange construction, of course, a weight saving is connected.

Die durchlaufenden Fasern der Faserstrukturen sowohl des Rohres als auch des Flansches sorgen für eine weiter erhöhte Stabilität des Rohres.The continuous fibers of the fiber structures of both the tube and the flange provide further increased stability of the tube.

Die Faserstruktur des faserverstärkten Kunststoffes des Rohres bzw. des Flansches kann in an sich bekannter Weise in Form eines Biaxialgeflechtes vorliegen, d.h. mit Fasern, die miteinander in zwei zur Längsrichtung des zu bildenden Rohres in einem bestimmten Winkel stehenden Hauptachsen verflochten sind.The fiber structure of the fiber-reinforced plastic of the tube or of the flange can be present in a manner known per se in the form of a biaxial braid, i. with fibers which are intertwined with each other in two main axes, which are at a certain angle with respect to the longitudinal direction of the pipe to be formed.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Faserstruktur in Form eines Triaxialgeflechtes, welches zusätzlich zu den Fasern in den genannten Hauptachsen Fasern in Längsrichtung des Rohres aufweist, vor. Dadurch ergeben sich gegenüber einem im Wickelverfahren oder durch biaxiale Verflechtung hergestellten Rohr noch weiter verbesserte Eigenschaften in Rohr-Längsrichtung, wie z.B. Zug-, Druck- und Biegefestigkeit.In a preferred embodiment, the fibrous structure is in the form of a triaxial braid having fibers in the longitudinal direction of the tube in addition to the fibers in said major axes. As a result, even further improved tube length longitudinal properties, such as tube production by winding or by biaxial interlacing, are obtained. Tensile, compressive and flexural strength.

Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohres umfasst die Schritte: - Herstellen einer Faserstruktur durch Umflechten eines auf die gewünschte Dimensionen des Rohres abgestimmten Kerns, wobei - der Kern (8) einen rohrförmigen Abschnitt und an zumindest einem Ende, bevorzugt an beiden Enden Ausbuchtungen zur Herstellung eines Flansches aufweist - Imprägnieren der Faserstruktur mit einem Harz - Aushärten des Harzes und - Abnehm.en des so gebildeten faserverstärkten Kunststoffes vom Kern.The method for producing a pipe according to the invention comprises the steps of: - producing a fiber structure by braiding a core tuned to the desired dimensions of the pipe, wherein - the core (8) has a tubular portion and on at least one end, preferably at both ends bulges for the production a flange - impregnating the fiber structure with a resin - curing the resin and - removing the thus formed fiber reinforced plastic from the core.

Durch ein durchgehendes Umflechten des gesamten Kernes, dJh. nicht nur des rohrförmigen Abschnittes, sondern auch des oder der Ausbuchtungen am Ende des Kernes, wird die erfindungsgemäße Struktur hergestellt, in welcher die Faserstruktur von Rohr und Flansch einstückig mit einer durchlaufenden Flechtstruktur vorliegt.Through a continuous braiding of the entire core, dJh. not only the tubular portion but also the bulge (s) at the end of the core, the structure according to the invention is produced in which the fiber structure of the tube and flange is integral with a continuous braiding structure.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Schritt des Umflechtens das Einflechten von Fasern in Längsrichtung des Rohres. Dadurch kann eine triaxiales Fasergeflecht mit verbesserten Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften erreicht werden.In another preferred embodiment, the braiding step involves braiding fibers longitudinally of the tube. As a result, a triaxial fiber braid with improved strength and stability properties can be achieved.

Die zur Herstellung der Faserstruktur verwendeten Fasern können herkömmliche, für diesen Anwendungszweck geeignete Materialien, insbesondere Glasfasern sein.The fibers used to make the fibrous structure may be conventional materials suitable for this purpose, especially glass fibers.

Das erfindungsgemäße Rohr eignet sich zum Einsatz in Hochspannungsanwendungen, insbesondere als Kemrohr für Hochspannungsisolatoren und kann auf herkömmliche Weise, insbesondere durch Ummantelung mit hydrophoben Materialien wie z.B. Keramik oder Silikonkautschuk weiterverarbeitet werden.The pipe of the invention is suitable for use in high voltage applications, in particular as a core tube for high voltage insulators, and may be formed in a conventional manner, in particular by cladding with hydrophobic materials, e.g. Ceramic or silicone rubber are further processed.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen anhand der Zeichnungen weiter erläutert.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be further explained with reference to the drawings.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Kemrohr 1 für einen Hochspannungsisolator gemäß dem Stand der Technik. Das Kemrohr besteht aus einem rohrförmigen Abschnitt 2 aus faserverstärktem Kunststoff, welcher durch ein Wickelverfahren hergestellt wurde. An den Enden des Rohres sind zwei Flansche 3 und 4 aus Metall befestigt, insbesondere durch Verklebung. Die Isolationslänge L des Isolators ist in diesem Fall durch den in das Rohr hineinragenden Teil des Flansches 3 begrenzt. Alternativ zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform können die Flansche auch außen an das Rohr geklebt sein (nicht dargestellt).Figure 1 shows a longitudinal section through a Kemrohr 1 for a high-voltage insulator according to the prior art. The core tube consists of a tubular section 2 made of fiber-reinforced plastic, which was produced by a winding process. At the ends of the tube two flanges 3 and 4 are fixed from metal, in particular by gluing. The insulation length L of the insulator is limited in this case by the projecting into the pipe part of the flange 3. As an alternative to the embodiment shown in FIG. 1, the flanges can also be glued to the outside of the pipe (not shown).

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Kemrohres 1. In diesem Fall besteht das gesamte Kemrohr 1, einschließlich der Flansche 3' und 4', aus einem faserverstärkten Kunststoff 2', dessen Faserstruktur durchlaufend durch ein Flechtverfahren hergestellt wurde.FIG. 2 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of the core tube 1. In this case, the entire core tube 1, including the flanges 3 'and 4', consists of a fiber-reinforced plastic 2 'whose fiber structure was produced continuously by a braiding process.

Im Vergleich zum Kemrohr gemäß Stand der Technik ergibt sich dabei bei gleicher Gesamtlänge des Kemrohres eine höhere Isolationslänge L', da ja das gesamte Material isolierend ist.Compared to the Kemrohr according to the prior art results in the same overall length of Kemrohres a higher insulation length L ', since the entire material is insulating.

In Figur 3 ist eine mögliche Flechtstruktur des faserverstärkten Kunststoffes 2' dargestellt. Abgesehen von Fasern, die in zwei Hauptachsen 5 und 6 miteinander verflochten sind, können bevorzugt zusätzlich Fasern 7 in der durch einen Pfeil symbolisierten Längsrichtung des Rohres eingeflochten sein.FIG. 3 shows a possible braided structure of the fiber-reinforced plastic 2 '. Apart from fibers which are intertwined in two main axes 5 and 6, fibers 7 may additionally be interlaced in the longitudinal direction of the tube, symbolized by an arrow.

Figur 4 zeigt einen Kem 8 zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens. Der Kem 8 besteht aus zwei Teilen 9 und 10 mit jeweils einem konisch verlaufenden Abschnitte 11 und 12, welche zur Herstellung des rohrförmigen Abschnittes des Kemrohres dienen. An ihren beiden Enden weisen die Teile 9 und 10 Ausbuchtungen 13 und 14 zur Herstellung der Flansche auf.FIG. 4 shows a core 8 for carrying out the method according to the invention. The core 8 consists of two parts 9 and 10, each with a conically extending portions 11 and 12, which serve to produce the tubular portion of the core tube. At its two ends, the parts 9 and 10 bulges 13 and 14 for the preparation of the flanges.

Die beiden Teile 9 und 10 des Kernes können durch eine zentrale Haltestange 15 miteinander verspannt sein.The two parts 9 and 10 of the core can be clamped together by a central support rod 15.

Der Kern 8 wird zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kemrohres vollständig umflochten, wodurch sich eine durchlaufende geflochtene Faserstruktur 2' mit einem rohrförmigen Abschnitt und zwei terminalen Flanschen ergibt.The core 8 is completely braided to produce the core tube according to the invention, resulting in a continuous braided fiber structure 2 'with a tubular portion and two terminal flanges.

Zur Entformung wird die zentrale Haltestange 15 gelöst, und die beiden Teile 9 und 10 werden voneinander entfernt.For demolding the central support rod 15 is released, and the two parts 9 and 10 are removed from each other.

Die beiden Abschnitte 11 und 12 können konisch geformt sein, um die Entformung nach der Herstellung des Rohres zu erleichtern.The two sections 11 and 12 may be conically shaped to facilitate demolding after the production of the tube.

Claims

7 7 • ·

• • t «············································································································································································································ (1) for electrical insulation, consisting of fiber-reinforced plastic (2,2 '), characterized in that the tube (1) at least one end, preferably at both ends of a flange (3,4) made of fiber-reinforced plastic that the fiber structure of the fiber-reinforced plastic of both the tube (1) and the flange (s) (3 ', 4') in the form of braided fibers (2 ') and that the flange (s) (3', 4 ') ) and the tube (1) are integrally formed ..

2. Pipe according to claim 1, characterized in that the fiber structure of the fiber-reinforced plastic (2 ') in the form of a Triaxialgeflechtes having fibers (7) in the longitudinal direction of the tube is present.

A method of manufacturing a pipe according to any one of the preceding claims, comprising the steps of: - forming a fiber structure (2 ') by braiding a core (8) tuned to the desired dimensions of the pipe, wherein - the core (8) has a tubular portion (11,12) and at at least one end, preferably at both ends, bulges (13,14) for producing a flange - Impregnation of the fiber structure with a resin - Hardening of the resin - Removal of the fiber-reinforced plastic thus formed from the core.

A method according to claim 3, characterized in that the braiding step involves braiding fibers (7) longitudinally of the tube.

5. Use of a pipe according to one of claims 1 or 2 for electrical insulation.

6. Use according to claim 5 in high voltage applications.

7. Use according to claim 6 as Kemrohr for a high voltage insulator.