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Die
Erfindung betrifft einen Kapselungsabschnitt einer gasisolierten
Hochspannungsanlage, die mindestens zwei entlang einer Achse nebeneinander
angeordnete Kapselungsbausteine aufweist, wobei jeder Kapselungsbaustein
mit je mindestens einem Anschlussflansch versehen ist und wobei
zwischen zwei einander zugewandten Anschlussflanschen ein zumindest
einseitig axialkraftübertragendes und dichtendes Ausgleichselement
angeordnet ist.
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Ein
gattungsgemäßer Kapselungsabschnitt ist aus der
DE 198 15 151 C1 bekannt.
Bei gekapselten und gasisolierten Hochspannungsanlagen muss zum
Ausgleich von Wärmeausdehnungen zwischen den verschiedenen
Teilen der Hochspannungsanlage eine Möglichkeit zum Verschieben
in eine Achsrichtung vorgesehen werden. Ein bevorzugter Anwendungsfall
sind dabei Sammelschienen von Hochspannungsschaltanlagen.
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Die
genannte Druckschrift zeigt eine Lösung, bei der ein Faltenbalg
eingesetzt wird, der thermisch bedingte axiale Verschiebungen ausgleichen
kann. Bekannt sind derartige Ausgleichselemente für thermische
Spannungen auch unter der Bezeichnung Bördelkompensatoren.
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Eine
alternative Lösung stellt auf Schiebestücke ab,
die zwischen zwei Kapselungsbausteinen eine relative Verschiebung
zulassen und auf diese Weise thermisch bedingte Spannungen abbauen (sog.
Schiebekompensatoren).
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, mit
geringerem Aufwand eine hinreichende Möglichkeit zum thermisch bedingten
axialen Ausgleich zwischen zwei Kapselungsbausteinen zu schaffen.
Die Vorrichtung soll dabei einfach aufgebaut sein, so dass sie preiswert
hergestellt werden kann. Weiterhin soll sie einen möglichst
geringen Bauraum einnehmen. Schließlich soll – was
ebenfalls die Herstellkosten niedrig halten soll – die
Montage der Anlage in einfacher Weise möglich sein.
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Die
Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist bei einem
gattungsgemäßen Kapselungsabschnitt dadurch gekennzeichnet,
dass das Ausgleichselement, das zwischen zwei Kapselungsbausteinen angeordnet
ist, aus einem Ring aus federelastischem Material besteht, wobei
der Ring zwei im axialen Abstand zueinander angeordnete Anbindungsabschnitte
umfasst, die direkt oder indirekt jeweils an den Anschlussflanschen
festgelegt sind, und wobei der Bereich zwischen den Anschlussflanschen
abgesehen von dem Ausgleichselement frei von axialkraftübertragenden
Elementen ist.
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Damit
wird – wie noch im Detail zu sehen sein wird – eine
gasdichte Verbindung der beiden Kapselungsbausteine möglich,
wobei eine einfache und ausreichende Möglichkeit des Ausgleichs
von thermischen Bewegungen in Achsrichtung möglich ist.
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Auf
den Einsatz von Zugankern zwischen den Kapselungsbausteinen wird
erfindungsgemäß mit der Maßgabe also
verzichtet, dass über ein Ausgleichselement in Form eines
Federelements die Verbindung zwischen zwei Kapselungsbausteinen hergestellt
wird.
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Eine
erste Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Anbindungsabschnitte
des Ausgleichselements über einen Verbindungsabschnitt miteinander
verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt kann im Radialschnitt halbkreisförmig
ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass der im
Radialschnitt halbkreisförmige Verbindungsabschnitt radial
nach außen geöffnet ist.
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Die
beiden Anbindungsabschnitte und der Verbindungsabschnitt können
einstückig miteinander ausgeführt sein. Dabei
kann das Ausgleichselement aus einem umgeformten Blechteil bestehen.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass die Anbindungsabschnitte mit Schrauben
an den Anschlussflanschen festgelegt sind. Eine Anzahl Schrauben kann
dabei äquidistant über dem Umfang des Ausgleichselements
angeordnet sein. Die den einen Anbindungsabschnitt festlegenden
Schrauben und die den anderen Anbindungsabschnitt festlegenden Schrauben
können dabei in Umfangsrichtung relativ zueinander versetzt
angeordnet sein. Weiterhin sieht eine Fortbildung vor, dass die
den einen Anbindungsabschnitt festlegenden Schrauben in Umfangsrichtung
betrachtet jeweils mittig zwischen zwei Schrauben angeordnet sind,
die den anderen Anbindungsabschnitt festlegen. Damit kann eine Optimierung
der axial-elastischen Wirkung des Ausgleichselements erzielt werden.
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Die
beiden Anbindungsabschnitte können parallel zueinander
angeordnet sein und sich senkrecht zur Achse radial erstrecken.
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Zwischen
den beiden Anschlussflanschen kann weiterhin – was im Stand
der Technik an sich bekannt ist – der Befestigungsflansch
eines Isolators angeordnet sein.
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Zwischen
den beiden Anbindungsabschnitten des Ausgleichselements und dem
Anschlussflansch bzw. dem Befestigungsflansch des Isolators kann
ein Dichtungselement angeordnet sein. Dieses ist bevorzugt ein O-Ring.
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Die
Kompensationsfähigkeit der Einrichtungen gemäß dem
Stand der Technik liegt in einer Größenordnung,
die normalerweise nicht benötigt wird. Die Fähigkeit
der genannten Vorrichtungen zum Ausgleich axialer, thermisch bedingter
Dehnungen liegt also meist weit über den auftretenden Dehnungen
infolge der Erwärmung bzw. Abkühlung in der Sammelschiene.
Weiterhin ist der bauliche Aufwand, der zur Herstellung der vorbekannten
Einrichtungen getrieben werden muss, erheblich, so dass die Anlagen
zumeist teuer sind. Die verwirklichte Möglichkeit, thermisch
bedingten Ausgleich aufzunehmen, ist indes überdimensioniert.
Aufgrund des Aufbaus der vorbekannten Einrichtungen wird auch ein
nicht unerheblicher Bauraum benötigt, was nachteilig ist.
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Dem
gegenüber liefert das erfindungsgemäße
Konzept Vorteile:
Die vorgeschlagene Lösung zeichnet
sich dadurch aus, dass sie einen recht einfachen Aufbau hat und damit
relativ kostengünstig realisiert werden kann. Die Möglichkeit,
thermisch bedingte axiale Verschiebungen auszugleichen, ist dennoch
absolut ausreichend.
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Es
ergibt sich damit eine einfache und kostengünstige Lösung.
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Weiterhin
beansprucht die vorgeschlagene Einrichtung in Form des elastischen
Federreifens im Vergleich mit vorbekannten Bördel- oder
Schiebekompensatoren einen geringeren Einbauraum, was sich ebenfalls
positiv bemerkbar macht.
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Die
Montage der dargestellten Vorrichtung ist auch sehr einfach möglich,
so dass die diesbezüglichen Kosten gering bleiben.
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Auf
die Verwendung von Zugankern, wie sie bei den vorbekannten Bördel-
oder Schiebekompensatoren üblich sind, wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
eines Kapselungsabschnitts bewusst verzichtet, da die notwendige
Elastizität durch das federelastische Ausgleichselement
hergestellt und über dieses auch Axialkräfte übertragen
werden können. Die Anbindung des Ausgleichselements in
Form des elastischen Federreifens ist im Vergleich mit den vorbekannten
Zugankern auch deshalb vorteilhaft, weil die Anbindung gleichmäßig
um den Umfang der Flansche herum verteilt ist. In vorteilhafter
Weise können damit hochfeste und damit teure Werkstoffe und
materialintensive Konstruktionen zur Befestigung der Zuganker vermieden
werden. Die Gaskräfte werden durch den Federreifen selber
gehalten.
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Vorteilhaft
ist schließlich, dass das Ausgleichselement bei geeigneter
Materialwahl neben einer freiluftfesten Kapselung auch die Funktion
der Stromschienen (Gehäuserückstrom) übernehmen kann.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Es zeigen:
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1 in
perspektivischer Ansicht schematisch zwei miteinander verbundene
Kapselungsbausteine mit einem Kapselungsabschnitt, wobei hier als Einbaubeispiel
eine Sammelschiene einer Hochspannungsanlage gezeigt ist,
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2 schematisch
den Radialschnitt durch einen Teil des Kapselungsabschnitts zwischen
den beiden Kapselungsbausteinen,
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3 eine
schematische perspektivische Darstellung des Kapselungsabschnitts
gemäß 2 und
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4 schematisch
das als elastischer Federreifen ausgebildete Ausgleichselement in
perspektivischer Darstellung.
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In 1 ist
ein Teil einer Hochspannungsanlage dargestellt, nämlich
einer Sammelschiene. Zu sehen sind zwei Kapselungsbausteine 2 und 3,
die gasisoliert sind und die über einen Kapselungsabschnitt 1 miteinander
gasdicht verbunden sind. Der Kapselungsabschnitt 1 stellt
nicht nur eine gasdichte Verbindung zwischen den Kapselungsbausteinen 2, 3 sicher,
mit ihm ist es auch möglich, thermische Verschiebungen
zwischen den Teilen 2, 3 in Richtung der Achse
a auszugleichen.
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Der
Kapselungsabschnitt 1 ist dabei zwischen zwei Anschlussflanschen 4 und 5 angeordnet, wobei
je ein Anschlussflansch 4 bzw. 5 am Kapselungsbaustein 2 bzw. 3 an
der Seite des Kapselungsbausteins 2, 3 angeordnet
ist, an den der dargestellte Kapselungsabschnitt 1 angrenzt.
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Details
zum Aufbau des Kapselungsabschnitts 1 gehen aus 2 hervor.
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Grundsätzlich
ist – wie bereits erläutert – der Kapselungsabschnitt 1 zwischen
den beiden Anschlussflanschen 4 und 5 der Kapselungsbausteine 2, 3 montiert.
Zentraler Bestandteil des Kapselungsabschnitts 3 ist ein
Ausgleichselement 6, das sowohl für den gasdichten
Verbund der beiden Kapselungsbausteine 2, 3 als
auch dafür sorgt, dass Wärmedehnungen zwischen den
Kapselungsbausteinen 2, 3 in Achsrichtung a ausgeglichen
werden können.
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Das
Ausgleichselement 6 ist als ringförmiges Teil
aus federelastischem Material ausgebildet, das im Radialschnitt
die in 2 dargestellte Form hat. Die geschnittene perspektivische
Darstellung geht aus 3 hervor, 4 zeigt
das Ausgleichselement komplett in perspektivischer Ansicht.
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Das
Ausgleichselement 6 weist zwei Anbindungsabschnitte 7 und 8 auf,
die im axialen Abstand und parallel zueinander angeordnet sind und
die sich radial erstrecken. Im radial inneren Endbereich sind die
beiden Anbindungsabschnitte 7, 8 mittels eines Verbindungsbereichs 9 miteinander
verbunden. Der Verbindungsbereich 9 weist dabei im Radialschnitt – wie
aus 2 ersichtlich – eine im Wesentlichen halbkreisförmige
Gestalt auf.
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Das
gesamte Ausgleichselement 6 besteht dabei aus Federstahl,
das in der Weise einem Umformvorgang unterzogen wurde, dass sich
das skizzierte Bauteil ergibt. Ausgangsprodukt ist ein ebenes Blech
aus Federstahl bzw. ein ebener Metallabschnitt der nach der Umformung
einer Vergütung unterzogen wird, damit sich die federelastischen
Eigenschaften ergeben.
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Wie
aus der Synopse der 2 bis 4 zu entnehmen
ist, wird das Ausgleichselement 6 mit Schrauben 10 mittelbar
am Anschlussflansch 4 festgelegt, nämlich durch
Anschrauben an einem Befestigungsflansch 12, der wiederum
an dem Anschlussflansch 4 mit nicht dargestellten Schrauben
befestigt ist. Indes ist das Ausgleichselement 6 mit Schrauben 11 unmittelbar
am Anschlussflansch 5 befestigt.
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Der
Befestigungsflansch 12 trägt einen Isolator 13,
der häufig bei den erfindungsgegenständlichen
Hochspannungsanlagen zum Einsatz kommt. Man kann also sagen, dass
der Anbindungsabschnitt 7 des Ausgleichselements 6 nicht
unmittelbar, sondern mittelbar am Anschlussflansch 4 des
Kapselungsbausteins 2 anliegt.
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Das
dargestellte Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Schrauben 10 und 11 – in
Richtung der Achse a gesehen – über den Umfang
versetzt angeordnet sind. D. h. namentlich, dass eine Schraube 10, verlängert
man ihre Achse in Richtung a bis zum anderen Anschlussflansch 5,
dort zwischen zwei Schrauben 11 zu liegen kommt. Durch
diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Elastizität
des als elastischer Federreifen ausgebildeten Ausgleichselements 6 optimal
genutzt wird, um wärmebedingte axiale Ausdehnungen zwischen
den Kapselungsbausteinen 2 und 3 ausgleichen zu
können.
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Angedeutet
ist weiterhin, dass sowohl zwischen dem Anbindungsabschnitt 7 und
dem Anschlussflansch 4 bzw. dem Befestigungsflansch 12/Isolator 13 als
auch zwischen dem Anschlussflansch 5 und dem Anbindungsabschnitt 8 des
Ausgleichselements 6 ein Dichtungselement 14 angeordnet
ist, das z. B. ein O-Ring sein kann. Das Dichtungselement 14 trägt
dafür Sorge, dass zwischen dem Anschlussflansch 4 bzw. 5 und
dem Ausgleichselement 6 Gasdichtigkeit vorliegt, wenn das
Ausgleichselement 6 zwischen die beiden Kapselungsbausteine 2, 3 montiert
ist.
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Die
vorgeschlagene Vorrichtung zum Ausgleich temperaturbedingter Ausdehnungen
kann in gewisser Weise als modifizierter Bördelkompensator für
den Ausgleich von Wärmespannungen angesprochen werden.
Das Ausgleichselement in Form des elastischen Federreifens ersetzt
dabei den Bördelkompensator und übernimmt gleichzeitig
die Aufgabe der Zuganker. Er ist wechselseitig an den benachbarten
Flanschen angebracht.
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- 1
- Kapselungsabschnitt
- 2
- Kapselungsbaustein
- 3
- Kapselungsbaustein
- 4
- Anschlussflansch
- 5
- Anschlussflansch
- 6
- Ausgleichselement
- 7
- Anbindungsabschnitt
- 8
- Anbindungsabschnitt
- 9
- Verbindungsabschnitt
- 10
- Schraube
- 11
- Schraube
- 12
- Befestigungsflansch
- 13
- Isolator
- 14
- Dichtungselement
- a
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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