DE1076218B - Vollkernisolator mit Kappenarmaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen auf Zug beanspruchten Vollkernisolator, insbesondere Langstabhängeisolator, mit Kappenarmaturen, bei dem das sich konisch erweiternde zapfenartige Ende des Isolierkörpers mittels einer Füllmasse, wie Zement, Kitt oder Blei, im Hohlraum der Kappenarmatur befestigt ist und bei dem der bis zum Zapfenende stetig zunehmende konische Teil des Zapfens und die Innenfläche der Kappenausnehmung angenähert parallel zueinander verlaufende Konusflächen haben, deren Konuswinkel zwischen 4 und 15° liegt, wobei das Zapfenende infolge der Zugbelastung einerseits Druckkräften mit Keilwirkung ausgesetzt ist und andererseits in der Zone des Wulstrandes der Kappenarmatur, z. B. infolge der verschiedenartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallarmatur und des Isolierkörpers Scherkräfte einwirken.

Bei bisher bekannten Isolatoren dieser Art ragt der sich in Richtung auf die Mitte des Isolatorkörpers verjüngende konische Teil des Zapfens über den Kappenrand und die Füllmasse hinaus. Das im Grunde der Ausnehmung der Kappe sitzende Ende des Zapfens ist mit abgerundeten Kanten ausgeführt, um das Auftreten von »Scheibenbrüchen« an dem Ende des Zapfens zu vermeiden. Bei der Herstellung der Isolatorkörper wird besondere Sorgfalt auf die fehlerfreie Ausbildung der Zapfen und ein einwandfreies, insbesondere lückenloses Verkitten oder Vergießen des Zapfens in der Kappenarmatur gelegt.

Bei Zerreißprüfungen solcher bekannten Isolatoren zeigte es sich, daß durch entsprechend hohe Zugbelastungen hervorgerufene Brüche der Zapfen ihren Ausgang vorwiegend von denjenigen Stellen oder Randzonen des Zapfens nehmen, an denen der Zapfenkonus aus der Kappe bzw. der bis zum Kappenrand reichenden Füllmasse heraustritt. Auch bei der Überprüfung von Isolatorbrüehen, die an eingebauten Isolatoren während des Betriebes aufgetreten waren, konnte festgestellt werden, daß eine große Zahl dieser Brüche an der Austrittsstelle des konischen Zapfens aus der Kappe bzw. der Füllmasse erfolgt war.

Fernerhin ergab diese Überprüfung, daß die — an sich sehr seltenen — Brüche der Isolatorkörper von Vollkernisolatoren mit Kappenarmaturen während des Betriebes im wesentlichen nur dann vorkamen, wenn infolge starker Kälte noch zusätzliche Schrumpfkräfte von den Armaturen auf die in ihnen sitzenden Zapfen ausgeübt wurden.

Aus diesen Beobachtungen konnte geschlossen werden, daß bei den bisher üblichen Isolatorkörper- bzw. Zapfenformen die Austrittsstelle des Zapfens aus der Kappe besonders gefährdet sein mußte, obgleich der Zapfen an dem außerhalb der Kappe liegenden Ende seines konischen Teiles einen noch kleineren Durch-Vollkernisolator mit Kappenarmatur en

Anmelder:

Rheinisch -Westfälische Isolatoren -Werke

G.m.b.H., Siegburg (RhId.), Industriestr. 4-10

Dr. Friedhelm Steyer, Hennef/Sieg, ist als Erfinder genannt worden

messer aufweist. Weitere Untersuchungen und Berechnungen führten zu der Erkenntnis, daß das Auftreten der Brüche im Bereich der Austrittszone des konischen Zapfens aus der Kappe durch die in dieser Zone sprungartig einsetzende konzentrische Scherbeanspruchung des Zapfens bedingt sein mußte.

Infolge der Zugbelastung des Isolators wird nämlich der konische Zapfenteil keilartig in den inneren Konus der Kappe hineingezogen, wobei er auf die Füllmasse drückt und die Kappe aufzuweiten sucht.

Der dabei wirksam werdenden inneren Druckbeanspruchung wird von Seiten der Kappe ein entsprechender Widerstand entgegengesetzt, d. h., die Kappe preßt auf der gesamten Einspannlänge die Füllmasse und damit den konischen Zapfenteil des Isolatorkörpers radial zusammen. Bei großen Zuglasten kann diese Druckbeanspruchung des Zapfens sehr hohe Werte annehmen. Da die Kappe aus Metall besteht und deshalb einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als der meist aus Porzellan hergestellte Isolatorkörper, schrumpft die Kappe bei starker Kälte wesentlich mehr als der in ihr sitzende Zapfen. Die Folge davon ist eine weitere zusätzliche Druckbeanspruchung des Zapfens.

Während sich nun unmittelbar außerhalb der Kappe bzw. außerhalb der Austrittsstelle des Zapfens aus der Füllmasse eine von radialen Druckkräften völlig freie Zone des Zapfens befindet, springt an der Austrittsstelle des Zapfens innerhalb einer sehr schmalen Umfangszone die radiale Druckbeanspru-

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chung des Zapfens von dem Wert Null auf sehr hohe Druckkräfte und der durch unterschiedliche Wärme-Druckwerte. Dieser Druckkraftsprung erzeugt eine ausdehnung erzeugten Scherkräfte, dadurch räumlich

hohe Scherkraftbelastung am Zapfenumfang, die voneinander getrennt ist, daß der konische Endteil

ihrerseits die Brüche an dieser Stelle auslöst. des Zapfens innerhalb der Kappe bereits vor dem

Die große Druckbeanspruchung an der Austritts- 5 Bereich, in dem der Wulstrand der Kappenarmatur

stelle des konischen Zapfens macht sich auch dadurch liegt, mit sanftem Übergang in eine zylindrische oder

bemerkbar, daß bei den Zerreißversuchen an den entgegengesetzt konisch verlaufende Form des Zap-

freien Stirnflächen der Füllmasse neben dem Kappen- fenteiles übergeht.

rand — wenn als Füllmasse ein unelastischer Ze- Man kann den Konus des Zapfens innerhalb der

mentkitt mit hoher Druckfestigkeit verwendet wird— io Kappe z. B. bereits etwa 10 mm vor dem Rand der

Sprünge und Risse entstehen. Kappe enden lassen. Eine derartige Formgebung des

Die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten treten Einspannzapfens gestattet es, die Beanspruchung des jedoch nicht nur bei den Isolatoren auf, deren ko- Zapfenmaterials derart zu steuern, daß in dem Benischer Zapfenteil über den Kappenrand und die reich des Kappenrandes, d. h. an der Austrittsstelle Füllmasse hinausragt. Die gleichen Schwierigkeiten 15 des Zapfens aus der Kappe die auf den Zapfen wirergeben sich nämlich auch bei bekannten Isolatoraus- kende Druckkraft nur langsam ansteigt und die Zerführungen, bei denen der im Innern der Kappen- reiß festigkeit auf diese Weise wesentlich erhöht armatur konisch verlaufende Zapfenteil im Bereich wird.

des Wulstrandes der Kappenarmatur in eine nach In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines

außen erweiterte Form übergeht. 20 Ausführungsbeispiels erläutert; es zeigt

Auch hier liegt der gefährdete Querschnitt des Fig. 1 das Ende eines Vollkernisolators mit geZapfens im Bereich des unteren Wulstrandes der schnittener Kappe, wobei die Ausführung des in die Kappenarmatur; da nämlich der unterhalb dieses Kappe eingreifenden Zapfens der bisher üblichen Wulstrandes liegende Teil der Kittmasse beim Auf- Isolatorbauart entspricht,

treten von Schrumpfkräften nach unten aus der Ar- 25 Fig. 2 eine Ausführung des Zapfens gemäß der

matur herausgedrückt wird, fallen auch bei diesen Erfindung,

Isolatorausführungen die durch Zugkräfte einerseits Fig. 3 eine weitere Ausführungsform gemäß der

und Schrumpfkräfte anderseits bedingten Scher- Erfindung und

kraftsprünge im kleinsten Querschnitt des konischen Fig. 4 eine Darstellung der auf den Isolatorzapfen

Zapfens zusammen und begünstigen damit das Auf- 30 wirkenden Druckkräfte,

treten von Brüchen in diesem Querschnittsbereich. Die Fig. 1 zeigt den Isolatorkörper 1, der mit dem

Es ist weiterhin ein Isolator bekanntgeworden, konisch ausgeführten Zapfen 2 versehen ist. Der kobei dem der konische Teil des Zapfens noch inner- nische Zapfen 2 ragt in eine ebenfalls konisch aushalb der Kappenarmatur in einen zylindrischen Teil gebildete Ausnehmung3 der Kappe4 hinein; er ist oder einen Gegenkonus übergeht. Als Befestigung- 35 in der Ausnehmung 3 durch Füllmasse 5, z. B. Kitt, mittel wird bei dieser Ausführung ein Metallring festgelegt bzw. eingespannt.

verwendet, der an dem konischen Teil des Zapfens Wird eine derartige bekannte Verbindung zwischen

anliegt. Auch bei dieser Ausführung treffen somit an einem Isolierkörper 1 und einer Kappe 4 in der Rich-

der nicht abgerundeten Übergangsstelle zwischen dem tung des in die Fig. 1 eingezeichneten senkrechten

konischen und dem zylindrischen Teil des Zapfens ₄₀ Pfeiles mit der Zugkraft P beansprucht, so treten

die durch Zug- und Schrumpfkräfte bedingten Scher- zwischen der konischen Mantelfläche des Zapfens 2

kraftsprünge zusammen und führen damit zu den ein- _und dem Kitt 5 bzw. der Wandung der Kappe 4

gangs erläuterten unerwünschten Brüchen. durch Keilwirkung bedingte hohe Druckbeanspru-

Bei der genannten Ausführung mit einem Zapfen, chungen auf, die durch die Pfeile 6 und 7 versinndessen konischer Teil innerhalb der Kappenarmatur 45 bildlicht sind. An derjenigen Stelle 8, an der der koin einen Gegenkonus übergeht und sich ein mit ent- nische Zapfen 2 aus der Kappe 4 bzw. dem Füllmatesprechenden konusförmig verlaufenden Gegenflächen rial 5 heraustritt, ergibt sich ein Drucksprung von versehener Haltering an die Konusflächen des Zap- beträchtlicher Höhe; oberhalb dieser Stelle8 pressen fens andrückt, kommt als weiterer Nachteil hinzu, die Druckkräfte 7 den Zapfen 2 radial zusammen, um daß die Schrumpfspannungen der Armatur — in An- 50 ihn im Sinne der in der linken Hälfte der Fig. 1 betracht der relativ hohen Steilheit der Flanken des gestrichelt angedeuteten Umrißlinie 9 zu verformen. Halteringes — noch zusätzliche Keilwirkungen er- Da man die Füllmasse, ζ. B. den Kitt 5, stets bis an zeugen, die den Querschnitt an der engsten Stelle des den unteren Rand 10 der Kappe einfüllt, liegt der Zapfenkonus in erhöhtem Maße beanspruchen. gefährliche Drucksprung und damit die voraussicht-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, 55 liehe Bruchstelle etwa in der Höhe dieses Kappen-

die geschilderten Mängel der bekannten Ausführun- randes 10.

gen zu vermeiden und eine Befestigung eines auf Zug Die Fig. 2, 3 und 4 lassen erkennen, in welch einbeanspruchten Vollkernisolators zu entwickeln, die fächer Weise dieser Drucksprung und damit die sich durch eine hohe Zugfestigkeit und eine — auch Bruchgefahr im Bereich des Kappenrandes 10 verbei starker Kälteeinwirkung — große Bruchsicher- 60 mieden werden können. Bei der Ausführung des Isoheit auszeichnet. lators gemäß Fig. 2 greift der Rand 10 der Kappe 4

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man und damit auch das Füllmaterial 5 über diejenige

eine Erhöhung der Zugfestigkeit des Isolators dann Stelle 11 des konischen Zapfens 2 herüber, an der der

erreichen kann, wenn es gelingt, die hohe Scherkraft- Zapfenkonus endet. Der Zapfenkonus geht etwa an

belastung, d. h. den erwähnten Druckkraftsprung zu 65 der mit 11 bezeichneten Stelle mit sanfter Rundung

beseitigen und den Druckkraftanstieg auf eine brei- in einen zylindrischen Zapfenteil 2 α über, der bei

tere Umfangszone des Zapfens zu verteilen. einer Zugbelastung des Isolators durch die Kraft P

Die Erfindung besteht daher darin, daß der An- nicht mehr von außen durch Druck beansprucht wird,

griffsbereich der vorstehend genannten Kräfte, näm- Durch den sanften Übergang von dem konischen Zap-

lich der durch die Zugbelastung hervorgerufenen 70 fenteil zu dem zylindrischen Teil 2 α ist auch der An-

stieg der Druckkräfte auf eine breitere Umfangszone verteilt; er erfolgt deshalb allmählich und ohne Gefährdung des Zapfens.

Bei der Ausführung des Isolators gemäß Fig. 3 geht der konische Zapfen 2 an der Übergangsstelle 11a in einen Gegenkonusteil 2 b über, wobei auch hier dieser Übergang sanft ausgerundet ist.

Die Fig. 4 zeigt in ihrer linken Hälfte, wie die Druckkräfte, die durch Pfeile6a und Ta versinnbildlicht sind, im Bereich des Überganges von dem konischen Zapfenteil in den Gegenkonus 2 b allmählich abnehmen.

Zerreißversuche mit Isolatoren, die entsprechend den Fig. 2 und 3 durchgeführt wurden, führten nicht mehr zu den früher so oft beobachteten Bruchstellen an dem Kappenrand. Es zeigte sich darüber hinaus auch eindrucksvoll, daß trotz der sehr hohen Zugbelastung der Isolatoren an den Stirnseiten der Kittschicht nicht die geringsten Einrisse festzustellen waren, da die Kittschicht in ihrer Stirnseite jetzt ao keinen wesentlichen Druckbeanspruchungen mehr ausgesetzt ist.

Die bei Kälte auftretenden Schrumpf spannungen innerhalb der Kappe 4 können durch die oben geschilderten Maßnahmen zwar nicht beeinflußt werden; durch den Wegfall des aus der Zugbelastung herrührenden Anteils der Radialdrücke bzw. der Scherkräfte werden diese Schrumpf spannungen jedoch ■—■ wie sich durch Berechnung leicht zeigen läßt — bedeutungslos.

Dadurch, daß der Konus des Einspannzapfens bereits oberhalb des Kappenrandes endet, wird die tragende Länge des Einspannkonus innerhalb der Kappe etwas verringert. In gleicher Weise wirkt auch die ballige Ausführung des Zapfenendes, die das Auftreten der früher so gefürchteten Scheibenbrüche verhindert. Der tragende Teil des Einspannkonus wird infolgedessen stärker als bisher belastet.

Die Pressung, die auf die Porzellanoberfläche des konischen Zapfenteiles innerhalb der Kappe wirkt, beträgt bei den vorgeschriebenen Prüflasten und den jetzt üblichen Formen der Einspannzapfen nur 15 bis 20% der für Porzellan zulässigen Druckbeanspruchung. Durch entsprechende Wahl des Konuswinkels können überdies diese Druckkräfte so niedrig gehalten werden, daß eine ausreichend hohe Sicherung vorhanden ist, auch wenn die tragende konische Mantelfläche des Einspannzapfens durch die Abwandlung der Form des Einspannzapfens gemäß der Erfindung etwas verkleinert wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Auf Zug beanspruchter Vollkernisolator mit Kappenarmaturen, insbesondere Langstabhängeisolator, bei dem das sich konisch erweiternde zapfenartige Ende des Isolierkörpers mittels einer Füllmasse, wie Zement, Kitt oder Blei, im Hohlraum der Kappenarmatur befestigt ist und bei dem der bis zum Zapfenende stetig zunehmende konische Teil des Zapfens und die Innenfläche der Kappenausnehmung angenähert parallel zueinander verlaufende Konusflächen haben, deren Konuswinkel zwischen 4. und 15° liegt, wobei das Zapfenende infolge der Zugbelastung einerseits Druckkräften mit Teilwirkung ausgesetzt ist und andererseits in der Zone des Wulstrandes der Kappenarmatur, z. B. infolge der verschiedenartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallarmatur und des Isolierkörpers Scherkräfte einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Angriffsbereich der einzelnen vorerwähnten Kräfte dadurch räumlich voneinander getrennt ist, daß der konische Endteil des Zapfens innerhalb der Kappe bereits vor dem Bereich, in dem der Wulstrand der Kappenarmatur liegt, mit sanftem Übergang in eine zylindrische oder entgegengesetzt konisch verlaufende Form des Zapfenteiles übergeht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Französische Patentschrift Nr. 753 759;
   britische Patentschrift Nr. 281 245;
   deutsche Patentschriften Nr. 517 271, 453 205,
   914;

   österreichische Patentschrift Nr. 113 586.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   .©■ 909 757/372 2.