DE102005059754B4

DE102005059754B4 - Spritzgussgeformte Außenkonusdurchführung

Info

Publication number: DE102005059754B4
Application number: DE200510059754
Authority: DE
Inventors: Rolf Dirks; Stefan Hohmann; Jörg Dr. Teichmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2025-12-10
Also published as: WO2007065912A1; CN101326595B; CN101326595A; DE102005059754A1; NO20083041L; EP1958215A1

Abstract

Durchführung (1) für die Energieverteilung und -übertragung mit einem Isolierkörper (3), in den zumindest teilweise ein Hochspannungskontaktbolzen (2) eingebettet ist, und einem mit dem Isolierkörper (3) verbundenen Flansch (7) zum Befestigen der Durchführung (1) in einer Durchgangsöffnung einer Behälterwand auf Erdpotenzial, wobei der Isolierkörper (3) einen durch Spritzgussformung flächig an dem Hochspannungskontaktbolzen anliegenden Innenwandbereich (4) und einen mit dem Flansch (7) verbundenen Außenwandbereich (5) aufweist, der über einen Verbindungsabschnitt (6) mit dem Innenwandbereich (4) verbunden ist, wobei sich der Außenwandbereich (5) vom Flansch (7) zum Verbindungsabschnitt (6) in einer Vorwärtsrichtung und sich der Innenwandbereich (4) vom Verbindungsabschnitt zum Flansch (7) in einer Rückwärtsrichtung erstreckt, so dass ein von dem Innenwandbereich, dem Außenwandbereich und dem Verbindungsabschnitt begrenzter Hohlraum ausgebildet ist, der zum Flansch hin einseitig geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenwandbereich (5) über einen Elektrodenabschnitt (10) mit konstanter Dicke und zylinderförmiger Außenkontur mit wenigstens einer Koppelelektrode (12) verfügt, mit einem...

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung für die Energieverteilung und -übertragung mit einem Isolierkörper, in den zumindest teilweise ein Hochspannungskontaktbolzen eingebettet ist, und einem mit dem Isolierkörper verbundenen Flansch zum Befestigen der Durchführung in einer Durchgangsöffnung einer Behälterwand auf Erdpotenzial, wobei der Isolierkörper einen durch Spritzgussformung flächig an dem Hochspannungskontaktbolzen anliegenden Innenwandbereich und einen mit dem Flansch verbundenen Außenwandbereich aufweist, der über einen Verbindungsabschnitt mit dem Innenwandbereich verbunden ist, wobei sich der Außenwandbereich von dem Flansch zum Verbindungsabschnitt in einer Vorwärtsrichtung und wobei sich der Innenwandbereich vom Verbindungsabschnitt zum Flanschabschnitt in einer Rückwärtsrichtung erstreckt, so dass ein von dem Innenwandbereich, dem Außenwandbereich und dem Verbindungsabschnitt begrenzter Hohlraum ausgebildet ist, der zum Flansch hin einseitig geöffnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen gasdichten Behälter zur Aufnahme elektrischer Bauteile aus dem Bereich der Energieverteilung und -übertragung mit einer solchen Durchführung.
Eine derartige Durchführung ist beispielsweise aus der DE 694 01 800 T2 bekannt.
Eine weitere Durchführung und ein weiterer Behälter sind aus der DE 93 00 777 U1 bereits bekannt. Die dort offenbarte Durchführung weist einen massiven Isolierkörper aus Gießharz auf, in dem ein Hochspannungskontaktbolzen eingebettet ist. Der Isolierkörper ist mit einem Flansch verbunden, der in ei ner Draufsicht kreisförmig ausgebildet ist. Die Durchführung ist zur Montage in einer Durchgangsöffnung eines Gehäuses einer Mittelspannungsschaltanlage vorgesehen, wobei der Flansch einen im Vergleich zum Durchmesser der Durchgangsöffnung größeren Durchmesser aufweist, so dass dieser auf einfache Art und Weise an der Gehäusewand befestigt werden kann. Vom Flansch erstrecken sich zwei konusförmige Abschnitte des Isolierkörpers in eine Vorwärtsrichtung sowie in eine Rückwärtsrichtung. Zur Spannungsprüfung ist eine ebenfalls in dem Isolierkörper eingebettete Koppelelektrode sowie ein Steckerstift vorgesehen, der leitend mit der Koppelelektrode verbunden ist.
Die DE 101 64 563 C1 beschreibt eine Durchführung mit einem Halteabschnitt und einem Flanschabschnitt, wobei der Halteabschnitt zur Aufnahme eines Kontaktbolzens und der Flanschabschnitt zur Befestigung an einer Gehäusewandung auf Erdpotenzial eingerichtet sind. Dabei ist der Halteabschnitt lediglich durch einen U-förmigen Faltungsabschnitt mit dem Flanschabschnitt verbunden. Im Betrieb kommt es zwischen dem Hochspannungskontaktbolzen und der Gehäusewand auf Erdpotenzial zu Kriechströmen. Da ein Kontakt zwischen Faltungsabschnitt und Kontaktbolzen vermieden ist, ist der Kriechstrom gezwungen über den U-förmigen Faltungsabschnitt zu fließen. Durch die U-förmige Ausgestaltung ist eine Vergrößerung des Kriechweges erreicht.
Aus der DE 40 39 340 A1 ist ein Stützisolator für gasisolierte Schaltanlagen bekannt, welcher als Hohlkörper entweder Anschlussstücke oder Drehpunktkontakte eines Lastschalters für gasisolierte Schaltanlagen trägt.
Aus der US 47 82 197 ist eine Durchführung für elektrische Anlagen bekannt, die einen Spritzgusskörper mit Seiten- und Endbereichen aufweist, welche einen Hohlraum zur Aufnahme eines elektrischen Leiters bilden.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Durchführung und einen Behälter der eingangs genannten Art bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig die notwendige Spannungsfestigkeit bereitstellt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe für eine gattungsgemäße Durchführung dadurch, dass der Außenwandbereich über einen Elektrodenabschnitt mit konstanter Dicke und zylinderförmiger Außenkontur mit wenigstens einer Koppelelektrode verfügt, ferner mit einem Außengewinde in dem zylinderförmigen Elektrodenabschnitt, der mit dem an den Außenbereich eingeformten Flansch verbunden ist, wobei der Flansch einen Dichtungsabschnitt aufweist.
Erfindungsgemäß ist der Hochspannungskontaktbolzen nicht mehr in einem massiven gegossenen Isolierkörper beispielsweise aus Gießharz eingebettet. Vielmehr ist es im Rahmen der Erfindung möglich, den Isolierkörper im Spritzgussverfahren an dem Hochspannungskontaktbolzenauszubilden. Dazu wird der Hochspannungskontaktbolzen in einen zweckmäßigen Formkern gelegt. Anschließend wird der Isolierstoff unter hohen Drücken in den Formkern eingespritzt. Nach dem Erkalten des Isolierstoffes unter Ausbildung des Isolierkörpers wird der Formkern in der besagten Rückwärtsrichtung entfernt. Die Absteuerung des elektrischen Feldes zwischen dem Flanschabschnitt, der im Betrieb an einem auf Erdpotenzial liegenden Gehäuse befestigt ist und dem Hochspannungskontaktbolzen, der mit einem Hochspannungspotenzial beaufschlagbar ist, erfolgt im Rahmen der Erfindung nicht mehr allein in einem Festkörper. Vielmehr ist nunmehr neben dem Isolierkörper ein mit einem gasförmigen Isoliermedium befüllter Hohlraum zur Isolierung bereitgestellt. Das in dem Hohlraum vorgesehene Isoliergas ist von der jeweiligen Art der Anwendung der erfindungsgemäßen Durchführung abhängig. Ein solcher Elektrodenabschnitt wird von einer Vielzahl von Normen gefordert. Insbesondere ist zweckmäßig, wenn der Elektrodenabschnitt wenigstens eine Koppelelektrode aufweist. Die Koppelelektrode dient zur Absteuerung des elektrischen Feldes und zum kapazitiven Erfassen der Hochspannung, mit der der Hochspannungskontaktbolzen beaufschlagt ist. Hierzu ist die Koppelelektrode zweckmäßigerweise mit einem Steckerstift zum Anschluss eines Messgerätes und eines Unterkondensators verbunden. Eine solche Durchführung wird in ein Innengewinde, das an dem Gehäuse beispielsweise einer Schaltanlage ausgebildet ist, eingeschraubt. Beim Einschrauben werden Gehäuseteile auf den Dichtungsabschnitt, der beispielsweise ein einfacher O-Ring ist gedrückt, bis eine ausreichend hohe Gasdichtigkeit zwischen der Durchführung und dem Gehäuse bereitgestellt ist.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gasdicht an einer Gehäusewandung einer gasisolierten Schaltanlage angeordnet, wobei der Hohlraum mit einem mit Schutzgas befüllten Gasraum der Schaltanlage kommuniziert. Mit anderen Worten ist der Hohlraum ebenfalls mit Isoliergas befüllt. Bei dem Isoliergas handelt es sich beispielsweise um Schwefelhexafluorid. Es können jedoch auch andere Isoliergase zum Einsatz gelangen.
Vorteilhafterweise weist der Innenwandbereich eine in Rückwärtsrichtung abnehmende Dicke auf. Die sich zum Flansch hin verringernde Wanddicke des Innenwandbereichs erleichtert ein Herausziehen eines Formkerns aus dem Isolierkörper, wenn dieser im Anschluss an das Spritzgießen aus dem Isolierkörper entfernt wird.
Vorteilhafterweise sind Verstärkungsrippen zwischen dem Innenwandbereich und dem Außenwandbereich vorgesehen. Die Verstärkungsrippen erhöhen die mechanische Festigkeit der Durchführung.
In einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weisen die Verstärkungsrippen eine in Rückwärtsrichtung abnehmende Dicke auf. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Innenwandbereich beschrieben, ist es zum sicheren Entfernen des Formwerkzeuges nach dem Spritzgussverfahren erforderlich, dass auch die Verstärkungsrippen eine abnehmende Wanddicke in der Richtung aufweisen, in der das Formwerkzeug aus dem Isolierkörper entfernt wird.
Zweckmäßigerweise ist der Isolierkörper aus einem verstärkten Thermoplast im Spritzgussverfahren gefertigt. Thermoplasten haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Jedoch können auch andere Kunststoffe, wie beispielsweise Duroplasten, im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
Die Verstärkungsrippen erstrecken sich beispielsweise über die gesamte Länge zwischen des Isolierkörpers zwischen dem Außenwandbereich und dem Innenwandbereich. Selbstverständlich sind die Verstärkungsrippen vorteilhafterweise einstückig mit dem Außenwandbereich und dem Innenwandbereich ausgebildet und zweckmäßigerweise gleichmäßig um den Umfang des Innenwandbereichs verteilt, wobei sie sich radial vom Innenwandbereich zum Außenwandbereich hin erstrecken.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nimmt der radiale Abstand zwischen dem Innenwandbereich und dem Außenwandbereich in Vorwärtsrichtung ab, wobei eine konusförmige Außenkontur bereitgestellt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist jede Koppelelektrode in einer vorgeformten Elektrodentasche angeordnet, die in dem Elektrodenabschnitt ausgebildet ist. Durch die zylinderförmige Ausgestaltung ist die Elektrodentasche in einer Querschnittsansicht kreisförmig ausgestaltet. Dies hat eine ebenfalls kreisförmige Ausgestaltung der Koppelelektrode zu Folge, wobei der Hochspannungskontaktbolzen sich mittig durch die in einer Drauf sicht kreisförmige Koppelelektrode erstreckt. Die Koppelelektrode ist beispielsweise aus einem zweckmäßigen Leitermaterial, wie Aluminium, Stahl oder dergleichen gefertigt und wird beispielsweise nachträglich in die Elektrodentasche eingesetzt.
Abweichend hiervon besteht wenigstens eine Koppelelektrode aus einem in Mehrkomponentenspritzgussverfahren gefertigten leitenden Polymer. Mit anderen Worten wird zunächst der Isolierkörper an dem Kontaktbolzen ausgebildet. Nach dem Aushärten des Isolierkörpers wird das halbleitende Polymer in die Elektrodentaschen eingespritzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der Isolierkörper aus glasfaserverstärktem Polyamid.
Vorteilhafterweise ist der Flansch ein metallischer Flansch, der in dem Isolierkörper eingebettet ist. Der Flansch ist beispielsweise in einer Draufsicht kreisförmig ausgebildet, wobei sein radial innen liegendes Ende in dem Isolierkörper eingebettet ist.
Abweichend hiervon ist der Flansch an den Außenwandbereich angeformt. Die Ausgestaltung des aus Kunststoff gefertigten Flansches entspricht ansonsten derjenigen des metallischen Flansches.
Ausgehend von dem eingangs genannten gasdichten Behälter löst die Erfindung die Aufgabe durch einen gasdichten Behälter mit einer Durchgangsöffnung, in der eine erfindungsgemäße Durchführung gasdicht befestigt ist, wobei der Hohlraum mit einem Innenvolumen des gasdichten Behälters kommuniziert und sowohl der gasdichte Behälter als auch der Hohlraum mit einem Schutzgas befüllt sind. Wie bereits erwähnt, stellt das Schutzgas des Behälters, das zweite Isoliermedium der Durch führung dar und ist für die dielektrischen Eigenschaften der Durchführung von zentraler Bedeutung.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
1 ein Beispiel einer Durchführung in einer quer geschnittenen Ansicht,
2 die Durchführung gemäß 1 von unten in der in 1 mit x gekennzeichneten Vorwärtsrichtung,
3 ein weiteres Beispiel einer Durchführung und
4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchführung zeigen.
1 zeigt die Durchführung 1 in einer quer geschnittenen Ansicht. Die Durchführung 1 umfasst einen Hochspannungskontaktbolzen 2 sowie einen Isolierkörper 3, der einen Innenwandbereich 4 und einen Außenwandbereich 5 umfasst. Der Innenwandbereich 4 ist über einen Verbindungsabschnitt 6 mit dem Außenwandbereich 5 verbunden. Der Außenwandbereich 5 erstreckt sich im Wesentlichen von einem Flansch 7 zum Verbindungsabschnitt 6 in einer Vorwärtsrichtung, die in 1 durch den mit x gekennzeichneten Pfeil verdeutlicht ist. Der Innenwandbereich 4 erstreckt sich von dem Verbindungsabschnitt 6 zum Flanschabschnitt in einer der Vorwärtsrichtung entgegen gesetzten Rückwärtsrichtung, so dass der Außenwandbereich 5, der Verbindungsabschnitt 6 sowie der Innenwandbereich 4 einen Hohlraum 8 begrenzen, der zum Flansch 7 hin einseitig geöffnet ist.
Für eine verbesserte mechanische Festigkeit weist der Isolierkörper 3 ferner Verstärkungsrippen 9 auf, die sich über die gesamte Länge des Isolierkörpers 3 hinweg zwischen dem Innenwandbereich 4 und dem Außenwandbereich 5 in radialer Richtung erstrecken. Der Hochspannungskontaktbolzen 2 und damit auch der Innenwandbereich 4 sind kreiszylinderförmig ausgebildet, wobei die Verstärkungsrippen 9 umfänglich um den Innenwandbereich 4 gleich verteilt sind.
Der Außenwandbereich 5 umfasst einen in der Nähe des Flansches 7 angeordneten Elektrodenabschnitt 10, der zylinderförmig ausgebildet ist und in dem Elektrodentaschen 11 ausgebildet sind. In den Elektrodentaschen 11 sind Koppelelektroden 12 vorgesehen, die mit einem Steckerstift 13 elektrisch leitend verbunden ist, der in eine Steckerbuchse 14 hineinragt. Mittels einer passenden Steckverbindung ist die Koppelelektrode daher mit einem Messgerät verbindbar.
Zur Befestigung von Anschlussleitern, wie Sammelschienen oder dergleichen, ist der Hochspannungskontaktbolzen 2 beidseitig mit Innengewinden 15 versehen.
2 zeigt die Durchführung gemäß 1 von unten in der in 1 durch den Pfeil angedeuteten x-Richtung. Insbesondere ist erkennbar, dass die Verstärkungsrippen 9 bezüglich des Mittelpunktes des Hochspannungskontaktbolzens 2 miteinander jeweils einen Winkel von 90° aufspannen. Ferner weisen auch die Verstärkungsrippen 9 eine in Rückwärtsrichtung abnehmende Dicke auf, so dass – wie bereits im Zusammenhang mit dem Innenwandbereich 4 erläutert wurde – ein Formkern einfach aus dem Hohlraum 8 nach dem Spritzgießformen entfernt werden kann.
3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Durchführung. Die Durchführung unterscheidet sich gegenüber der in 1 gezeigten Durchführung lediglich dadurch, dass die Koppelelektrode 12 in einer Elektrodentasche 11 angeordnet ist, die zum Hochspannungskontaktbolzen 2 hin teilweise offen liegt. Auf diese Weise kann die Koppelelektrode 12 besser im Spritzwerkzeug zentriert und lagenbegrenzt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchführung, die sich bezüglich der Ausgestaltung des Flansches 7 gegenüber den in 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen unterscheidet. Der Flansch 7 ist in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel an dem Elektrodenabschnitt 10 angeformt und besteht somit ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff. Insbesondere weist der Elektrodenabschnitt 10 ein Außengewinde 16 auf, so dass die Durchführung 1 in eine Durchgangsöffnung eines Gehäuses mit Innengewinde einschraubbar ist. Zum Abdichten weist der Flansch 7 eine Dichtungsfuge 17 auf, die mit einem Dichtungsmaterial wie beispielsweise einem O-Ring belegbar ist, so dass die notwendige Gasdichtigkeit zwischen der Durchführung und einem Gehäuse bereitgestellt ist.

Claims

Durchführung (1) für die Energieverteilung und -übertragung mit einem Isolierkörper (3), in den zumindest teilweise ein Hochspannungskontaktbolzen (2) eingebettet ist, und einem mit dem Isolierkörper (3) verbundenen Flansch (7) zum Befestigen der Durchführung (1) in einer Durchgangsöffnung einer Behälterwand auf Erdpotenzial, wobei der Isolierkörper (3) einen durch Spritzgussformung flächig an dem Hochspannungskontaktbolzen anliegenden Innenwandbereich (4) und einen mit dem Flansch (7) verbundenen Außenwandbereich (5) aufweist, der über einen Verbindungsabschnitt (6) mit dem Innenwandbereich (4) verbunden ist, wobei sich der Außenwandbereich (5) vom Flansch (7) zum Verbindungsabschnitt (6) in einer Vorwärtsrichtung und sich der Innenwandbereich (4) vom Verbindungsabschnitt zum Flansch (7) in einer Rückwärtsrichtung erstreckt, so dass ein von dem Innenwandbereich, dem Außenwandbereich und dem Verbindungsabschnitt begrenzter Hohlraum ausgebildet ist, der zum Flansch hin einseitig geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenwandbereich (5) über einen Elektrodenabschnitt (10) mit konstanter Dicke und zylinderförmiger Außenkontur mit wenigstens einer Koppelelektrode (12) verfügt, mit einem Außengewinde in dem zylinderförmigen Elektrodenabschnitt, der mit dem an dem Außenbereich angeformten Flansch (7) verbunden ist, wobei der Flansch (7) einen Dichtungsabschnitt (17) aufweist.
Durchführung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwandbereich (4) eine in Rückwärtsrichtung abnehmende Dicke aufweist.
Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verstärkungsrippen (9) zwischen dem Innenwandbereich (4) und dem Außenwandbereich (5).
Durchführung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippen (9) eine in Rückwärtsrichtung abnehmende Dicke aufweisen.
Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (3) aus einem verstärkten Thermoplast im Spritzgießverfahren gefertigt ist.
Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand zwischen dem Innenwandbereich (4) und dem Außenwandbereich (5) in Vorwärtsrichtung abnimmt, wobei eine konusförmige Außenkontur bereitgestellt ist.
Durchführung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Koppelelektrode (12) in einer vorgeformten Elektrodentasche (11) angeordnet ist.
Durchführung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Koppelelektrode (12) aus einem im Mehrkomponentenspritzgießverfahren gefertigten leitenden Polymer besteht.
Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit der Koppelelektrode (12) verbundenen Steckerstift zum Anschluss eines Messgerätes.
Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (3) aus einem glasfaserverstärkten Polyamid besteht.
Durchführung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dass der Flansch (7) metallisch ist und in dem Isolierkörper (3) eingebettet ist.
Gasdichter Behälter zur Aufnahme elektrischer Bauteile aus dem Bereich der Energieverteilung und -übertragung mit einer Durchgangsöffnung, in der eine Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gasdicht befestigt ist, wobei der Hohlraum mit einem Innenvolumen des gasdichten Behälters kommuniziert und sowohl der gasdichte Behälter als auch der Hohlraum mit einem Schutzgas befüllt sind.