DE102015009045B4

DE102015009045B4 - Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters und Überspannungsableiter hergestellt gemäß dem Verfahren

Info

Publication number: DE102015009045B4
Application number: DE102015009045.3A
Authority: DE
Inventors: Torsten Hölzer; Karsten Laue; Stephan Hilmer
Original assignee: Tridelta Meidensha GmbH
Current assignee: Tridelta Meidensha GmbH
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: FR3039002A1; BR102016016287A2; DE102015009045A1; CN106346664A; FR3039002B1; US20170140853A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters mit den Schritten:Bereitstellen eines Moduls (1) mit einem oder mehreren Varistorblöcken (3) und zwei Endarmaturen (5);Einbringen des Moduls (1) in eine Form (7) zum Ausbilden eines Gehäuses;Evakuieren der Form (7) in einer Vakuumkammer (9);Einbringen von flüssigem Silikon in die evakuierte Form (7) in der Vakuumkammer (9);Ausheizen der Form (7) zum Vernetzen des Silikons;Entnehmen des Überspannungsableiters aus der Form (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters und einen gemäß dem Verfahren hergestellten Überspannungsableiter.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 056 111 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Überspannungsableitern mit einem Silikonaußengehäuse bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird ein Modul mit einem Stapel mit zwei Endarmaturen und mindestens einem Ableiterblock/Varistorblock gebildet. Eine Mehrzahl von glasfaserverstärkten Kunststoffstäben ist an den Endarmaturen befestigt und hält den einen oder die mehreren Varistorblöcke zwischen den beiden Endarmaturen. Das so hergestellte Modul wird in eine Form bzw. ein Gusswerkzeug eingebracht, und unter hohem Druck wird flüssiges Silikon in die Form eingefüllt. Die Form weist eine Heizeinrichtung auf, durch die beispielsweise heißes Wasser oder warmes Öl fließen kann (oder elektrisch beheizt), sodass das Silikon in der Form vernetzt.
Bei diesem Herstellungsverfahren ist es erforderlich, dass Silikon mit hohem Druck in die Form einzufüllen, um alle in der Form verbliebene Luft restlos zu verdrängen. Hierfür ist es darüber hinaus erforderlich, dass die Form mit großer Kraft geschlossen gehalten wird, was eine entsprechende aufwendige Schließvorrichtung erfordert. Auch muss die Form in der Lage sein, den hohen Drücken zu widerstehen. Derartige Formen sind deshalb üblicherweise aus Stahl gefertigt.
Aufgrund dieser Bauweise, ist die Form sehr schwer. Es ist nicht möglich, die Form aus der Schließvorrichtung zu entfernen, um während des Ausheizens des Silikons bereits mit einer anderen Form mit der Herstellung des nächsten Überspannungsableiters mit derselben Mischeinrichtung für das Silikon und derselben Schließvorrichtung zu beginnen.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, dass der Umbau einer Form in der Schließvorrichtung bzw. ein Formenwechsel für einen anderen Überspannungsableiter aufwendig ist.
Zwar ist in dem oben erwähnten Dokument offenbart, dass die Form modular ausgebildet sein kann, sodass verschiedene Längen von Überspannungsableitern hergestellt werden können. Jedoch ist auch ein Umbau der modularen Form mit erheblichem Aufwand verbunden, sodass lange Stillstandzeiten und hohe Kosten bei der Herstellung entstehen.
Auch hat sich gezeigt, dass die in dem Silikon gelöste Luft zu einem sehr großen Druckanstieg in der Form während des Vernetzungsvorgangs beiträgt.
Aus der DE 10 2009 051 155 A1 ist es bekannt einen Hohlisolator mit einem Silikongehäuse zu umgeben, wobei das Silikon vor dem Einbringen in eine Form zur Ausbildung des Gehäuses entgast wird. Hierzu wird der Vorratsbehälter für das Silikon evakuiert. Für die Form wird auch hier Stahl verwendet, der die hohe Schließkräfte aushalten kann. Die Form ist mit Entlüftungsbrücken versehen, um Gaseinschlüsse zu vermeiden und um die Ausbildung des Silikongehäuses ohne sogenannten „Flash“ zu ermöglichen, d.h. ohne dass Silikon in Zwischenräume der Form eindringt, und ohne dass nach dem Fertigstellen des Isolators von Hand von dem Isolatorgehäuse unnötige Teile (Schwimmhäute) entfernt werden müssen.
Weiterhin ist aus DE 10 2005 002 970 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Elastomer-Dichtungen, insbesondere die Herstellung von Prototypen für Elastomer-Dichtungen bekannt, bei dem eine einfache Aluminiumform verwendet wird, in die drucklos Silikonkautschuk eingegossen werden kann.
Schließlich zeigt EP 0 632 760 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung, um mehrere Komponenten, wie z. B. Leitungsausgangstransformatoren, in einer Imprägniermasse, in kurzer Zeit, beispielsweise in weniger als 30 Minuten, bei einer höheren Temperatur (z Beispiel 60 bis 80 ° C) abzudichten. Das Verfahren umfasst die Schritte des Einführens einer komponententragenden Palette in eine evakuierbare Gießkammer, des Evakuierens der Gießkammer, des Versiegelns der Komponenten in der Verbindung in einem Vakuum, des Entlüftens der Gießkammer und des Entfernens der Komponenten vorzugsweise auf einer Palette aus der Gießkammer befördert und des Einführens in einen Mehrkammerofen, in dem die Komponenten bei Überdruck einer höheren Temperatur ausgesetzt sind, bei der die Imprägniermasse aushärtet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters und einen nach dem Verfahren hergestellten Überspannungsableiter bereitzustellen, die eine einfachere und kostengünstigere Herstellung des Überspannungsableiters ermöglichen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, und einen Überspannungsableiter gemäß Anspruch 8.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters die Schritte: Bereitstellen eines Moduls mit einem oder mehreren Varistorblöcken und zwei Anschlussterminals bzw. Endarmaturen, Einbringen des Moduls in eine Form zum Ausbilden eines Gehäuses, Evakuieren der Form in einer Vakuumkammer, Einbringen von flüssigem Silikon in die evakuierte Form in der Vakuumkammer, Ausheizen der Form zum Vernetzen des Silikons, Entnehmen des Überspannungsableiters aus der Form.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren zusätzlich den Schritt auf, dass die Form nach dem Einfüllen des flüssigen Silikons für den Schritt des Ausheizens aus der Vakuumkammer entnommen und in einen Ofen eingebracht wird.
Weiter bevorzugt wird bei dem Verfahren das Silikon im Wesentlichen drucklos in die Form eingebracht wird.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird das Silikon vor dem Einbringen in die Form entgast.
Auch ist es vorzuziehen, dass das Modul eine Mehrzahl von glasfaserverstärkten Kunststoffstäben aufweist, die den einen oder die mehreren Varistorblöcke zwischen den Endarmaturen halten.
Erfindungsgemäß ist der Druck in der Vakuumkammer beim Einbringen des Silikons in die Form kleiner als 250 mbar, bevorzugt kleiner 10 mbar, besonders bevorzugt kleiner als 5 mbar.
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht es, die Form aus Aluminium zu fertigen und mit einfachen Schrauben oder einem Spannhebel geschlossen zu halten.
Schließlich wird erfindungsgemäß ein Überspannungsableiter nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, aufweist: ein Modul mit einem oder mehreren Varistorblöcken und zwei Endarmaturen, wobei die Varistorblöcke durch glasfaserverstärkte Kunststoffstäbe zwischen den Endarmaturen gehalten sind, und ein Gehäuse aus Silikon, das entgast wurde und in eine unter Vakuumumgebung in eine Form eingebracht wurde.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen und den beiliegenden Figuren beschrieben, in denen zeigen:

1: eine Aufrisszeichnung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Überspannungsableiters;
2: ein Flussdiagram zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3: eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

2 zeigt anhand eines Flussdiagrams ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters.
In einem 1. Schritt wird ein Modul 1, das in 1 zu erkennen ist, mit einem Stapel aus einer Mehrzahl von Varistorblöcken 3, die mittels einer Mehrzahl glasfaserverstärkte Kunststoffstäbe 15 zwischen zwei Endarmaturen 5 gehalten sind, vorbereitet.
Die glasfaserverstärkten Kunststoffstäbe 15 sind in Löchern oder Bohrungen der Endarmaturen 5 gehalten. Dies kann mittels Keil-Verbindungen oder mittels Krimpen oder in anderen bekannten Techniken ausgeführt sein. Auf diese Art wird ein Käfig aus glasfaserverstärkten Kunststoffstäbe 15, in dem die Varistorblöcke 3 aufgenommen sind, gebildet.
Für gewöhnlich sind in dem Modul 1 auch nicht gezeigte Federelemente und Abstandselemente enthalten, so dass die Varistorblöcke 3 unter mechanischer Spannung zwischen den Endarmaturen 5 gehalten sind.
In einem zweiten Schritt wird das Material für das Außengehäuse, nämlich flüssiges Silikon bzw. LSR (liquid silicone rubber) vorbereitet. Typische Bestandteile sind lineare Siloxane: ca. 70 %, Füllstoffe: ca. 30 % und Additive: ca. 1 %. Generell werden viele LSR-Materialtypen in verschiedenen Härten angeboten.
Ein Beispiel eines erfindungsgemäß zu verwendenden Silikons ist POWERSIL® XLR® 630 von der Firma Wacker.
Hierzu wird üblicherweise ein niedrigviskoses und heiß vulkanisierendes Zwei-Komponenten-Silikon in gebrauchsfertigen Gebinde-Einheiten bereitgestellt. Mit einer Mehr-Komponenten-Misch-und Dosieranlage als Mischeinrichtung werden die Komponenten und mögliche Additive, auch zur Farbgestaltung, untergemischt.
Erfindungsgemäß ist das Gemisch entgast, wobei bevorzugt bereits die Teilkomponenten entgaste werden, bevor sie gemischt werden.
Um die Prozesszeit zu verkürzen kann das Gemisch auch vorgewärmt werden.
In einem dritten Schritt wird das Modul 1 in eine geeignete Form 7 eingebracht, die zur Ausbildung des Silikon-Außengehäuses ausgestaltet ist. Überspannungsableiter weisen für gewöhnliche eine Mehrzahl von Schirmen auf, die einen kreiszylindrischen Kern umgeben. Die Schirme, die nach Bedarf unterschiedliche Durchmesser haben können, dienen zur Vergrößerung des Kriechweges und verhindern das Ausbilden von durchgehenden Wasserbahnen zwischen den Anschlüssen.
Die Form 7 kann eine einfache Aluminiumform sein. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es bei der Erfindung nicht erforderlich, dass die Form 7 einen hohen Schließdruck erlaubt. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von leichten und preiswerten Formen, was insbesondere bei der Herstellung von Überspannungsableitern mit einer Vielzahl unterschiedlicher Längen, Durchmesse und Schirmformen hilfreich ist.
In einem nächsten Schritt wird die Form 7 mit dem darin enthaltenen Modul 1 in eine Vakuumkammer 9 eingebracht. Eine Einlassöffnung, bzw. mehrere Einlassöffnungen, der Form 7 in der Vakuumkammer 9 werden mit korrespondierenden Zuleitungen für das flüssige Silikon verbunden.
In einem weiteren Schritt wird die Vakuumkammer 9 und damit die in dieser aufgenommene Form 7 evakuiert. Der Druck im Inneren der Vakuumkammer 9, und damit auch im Inneren der Form 7 liegt vorzugsweise bei 250 mbar oder weniger, bevorzugt 10 mbar oder weniger und besonders bevorzugt bei 5 mbar oder weniger.
Nun wird es dem Silikon ermöglicht in die Form 7 zu fließen. Hierzu werden geeignete Absperrventile in den Zuleitungen geöffnet und das Silikon aus dem Vorratsbehälter mittels einer Pumpe in die Form in der Vakuumkammer gefördert.
Da die Form evakuiert ist, bilden sich auch in den toten Ecken keine Gaseinschlüsse und Blase, die mit hohem Druck herausgepresst werden müssten.
Nach dem Füllen der Form 7 wird die Form, mit dem darin enthaltenen Modul und dem das Gehäuse bildenden flüssigen Silikon aus der Vakuumkammer entnommen, die hierfür belüftet wird. Die Form wird in einen Ofen eingebracht, und bei entsprechenden Temperaturen für ca. 20 Minuten vulkanisiert das flüssige Silikon aus. Temperaturen des Ofens sind vorzugweise 130°C oder kleiner, weiter bevorzugt 80°C oder kleiner, besonders bevorzug im Bereich von 70°C.
Nach dem Aushärten bzw. Vernetzen wird die Form geöffnet, und der fertige Überspannungsableiter kann entnommen werden. Das auf diese Art hergestellte Silikongehäuse umschließt das Modul 1 und bildet einen Schutz gegen Umwelteinflüsse. Weder bei dem Einbringen des Silikons in die Form noch beim anschließenden Vernetzen treten starke Kräfte auf, die eine hohe Schließkraft erforderlich machen würden. Es liegt im Wesentlichen daran, dass sowohl das verwendete flüssige Silikon als auch die Form vor dem Befüllen entgast beziehungsweise evakuiert wurden, sodass keine Gas- und Lufteinflüsse im Silikon vorhanden sind, die zu entsprechenden Druckanstiegen führen würden. Da das Silikon auch nicht mit hohem Druck in die Form eingefüllt wird, bildet sich auch kein „Flash“, das heißt dünne „Schwimmhäute“ in den Nahtstellen der Form. Dies erspart es, diese Schwimmhäute nach dem Fertigstellen des Überspannungsableiters wieder zu entfernen und spart auch das relativ hochpreisige Material bei der Herstellung ein.
3 zeigt detailliert noch einmal die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden zwei Vakuumpumpen 19 und 23 für die Mischeinrichtung 17 des Silikons einerseits und die Vakuumkammer 9 andererseits verwendet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, und ist denkbar, die selbe Vakuumpumpe für beide Zwecke zu verwenden.
Die Vakuumkammer 9 hat eine große verschließbare Tür oder Schleuse, durch die die Form 7 mit dem darin enthaltenen Modul 1 in die Vakuumkammer 9 eingebracht werden kann, und durch die die Form 7 nach dem Befüllen mit dem Silikon auch wieder entnommen werden kann. In der Vakuumkammer 9 selbst sind Zuleitungen für das flüssige Silikon vorgesehen, die mit der Form 7 verbindbar sind, sodass das flüssige Silikon durch entsprechende Einlassöffnungen in die Form 7 fließen kann. Die gezeigte Mischeinrichtung für das Silikon ist derart ausgestaltet, dass in Vorratsbehältern die Silikonkomponenten während des Rührens entgast werden können. Dies erleichtert das Entfernen der Restluft. Das entgaste Silikon wird anschließend gemischt und dann in die Form 7 gepumpt. Dies kann dadurch geschehen, dass eine dedizierte Pumpe 23 zwischen der Mischeinrichtung und der Form vorgesehen ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Vakuumkammer 9, nachdem eine erste Form 7 mit einem Überspannungsableiter umgeben vom noch nicht vernetzten Silikon entnommen wurde, gleich eine zweite Form mit darin enthaltenen Modul 1 in die Vakuumkammer 9 eingebracht werden kann, sodass mit mehreren Formen parallel gearbeitet werden kann, die dann entweder zusammen oder nacheinander in einen Ofen 21 eingebracht werden. Es ist auch möglich mehrere Formen gleichzeitig in die Vakuumkammer einzubringen, die dann nacheinander befüllt werden und anschließend gemeinsam aus der Vakuumkammer entnommen werden.
Erfindungsgemäß kann der Forminnendruck klein gehalten werden. Die Form 7 selber kann kleiner und leichter ausgeführt werden als beim Stand der Technik.
Große und schwere Schließmaschinen werden nicht benötigt. Darüber hinaus können die Formen 7 aus Aluminium leicht und wesentlich kleiner und damit kostengünstig hergestellt werden.
In derselben Vakuumkammer 9 können nacheinander oder gleichzeitig verschiedene Formen mit Silikon gefüllt werden, wodurch verschiedene Überspannunsableitertypen, mit unterschiedlichen Durchmessern, unterschiedlichen Längen oder unterschiedlicher Schirmgeometrie hergestellt werden können. So ist es möglich auch auf Sonderwünsche von Kunden einzugehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es darüber hinaus die Werkzeugkosten soweit zu senken, dass Kleinserien ökonomisch hergestellt werden können.
Letztlich ist das Vergießen des Silikongehäuses in der Vakuumkammer 9 auch dahingehend vorteilhaft, als dass das Risiko von Luftblasen im vergossenen Überspannungsableiter deutliche verringert wird. Das Verfahren führt zu einem geringeren Ausschuss, verminderter Nacharbeit und zu einer besseren Qualität.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsableiters mit den Schritten: Bereitstellen eines Moduls (1) mit einem oder mehreren Varistorblöcken (3) und zwei Endarmaturen (5); Einbringen des Moduls (1) in eine Form (7) zum Ausbilden eines Gehäuses; Evakuieren der Form (7) in einer Vakuumkammer (9); Einbringen von flüssigem Silikon in die evakuierte Form (7) in der Vakuumkammer (9); Ausheizen der Form (7) zum Vernetzen des Silikons; Entnehmen des Überspannungsableiters aus der Form (7).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Form nach dem Einfüllen des flüssigen Silikons fürden Schritt des Ausheizens aus der Vakuumkammer (9) entnommen und in einen Ofen (21) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Silikon im Wesentlichen drucklos in die Form (7) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Silikon vor dem Einbringen in die Form (7) entgast wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Modul (1) eine Mehrzahl von glasfaserverstärkten Kunststoffstäben (15) aufweist, die den einen oder die mehreren Varistorblöcke (3) zwischen den Endarmaturen (5) halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Druck in der Vakuumkammer (9) beim Einbringen des Silikons in die Form (7) 250 mbar oder kleiner, bevorzugt 10 mbar oder kleiner, besonders bevorzugt 5 mbar oder kleiner ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Form (7) aus Aluminium gefertigt ist.
Überspannungsableiter hergestellt nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Überspannungsableiter aufweist: ein Modul (1) mit einem oder mehreren Varistorblöcken (3) und zwei Endarmaturen (5), wobei die Varistorblöcke (3) durch glasfaserverstärkte Kunststoffstäbe (15) zwischen den Endarmaturen (5) gehalten sind; und ein Gehäuse aus entgastem und drucklos vergossenem Silikon.