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Die Erfindung betrifft einen Isolierstützer, insbesondere für eine elektrische Schaltanlage oder ein elektrisches Schaltgerät wie einen Vakuumschalter.
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Ein Isolierstützer, der auch als Stützisolator bezeichnet wird, wird beispielsweise in einer elektrischen Schaltanlage, insbesondere in einer Hochspannungsschaltanlage, zur elektrischen Isolation zwischen stromführenden Bauteilen und einem auf Erdpotential liegenden Gehäuse eingesetzt. Zusätzlich werden an dem Isolierstützer beispielsweise stromführende Bauteile befestigt, so dass der Isolierstützer hohen mechanischen Kräften wie Schaltkräften und Stromkräften ausgesetzt ist.
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DE 10 2011 088 353 A1 offenbart eine Stützisolatoranordnung mit einem elektrisch isolierenden Isolierkörper sowie zwei Stützbereichen, welche über den Isolierkörper relativ zueinander beabstandet sind. Zumindest ein Stützbereich weist einen zumindest teilweise in den Isolierkörper eingebetteten Armaturkörper auf.
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In Leistungsschaltern von freiluftisolierten Schaltanlangen (AIS) oder gasisolierten Schaltanlagen (GIS), in denen Schwefelhexafluorid als Isolier- und Löschgas verwendet wird, werden meist Isolierstützer eingesetzt, die aus einem gefüllten Epoxid-Formstoff, beispielsweise aus EP 235, gefertigt sind. Als Füllstoff wird das gegen die Zersetzungsprodukte und Feuchtigkeit beständige Aluminiumoxid (Al2O3) eingesetzt. Prozessbedingt führen unterschiedliche Wandstärken eines Isolierstützers in der Gießharztechnik zu mechanischen Spannungen im Fertigteil. Daher werden in der Gießharztechnik gleichmäßige Wandstärken angestrebt. Dies führt zu sehr dickwandigen Konstruktionen, was wiederum zu einem hohen Materialeinsatz und langen Prozesszeiten führt. Außerdem ist bereits der Grundwerkstoff Epoxid-Formstoff mit Al2O3-Zusatz höherpreisiger als Kunststoffe, die zur Fertigung industrieller Massenerzeugnisse eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Isolierstützer anzugeben, der insbesondere hinsichtlich der Herstellungskosten und des Materialbedarfs verbessert ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Isolierstützer mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein elektrisches Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und ein Verfahren zum Herstellen eines Isolierstützers mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Isolierstützer weist einen Isolierkörper aus einem elektrisch isolierenden Isoliermaterial mit einem ersten Ende, das eine erste Stützfläche aufweist, und einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende, das eine zweite Stützfläche aufweist, auf. Der Isolierkörper weist Bereiche mit voneinander verschiedenen Wanddicken auf.
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Die Erfindung berücksichtigt, dass in gasisolierten elektrischen Schaltanlagen zunehmend andere Isoliergase als Schwefelhexafluorid (SF6) eingesetzt werden, weil Schwefelhexafluorid ein starkes umweltschädliches Treibhausgas ist. Außerdem ist in Leistungsschaltern, in denen Vakuumschaltröhren zum Einsatz kommen (Vakuumschalter), ein Lichtbogen zwischen Schaltkontakten nicht von Isoliergas, insbesondere nicht von SF6, umgeben. In SF6-freien gasisolierten Schaltanlagen und Schaltgeräten wie Leistungsschaltern, insbesondere in Vakuumschaltern (z. B. mit technischer Luft als äußerem Isoliermedium), entstehen auch keine Zersetzungsprodukte, die zusammen mit Feuchtigkeit Fluorwasserstoff und Schwefeldioxid freigeben. Da die Isolierstützer in derartigen Schaltanlagen und Schaltgeräten keine Beständigkeit gegen diese Reaktionsprodukte aufweisen müssen, sind neue konstruktive Lösungen und Herstellverfahren für diese Isolierstützer möglich. Insbesondere können die Isolierstützer aus Kunststoffen gefertigt werden, die wirtschaftlich im Spritzguss oder Pressverfahren verarbeitet werden können. Mit dieser Technologie lassen sich insbesondere Isolierstützer herstellen, die Bereiche unterschiedlicher Wanddicken und Wandstärkensprünge aufweisen. Dadurch können dünnwandige Isolierstützer hergestellt werden, deren mechanische Festigkeit beispielsweise durch Verrippungen und/oder Materialdurchzüge erhöht und den Erfordernissen angepasst werden kann. Beispielsweise kommt es konstruktionsbedingt in der kinematischen Kette von Vakuumschaltern bei Ausschaltungen zu einem Trennschlag. Daher müssen die dünnwandigen Isolierstützer, beispielsweise durch Verrippungen und/oder Materialdurchzüge, konstruktiv für die hohen mechanischen Kräfte optimiert werden. Die Fertigung derartiger dünnwandiger Isolierstützer reduziert den Materialbedarf für deren Herstellung und die Fertigteilgewichte der Isolierstützer erheblich, beispielsweise um etwa 40 Prozent, gegenüber einer Herstellung der Isolierstützer durch Vergießen von Gießharzen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Isolierkörper aus einem Isoliermaterial gefertigt, das ein faserverstärkter duroplastischer Kunststoff ist. Derartige Kunststoffe sind aufgrund ihrer Eigenschaften besonders geeignete Materialien für die Herstellung des Isolierkörpers eines Isolierstützers. Insbesondere ist der Isolierkörper beispielsweise aus einem Sheet Molding Compound oder einem Bulk Molding Compound gefertigt. Derartig gefertigte Isolierstützer lassen sich aufgrund der Verarbeitungsverfahren Spritzen oder Pressen in wesentlich kürzeren Taktzeiten herstellen als durch das Vergie-ßen von Gießharzen gefertigte Isolierstützer.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Isolierkörper eine an einer Innenoberfläche und/oder Außenoberfläche ausgebildete rippenartige Struktur auf. Beispielsweise weist der Isolierkörper zwischen den Stützflächen verlaufende Verdickungsbereiche auf, die eine höhere Wanddicke als an sie angrenzende Bereiche aufweisen. Wie oben bereits ausgeführt wurde, ermöglicht eine geeignete Verrippung des Isolierkörpers eine Erhöhung dessen mechanischer Stabilität, so dass auch ein dünnwandiger Isolierkörper den Anforderungen in einer Schaltanlage oder einem Schaltgerät wie einem Vakuumschalter angepasst werden kann.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat der Isolierkörper im Wesentlichen die Form eines Hohlkegelstumpfes oder eines Hohlkegelstumpfsegments.
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Im Fall, dass der Isolierstützer die Form eines Hohlkegelstumpfsegments hat, können beispielsweise mehrere derartige Isolierstützer zu einer Isolierstützeranordnung kombiniert werden (siehe 7). Dadurch kann der Materialbedarf gegenüber einem einzelnen, massiven Isolierstützer weiter reduziert werden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Isolierkörper Verstärkungen aus einem von dem Isoliermaterial verschiedenen Verstärkungsmaterial eingebettet. Durch derartige Verstärkungen kann die mechanische Stabilität des Isolierkörpers vorteilhaft erhöht werden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Isolierkörper Verbindungseinsätze eingebettet, die jeweils an einer Stützfläche enden und eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Verbindungselements aufweisen. Beispielsweise weisen die Verbindungseinsätze jeweils ein Innengewinde auf, um den Isolierstützer durch Schraubverbindungen mit anderen Bauteilen zu verbinden.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Schaltgerät weist wenigstens einen erfindungsgemäßen Isolierstützer auf. Beispielsweise ist wenigstens ein Isolierstützer zwischen einem Gehäuse des Schaltgeräts und einem stromführenden Bauteil des Schaltgeräts angeordnet. Das elektrische Schaltgerät ist beispielsweise ein Vakuumschalter. Wie oben bereits ausgeführt wurde, eignet sich ein erfindungsgemäßer Isolierstützer insbesondere für SF6-freie Schaltgeräte wie Vakuumschalter mit z. B. technischer Luft als äußerem Isoliermedium.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Isolierstützers wird der Isolierkörper durch Spritzgießen, Vergießen, insbesondere mit automatischem Druckgelieren, oder Pressen aus dem Isoliermaterial gefertigt. Wie oben bereits ausgeführt wurde, ermöglichen die Verarbeitungsverfahren Spritzen oder Pressen wesentlich kürzere Taktzeiten bei der Herstellung eines Isolierstützers als das Vergießen von Gießharzen. Außerdem sind mit diesen Technologien Wandstärkensprünge innerhalb des Isolierstützers realisierbar, so dass das Fertigteilgewicht des stark reduziert werden kann. Unter Anwendung des Herstellungsverfahrens Druckgelieren (engl. Automatic Pressure Gelation) können dünnwandige Isolierstützer aber auch in der Gießharztechnik hergestellt werden. Hierbei wird der Isolierstützer unter Druck in einer beheizten Form ausgehärtet, wodurch der Materialschwund komplett kompensiert wird und Risse und Lunker auch bei unterschiedlichen Wandstärken verhindert werden. Da die Isolierstützer keine Beständigkeit gegen Reaktionsprodukte aufweisen müssen, sind auch neue Gießharzkonfigurationen ohne Al2O3 möglich. So können Zusatzstoffe verwendet werden, die eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen und so ein dünnwandiges Design möglich machen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 eine erste perspektivische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Isolierstützers,
- 2 eine zweite perspektivische Darstellung des in 1 gezeigten Isolierstützers,
- 3 eine dritte perspektivische Darstellung des in 1 gezeigten Isolierstützers,
- 4 eine erste perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Isolierstützers,
- 5 eine zweite perspektivische Darstellung des in 4 gezeigten Isolierstützers,
- 6 eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Isolierstützers,
- 7 eine perspektivische Darstellung einer Isolierstützeranordnung mit vier in 6 gezeigten Isolierstützern,
- 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Schaltgeräts.
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Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 (1), 2 (2) und 3 (3) zeigen verschiedene perspektivische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels eines Isolierstützers 1, wobei 1 eine perspektivische Schnittdarstellung des Isolierstützers 1 zeigt.
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Der Isolierstützer 1 weist einen Isolierkörper 2 aus einem elektrisch isolierenden Isoliermaterial mit einem ersten Ende, das eine erste Stützfläche 3 aufweist, und einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende, das eine zweite Stützfläche 4 aufweist, auf. Der Isolierkörper 2 hat im Wesentlichen die Form eines Hohlkegelstumpfes, wobei zwei sich gegenüberliegende Endbereiche 5, 6 mit den Stützflächen 3, 4 jedoch im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sind. Mit anderen Worten weist der Isolierkörper 2 zwei im Wesentlichen hohlzylindrische Endbereich 5, 6 auf, die durch einen im Wesentlichen hohlkegelstumpfförmigen Mittelbereich 7 miteinander verbunden sind.
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Ferner weist der Isolierkörper 2 zwischen den Stützflächen 3, 4 verlaufende Verdickungsbereiche 8 auf, die eine höhere Wanddicke als an sie angrenzende Bereiche zwischen den Verdickungsbereichen 8 aufweisen. Dabei sind die Verdickungsbereiche 8 an einer Innenoberfläche 9 des Isolierkörpers 2 ausgebildet, so dass die Innenoberfläche 9 durch die Verdickungsbereiche 8 gebildete Wölbungen aufweist, die eine rippenartige Struktur bilden. In den Isolierkörper 2 können ferner verstärkende Materialdurchzüge, das heißt Verstärkungen aus einem von dem Isoliermaterial verschiedenen Verstärkungsmaterial, eingebettet sein.
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In den Isolierkörper 2 sind außerdem Verbindungseinsätze 10 eingebettet, die jeweils an einer Stützfläche 3, 4 enden und eine Ausnehmung 11 zur Aufnahme eines Verbindungselements aufweisen. Beispielsweise weisen die Ausnehmungen 11 jeweils ein Innengewinde auf, um den Isolierstützer 1 durch Schraubverbindungen mit anderen Bauteilen zu verbinden.
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4 (4) und 5 (5) zeigen verschiedene perspektivische Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Isolierstützers 1. Dieses Ausführungsbeispiel eines Isolierstützers 1 unterscheidet sich von dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass die Verdickungsbereiche 8 sowohl an der Innenoberfläche 9 als auch an einer Außenoberfläche 12 des Isolierstützers 1 ausgebildet sind, so dass auch die Außenoberfläche 12 durch die Verdickungsbereiche 8 gebildete Wölbungen aufweist, die eine rippenartige Struktur bilden.
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6 (6) zeigt eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Isolierstützers 1. Auch der Isolierstützer 1 dieses Ausführungsbeispiels weist einen Isolierkörper 2 aus einem elektrisch isolierenden Isoliermaterial mit einem ersten Ende, das eine erste Stützfläche 3 aufweist, und einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende, das eine zweite Stützfläche 4 aufweist, auf. Im Unterschied zu den in den 1 bis 5 gezeigten Isolierstützern 1 hat der in 6 gezeigte Isolierstützer 1 nicht im Wesentlichen die Form eines Hohlkegelstumpfes mit hohlzylindrischen Endbereichen 5, 6, sondern die Form eines Segments eines derartigen Hohlkegelstumpfes. Ferner weist die Innenoberfläche 9 des Isolierstützers 1 eine rippenartige Struktur auf mit mehreren Rippen 13 auf, von denen einige sternförmig von einer Mitte der Innenoberfläche 9 zu Seitenbereichen 14 des Isolierstützers 1 und den Stützflächen 3, 4 hin und andere schräg von den Seitenbereichen 14 zu den Stützflächen 3, 4 hin verlaufen.
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In den Isolierkörper 2 sind wiederum Verbindungseinsätze 10 eingebettet, die jeweils an einer Stützfläche 3, 4 enden und eine Ausnehmung 11 zur Aufnahme eines Verbindungselements aufweisen. Ferner können auch bei diesem Ausführungsbeispiel in den Isolierkörper 2 Verstärkungen aus einem von dem Isoliermaterial verschiedenen Verstärkungsmaterial eingebettet sein.
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7 (7) zeigt eine perspektivische Darstellung einer Isolierstützeranordnung 15, die aus vier in 6 gezeigten Isolierstützern 1 gebildet ist. Die Isolierstützer 1 sind derart angeordnet, dass ihre ersten Stützflächen 3 in einer ersten Ebene entlang eines in der ersten Ebene verlaufenden ersten Kreises und ihre zweiten Stützflächen 4 in einer zu der ersten Ebene parallelen zweiten Ebene entlang eines in der zweiten Ebene verlaufenden zweiten Kreises liegen.
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Die Isolierkörper 2 der in den 1 bis 7 gezeigten Isolierstützer 1 sind beispielsweise durch Spritzgießen, Vergie-ßen, insbesondere mit automatischem Druckgelieren, oder Pressen jeweils aus einem Isoliermaterial gefertigt, das ein faserverstärkter duroplastischer Kunststoff ist. Beispielsweise sind die Isolierkörper 2 jeweils aus einem Sheet Molding Compound oder einem Bulk Molding Compound gefertigt.
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8 (8) zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Schaltgeräts 20, wobei nicht erfindungsrelevante Komponenten des Schaltgeräts 20 nicht dargestellt sind. Das Schaltgerät 20 ist ein Vakuumschalter mit einer Unterbrechereinheit 21, die eine Vakuumschaltröhre 22 aufweist, innerhalb derer nicht dargestellte Schaltkontakte angeordnet sind, mit denen ein Strompfad oder mehrere Strompfade geöffnet und geschlossen werden können. Das Schaltgerät 20 weist ferner zwei Isolierstützer 1 auf, die jeweils wie ein in den 1 bis 3 oder 4 und 5 gezeigter Isolierstützer 1 ausgebildet sind. Jeder dieser Isolierstützer 1 ist zwischen einem Ende der Unterbrechereinheit 21 und einem Gehäuse 23 des Schaltgeräts 20 angeordnet. Das Gehäuse 23 liegt beispielsweise auf einem Erdpotential und kann mit einem Isoliergas befüllt sein, insbesondere mit einem von Schwefelhexaflourid verschiedenen Isoliergas. Statt Isolierstützer 1, die wie in den 1 bis 3 oder 4 und 5 gezeigte Isolierstützer 1 ausgebildet sind, können in 7 gezeigte Isolierstützeranordnungen 15 eingesetzt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088353 A1 [0003]
