AT507991B1 - Abspannisolator - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT 507 991 B1 2012-01-15

Beschreibung

ABSPANNISOLATOR

[0001] Abspannisolatoren oder Schlingenisolatoren werden in der Bahntechnik oder in allgemeinen energietechnischen Anwendungen eingesetzt, um Stromleitungen von den tragenden Aufhängungsseilen zu isolieren. Die Aufhängungsseile oder Spannseile sind an Trägern oder Bauwerksmauern befestigt, nehmen die statische Last der Stromeiter bzw. Oberleitungen auf und sorgen für den gewünschten örtlichen Verlauf der Leiter.

[0002] Die Abspannisolatoren werden an deren Enden meist mit metallischen Verstärkungsösen versehen, durch welche das Tragseil bzw. der Stromleiter durchgeführt und an ihnen gespannt werden. Die Abspannisolatoren werden meist aus glasfaserverstärkten Kunststoffen hergestellt. Dabei werden mit Epoxydharz imprägnierten Glasfaserfäden auf eine entsprechende Vorrichtung oder um eine außen offene Form gewickelt. Anschließend werden die Schlingen geliert bzw. die Vernetzungsreaktion der Epoxykomponenten bis zum Gelierzustand vorangetrieben. Dann werden die Isolatoren von der Wickelvorrichtung abgenommen und bis zur vollständigen Vernetzung - gegebenenfalls unter Temperatureinwirkung - gehärtet. Die Verstärkungsösen werden entweder im Nachhinein auf den solcherart hergestellten Isolierkörper aufgepresst oder die Glasfaserfaden werden bereits beim Wickelvorgang um die Ösen gewickelt, wobei zweckmäßige Vorrichtungen oder Ausnehmungen in der Form die Ösen zueinander positionieren und den Schlingenstrang spannen.

[0003] Die prinzipielle Herstellung ist in Figur 1 dargestellt; daraus ist ersichtlich, dass die Glasfaserfaden (1) in Längsrichtung des Abspannisolators verlaufen. Diese Gegebenheit wird auch in der Patentschrift DE 1690082 dargestellt. Da auf Grund der Glasfaserfäden zwischen den einzelnen Fäden an der Oberfläche des Abspannisolators kleine und kleinste Längskanäle unvermeidlich sind, können sich Feuchtigkeit, Schmutz und Niederschlag in diesen Oberflächenkanälen ablagern. Dadurch werden die Isolationseigenschaften des Isolationskörpers (3) zwischen den Ringösen (2), die im Allgemeinen unterschiedliches elektrisches Potential aufweisen, verringert. Dies tritt vor allem bei Freiluftanwendungen auf, wobei der Isolator auch Belastungen durch UV-Licht ausgesetzt ist.

[0004] Speziell bei Gleichspannungsanwendungen können durch Niederschlag und Verunreinigung begünstigte elektrolytische Korrosion den Isolationskörper weiter schwächen und diesen altern.

[0005] Um den zeitlichen Abfall der Isolationseigenschaften vorzubeugen, werden dem Stand der Technik entsprechend, verschiedene Maßnahmen ergriffen.

[0006] Beispielsweise wird der Isolator nach dem Härten ein- oder mehrmals mit UV-beständigem Lack beschichtet, um die Längskanäle möglichst gut zu verschließen.

[0007] Alternativ oder zusätzlich kann man den Isolator ganz oder teilweise mit Silikon umspritzen, wie dies bei so genannten Composite-Isolatoren üblich ist. Bei diesem Verfahren werden durch den umspritzten Silikonkörper die Kriechwege zwischen den Montageösen (oder ganz allgemein zwischen dessen Enden) vergrößert, ohne die Länge des Isolators erhöhen zu müssen.

[0008] Zum Umspritzen des Abspannisolators muß jener in eine Form eingelegt werden, die entsprechend abgedichtet ist, sodaß das hochviskose Silikon nicht aus der Form austreten kann. Die Enden des Abspannisolators und die Ösen ragen im Allgemeinen aus der Form und werden nicht umspritzt. Dies ist problematisch, da das hochviskose Silikon einen hohen Spritzdruck benötigt, um ausreichend fließfähig zu sein. Andererseits weisen die gewickelten Faserkerne neben der erwähnten Oberflächen-Längsrillen immer eine bestimmte Dicken-, Form-, und Positionstoleranz auf, sodaß die geforderte Abdichtung der Form bei den hohen Spritz-/ Giessdrücken schwierig zu erzielen ist. Silikonverlust durch Undichtigkeiten führen entweder zu defekten Bauteilen oder zumindest zur zeitintensiven Nacharbeit des Abspannisolators. Aus die- 1 /6 österreichisches Patentamt AT 507 991 B1 2012-01-15 sen Gründen würde das Umgießen des Faserstranges von Abspannisolatoren mittels niederviskosen Epoxyharzen gegenüber den teureren Silikonharzen bevorzugt werden.

[0009] Üblicherweise wird unter Bezug auf Figur 2 der bereits imprägnierte Isolierkörper bzw. der Faserkern (3) mit oder ohne Ösen (2) mit einem vorzugsweise gefüllten Epoxyharzsystem in einer Form umgossen, sodass durch den solcherart gebildeten Rippenkörper (4) die elektrische Kriechstrecke zwischen dessen Enden vergrößert und die feinen, oberflächlichen Spalten zwischen den Glasfaden geschlossen werden. Das vorgefüllte Epoxydharz besteht aus Harz, Härter, Füllstoff und Additiven. Dieses weist gegenüber den üblicherweise eingesetzten Silikonen eine deutlich niedrigere Viskosität auf, sodaß das Umgießen der Längsstege des Faserkernes bei Druckwerten kleiner als 6 bar erfolgen kann.

[0010] Da der Faserwickelkörper meist in einem gesonderten Produktionsschritt in einer Form vorimprägniert wird, wird diese Form zum leichteren Ablösen des Wickelkörpers von der Form mit Trennmittel - dies sind mit Lösungsmittel versetzte Silikonöle - eingelassen. Für gute Haftung der nachfolgend aufgebrachten, umgossenen Schichten mit üblichen Epoyharzen müssen die Silikonreste des Trennmittels zuvor entfernt werden. (Alternativ könnten ebenfalls gut haftenden - aber erheblich teureren - Silikonharze eingesetzt werden, die jedoch über einen wesentlich geringeren E-Modul verfugen und somit deutlich weniger formstabil sind.) [0011] Alternativ können für den Umguss des Faserkerns (3) UV-beständige, cycloaliphatische und hydrophobe Epoxyharzsysteme - so genannten HCEP Epoxydharze der Firma Huntsman -eingesetzt werden. Unter Verwendung dieser Gießharzkomponenten wird die ansonsten benötigte Reinigung zur Beseitigung von Trennmittelrückständen am zu umgießenden Faserwickelkörper entbehrlich oder zumindest erheblich reduziert. Diese hydrophoben, cycloaliphatischen Epoxyharze weisen gegenüber aliphatischen oder cycloaliphatischen Epoxyden (ohne Hydrophobierung) nämlich eine außerordentlich gute Haftung auf. Diese Harze werden bevorzugt auch in flexibilisierter Version als sogenannte flexible HCEP (hydrophobe, cycloaliphatische Epoxyharze) für den Umguss des Glasfaserstranges eingesetzt. Die Ümhüllung bzw. der Umguss (4) des vorimprägnierten Faserstranges mittels dieser HCEP-Harze ermöglicht somit eine wesentliche Rationalierung des Herstellungsprozesses. Ähnlich wird in der WO 83/ 01707 der Umguss mit Epoxyharzen auf Basis von Glycidiläther beschrieben, während in der DE 2657051 cycloaliphatische Epoxyde und in der DE 2118498 nicht näher spezifiziert Epoxydkunstharz genannt werden. Die bei den aliphatischen und cycloaliphatischen Epoxyden laut Stand der Technik nötigen Produktionsschritte zum Entfernen von Trennmittelrückständen am bereits (mit Epoxyharzen) imprägnierten Glasfaserstrang werden nicht erwähnt. Würde man diesen Umguss des imprägnierten Glasfaserstranges vornehmen, ohne die Trennmittelrückstände - etwa durch Tauchen des Faserstrangs in Lösungsmittel - zu entfernen, könnte sich der Umguss vom Strang lösen. Auch partielle Einschlüsse von Trennmittel würden die elektrischen Eigenschaften des Isolators verschlechtern: im günstigsten Fall würde erhöhte elektrische Teilentladungen im Bauteil folgen oder Flashunder bzw. Grenzflächendurchschlag an der verunreinigten Grenzfläche zwischen imprägniertem Glasfaserstab und dem umhüllenden Umguss (zur Vergrößerung der Kriechstrecke) erfolgen.

[0012] In den Schriften WO 83/ 01707, DE 2657051, DE 2118498 werden stabförmige Isolatoren beschrieben. Die meist im Pulltrusionsverfahren hergestellten imprägnierten Faserstäbe weisen sehr geringe maßliche Toleranzen auf, sodass sie recht einfach umgossen werden können. Bei den hier beschriebenen Abspannisolatoren sind aufgrund des Wickelverfahrens kleine Maß- Abweichungen in der Parallelität und in Form und Lage der Faserstränge zueinander nicht zu vermeiden. Um diese Toleranzen ausgleichen zu können, wird der Umguss mit HCEP-Harzen in Formen mit den nachstehend beschrieben, elastischen Abdichtungselementen um die Faserstränge vorgenommen.

[0013] Somit werden nach Figur 4 in der Form (6) elastische Abdichtungselemente (7) eingesetzt, welche die Positions- und Lagetoleranzen des Faserwickelkörpers ausgleichen und dennoch eine zuverlässige Abdichtung und damit einen qualitativ hochwertigen Füllvorgang der Formkavität mit HCEP-Harzen gewährleisten. Die Kavität wird zweckmäßigerweise mit zylindri- 2/6 österreichisches Patentamt AT 507 991 B1 2012-01-15 scher (bzw. leicht konischer) Gestalt und mit mehreren, den Kriechweg verlängernden Rippen ausgeführt. Natürlich kann der Wickelkörper des Abspannisolators auch vollständig umgossen werden. Bei gegebener niedriger Viskosität des Epoxy-Vergußsystems ist es auch denkbar, die Imprägnierung und den Verguss in einem gemeinsamen Vorgang in einer entsprechend gestalteten Form vorzunehmen, in welche der unimprägnierte Glaswickelkörper eingebracht wird.

[0014] Für den Umguss des Faserwickelkörpers werden in der vorliegenden Freiluftanwendung vorzugsweise UV-beständige cycloaliphatische und hydrophobe Epoxyharzsysteme, sogenannte HCEP-Harze, gegebenenfalls in Kombination mit silanisiertem Quarzmehl, eingesetzt. Die Isolationseigenschaften dieser hydrophoben und cycloaliphatischen Epoxyharze sind hervorragend, wobei durch Hydrophobie- und Hydrophobietransfereffekte auch bei starker Oberflächenverschmutzung langfristig gute Isolationseigenschaften aufrecht erhalten werden. Eine typische Anwendung dieser Harze ist in WO 2009/049377 beschrieben. Diese hydrophobe und cycloaliphatische HCEP-Epoxyharze haben gegenüber Silikonen auch eine höhere Beschädigungs-Resistenz gegen „bird picking".

[0015] Der Umguss des Faserwickelkörpers kann entweder nach dem automatischen Druckge-lier-Verfahren erfolgen, vorzugsweise in Formen mit mehreren Kavitäten, unter/ oder auch unter Vakuumeinwirkung. Weiters ist die Herstellung des Umgußkörpers mit oben beschriebenen hydrophoben Epoxyden, aber in Kombination mit Kalthärtern anstelle der üblicherweise eingesetzten heißhärtenden Anhydridhärter denkbar. (Die Schriften WO 83/ 01707, DE 2657051, DE 2118498 nehmen keinen Bezug auf die verwendeten Härter.) [0016] Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird die Aufgabenstellung gemäß Figur 3 auch mit isolierenden Rippenkörperhälften (5) gelöst. Die Rippenkörperhälften oder Rippenkörperpaare werden vorzugsweise in Gestalt von Halbschalen ausgeführt. Diese werden vorzugsweise mit dem imprägnierten Kern (3) des Abspannisolators verklebt. (Auch die einander zugewandten Berührflächen der Rippenkörperpaare werden bevorzugt miteinander verklebt.) Die Rippenkörperhälften vergrößern den Kriechweg bzw. die Isolationsstrecke, ein allenfalls verwendeter Klebstoff zwischen Kern und den Rippenhälften verschließt die feinen oberflächlichen Längskanäle am Faserkern (3) und verhindert somit elektrische Leitung zwischen den Ösen durch Feuchtigkeit in jenen Längskanälen. Ebenso werden durch die Klebung Feldüberhöhungen durch Lufteinschlüsse vermieden. Die Rippenhälften (4) können aber auch mittels Kunststoffschrauben miteinander verschraubt werden und mit dem Faserkern eine Klemmverbindung eingehen. Zusätzlicher Klebstoff oder Dichtstoffauftrag gewährt zuverlässige Abdichtung der Grenzflächen zwischen Rippenkörper (5) und Glasfaserkern (3). Ohne Klebstoffapplikation wird vorzugsweise ein weiches Material für die Rippenkörperhälften gewählt, das die oberflächlichen Längskanäle des Faserkernes zuverlässig abdichtet. Die Rippenkörperhälften (5) sind vorzugsweise aus vorzugsweise hydrophobem und cycloaliphatischem Epoxyd mit silansiertem Quarzmehl oder Silikon hergestellt. Die Rippenkörper (5) selbst werden vorzugsweise im automatischen Druckgelierverfahren oder in einem sonstigen automatisierten Verfahren hergestellt. Das Rippenkörperpaar ist solcherart gestaltet, daß es den Faserkern (3) an dessen Umfang vollständig und in dessen Längsrichtung bzw. Höhe zumindest teilweise umschließt.

[0017] Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Vorschlags lassen sich die Nachteile der eingangs beschriebenen, dem Stand der Technik entsprechenden Herstellungsverfahren vermeiden. Der erfindungsgemäße Vorschlag umfasst nicht nur Abspannisolatoren, sondern auch Hohlisolatoren und kann für alle ähnlichen Anwendungen herangezogen werden, wo ein (mechanisch beanspruchter, faserverstärkter) Kern mit erhöhter elektrischer Kriechstrecke ausgestattet werden soll. 3/6

Claims (5)

1. österreichisches Patentamt AT 507 991 B1 2012-01-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Abspannisolatoren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Enden des bereits imprägnierten Faserkernes (3) vorzugsweise halbschalenförmige Rippenkörper (5) angebracht werden, die mit dem Faserkernstegen und untereinander verklebt werden, sodaß die Faserkernstege von den Rippenkörpern (in Längsrichtung) zumindest teilweise und radial vollständig umschlossen sind.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Abspannisolatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenkörperhälften (5) mittels Kunststoffschrauben untereinander verschraubt werden, wobei die Abdichtung zwischen Rippenkörperhälften zueinander sowie zum Faserkern durch ein Dichtmittel, Klebstoff oder Flächenpressung erfolgt.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Abspannisolatoren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenkörper (5) aus Epoxyd, Silikon oder sonstigen isolierenden Materialien erfolgt.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Abspannisolatoren nach den Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenkörper (5) aus cycloaliphaischem Epoxyharz, vorzugsweise jedoch aus cycloaliphatischem und hydrophobem Epoxyharz - also mittels sogenannten HCEP hergestellt wird, dem vorzugsweise silanisiertes Quarzmehl beigemengt ist.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von Abspannisolatoren nach den Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenkörper (5) im automatischen Druckgelierverfahren hergestellt werden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6