DD210234A1 - Rohr aus faserverstaerktem kunststoff, insbesondere isolierstoffrohr fuer hochspannungsgeraete - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Hochspannungsgeraete, insbesondere auf Hochspannungsschalter und -transformatoren, jedoch auch auf Gebiete des Maschinenbaues, bei denen die Uebertragung von Kraeften und Drehmomenten mittels Wellen und dergleichen erfolgt. Ziel und Aufgabe der Erfindung sind,ein kostenguenstiges Rohr mit textiler Verstaerkung unter Verwendung von aromatischem Polyamid und gesaettigtem Polyester als zu textilen Flaechengebilden verarb.Fasermaterial zu entwickeln,bei d.ein Optimum des Verhaeltnisses von Zug-u.Schubfestigk.erzielt wird,bei d.negative Einfluesse d.UV-Strahlung vernachlaessigbar sind u.das mechanisch gut bearbeitbar ist.Bei dem erfindungsgemaessen Rohr wird d.dadurch erreicht, dass die Verstaerkung des Rohres aus abwechselnden Schichtungen von textilen Flaechengebilden, z.B. Geweben, aus Fasern eines aromatischen Polyamides mit solchen aus Fasern eines gesaettigten Polyesters besteht und dass auf der Innen- und der Aussenseite des Rohres diese Verstaerkung mit mindestens einer Schicht des textilen Flaechengebildes aus Fasern des gesaettigten Polyesters abgeschlossen ist.

Description

Anwendungsgebiet des 5z; fin dung:

Dia Erfindung ist besonders anwendbar für Eochspannungs— gesäte, insbesondere bei Hochspannungsschaltern und -transformatoren. Sie ist jedoch auch, geeignet in den Gebieten des Maschinenbaues, bei denen die übertragung von Kräften mittels Y/ellen und dergleichen gefordert wird .

Charakteristik der bekannten technischen -Lösungen:

3s ist bekannt, Bohre aus einem durch Polyaddition aushärtbaren Gie£hars_s z*B.'Epoxidharz, und einem Gewebe au fertigen, das in mehreren Lagen in aas Gießharz eingebettet ist. (Wende, Moebes, Harten) "Glasfaserverstärkte Plaste", YSB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1969? 3. 193-210), Das Gewebe, das zwei quer zueinander verlaufende ladenreihen (Eett- und Schußfäden) enthält, hat dabei eine Versteifungsfunktion.

In der Elektrotechnik finden derartige Bohre namentlich bei der Konstruktion "/on Hochspannungsschalter η und -transformatoren Verwendung, bei denen zwischen leitenden Teilen unterschiedlichen Potentiales Druck- oder Zugkräfte zu übertragen sind. Haben den geforderten mechanischen und dielektrischen Festigkeiten sollen diese Hohre auch .günstige räumliche Abmessungen haben, insbesondere ^rird ein hohes Wandstärkenverhältπis (Verhältnis von Wandstärke zu Dur china s s er) angestrebt. Mit Glasfasergewebe!! verstärkte Sohre lassen sich nur bis zu einem bestimmten Wandstärksnverhältüis fertigen, oberhalb dessen Wert bei der Aushärtung des GiaBharzes Fugen und Spalten zwischen den Gewebelagen entstehen} die die mechanische und auch die elektrische Festigkeit beeinträchtigen. In Längsrichtung beanspruchte Hohra neisen oberhalb eines bestimmten

30.StR 193? -0HS133

Wandstärken'verhältnissas zu in Umf angsrichtung verlaufenden Fugen» Bei SFg-gasisclierten Hochspannungsgeräten ist su "beachten, daß infolge fluorhaltiger Median (chemisch äußerst reaktive Zersetsungsprodukte des SjüV-Isolier gas es) der Einsatz üblicher Terstärkungsiaaterialisn* wie Glasfase2gewebe j ni^ht in Betracht kommen säen» 3s macht sich somit die Anwendung 70ll37ntb.atisc-h.ei! organisches Faser-.stoffe in Form textiler Fläehengebilda _t wie Gewebe. Matten, Yl ie se, Siähgewirken, erforderlich^ dis ausreichende chemische Dauerresistena gegen SF_r-Zer3at2ungsprodukte aufweisenj wobei die mechanischen Festigkeiten denen dei¹ Glas— fasern analog odex hohes liegen sollen«

Die Verwendung eines reinen Polyesterfaser-Verstärkung als Gewebe oder als Fadanwicksl hergestellt₃ ist ebenfalls bekannt5 obwohl infolge des hohen Dehn^erhaltens kaine sehr großen Festigkeiten erreichbar sind, ' Aus der DE-AS 2264341 (H OI B, 3/00) ist ein Isolierstoffrohr bekannt^ daß ein Gewebe enthält₅ dessen Schußfäden aus eines Material höherer Zügfestigkeit und geringerei: Dehnung und mit höherer Martenstemperatur bestehen als die. Settfäden«. Dabei sind dis Schußfäden bei in Richtung der Bohrlängsachse verlaufender Beanspruchungsrichtung mantellinienparallel geführt. Die Schußfäden kennen aus Glasfasern oder einem aromatischen Polyamid (Arasid) und die Kettfäden aus Fasern eines gesättigten Polyester bestehen"» Das Gewebe ist in mehreren Lagen gewickelt, un es wird ein hohes Wandstärksn^erhältnis erzielt, ohne daß beim Aushärten des Gießharzes Fugen oder Spalten im Schichtaufbau auftreten, Nachteilig ist jedoch, daß das Gewebe aus 2^?ei verschiedenen Materialien hergestellt wird und bsi der Yerarbeitung darauf geachtet werden muß, daß das Gewebe auch entsprechend der Beanspruchungssichtung richtig eingesetzt wird. In der DS-O-S 2631401 (B 29 D, 3/02) ist ein Kunststoffbauteil mit iextilverstärkung beschrieben, bei dem das Verstärkungsgewebe

ain Mischgewebe aus Polyester^aden und Fäden aus einem aromatischen Polyamid ist, wobei das Gewebe in beiden Fadensystenien (Sette und Schuß) hinsichtlich der Anteils beiden Fade η at tan und in der ladenfolge gleich aufgebaut ist, Ss sollen hervorragende I'sstigkaitswerte erzielt wer-

Die Anwendung von ausschließlich Arainidfasem als Flächangebilde erbringt zwar höchste Festigkeit bei Zugbeanspruchung sowie gute chemische Beständigkeit gegen fluoridhaltige aggressive Gase und Flüssigkeiten. Als Mangel müssen jedoch die schlechte Schubfestigkeit (Druckfestigkeit) und die schlechte mechanische Bearbeitbarkeit, die u,a, die Verwendung von Spezialwerkzeuge?! und -teoixnologien bedingen, herausgestellt werden. Sin weiterer wesentlicher Mangel ist die relative !"-Lichtempfindlichkeit₅ die einen Abbau der Festigkeit im Verbund bewirkt (DS-OS 2927653. B 29 D, 3/02),

Der Nachteil der W-Lieht—Espfindlichkeit tritt zwangsläufig auch bei dein Isolier stoff rohr nach der DE-AS 2264341 bzw, Kunststoff bauteil nach der DS-OS ' 263'14OI auf und erfordert entsprechende Abdeckungen und/oder Anstrichsysteme.

Ziel der

Die Erfindung hat zum Ziel, ein P.ohr aus faserverstärktem Kunststoff zu entwickeln, das bei hohen Gebrauchswerteigenschaften kostengünstig in der Hersteilung ist»

Wesen der Erfindung: Die technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_s ein Rohr aus faserverstärktem Kunststoff unter Verwendung von aromatischem Polyamid und gesättigtem Polyester als zu textlien Flächengebilden verarbeiteten Fasarmatarial anzugeben, bei dem ein Optimum des Verhältnisses von Zug- und Schubfestigkeit erzielt wird, bei dem die negativen Einflüsse der UV-Strahlung vernachlässigbar sind und dessen mechanische Bearbeitbarkeit als gut bezeichnet werden kann, aas insbesondere auch für den Einsatz in SFr-Hochspannungsgeräten geeignet ist.

Merkmale deS_- Erfindung:

Die Aufgabe wird erfindiings gemäß dadurch gelöst, daß die innere Verstärkung des Rohres aus abwechselnden Schichtursgen von textlien Flächengebilden, z,B, Geweben, aus Pasern eines aromatischen Polyamides mit solchen aus Fasern eines gesättigten Polyesters besteht und daß auf der Innen-- und der Außenseite des Hohres die Verstärkung mit mindestens einer Schicht des textlien Flächengebildes aus den Fasern des gesättigten Polyesters abgeschlossen ist«

Die Anordnung der verschiedenen textlien Flächengebilde aus organischen Faserstoffen kann dabei so erfolgen, daß einfach übereinandergelegte Bahnen aus Araaid- und Polyesterfaserstoffen spiralförmig ineinanderge?7ickelt sind, so daß im Aufbau der Verstärkung ein gleichmäßiger Wechsel der einzelnen Araaid- und Polyesterlagen vorliegt»

Die Polyesterbahn muß so bemessen sein, das sie mit ein oder mehreren Lagen den äußeren Abschluß der Armierung bildet,

Gemäß Festigkeits- und Dimensionierungsanforderungen kann die Variation der in der Verstärkung vorliegenden Schichtung auch so gestaltet sein, daß sich 2 oder mehr Lagen Polyester im kontinuierlichen Wechsel mit einer Lage Arainid befinden und umgekehrt sich eine Lage Polyester mit 2 oder mehr Lagen Aramid abwechselt. Sine weitere Möglichkeit zur Gestaltung des Rohres mit optimal angepaßten Festigkeitswerten besteht darin, den inneren und äußeren Abschluß mit ein oder mehreren Lagen Polyester-Flächengebilde zu versehen, während im Kernqusrschnitt des Rohres ausschließlich Aramid-Flächengebilds in mehreren kontinuierlich gewickelten Lagen angeordnet ist.

Ss ist dabei möglich, die Gestaltung der Verstärkung nach mindestens einer Grundlage aus Polyester-Flächengebilds zu etwa 50 % der Wanddicke innenseitig kompakt mehrlagig als Aramid-Flächengabilde vorzunehmen, während die Außenseite ausschließlich aus mehreren Lagen Polyester-Flächengebilde kompakt gewickelt ist.

Zur Anbringung von Bünden für die Kräfte inleitung ist es vorteilhaft, wenn an den beiden Enden der Verstärkung zusätzlich sum Aramid-Poiyester-Flächengehilde während des Wickelvorganges Polyesterband entsprechender Bundbreite mit einläuft. Infolge Aufwertung an diesen Stellen durch zusätzlich eingebrachtes Bandmaterial macht sich ein Fiedern der Flächengebilde an den Kanten erforderlich.

Das Rohr gemäß der Erfindung ist ausschließlich nach dem Verfahren der Vakuumimprägnierung mitteis heißhärtender durch Polyaddition vernetzender Harze (Epoxidharze) hergestellt.

Durch die erfindungsgemäBe Lösung werden erhebliche Vorteile erzielt. So lassen sieb, im Gegensatz zu Spezialgeweben mit qualitativ unterschiedlichen Eett- und Schußfäden die Anteile der beteiligten Komponenten bei Kombination verschiedener Plächengebilda aus Erzielung optimales Festigteitswerte günstiger variieren»

Durch, den S'insatz von Iflächaiagabiiden auf Basis von Polyesterfasern in Verbindung mit solchen aus Aramidfasern werden bei gleichbleibender Dimensionierung des Rohres gleiche Festigkeitsverhältnisse gegenüber der Verwendung von reines Αιamid als Flächengabiide im Verbund erzielt, wobei die hohe Zugfsstlgäeit und die gute chemische Beständigkeit voll wirksam bleiben,, Darübarhinaus ergeben sich durch sinnvolle Anordnung der Komponenten im Verbund erhebliche Verbesserungen des UV—Verhaltens, ina3.a als wirkungsvoller Schutz dar Aramidfasern eine odar mehrere Schichten des roiyester-Flächengebildes als .Außenlagen vosgesehen sind, Es entfällt damit der zusätzliche Arbeitsgang einer Anstrichgebung als Schutzüberzug* Weiterhin entfallen überraschenderweise-die Probleme der schwierigen Bearbeitbarkeit bei einem solcherart beschaffenen Verbundwerkstoff, so da3 Sondermaßnahnen der Technologie der Zerspanung wie -Dueben, Iräsen, Trennen .unter Berücksichtigung des hohen WerkzeugverschleiBes zugunsten erhöhter Qualität unterbleiben können»

Ausführ ungsb e ispie1%

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungshe: spiel näher erläutert werden.. In der Zeichnung zeigen

3?ig, Λ : schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßeη Hohles ι

Fig» 2 ί schematise!- eine Variante des Aufbaues des Bohres;

B¹Ig* 3 ^: scheaatisch den Aufbau, mit angewickeltea Bund im Längsschnitt,

Das Eohr nach S¹Ig, 1 besteht aus einest durch Polyaddition aus härtbar ein Impragnierhars, s,B. Spoxidharz, und den beiden als Varstäskungsmaterialian fungieranden textlien llächengebilden aus Polyester 1 und Aramid 2, die abwechselnd übeieiaandeuliegand auf einen Wickeldorn 4 gewickelt sind.

Bei dem Hohü nach Fig_e 2 ist die Yeι Stärkung innenseitig auf mindestens einer Grundlage aus Polyesterflächengebilde 1 als Flächengebilde aus Aramid 2 - mehrlagig gewickelt - ausgebildet, während außen ein Flächengebilde in mehreren Lagen aus Polyester 1 auf den Wickeldorn 4 gewickelt ist.

Zur Herstellung eines Bundes 5 für die Kräfteinleitung ist am axialen Ende der Armierung zusätzlich ein PoIy-estergewebebaüd 3... vorgesehen, das während des Wickel-·- Vorganges zwischen die einzelnen Schichten mit einläuft, (5¹Ig. 3);

Claims (4)

üff fin aurig s a-n spr uch

1, . Rohr aas faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Isolierstoff! ο fca: für Hochspannungsgeräte aus durch. Polyaddition heißhärtbarem Imprägnierhars mit einer mehrlagigen Verstärkung aus einem textlien Irlächengebilda aus Faserstoffen auf der 3asis aromatischer Polyamide, sogenannter Aramida, und gesättigten Polyestern, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstärkung aes Sohres aus abwechselnden Schichtungen von textlien Flächangabilden, z.i3» Geweben, aus Fasern eines aromatischen Polyamides (1) mit solchen aus Easern eines gesättigten Polyesters (2) besteht und daJ3 auf der Innen- und der Außenseite des Hohres dissa Verstärkung mit mindestens einer Schicht des textlien Flächangebildes aus lasern des gesättigten Polyesters abgeschlossen ist«

2, Rohr nach Punkt 1,gekennzeichnet dadurch^ da£ die Anordnung beider Flächengsbilde spiralförmig in kontinuierlichem Wechsel beider Kon-

über den gesamten Querschnitt vorliegt»

3„ Hohr nach Punkt 1,ge kennzeichnet dadurch, da£ die Anordnung beider Komponenten über den gesamten Querschnitt diskontinuierlich erfolgt, indem Zonen kompakter, aus mehreren Lagen bestehender Flächengebilda aus Fasern aus aromatischem Polyamid mit solchen auf Basis ι οη gesättigten Polyester fasern ao7?e c h s e In „
(Fig. 2)

4» Hohr nach Punkt Λ bis 3» S e k e η η ze Ic hnet dadurch, daß zur Anbringung von AuSerfoünden zwecks Erafteinlaitung und Kraftübertragung bei Betätigung zusätzlich zu den beiden Komponenten textiler flächengebilde zwischen den einzelnen Lagen ein Gewebeband aus gesättigtem Polyester vorgesehen ist, derart, daß es kontinuierlich beim Wickeln mit einläuft. /ττ> · _ i\

(,ülge J)

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