DE19612466B4

DE19612466B4 - Herstellung von Verbundisolatoren

Info

Publication number: DE19612466B4
Application number: DE19612466A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Ishino
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: US5783128A; FR2732504A1; FR2732504B1; JPH08323807A; DE19612466A1

Abstract

Verbundisolator-Herstellungsprozeß mit den folgenden Schritten:
Formen eines Schirmkörpers aus einem den Schirmkörper bildenden isolierenden Polymermaterial und anschließendes Vulkanisieren um den Außenumfang eines stabförmigen Kernelements (3) herum in einer Form (A) unter Erwärmung auf eine Formtemperatur für den Schirmkörper; und
mechanisches oder thermisches Ausdehnen des Kernelements (3), solange das Polymermaterial noch ausreichende Fluidizität hat, für die Dauer des Vulkanisierens um eine Länge von mindestens (δ – α), wobei δ eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich das Kernelement (3) ohne das vorherige mechanische oder thermische Ausdehnen thermisch ausdehnen würde, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird, und α eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich die Form (A) thermisch ausdehnt, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Herstellungsprozess für einen Verbundisolator mit einem Kernelement und einem um den Außenumfang des Kernelements ausgebildeten Schirmkörper, bei dem das Auftreten einer Fehlstelle zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper in höchstem Maße unterdrückt wird und mit dem ein Verbundisolator mit herausragender Isoliercharakteristik erzielt werden kann. Der in der Beschreibung und den Patentansprüchen dieser Anmeldung verwendete Begriff „Verbundisolator" schließt sowohl einen „Hohlverbundisolator" als auch einen „Kompaktverbundisolator" ein. Der Verbundisolator ist eine Vorrichtung, die ein kompaktes oder hohles Kernelement aus FRP und ein um den Außenumfang des Kernelements gebildeten Schirmkörper aus isolierendem Polymermaterial, wie etwa EPDM, Silikon-Gummi, Ethylen-Propylen-Gummi, Ethylen-Propylen-Dien-Gummi, umfasst.
Wie bei einem Porzellanisolator muss der Verbundisolator gute Isoliereigenschaften haben. Da der Verbundisolator einen Aufbau hat, bei dem der Schirmkörper aus isolierendem Polymermaterial, wie etwa EPDM, um den Außenumfang des Kernelements aus FRP geformt wird, kann an einer Zwischenfläche zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper aufgrund unzureichender Adhäsion eine Lücke gebildet werden. Die Bildung einer derartigen Lücke verursacht an der Zwischenfläche zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper aufgrund unzureichender Isoliereigenschaften einen elektrischen Fehler beim Isolator. Bislang sind daher, um einen elektrischen Fehler aufgrund der obigen Lücke zu vermeiden, das Kernelement und das Schirmkörper mittels eines während der Formung auf die Zwischenfläche zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper aufgetragenen Haftmittels oder Lacks aneinander verbunden worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Herstellungsprozess für einen Verbundisolator zur Verfügung zu stellen, mit dem die Adhäsion zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper hervorragend aufrechterhalten werden kann und verhindert wird, dass ein elektrischer Fehler aufgrund der Bildung einer Lücke zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper auftritt.

Die obige Aufgabe stellte sich den Erfindern, als sie herausfanden, dass selbst dann, wenn das Kernelement und der Schirmkörper über das während der Formung auf die angesprochene herkömmliche Weise auf die Zwischenfläche zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper aufgetragene Haftmittel oder den Lack aneinander verbunden werden, die Adhäsion zwischen dem Kernelement und dem isolierenden Polymermaterial des Schirmkörpers nicht ausreichend sichergestellt werden kann und demgemäß elektrische Fehler aufgrund der Lücke nur unzureichend verhindert werden können.

Es wurde herausgefunden, dass zwar der Schirmkörper innerhalb einer besonderen Form aus dem Polymermaterial gebildet wird, wenn der Schirmkörper um das Kernmaterial in einem solchen Zustand gebildet wird, dass beide Enden des Kernmaterials nicht besonders eingeschränkt sind, dass dann aber keine gute Adhäsion zwischen dem mittels des Lacks oder Haftmittels verbundenen Kernelement und isolierenden Polymermaterial realisierbar ist, und zwar insbesondere an den gegenüberliegenden Enden des Schirmkörpers aufgrund von auf das gegenüberliegende Ende des Schirmkörpers wirkenden Kompressionsscherkräften, da die gegenüberliegenden Enden des Kernmaterials in ihren Axialrichtungen thermisch frei expandierbar sind. Ebenso wurde herausgefunden, dass zwar das Polymermaterial innerhalb der besonderen Form geformt wird und dabei verhindert wird, dass das Kernmaterial an seinen gegenüberliegenden Enden in den Axialrichtungen thermisch expandiert, wenn der Schirmkörper um das Kernmaterial in einem Zustand gebildet wird, in dem die gegenüberliegenden Enden des Kernmaterials beschränkt sind, dass sich dann aber das Kernmaterial verformt und sich demzufolge eine gute Adhäsion zwischen dem Kernmaterial und dem isolierenden Polymermaterial nicht notwendigerweise realisieren lässt.

In diesem Zusammenhang wird auch auf die vorveröffentlichte DE 42 02 653 A1 verwiesen, aus der bekannt ist, die Bewegung der gegenüberliegenden Enden eines Kernmaterials bei der Herstellung von Verbundisolatoren in gewissem Umfang zu beschränken. Mögliche Änderungen des Zugbeanspruchungszustands des Kernmaterials, die beim Einspritzen einer den Schirmkörper bildenden Elastomermasse durch Verformungen des Kernmaterials infolge von seitlichen Auslenkungen hervorgerufen werden, werden in der DE 4202 653 A1 erfasst, wobei bei jeder Änderung des Zugbeanspruchungszustands zusätzlich zu einer vorab anliegenden Vorspannung an das Kernmaterial eine Zugkraft eines vorbestimmten Werts angelegt wird. Diese Vorgehensweise dient lediglich dazu, eine ungewollte Auslenkung des Kernmaterials zu vermeiden. Die Enden des Kern materials werden jedoch nicht so weit beschränkt, dass die oben angesprochenen Probleme als beseitigt gelten können.

Da die Adhäsion zwischen dem Kernmaterial aus FRP und dem Isolierpolymermaterial, wie oben erwähnt, unzureichend ist, wird der Lack oder das Haftmittel auf den Außenumfang des Kernmaterials aufgetragen, um das Kernmaterial und das isolierende Polymermaterial fest miteinander zu verbinden. Somit ist das Kernmaterial mittels des Lackes oder des Haftmittels fest mit dem isolierenden Polymermaterial verbunden. Obwohl in diesem Falle das isolierende Polymermaterial um den Außenumfang des Kernelements, auf welchem der Lack oder das Haftmittel vorläufig aufgetragen wurde, geformt und vulkanisiert wird, können einige für diesen Zweck verwendete, derzeit in Anwendung befindliche Lacke oder Haftmittel zu einer Beeinträchtigung der Verbindung führen, wenn sie vorläufig auf eine Formendtemperatur erwärmt werden. Wenn daher ein derartiger Lack oder ein derartiges Haftmittel verwendet wird, wird die Temperatur in einem Anfangsformstadium auf eine derartige Höhe festgelegt, dass keine Beeinflussung der Wirkung des Lackes oder des Haftmittels bewirkt wird, wobei danach das isolierende Polymermaterial, nachdem das Formen des isolierenden Polymermaterials gestartet wurde, auf eine Formendtemperatur festgelegt wird. Somit kann die Formzeitdauer vom Standpunkt der praktischen Anwendung her verkürzt werden. Jedoch wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass das oben erwähnte Problem durch bislang herkömmlicherweise noch nicht durchgeführtes zwangsweises Vorwärmen des Kernelements vor dem Formen gelöst werden kann.

Um die angesprochene Aufgabe und die damit verbundenen Probleme zu lösen, umfasst der erfindungsgemäße Verbundisolator-Herstellungsprozess daher die in Anspruch 1 aufgeführten Schritte.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozesses ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

In der Beschreibung und den Patentansprüchen dieser Anmeldung steht „δ" für eine axiale lineare Ausdehnungslänge, mit der sich das Kernelement thermisch ohne das vorherige mechanische oder thermische Ausdehnen thermisch ausdehnen würde, wenn das Polymermaterial auf eine Formtemperatur für den Schirmkörper erwärmt wird, und „α" für eine axiale lineare Ausdehnungslänge, um die sich die Form ausdehnt, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erwärmt wird. Dabei lassen sich δ und α wie folgt bestimmen:

(1) δ = a₁ × (t₁ – t₀) × k₁, wobei a₁ die Länge des Kernelements längs der Verbindungszwischenfläche des Schirmkörpers mit dem Kernelement bei einer gegebenen Temperatur t₀ ist, t₁ die Formendtemperatur ist und k₁ der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Schirmkörpers ist.
(2) α = a₂ × (t₁ – t₂) × k₂, wobei a₂ die Länge der Form längs der Verbindungszwischenfläche der Form mit dem Kernelement bei einer gegebenen Temperatur t₁ ist und k₂ der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der Form ist, wobei die Form auf die Temperatur t₂ vorgewärmt wird, um die Formzeitdauer zu verkürzen.

Das Kernelement kann um mehr als (δ – α) ausgedehnt werden, vorausgesetzt, dass die Adhäsion zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper nicht beeinträchtigt wird. Ein derartiger etwas überschüssiger Betrag wird durch die das FRP bildenden Materialien, durch die Adhäsionsfestigkeit zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper, die Bruchfestigkeit des Kernelements etc. bestimmt. Der Ausdruck „ausgedehnt" bedeutet, daß das Kernelement bei der obigen Temperatur t₀ um etwa (δ – α) oder mehr axial expandiert wird.

Das Kernelement kann dadurch mechanisch expandiert werden, daß die gegenüberliegenden Endabschnitte des Kernelements mittels geeigneter Eingriffseinrichtungen fest an den gegenüberliegenden Endabschnitten ergriffen wird und diese gegenüberliegenden Endabschnitte in axial entgegengesetzte Richtungen gezogen werden. Alternativ kann das Kernelement dadurch thermisch expandiert werden, daß das Kernelement, nachdem oder bevor das Haftmittel oder der Lack auf den Außenumfang des Kernelements aufgetragen wurde, in einem Heizraum angeordnet wird und das Kernelement bei einer gegebenen Temperatur erhitzt wird. Wenn andererseits der Verbundisolator einen Gummischirmkörper aufweist, der aus einem derartigen Material erzeugt wird, welches es dem Schirmkörper ermöglicht, unmittelbar ohne Verwendung des Lackes oder des Haftmittels, auf das Kernelement verbunden zu werden, wird das aus FRP oder dergleichen erzeugte Kernelement durch vorläufiges Erwärmen bis nahe der Formendtemperatur expandiert, ohne vorläufig mechanisch expandiert zu werden, und anschließend in die Form gesetzt. Dadurch kann die Ausbildung einer nicht zufriedenstellenden Adhäsionszwischenfläche verhindert werden.

Die in dem erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozeß verwendete Form kann eine Form sein, die beim Spritzgießen, Preßspritzen oder Formpressen verwendet wird. Der erfindungsgemäße Prozeß kann vorteilhafterweise durch Anwendung von entweder Spritzgießen, Preßspritzen oder Formpressen bewirkt werden.

Da das isolierende Polymermaterial um den Außenumfang des Kernelements in einem solchen Zustand geformt und vulkanisiert wird, daß das Kernelement mechanisch oder thermisch um mindestens (δ – α) oder mehr expandiert und so gehalten wird, wie es ist, wobei δ eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich das Kernelement ohne das vorherige mechanische oder thermische Ausdehnen thermisch ausdehnen würde, wenn das Polymermaterial auf eine Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird, und α eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich die Form thermisch ausdehnt, wenn die Form auf die Formtemperatur erwärmt wird, behält das Kernelement diesen expandierten Zustand bei und wird im wesentlichen nicht mehr expandiert, selbst wenn die Temperatur auf die Vulkanisierendtemperatur angehoben wird. Daher wird verhindert, daß eine beträchtliche Beanspruchung auf die Zwischenfläche zwischen dem Polymermaterial und dem Kernelement ausgeübt wird, die mittels des Lacks oder des Haftmittels während der Zeitdauer verbunden werden, zu der das Polymermaterial in der Form geformt und vulkanisiert wird. Daraus resultiert, daß die Adhäsion zwischen dem Kernmaterial und dem Schirmkörper des resultierenden Verbundisolators in hervorragender Weise aufrechterhalten werden kann, so daß keine Lücke zwischen dem Kernmaterial und dem Schirmkörper gebildet wird. Daher können elektrische Fehler vermieden werden.

Nachstehend sind die folgenden bevorzugten Ausführungsbeispiele (1) bis (4) des erfindungsgemäßen Verbundisolators beschrieben.

(1) Das Kernelement wird innerhalb der mit einem Rheometer ermittelten T₁₀-Zeitdauer für das den Schirmkörper bildenden Polymermaterials um mindestens (δ – α) mechanisch oder thermisch expandiert. Diese T₁₀-Zeitdauer wird mittels eines Rheometers gemessen, wobei nähere Einzelheiten den Normen JIS K 6300-1994, ASTM D2084 oder ISO 3417 zu entnehmen sind. Innerhalb der T₁₀-Zeitdauer für das den Schirmkörper bildende Polymermaterial hat das Polymermaterial immer noch ausreichende Fluidizität, wobei die Verbundreaktion nicht stark fortgeschritten ist und die Langstreckung des Kernelements während dieser Zeitdauer keine Beeinträchtigung auf die Adhäsion zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper hat. Daher kann die Adhäsion zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper in höchstem Maße aufrechterhalten werden. Daraus resultiert, dass die Wahrscheinlichkeit eines elektrischen Fehlers im resultierenden Verbundisolator in großem Maße reduziert ist, da das Kernelement in herausragender Weise an den aus dem isolierenden Polymermaterial bestehenden Schirmkörper verbunden werden kann.
(2) Das Kernelement wird mechanisch um mindestens (δ – α) ausgedehnt, indem auf das Kernelement von außerhalb der Form axial wirkende Kräfte aufgebracht werden. In diesem Fall lässt sich die vorhandene Form ohne große Änderung der Konstruktion dazu verwenden, den erfindungsgemäßen Prozess zu bewirken.
(3) An den Endabschnitten des Kernelements 3 werden Zugelemente angebracht, die bei in der Form angeordnetem Kernelement und bei geschlossener Form innerhalb der Form derart positioniert sind, daß zwischen einer axialen Außenendfläche jedes der Zugelemente und einer gegenüberliegenden Fläche der Form ein Zwischenraum vorhanden ist, damit das Polymermaterial, wenn es auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erwärmt wird, die Zugelemente axial nach außen drückt, um das Kernelement dadurch mechanisch auszudehnen. Dadurch drückt das den Schirmkörper bildendende Material, wenn das Kernelement auf die Schirmkörperformtemperatur erwärmt wird, die Zugelemente mechanisch axial nach außen und expandiert so das Kernelement axial linear. In diesem Falle läßt sich unter Verwendung der Form effektiv die axiale Fließkraft des isolierenden Polymermaterials ausnutzen.
(4) Das unter (3) beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich insofern abwandeln, als die Axiallänge des Zwischenraumes einstellbar ist. Dadurch kann der Zwischenraum in Abhängigkeit von der Art des Formmaterials, etc., wahlweise optimal hergestellt werden, so daß die Adhäsion zwischen dem Kernelement und dem aus dem isolierenden Polymermaterial hergestellten Schirmkörper optimiert werden kann.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung ersichtlich, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
1 eine Teilschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Formvorrichtung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozesses mit Hilfe von Spritzgießen;
2 eine Vorderansicht eines in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Zugelements;
3 eine Teilschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Formvorrichtung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozesses mit Hilfe von Spritzgießen; und
4 eine Teilschnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Formvorrichtung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozesses mit Hilfe von Spritzgießen.
Nachstehend ist die vorliegende Erfindung ausführlich anhand der beigefügten Zeichnungen erklärt. Obwohl der erfindungsgemäße Prozeß in den folgenden Ausführungsbeispielen in Bezug auf das Spritzgießen erklärt ist, ist es für den Fachmann verständlich, daß jene Ausführungsbeispiele mit den notwendigen Abwandlungen auch auf den Preßspritzprozeß und den Formpreßprozeß anwendbar sind.
Die 1 und 2 zeigen eine erste Formvorrichtung, die verwendet wird, um den erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozeß auszuführen. 1 ist eine Schnittansicht einer geschlossenen Form A. Die Form A besteht aus einer oberen Formeinheit 1 und einer unteren Formeinheit 2, wobei jede Formeinheit mit einer Aussparung 4 für die Bildung eines um den Außenumfang eines Kernelements 3 des Verbundisolators anzubringenden und mit Hilfe von Isolierabschnitten und einem Verkleidungsabschnitt aufgebauten Schirmkörpers vorgesehen ist. Gegenüberliegende Endabschnitte des Kernelements 3 stehen zur Außenseite hin von der Form A vor, wobei eine Zugeinspanneinrichtung 5 an jedem der gegenüberliegenden Endabschnitte angebracht ist. Gemäß 1 und 2 hat die Zugeinspanneinrichtung 5 ein Paar von oberen und unteren Anbringelementen 6 und 7 und Befestigungsbolzen 8 zum Fixieren des Kernelements zwischen den Anbringelementen 6 und 7 durch Befestigen der Anbringelemente 6 und 7 mit Hilfe der Bolzen 8. Jedes der Anbringelemente 6 und 7 hat eine Aussparung mit einem halbkreisartigen den Außenumfang des Kernelements berührenden Querschnitt. Die Zugeinspanneinrichtung 5 wird mittels geeigneter nicht gezeigter Zugeinrichtungen in eine Seitenrichtung gezogen. Obwohl nicht gezeigt, kann eine der rechten und linken Zugeinspannvorrichtungen mit einem Ende der Form A in Kontakt gebracht werden. In diesem Fall kann das Kernelement nur durch das Ziehen der anderen Einspannvorrichtung über eine gegebene Länge axial expandiert werden. Unter Verwendung dieser Formvorrichtung wird der erfindungsgemäße Verbundisolator mittels der folgenden Schritte hergestellt: (1) Auftragen eines Lackes oder eines Haftmittels auf den Außenumfang des stabartigen Kernelements aus FRP oder dergleichen; (2) Anordnen des Kernelements innerhalb der Form A; (3) nachdem oder bevor die Form A geschlossen ist, vorläufiges mechanisches lineares Expandieren des Kernelements um mindestens (δ – α), wobei δ eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich das Kernelement 3 ohne das vorherige mechanische oder thermische Ausdehnen thermisch ausdehnen würde, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird, und α eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich die Form A thermisch ausdehnt, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird; (4) Formen eines Schirmkörpers aus einem den Schirmkörper bildenden, isolierenden Polymermaterial um den Außenumfang des Kernelements durch Einspritzen des Materials bei geschlossener Form A; und (5) Vulkanisieren des isolierenden Polymermaterials. In
1 ist mit B eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen des den Schirmkörper bildenden isolierenden Polymermaterials in die Aussparung der Form um das Kernelement 3 bezeichnet.
3 zeigt eine zweite Formvorrichtung, die für den erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozeß zu verwenden ist. In 3 sind Bauteile, die denen aus der 1 gleichen, mit den gleichen Bezugszeichen beschrieben. Im Unterschied zu der Formvorrichtung aus 3 sind im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 die Zugeinrichtungen an jenen Endabschnitten des Kernelements vorgesehen, die außerhalb der Form angeordnet sind, wohingegen im zweiten Ausführungsbeispiel der 3 derartige Zugelemente an gegenüberliegenden Enden des Kernelements innerhalb der Form angebracht sind. Nachstehend ist das zweite Ausführungsbeispiel ausführlich erklärt.
Eine Aussparung 10 ist an jedem der gegenüberliegenden Enden jeder der oberen und unteren Formen 1 und 2 vorgesehen. Diese Aussparung 10 setzt sich bis zu einer den Isolierabschnitt bildenden Aussparung 4b der den Schirmkörper bildenden Aussparung 4 fort und hat einen Innendurchmesser, der größer ist als der der den Isolierabschnitt bildenden Aussparung 4b. Die Aussparung 10 ist mittels einer halbringartigen kegelstumpfförmigen Fläche 10a, die an einer axialen Innenseite angeordnet ist und in einer axial nach innen gerichteten Mittelrichtung geneigt ist, einer vertikalen ebenen Fläche 10b an einer axialen Außenseite, einer halbzylindrischen Fläche 10c, die mit der halbringartigen kegelstumpfförmigen Fläche 10b mit der vertikalen ebenen Fläche 10b verbunden ist, und einer halbzylindrischen Fläche 10d definiert, die sich in ein radiales Innenende der vertikalen ebenen Fläche 10b fortsetzt und sich axial nach außen erstreckt und an einer Endfläche der Form geöffnet ist. In die Aussparung 10 ist ein an einem Endabschnitt des Kernelements 3 angebrachtes Zugelement 11 eingepaßt. Das Zugelement 11 hat einen Abschnitt 12 großen Durchmessers, bei dem der Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der halbkreisartigen Fläche 10c gleicht, und einen Abschnitt 13 kleinen Durchmessers, bei dem der Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der halbzylindrischen Fläche 10d gleicht. An einem Mittelabschnitt einer Innenendfläche des Zugelements ist eine Aussparung 14 vorgesehen, wobei ein Endabschnitt des Kernelements in diese Aussparung 14 dicht eingepaßt wird und mittels geeigneter Schraubeneinrichtungen fixiert wird. Eine axiale Innenendfläche 12a des Abschnitts 12 großen Durchmessers ist kegelstumpfartig, um die zylindrische Fläche 10a und 10a der oberen und unteren Formeinheiten zu berühren, und derart entworfen, daß, wenn das mit den Zugelementen 11 angeordnete Kernmaterial 3 in der Form angeordnet und die Form geschlossen wird, die axiale Innenendfläche 12a von den jeweiligen gegenüberliegenden zylindrischen Flächen 10a und 10a beabstandet ist. Die axiale Außenendfläche 12b des Abschnitts 12 großen Durchmessers ist vertikal eben hergestellt, um die vertikale ebene Fläche 10b, 10b zu berühren. Wenn das mit den Zugelementen 11 angebrachte Kernelement 3 in der Form angeordnet und die Form geschlossen wird, ist jede der axialen Außenendflächen 12b der Endabschnitte 12 großen Durchmessers von den gegenüberliegenden vertikalen ebenen Flächen 10b über einen Abstand d ≥ (δ – α)/2 beabstandet, wobei δ und α die gleichen Bedeutungen wie oben haben.
Unter Verwendung dieser zweiten Formvorrichtung wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verbundisolator mittels der folgenden Schritte hergestellt: (1) Auftragen des Lackes oder des Haftmittels auf den Umfang des stabartigen Kernelements 3 aus FRP; (2) Befestigen der Endabschnitte des Kernelements 3 in den jeweiligen Aussparungen 14 der Zugelemente 11; (3) Anordnen des Kernelements in der Form A; (4) Schließen der Form, so daß die Zugelemente 11 in den jeweiligen Aussparungen 10 angeordnet sind, während jede der axialen Außenendflächen 12b von der gegenüberliegenden vertikalen ebenen Fläche 10b über einen Abstand d ≥ (δ – α)/2 beabstandet ist; (5) Ausbilden eines Schirmkörpers um den Außenumfang des Kernelements 3 durch Einspritzen des den Schirmkörper bildenden Materials in die den Schirmkörper bildende Aussparung der Form um das Kernelement 3 in diesem Zustand; (6) Expandieren des Kernelements 3; und (7) Vulkanisieren des Schirmkörperbildenden Materials. In dem obigen Kernelement-Expandier-Schritt (6) verschiebt das in die Aussparung 4 der Form A eingespritzte den Schirmkörper bildende Material die Zugelemente in jede der axial gegenüberliegenden Richtungen über eine Länge d ≥ (δ – α)/2 axial nach außen, d.h. daß das eingespritzte den Schirmkörper bildende Material das Kernelement über eine Gesamtlänge von 2d ≥ (δ – α)/2 axial linear expandiert, wobei δ die axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich das Kernelement 3 ohne das vorherige mechanische oder thermische Ausdehnen thermisch ausdehnen würde, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird, und α die axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich die Form A thermisch ausdehnt, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird.
In diesem Falle ist es bevorzugt, die Form- und Vulkanisierbedingungen derart zu steuern, daß das Kernelement axial linear mechanisch expandiert wird, und zwar um mindestens (δ – α), innerhalb einer Zeitdauer, in welcher das den Schirmkörper bildende Material T₁₀ des Rheometers anzeigt, wobei T das Drehmoment des den Schirmkörper bildenden isolierenden Polymermaterials ist und T₁₀ 10% des Drehmoments des nahezu vollständig vulkanisierten isolierenden Polymermaterial entspricht. In der zweiten Formvorrichtung ist jedes der Zugelemente 11 an den gegenüberliegenden Enden des Kernmaterials innerhalb der Aussparung 10 der Form derart angeordnet, daß die axialen Außenendflächen 12b der Zugelemente 11 von der gegenüberliegenden vertikalen ebenen Fläche 10b über den Abstand d ≥ (δ – α)/2 gleich weit beabstandet sind. Alternativ kann jedes der Zugelemente 11 an den gegenüberliegenden Enden des Kernelements innerhalb der Aussparung 10 der Form derart angeordnet sein, daß die axialen Außenendflächen 12b der Zugelemente 11 von den jeweiligen gegenüberliegenden vertikalen ebenen Flächen 10b über einen Gesamtabstand von 2d ≥ (δ – α)/2 beabstandet sind.
Ferner ist es möglich, daß, während eines der Zugelemente relativ zu der Form axial fixiert ist, lediglich das andere Zugelement relativ zu der Form um mindestens (δ – α) axial verschiebbar ist.
Die Fläche 10b und die Fläche 12b, die den Zwischenraum dazwischen definieren, um dem Kernelement zu gestatten, sich axial um mindestens (δ – α) zu verschieben, sind nicht auf die vertikale ebene Form beschränkt, sondern können jede Form haben, sofern sie einen Zwischenraum definieren, um das oben erwähnte Kernelement axial zu verschieben.
Im Falle des Preßspritzprozesses kann der erfindungsgemäße Verbundisolator-Herstellungsprozeß leicht unter Anwendung einer Preßspritzvorrichtung ausgeführt werden, in welcher die Zugelemente innerhalb oder außerhalb einer Form angeordnet sind, wie es in den vorbeschriebenen Formvorrichtungen der Fall ist. Der erfindungsgemäße Verbundisolator-Herstellungsprozeß kann auf die gleiche Weise wie beim Spritzgießprozeß und beim Preßspritzprozeß problemlos beim Formpressen ausgeführt werden, ausgenommen daß, bevor oder nachdem die Zugelemente an die gegenüberliegenden Endabschnitte des Kernelements angebracht sind, eine einen zylindrischen Schirmkörper bildende Vorform um das Kernelement ausgebildet wird, wobei die resultierende Anordnung, die aus dem Kernelement und der um das Kernelement ausgebildeten den Schirmkörper bildenden Vorform besteht, zwischen den oberen und unteren Formen angeordnet wird und der Schirmkörper durch Verschließen der oberen und unteren Formen um das Kernelement gebildet wird.
Obwohl die Formvorrichtungen der 1 bis 3 hinsichtlich der integrierten oberen und unteren Formeinheiten erklärt worden sind, kann der erfindungsgemäße Verbundisolator-Herstellungsprozeß natürlich auch auf eine Form angewendet werden, die mittels oberer und unterer Formeinheiten der Segmentbauart aufgebaut ist. Das heißt, daß jede der oberen und unteren Formeinheiten durch Aneinanderreihen einer notwendigen Anzahl von Formsegmenten aufgebaut ist, wobei jedes Segment eine den Isolator bildende Aussparung und eine oder mehrere Verkleidungsabschnitte bildende Aussparungen aufweist und durch axiales Festspannen dieser Formsegmente mittels Bolzen oder dergleichen aufgebaut ist.
In den oben erwähnten Ausführungsbeispielen kann der Zwischenraum, der zwischen der axialen Außenendfläche des Zugelements und der gegenüberliegenden Fläche der Form gebildet ist, wenn das mit den Zugelementen angebrachte Kernelement innerhalb der Form angeordnet ist und die Form geschlossen ist, eingestellt werden, so daß das Kernelement durch die mit dem den Schirmkörper bildenden Material axial nach außen gepreßten Zugelemente geeignet mechanisch expandiert werden kann. Als Zwischenraum-Einstelleinrichtung kann beispielsweise die gegenüber der axialen Außenendfläche des Zugelements liegende Fläche der Form beweglich angefertigt sein. Alternativ kann der Zwischenraum mittels separat vorgesehener axialer Feststell-Einstelleinrichtungen, wie etwa Bolzen eingestellt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer mit einer derartigen axialen Feststell-Einstelleinrichtung vorgesehenen Formvorrichtung der Segmentbauart. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine obere Formeinheit mit einer notwendigen Anzahl von Formsegmenten 1-1, 1-2, 1-3, ..., 1-n, und eine untere Formeinheit mit einer notwendigen Anzahl von Formsegmenten 2-1, 2-2, 2-3, ... 2-n versehen. Die Formsegmente jeder Formeinheit sind mittels mit 20 bezeichneten Spannbolzen und Muttern integral festgespannt. Mit 21 ist ein ebenes Element bezeichnet, das in Axialrichtung innerhalb der Aussparung mittels eines an das Formsegment 1-1, 2-1, 1-n, 2-n an dem Endabschnitt der Form angeschraubten und an der axialen äußeren Oberfläche des ebenen Elements befestigten Verschlusses verschiebbar ist. Da die weitere Konstruktion des Ausführungsbeispiels aus 4 nahezu die gleiche ist wie in 3, ist eine weitere Erklärung des Ausführungsbeispiels 4 weggelassen.
Nachstehend sind Arbeitsbeispiele des erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozesses beschrieben.
Arbeitsbeispiel 1
Es wurde eine Formvorrichtung mit im wesentlichen dem gleichen Aufbau wie die Formvorrichtung aus 1 verwendet. Die Schirmkörperformungsendtemperatur wurde auf 170°C gesetzt, wobei durch Ausbilden eines Schirmkörpers aus Silikon-Gummi um den Außenumfang eines stabartigen Kernelements aus FRP ein Verbundisolator aus Silikon-Gummi erzeugt wurde. Als Lack wurde PRIMER C von der Tore Dow Corning Co., Ltd. verwendet. Hinsichtlich eines jeden der somit erzeugten Verbundisolatoren ist der δ-Wert und der α-Wert in der Tabelle 1 zusammen mit einem (δ – α)-Wert angegeben. Ob eine Lücke zwischen Endabschnitten des Schirmkörpers und dem stabartigen Kernelement gebildet worden war oder nicht, wurde bei allen derart erzeugten Verbundisolatoren ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 gibt "0" an, daß keine Lücke in dem Verbundisolator gebildet wurde, und "X", daß eine Lücke in dem Verbundisolator gebildet wurde.
Tabelle 1 δ-Wert & α-Wert
Tabelle 2
Aus dem obigen Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß, wenn der Schirmkörper einstückig aus dem den Schirmkörper bildenden Isolierpolymermaterial um den Außenumfang des Kernelements in einem solchen Zustand integral gebildet wurde, daß das Kernelement innerhalb des erfindungsgemäß bestimmten Bereiches axial mechanisch expandiert wurde, keine Lücke zwischen sowohl dem Endabschnitt des Schirmkörpers als auch dem Kernelement gebildet wurde.
Arbeitsbeispiel 2
Ein Arbeitsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozesses, bei dem ein Kernelement durch Vorwärmen des Kernelements vorläufig axial expandiert wurde, ist nachstehend beschrieben.
Eine Formvorrichtung mit im wesentlichen dem gleichen Formaufbau wie im Ausführungsbeispiel aus 1 wurde verwendet, ausgenommen daß die Zugelemente 5 entfernt wurden. Die Schirmkörperformungsendtemperatur wurde auf 190°C gesetzt. Ein stabartiges Kernelement aus FRP wurde, nachdem es bei einer gegebenen Temperatur vorgewärmt worden war, innerhalb einer Form festgelegt, wobei der Verbundisolator durch Ausbilden eines Schirmkörpers aus einem bei Raumtemperatur aushärtbaren Silikon-Gummi der Additionsmachart (RTV-Silikon-Gummi) um den Außenumfang des stabartigen Kernelements erzeugt wurde.
Ob eine Lücke zwischen Endabschnitten des Schirmkörpers und des stabartigen Kernelements gebildet worden war oder nicht, wurde bei allen derart erzeugten Verbundisolatoren ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. In der Tabelle 2 gibt "O" an, dass keine Lücke in dem Verbundisolator gebildet wurde, und "X", dass eine Lücke in dem Verbundisolator gebildet wurde.
Tabelle 3
Wie oben erwähnt ist, wurde der Schirmkörper gemäß dem erfindungsgemäßen Verbundisolator-Herstellungsprozess aus dem den Schirmkörper bildenden isolierenden polymer material gebildet und anschließend um den Außenumfang des stabartigen Kernelements unter Anwendung der Form in einem Zustand vulkanisiert, in dem das Kernelement um mindestens (δ – α) mechanisch oder thermisch expandiert wurde, wobei keine übermäßige Druckbeanspruchung oder Zugbeanspruchung auf die Zwischenfläche zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper ausgeübt wurde, die während der Zeitdauer, wenn der Schirmkörper um den Außenumfang des Kernelements einstückig gebildet und vulkanisiert wurde, mittels des Lacks oder des Haftmittels fest verbunden worden sind. Demgemäß ist an der Zwischenfläche zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper keine Lücke gebildet, so daß ein Verbundisolator mit guter Isoliereigenschaft erreichbar ist.
Selbst wenn der Verbundisolator statt durch Spritzgießen durch Preßspritzen oder durch Formpressen erzeugt wird, kann der erfindungsgemäße Verbundisolator-Herstellungsprozeß unter Anwendung einer einfachen Formvorrichtung durchgeführt werden.
Im Falle, daß, bevor die Verbindungsreaktion zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörpermaterial beendet ist, das Kernelement um mindestens (δ – α) oder mehr mechanisch expandiert wird, kann eine feste Verbindung zwischen dem Kernelement und dem Schirmkörper angefertigt werden.
Im Falle, daß, wie oben erwähnt, innerhalb der mit dem Rheometer ermittelten T₁₀-Zeitdauer für das den Schirmkörper bildende Polymermaterial das Kernelement um mindestens (δ – α) mechanisch expandiert wird, kann ein Verbundisolator mit noch besserer Isoliereigenschaft erreicht werden.
Im Falle, daß das Kernmaterial, wie oben erwähnt, durch axial ausgeübte Kräfte auf das Kernelement von außerhalb der Form zum Formen des Verbundisolators um mindestens (δ – α) mechanisch expandiert wird, kann der erfindungsgemäße Verbundisolator-Herstellungsprozeß unter Anwendung einer Formvorrichtung im wesentlichen ohne Änderung oder Abwandlung mit den einfach ausgeführten Zugelementen und Zugeinrichtungen leicht durchgeführt werden.
Im Falle, daß die Zugelemente, wie oben erwähnt, an gegenüberliegende Endabschnitte des Kernelements angebracht sind und derart entworfen sind, daß, wenn das Kernelement in der Form angeordnet ist und die Form geschlossen ist, die Zugelemente innerhalb der Form angeordnet sind, so daß zwischen der axialen Außenendfläche jedes der Zugelemente und einer gegenüberliegenden Fläche der Form ein Zwischenraum gebildet ist, um zu gestatten, daß sich das Kernelement, wenn das Polymermaterial auf eine Schirmkörperformtemperatur erwärmt wird, um mindestens (δ – α) axial linear expandiert, wobei, wenn das innerhalb der Form angeordnete Kernelement bis auf eine Schirmkörperformungsendtemperatur erwärmt wird, das den Schirmkörper bildende Material die Zugelemente mechanisch axial nach außen preßt und demzufolge das Kernelement um etwa mindestens (δ – α) axial linear expandiert, sind die axial nach außen gerichteten Kräfte des innerhalb der Form strömenden Schirmkörperbildenden isolierenden Polymermaterials effektiv nutzbar, so daß der erfindungsgemäße Verbundisolator-Herstellungsprozeß leicht durchführbar ist.
Im Falle, daß die Axiallänge des Abstandes einstellbar ist, kann der Zwischenraum in Abhängigkeit von der Art des Formmaterials, etc. optimal ausgewählt werden, so daß die Adhäsion zwischen dem Kernelement und dem Schirm körper aus dem isolierenden Polymermaterial optimiert werden kann, wobei sicher verhindert werden kann, daß eine Lücke an der Zwischenfläche zwischen dem Schirmkörper und dem Kernelement gebildet wird, selbst wenn das Schirmkörperbildende isolierende Polymermaterial geändert wird.

Claims

Verbundisolator-Herstellungsprozeß mit den folgenden Schritten: Formen eines Schirmkörpers aus einem den Schirmkörper bildenden isolierenden Polymermaterial und anschließendes Vulkanisieren um den Außenumfang eines stabförmigen Kernelements (3) herum in einer Form (A) unter Erwärmung auf eine Formtemperatur für den Schirmkörper; und mechanisches oder thermisches Ausdehnen des Kernelements (3), solange das Polymermaterial noch ausreichende Fluidizität hat, für die Dauer des Vulkanisierens um eine Länge von mindestens (δ – α), wobei δ eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich das Kernelement (3) ohne das vorherige mechanische oder thermische Ausdehnen thermisch ausdehnen würde, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird, und α eine axiale lineare Ausdehnungslänge ist, um die sich die Form (A) thermisch ausdehnt, wenn das Polymermaterial auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erhitzt wird.
Verbundisolator-Herstellungsprozeß nach Anspruch 1, bei dem der Verbundisolator entweder durch Spritzgießen, durch Preßspritzen oder durch Formpressen hergestellt wird.
Verbundisolator-Herstellungsprozeß nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das mechanische oder thermische Ausdehnen des Kernelements (3) spätestens innerhalb der mit einem Rheometer ermittelten T₁₀-Zeitdauer für das Polymermaterial erfolgt.
Verbundisolator-Herstellungsprozeß nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das mechanische oder thermische Ausdehnen des Kernelements (3) mechanisch erfolgt, indem auf das Kernelement (3) von außerhalb der Form (A) axial wirkende Kräfte aufgebracht werden.
Verbundisolator-Herstellungsprozeß nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem an den Endabschnitten des Kernelements (3) Zugelemente (11) angebracht werden, die bei in der Form (A) angeordnetem Kernelement (3) und bei geschlossener Form (A) innerhalb der Form (A) derart positioniert sind, daß zwischen einer axialen Außenendfläche jedes der Zugelemente (11) und einer gegenüberliegenden Fläche der Form (A) ein Zwischenraum vorhanden ist, damit das Polymermaterial, wenn es auf die Formtemperatur für den Schirmkörper erwärmt wird, die Zugelemente (11) axial nach außen drückt, um das Kernelement (3) dadurch mechanisch auszudehnen.
Verbundisolator-Herstellungsprozeß nach Anspruch 5, bei dem das Anbringen der Zugelemente (11) an dem Kernelement (3) ein Einstellen der Axiallänge des Zwischenraums einschließt.