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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsisolators und einen entsprechenden Hochspannungsisolator.
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Hochspannungsisolatoren weisen üblicherweise ein Isolierrohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff, darüber eine Beschirmung aus Silikon, sowie mit dem Isolierrohr verbundene und als Befestigungsvorrichtung dienende Flansche auf.
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Hochspannungsisolatoren für Hochspannungsgeräte, wie beispielsweise Transformatoren, sind während ihrer Lebensdauer starken physikalischen und chemischen Beanspruchungen ausgesetzt. Diese Beanspruchungen können elektrischer oder mechanischer Natur sein und werden durch die örtlichen Umgebungs- und Umweltbedingungen beeinflusst. Insbesondere in der Nähe der Flansche, in dem sogenannten Tripelpunktbereich, in dem das Isolierrohr, die Silikonbeschirmung und der Flansch aufeinandertreffen, kann es aufgrund der in diesem Bereich vorherrschenden, hohen Feldstärke zu elektrischen Teilentladungen kommen, die das Isoliermaterial beschädigen und die Lebensdauer des Hochspannungsisolators verkürzen können.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für einen Hochspannungsisolator anzugeben, der eine lange Lebensdauer aufweist und mit geringem Aufwand herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsisolators mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Dabei wird ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Isolierrohr bereitgestellt, ein Isoliermantel auf dem Isolierrohr aufgebracht, wenigstens ein Flansch an wenigstens einem Ende des Isolierrohres befestigt und daraufhin wenigstens ein Isolierband umfangsseitig auf dem Isolierrohr aufgebracht.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt in einem nächsten Schritt ein Vulkanisieren des Hochspannungsisolators, bevorzugt in einem für diesen Zweck ausgelegten Ofen.
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Der Isoliermantel weist mehrere, sich radial nach außen erstreckende Schirmringe auf, die zur Kriechwegverlängerung dienen.
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Die Befestigung des Flansches erfolgt beispielsweise mit einem Kleber.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Isolierrohr aus einem ersten Isoliermaterial ausgebildet, sind der Isoliermantel und das wenigstens eine Isolierband aus einem zweiten Isoliermaterial ausgebildet und ist der wenigstens eine Flansch aus einem dritten Material ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Isoliermaterial als glasfaserverstärkter Kunststoff ausgebildet. Bevorzugt wird das Isolierrohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff gemäß bekannter Wickelverfahren hergestellt, wobei in Harz getränkte Faserelemente auf einen rotierenden Wickelkern mehrlagig aufgewickelt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Isoliermaterial als Silikon, bevorzugt als heißvernetzender (HTV) Silikonkautschuk ausgebildet. Die Ausbildung des Isoliermantels und des Isolierbandes aus demselben Material, nämlich HTV-Silikon, bietet den Vorteil einer höheren Kriechstromfestigkeit und damit einhergehend einer höheren Flammbeständigkeit des Hochspannungsisolators.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das dritte Material, aus dem der Flansch ausgebildet ist, als Metall, vorzugsweise als Aluminium ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Isoliermantel aus Flüssigsilikon und das wenigstens eine Isolierband aus Silikonkautschuk ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Isoliermantel in einem ersten Bereich des Isolierrohres aufgebracht, der wenigstens eine Flansch in einem zweiten Bereich des Isolierrohres befestigt und das wenigstens eine Isolierband in einem dritten Bereich des Isolierrohres aufgebracht. Dabei erstreckt sich der dritte Bereich bezogen auf eine Längsachse L des Isolierrohres wenigstens zum Teil über den ersten Bereich und/oder den zweiten Bereich und der erste Bereich und der zweite Bereich sind bezogen auf die Längssachse L des Isolierrohres voneinander beabstandet.
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Das Isolierband ist also in dem Bereich zwischen dem Isoliermantel und dem Flansch auf dem Isolierrohr angeordnet, wo üblicherweise, bedingt durch die Geometrie des Hochspannungsisolators und die unterschiedlichen Materialien, ein großes elektrisches Feld besteht, welches eine erhöhte Gefahr für Teilentladungen darstellt. Durch das Isolierband wird die elektrische Feldstärke im Tripelpunktbereich verringert. Dadurch wird, insbesondere nach erfolgter, gemeinsamer Vulkanisation von Isoliermantel und Isolierband, eine erhöhte Dichtigkeit des Hochspannungsisolators und somit eine bestmögliche Abschirmung gegenüber Umwelteinflüssen und Überspannungen erreicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Isoliermantel mittels eines Spritzgussverfahrens aufgebracht. Das bedeutet konkret, dass der Isoliermantel einschließlich der Schirmringe bevorzugt durch Umgießen des Isolierrohres mit dem zweiten Isoliermaterial hergestellt wird. Neben dem Gießverfahren sind jedoch auch jegliche andere, geeignete und aus dem Stand der Technik hinreichend bekannte Verfahren zur Herstellung des Isoliermantels möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Isolierband mittels eines Extrusionsverfahrens aufgebracht. Beispielsweise wird mit Hilfe eines Extruders das Isolierband umfangsseitig auf das sich um seine Rotationsachse R rotierende Isolierrohr aufgespritzt. Das Aufbringen des Isolierbandes mittels Extrusion hat gegenüber anderen Fertigungstechniken, wie z. B. Injektion, aus Fertigungssicht den Vorteil, dass das Isolierrohr beim Aufbringen des Isolierbandes geringeren Druckkräften ausgesetzt wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts wird außerdem ein Hochspannungsisolator mit den Merkmalen des Anspruchs 5 angegeben.
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Die Merkmale des Hochspannungsisolators korrespondieren zu den Schritten des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts. Für den Hochspannungsisolator gemäß dem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts wird deshalb auf die vorteilhaften Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie für das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens bereits erläutert worden sind. Auf eine Wiederholung wird verzichtet.
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Der Hochspannungsisolator umfasst ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Isolierrohr, einen Isoliermantel, der umfangsseitig auf dem Isolierrohr angeordnet ist, wenigstens einen Flansch, der an wenigstens einem Ende des Isolierrohres angeordnet ist, und wenigstens ein Isolierband, das umfangsseitig auf dem Isolierrohr angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Isolierrohr aus einem ersten Isoliermaterial ausgebildet, sind der Isoliermantel und das Isolierband aus einem zweiten Isoliermaterial ausgebildet und ist der Flansch aus einem dritten Material ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Isoliermantel in einem ersten Bereich des Isolierrohres angeordnet, der wenigstens eine Flansch in einem zweiten Bereich des Isolierrohres angeordnet und das wenigstens eine Isolierband in einem dritten Bereich des Isolierrohres angeordnet. Dabei erstreckt sich der dritte Bereich bezogen auf eine Längsachse L des Isolierrohres wenigstens zum Teil über den ersten Bereich und/oder den zweiten Bereich und der erste Bereich und der zweite Bereich sind bezogen auf die Längssachse L des Isolierrohres voneinander beabstandet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden der wenigstens eine Flansch und der Isoliermantel gemeinsam mit dem Isolierrohr eine umfangsseitige Nut, in der das wenigstens eine Isolierband angeordnet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
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Es zeigen
- 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Hochspannungsisolators gemäß dem verbesserten Konzept;
- 2 eine Schnittdarstellung des Hochspannungsisolators aus 1;
- 3 eine Detailansicht des Hochspannungsisolators aus 1 und 2;
- 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes einer vorteilhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept;
- 5 eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept.
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1 und 2 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform eines Hochspannungsisolators 1 gemäß dem verbesserten Konzept, wobei 1 den Hochspannungsisolator in einer perspektivischen Darstellung und 2 den Hochspannungsisolator in einer Schnittdarstellung zeigt.
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Der Hochspannungsisolator 1 umfasst ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Isolierrohr 2 aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Umfangsseitig auf dem Isolierrohr 2 ist in einem ersten Bereich 6 bezogen auf die Längsachse L des Isolierrohres 2 ein Isoliermantel 3 mit sich radial erstreckenden Schirmringen 10 aus HTV-Silikon angeordnet. An den beiden Enden des Isolierrohres 2 ist jeweils ein Flansch 4 aus Aluminium befestigt. Ebenfalls an beiden Enden des Isolierrohes 2 ist zwischen dem jeweiligen Flansch 4 und dem Isoliermantel 3 jeweils ein Isolierband 5 umfangsseitig auf dem Isolierrohr 2 angeordnet. Die beiden Isolierbänder 5 sind, wie der Isoliermantel 3, aus HTV-Silikon ausgebildet.
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In 3 ist eine Detailansicht des Hochspannungsisolators 1 im Schnitt entlang der Längsachse L des Isolierrohres 2 gezeigt. In einem zweiten Bereich 7 bezogen auf die Längsachse L ist der Flansch 4 angeordnet und in einem dritten Bereich 8 bezogen auf die Längsachse L ist das Isolierband 5 angeordnet. In dem ersten Bereich 6 bezogen auf die Längsachse L des Isolierrohres 2 ist das Isolierrohr 2 mit dem Isoliermantel 3 überzogen, wobei in dieser Detailansicht nur ein Ausschnitt des Bereiches 6 gezeigt ist, der an die anderen Bereiche 7 und 8 angrenzt. Der erste Bereich 6 und der zweite Bereich 7 sind bezogen auf die Längsachse L voneinander beabstandet, d. h. der Isoliermantel 3 und der Flansch 4 berühren sich nicht. Das Isolierrohr 2, der Isoliermantel 3 und der Flansch 4 bilden eine umfangsseitige Nut 9, in der das Isolierband 5 angeordnet ist. Der dritte Bereich 8 erstreckt sich bezogen auf die Längsachse L zum Teil über den ersten und den zweiten Bereich 6 und 7, d. h. das Isolierband 5 bedeckt zum Teil den Isoliermantel 3 und den Flansch 4, um eine vollständige Abdichtung des Tripelpunktbereiches sicherzustellen.
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In 4 ist das Aufbringen des Isolierbandes 5 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept gezeigt. Mittels eines Extruders 11 wird das Isolierband 5 auf das sich um eine Rotationsachse R rotierende Isolierrohr 2 in die Nut 9 extrudiert. Dabei wird die Menge des aufgetragenen HTV-Silikons derart bemessen, dass sich das Isolierband 5 bezogen auf die Längsachse L des Isolierrohres 2 über wenigstens einen Teil des Bereiches 6, in dem der Isoliermantel 3 angeordnet ist, und wenigstens einen Teil des Bereiches 7, in dem der Flansch 4 angeordnet ist, erstreckt. Das bedeutet also konkret, dass das Isolierband 5 über einen Teil der Oberfläche des Flansches 4 und des Isoliermantels 3 extrudiert wird.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführungsform eines Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept. In einem Schritt a wird ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Isolierrohr 2 bereitgestellt. In einem Schritt b erfolgt das Aufbringen eines Isoliermantels 3 auf dem Isolierrohr 2. In einem Schritt c wird wenigstens ein Flansch 4 an wenigstens einem Ende des Isolierrohres 2 befestigt. In einem Schritt d erfolgt das Aufbringen wenigstens eines Isolierbandes 5 umfangsseitig auf dem Isolierrohr 2, bevorzugt mittels eines Extruders 11. In einem Schritt e wird der Hochspannungsisolator 1 vulkanisiert. In einem Schritt f erfolgt das Aushärten des Hochspannungsisolators 1.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsformen auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsformen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochspannungsisolator
- 2
- Isolierrohr
- 3
- Isoliermantel
- 4
- Flansch
- 5
- Isolierband
- 6
- erster Bereich von 2
- 7
- zweiter Bereich von 2
- 8
- dritter Bereich von 2
- 9
- Nut
- 10
- Schirmringe von 3
- 11
- Extruder
- L
- Längsachse von 2
- R
- Rotationsachse von 2
