DE2406106A1

DE2406106A1 - Isolatoranordnung mit einer die belastung verteilenden traganordnung

Info

Publication number: DE2406106A1
Application number: DE19742406106
Authority: DE
Inventors: James F Schafer
Original assignee: Continental Electronics and Manufacturing Co
Current assignee: Continental Electronics and Manufacturing Co
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1974-02-05
Publication date: 1974-12-12
Also published as: FR2232047A1; DE2406106B2; JPS5031392A; US3814838A; DE2406106C3; FR2232047B1; JPS5479B2

Description

PATENTANWALT D-IBERLIN₃₃₄. Februar 1974

MANFRED MIEHE falkenried4

Telefon: (030) 8 3119 50

Diplom-Chemiker Telegramme: Indusprop Berlin

Telex: 0185443

US/46/2154 Case 40

CONTINENTAL ELECTRONICS

MANUFACTURING COMPANY P.O.Box 17040, Dallas, Texas 75217, USA

Isolatoranordnung mit einer die Belastung verteilenden

Traganordnung

Es wird eine keramische Isolatoranordnung geschaffen, die eine Mehrzahl an parallelen senkrechten Isolatoren aufweist, die im gleichen Abstandsverhältnis um den Umfang eines Kreises herum angeordnet sind« Auf die Isolatoren werden senkrechte Belastungskräfte über eine Adapterplatte beaufschlagt, die vermittels eines die Belastung verteilenden Rings von einer oberen Platte der Isolatoren getrennt ist. Der Rings ist mit den Achsen der Isolatoren ausgerichtet, so daß Biegekräfte nicht auf die Isolatoren übertragen werden. Es kann eine Mehrzahl an senkrechten Isolatorenreihen getrennt durch Unterteilungsplatten vorgesehen sein. Ein Ende jedes Isolators kann in einem ausgeformten Verbindungsstück angeordnet sein, um so eine praktisch gleiche Belastungsverteilung sicherzustellen.

Die' Erfindung betrifft Isolatorenanordnungen und insbesondere das Vorsehen von Mitteln, durch die die Belastungen auf die Isolatorenanordnungen, die eine Mehrzahl an senkrechten keramischen Isolatoren aufweist, verteilt werden.

Bisher sind eine Anzahl keramischer Isolatorenanordnungen bekannt geworden, die eine oder mehrere Isolatorenreihen aufweisen. Wegen verschiedener baumäßiger und thermischer Gründe traten in derartigen Isolatorenanordnungen Konzentrationen von Beanspruchungen auf, so daß unter den Bedingungen einer hohen Belastung die Anordnungen versagten, bedingt

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- 2 durch eine Rißbildung der keramischen Isolatoren.

Um diese Probleme auszuräumen sind parallele, mit Öl gefüllte, keramische Rohre vorgesehen worden, die zv/ischen Stahlplatten angeordnet sind. Wenn auch diese abgewandlete Ausführungsform bei mäßig hohen Belastungen erfolgreich ist, wurde doch gefunden, daß die Anordnung einem Versagen unter hohen Belastungsbedingungen ausgesetzt ist.

Kurz umrissen, wird erfindungsgemäß eine keramische Isolatoranordnung geschaffen, die ohne Versagen hohen Belastungskräften widerstehen kann. Die Anordnung besteht aus einer oder mehreren Reihen paralleler keramischer Isolatoren, die im gleichen Abstandsverhältnis um den Umfang eines Kreises herum angeordnet sind, d.h. einheitlich um den Kreis herum verteilt sind. Wenn mehr als eine Reihe vorgesehen ist, sind die Achsen der entsprechenden Isolatoren in den Reihen ausgerichtet, und die Reihen sind durch Unterteilerplatten getrennt.

Es ist eine Befestigungsplatte an den oberen Enden der Isolatoren der obersten Reihen angeordnet, und ein die Belastung verteilender Ring befindet sich an der oberen Seite der oberen Befestigungsplatte. Der Ring ist mit den Achsen der Isolatoren ausgerichtet, d.h. die Mittellinien der Isolatoren erstrecken sich durch den die Belastung verteilenden Ring zwischen den inneren und äußeren Durchmessern derselben. Es ist eine Adapterplatte an der oberen Seite des Verteilungsringes angeordnet. Der Ring weist eine Breite, d.h. Abmessungen zwischen seinen inneren und äußeren Durchmessern, dergestalt auf, daß ein Biegen bedingt durch die Belastung der Anordnung durch die Adapterplatte aufgenommen wird und nicht auf die obere Befestigungsplatte und somit die keramischen Isolatoren übertragen wird.

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Um eine praktisch gleiche Verteilung der senkrechten Belastungen zwischen den keramischen Isolatoren sicherzustellen, ist ein ausgeformtes Verbindungsstück, z.B. aus einem Epoxid-Kunststoff an einem Ende jedes Isolators vorgesehen.

Bezüglich dieser Anordnung wurde gefunden, daß starke Belastungskräfte auf die Isolatoranordnung beaufschlagt werden können, ohne daß sich die Gefahr eines Versagens der Anordnung durch Rißbildung der keramischen Isolatoren bedingt durch Konzentration von Beanspruchungen ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen, mehrere Reihen aufweisenden Isolators;

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise weggeschnittene, Ansicht von oben auf die Isolatoranordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere, vergrößerte, teilweise im Querschnitt aufgeführte Ansicht eines Teils der Isolatoranordnung nach Fig. 2 längs der Linien 3τ3;

Fig.4 eine teilweise im Querschnitt ausgeführt Ansicht eines Teils der Anordnung nach der Fig. 3 und erläutert die Wirkung der Belastungskräfte auf die Isolatoranordnung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in der Figur 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Isolatoranordnung wiedergegeben. Die Anordnung weist eine oder mehrere Reihen paralleler, sich senkrecht erstreckender , vorzugsweise zylinderförmiger, keramischer Isolatoren 10 auf, von denen zwei derartige Reihen in der Anordnung nach der Figur 1 wiedergegeben sind.

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Es versteht sich natürlich, daß eine größere oder kleinere Anzahl an Reihen vorgesehen sein kann. Die Enden jedes Isolators sind mit Befestigungsflanschen 11 in herkömmlicher Weise versehen, die Isolatoren 10 liegen im gleichen Abstandsverhältnis um den Umfang eines Kreises vor, siehe die Fig. 2, und gemäß der Fig. 1 sind die Achsen der entsprechenden Isolatoren in den Reihen ausgerichtet.

Wenn zwei oder mehrere Reihen der Isolatoren vorgesehen sind, sind dieselben durch eine mittlere Platte 12 getrennt. Die unteren Enden der Isolatoren der untersten Reihe sind auf einer Basisplatte 13 angeordnet, und eine obere Platte 14 befindet sich auf den oberen Enden der Isolatoren der obersten Reihe. Die Isolatorflansche 11 sind an den entsprechenden Platten 12, 13 und 14 in herkömmlicher Weise, wie unter Anwenden von Bolzen, nicht gezeigt, befestigt. Die Basisplatte 13 kann in herkömmlicher Weise auf einer Abstandshalterplatte 15 angeordnet sein.

Eine mit der Isolatoranordnung ausgerichtete Adapterplatte liegt im Abstandsverhältnis gegenüber der oberen SEite der oberen Platte 14 vor unter Anwenden eines die Belastung verteilenden 3ings 21. Der die Belastung verteilende Ring siehe die Fig. 2 und 3, ist mit den Achsen der keramischen Isolatoren ausgereichtet, d.h. die Achsen der keramischen Isolatoren schneiden den Ring 21 zwischen dem inneren und äußeren Durchmesser. Die Fig. 1 erläutert das Beaufschlagen einer senkrechten Belastung auf die Isolatoranordnung durch den Pfeil P, der auf die Adapterplatte 20 nach unten gerichtet ist.

Die Platten 12, 13 und 14 sind vorzugsweise kreisförmig ausgeführt, si&e die Fig. 2. Gegebenenfalls können diese Platten auch ringförmig sein, wobei die Linie 22 deren innere Kanten wiedergibt, da das wirksame Gebiet dieser Platten

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- 5 vom Standpunkt der Belastung aus ringförmig ist.

Wenn auch die in der Zeichnung wiedergegebenen Isolatoren glatte äußere Oberflächen aufweisen, versteht es sich natürlich, daß diese Isolatoren auch mit ringförmigen Erhöhungen versehen sein können, wie dies der herkömmlichen Praxis entspricht. Weiterhin, siehe Fig. 1, sind die Durchmesser der keramischen Isolatoren größer an deren Enden als an deren mittleren Teilen. Wenn auch dieses Merkmal nicht sehr wesentlich ist, ist es doch zweckmäßig, da die höchsten Biegebeanspruchungen auf die Anordnung an den Enden auftreten und nicht an den axialen Mittelpunkten der Isolatoren.

Um die Fähigkeit der Anordnung Scherbelastungen zu tragen zu erhöhen, werden die Längen der keramischen Isolatoren verringert und es ist eine Merhzahl an Reihen derartiger Isolatoren vorgesehen, siehe die Fig. 1, wodurch die Biegung in den keramischen Isolatoren bedingt durch Scherbelastungen gleichmäßig auf jedes Ende jedes keramischen Isolators verteilt wird. Die Unterteilerplatte oder Platten 12 bei einer mehrreihigen Anordnung weisen gleiche Flexibilität bezüglich der oberen und unteren Platten 14 bzw. 13 auf. Bei dieser Anordnung ist somit die Säulenlänge der Isolatoren wirksam verkürzt und bedingt somit eine Verringerung der Wirkung der Bauexzentrizität.

Der Belastungsverteilungsring 21 ist vorgesehen um die gesamte Biegung ausgehend von der senkrechten Belastung P innerhalb des Kreises der keramischen Isolatoren in die Adapterplatte 20 aufzunehmen und hierbei nicht eine ungleichmäßige Übertragung auf die keramischen Isolatoren zu bewirken. Für diesen Zweck ist es bevorzugt, daß die Breite, d.h. die Abmessung zwischen den inneren und äußeren Durchmessern, des Rings 21 möglichst klein gemacht wird. Die kleinste Breite ist gemäß der herkömmlichen Praxis durch die Druckfestigkeit des Materials des Rings und des Materials

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in der oberen Platte 14 und der Adapterplatte 20 begrenzt. Der Ring ist mit den Achsen der keramischen Isolatoren
ausgerichtet, so daß angenähert gleiche Flächen der oberen Enden der keramischen Isolatoren an der Innenseite und der Außenseite des Rings 21, siehe die Fig. 2, auftreten.

Die Wirkung des Rings 21 in der Anordnung ist in der
teilweisen Querschnittsansicht nach Fig. 4 übertrieben
dargestellt. Bei dieser Darstellung ist die auf die
Adapterplatte 20 einwirkende senkrechte Kraft P so gezeigt, daß dieselbe eine ausreichende Größe besitzt um ein Biegen der Adapterplatte 20 zu bewirken. Dieses Biegen hat in
wirksamer Weise den Belastungspunkt zwischen der Adapterplatte und dem Ring 21 nach innen verschoben, jedoch ist
die Verschiebung der Belastungskraft durch die Breite des
Rings 21 begrenzt. Als Folge hiervon werden die auf den
keramischen Isolator 10 über die obere Platte 14 und den
Verteilungsring 21 einwirkenden Kräfte innerhalb tolerierbarer Grenzwerte bezüglich der Achsen der kermmischen Isolatoren gehalten, und es wird praktisch keine der auf die Platte einwirkenden Biegekraft auf den keramischen Isolator 10
übertragen. Wie weiter oben dargelegt, ist die Darstellung der Figur 4 übertrieben, und bei der praktischen Auslegung der Isolatoranordnung ist es bevorzugt, daß die Elemente
der Anordnung so vorgesehen werden, daß das auf den
Verteilungsring einwirkene Belastungszentrum sich um nicht mehr als O,3 cm der Ringbreite für den schlimmsten Fall der Belastungsverteilung verschiebt.

Es versteht sich natürlich, daß geeignete Anordnungen wie
Bolzen vorgesehen werden können, um so die Ausrichtung der Adapterplatte 20 an der Anordnung aufrechtzuerhalten, wenn auch dieses Merkmal keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt.

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mm Π mm

Um die Verteilung der senkrechten Kraft auf innerhalb 10% zwischen den keramischen Isolatoren jeder Reihe zu ermöglichen, ist an jedem Isolator ein ausgeformtes Verbindungsstück, siehe Fig.3, vorgesehen. Die ausgeformten Verbindungsstücke sind an lediglich einem Ende jedes Isolators vorgesehen. DAs Material derselben muß eine hohe Druckfestigkeit und einen höchstmöglichen Elastizitätsmodel besitzen, wie weiterhin es ebenfalls wenig fließen muß. Für diesen Zweck haben sich Epoxidkunststoffe als geeignet erwiesen. Die größte Dicke des Verbindungsstücks 25 wird dadurch bestimmt, daß alle Bautoleranzen bei der Herstellung der Isolatoren addiert werden und man sicherstellt, daß die gesamte senkrechte Ablenkung des ausgeformten Verbindungsstücks kleiner als 10% der gesamten Ablenkung des keramischen Isolators unter größtmöglicher Belastung ist. Das ausgeformte Verbindungsstück wird so angewandt, daß alle parallel wirkendenISolatoren ihre Belastungszyklen gleichzeitig bei Beaufschlagen der Belastung auf die Anordnung beginnen, wodurch keine Beanspruchungskonzentrationen erzeugt werden.

Bei einer praktischen erfindungsgemäßen Ausführungsform werden keramische Isolatoren angewandt, die Längen von 117 cm und Wurzeldurchmesser an deren Mittelpunkten von 20 cm und Wurzeldurchmesser von 22,8 cm bezüglich deren Enden von 21,6 cm besitzen. Die Isolatoren sind aus herkömmlichem Material gefertigt. Die Höhen der Flansche belaufen sich auf 10,5 cm_r die obere Platte 14, die Unterteilerplatte 12 und die Basisplatte 13 besitzen eine Dicke von 12,7 cm und Durchmesser von 140 cm. Die wirksame innere Kante 22 dieser Platten weist einen Durchmesser von 48 cm auf. Der Durchmesser der Anordnung zwischen den Anhsen der gegenüberliegenden Isolatoren beläuft sich auf 94cm. Der Belastungsverteilungsring 21 weist einen inneren Durchmesser von 90,5 cm, einen äußeren Durchmesser von 98 cm und eine Dicke von 0,635 cm auf. Der Adapterring weist eine Dicke von 30,5 cm auf. Die ausgeformten Verb indungsstücke 25 werden aus einem Epoxid-Kunststoff gefertigt und weisen maximale Dicken von etwa 0,04 cm auf.

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Bezüglich des Aufbaus der ausgeformten Verbindungsstücke sei angenommen, daß die gesamte senkrechte Ablenkung einer Isolatoranordnung mit zwei keramischen Isolatoren sich unter einer Belastung von 1,631 kP sich auf angenähert 0,6 cm beläuft, sowie der wirksame Durchmesser des ausgeformten Verbindungsstückes 31,8 cm an dem Bolzenkreis beträgt, sowie die keramischen Isolatoren und die oberen und unteren Platten einer einzigen Reiheneinheit Toleranzen von plus oder minus 0,005 cm besitzen.In diesem Fall beläuft sich die gesamte mögliche Fehlanpassung in der Anordnung auf möglicherweise 2,5(8 χ 2 χ 0,002) = 0,081 cm. Wenn ein Epoxid-Verbindungsstück mit einer Dicke von 0,081 cm angewandt wird, beläuft sich die gesamte Ablenkung des Epoxid-Verbi ndungsStücks unter den obigen Belastungsbedingungen auf Δ = PL = 0,002cm

AE

wobei P die beaufschlagte Belastung, L die Dicke des ausgeformten Verbindungsstücks, A die Fläche des Verbindungsstücks und E der Elastizitätsmodul ist, der sich in diesem Fall auf 520 000 beläuft.

Die gesamte Ablenkung des Epoxid-Kunststoffes unter der oben Belastung beläuft sich somit auf weniger als 1% der gesamten senkrechten Ablenkung.

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Claims

— Q _ P atentansprüche

1.7Isolatoranordnung, dadurch gekennz eichnet,

aß dieselbe eine Mehrzahl paralleler zylinderförmiger Isolatoren aufweist, die im gleichen Abstandsverhältnis um den Umfang eines Kreises herum angeordnet sind, eine Befestigungsplatten-Anordnung (12,13,14) sich an einem Ende der Isolatoren (10) befindet, eine Adapterplatten-Anordnung (20) mit der Befestigungsplatten-Anordnung (12,13,14) ausgerichtet ist für die Aufnahme einer Belastungskraft, und ein die Belastung verteilender Ring (14) zwischen der Befestigungsplatte und den Isolatoren (10) vorliegt, der Ring (14) mit den Achsen der Isolatoren )10) ausgerichtet ist, sowie der Ring (14) eine Breitenabmessung zwischen seinen inneren und äußeren Durchmessern aufweist, die kleiner als die Durchmesser der Isolatoren (10) an dem einen Ende derselben ist, wodurch ein Durchbiegen bedingt durch die Belastungskraft nicht auf die Isolatoren übertragen wird.

2.Isolatoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Mehrzahl paralleler, senkrecht länglicher, keramischer Isolatoren (10) aufweist, die im gleichen Abstandsverhältnis um den Umfang eines Kreises herum vorliegen, eine obere Plattenanordnung (14) an den oberen Enden der Isolatoren (10) vorliegt, eine Adapterplatte (20) über der oberen Plattenanordnung (14) überliegt, und ein die Belastung verteilender Ring (21) zwischen der Adapterplatte (20) und der oberen Platte (14) vorliegt und mit den Achsen der Isolatoren (10) ausgerichtet ist, wobei der Ring (21) eine Breitenabmessung, zwischen den inneren und äußeren Durchmessern derselben dergestalt besitzt, daß dieselbe kleiner als die

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- 10 -

Durchmesser der oberen Enden der Isolatoren (10) ist, wodurch Biegekräfte bedingt durch das Beaufschlagen senkrechter Belastungen auf die Adapterplatten-Anordnung (20) nicht auf die Isolatoren (10) übertragen werden können.

3. Isolatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende jeder der Isolatoren (10) ein ausgeformtes Verbindungsstück (25) vorliegt, wodurch die senkrechten Belastungen praktisch gleichmäßig zwischen den Isolatoren (10) verteilt werden.

4. Isolatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die ausgeformten Verbindungsstücke (25) aus einem Epoxid-Kunststoff bestehen.

5. Isolatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch

gekennz ei chnet, daß die ausgeformten Verbindungsstücke (25) an lediglich einem Ende jeder Isolatoren (10) vorliegen.

6. Isolatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzei chnet, daß die Durchmesser der Isolatoren (10) an den axialen Enden derselben größer sind als an deren axialen Mittelpunkten.

7. Isolatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die ausgeformten Verbindungsstücke (25) eine Schicht eines ausgeformten Materials mit einer Dicke aufweisen, dergestalt, daß die senkrechte Deformation Shicht sich auf weniger als 10% der senkrechten Deformation des entsprechenden Isolators unter größtmöglicher Belastung beläuft.

8. Isolatoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Mehrzahl ausgerichteter Reihen paralleler, senkrechter, zylinderförmiger Isolatoren (10) aufweist, die im gleichen Abstandsverhältnis um den Umfang eines Kreises

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herum angeordnet sind, wobei die Achsen der Isolatoren in getrennten Reihen ausgerichtet sind, eine Unterteilerplatten-Anordnung (12) die Reihen trennt, eine obere Platte (14) an den oberen Enden der obersten Reihe der Isolatoren (10) angeordnet ist, eine Adapterplatte (20) über der oberen Platte (14) vorliegt, sowie ein die Belastung verteilender Ring (21) zwischen der Adapterplatte (20) und der oberen Platte (14) vorliegt, sowie mit den Achsen der Isolatoren (10) ausgerichtet ist für die übertragung senkrechter Belastungen auf die Adapterplatte (20) zu den Reihen der Isolatoren (10), sowie der Ring (21) eine Breitenabmessung zwischen seinen inneren und äußeren Durchmessern dergestalt aufweist, daß dieselben kleiner als die Durchmesser der oberen Enden der Isolatoren (10) sind, wodurch ein Durchbiegen bedingt durch die senkrechte Belastung nicht von der Adapterplatte (20) auf die obere Platte (14) übertragen wird.

9. Isolatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß lediglich ein Ende jeder der Isolatoren (10) ein ausgeformtes Verbindungsstück (25) besitzt, um so eine praktisch gleiche Belastung der Isolatoren (10) sicherzustellen.

10. Isolatoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgeformten Verbindungsstücke (25) aus einem Epoxid-Kunststoff bestehen.

11. Isolatoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Basisplatte (13) an den unteren Enden der Isolatoren (10) der untersten Reihe der Isolatoren (10) angeordnet ist, die obere Platte (14), die Unterteilerplatten-Anordnung (12) und die Basisplatte (13) praktisch gleiche Flexibilität besitzen.

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