DE2509607A1

DE2509607A1 - Stabisolator und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2509607A1
Application number: DE19752509607
Authority: DE
Inventors: Sergio Rebosio
Original assignee: REBOSIO IND ELETTROTECNIA SpA
Current assignee: REBOSIO IND ELETTROTECNIA SpA
Priority date: 1974-03-09
Filing date: 1975-03-05
Publication date: 1975-09-11
Also published as: IT1016474B; JPS50129994A; US3971128A; CA1023024A; ZA751316B; GB1471132A; FR2263585A1; FR2263585B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stabisolator und auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stabisolators, der im wesentlichen einen Stab aus glasfaserverstärktem Kunstharz aufweist, der in eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material gebracht wird und mit Anschlußstücken oder Endfassungen versehen wird.

Insbesondere besieht Rich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen der glasfaserverstärkten Kunstharzstäbe, die aufeinanderfolgenaen Polymerisationsvorgängen unterworfen werden, um nach dem Einführen der Stäbe in die äußeren Umhüllungen aus organischem Material die Verbindung derselben

509837/0303

RIE 3471 - 2 -

mit den metallischen Anschlußstüoken zu ermöglichen«

Grundsätzlich sind Stabisolatoren der oben erwähnten Art bekannt. Eine der größten Schwierigkeiten besteht dabei in der Verbindung zwischen den metallischen Anschluß-Stücken und den IsoIiereXes-enteri; be sorters wegen der Zugspannungen, die auf die Isolierslemente bei Belastungen ausgeübt werden, die auf dem Gewicht, suf dem Wind, auf der Bildung von Eisringen, εα£ Zugbelastungen in Kurven entlang der elektrischem Linien usw« beruhen.

Bei Verwendung von zylindrischen Stäben zur Herstellung von Isolatoren ist die mechanische Verbindung mit den zylindrischen Anschlußstücken gans ungewiß, da die mechanische Festigkeit der radialen Reaktionskraft proportional ist, die zwischen dem metallischen Anschlußstüok und dem Stab nach dem Zusammendrücken des AnschlußStückes aufgebaut wird, und die ferner von dem Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Elementen und von dem Ausmaß, der Kompression abhängt.

Weim es sich um hohe Belastungen handelt, ist es daher notwendig, die State iri* konischen Enden au verseilen, auf welche metallische Anschluss Stücks angedrückt werden, die einen Sits mit entsprechend ausgebildeter konischer Fläche fcabsn. Bei den bekannten -Systemen sine die Stäbe schon mit konisch ausgebildeten Enden vorgeformt: ein solcher Stab wird ix die isolierende umhüllung eingeführt, welche die elektrischen Spannungen aussdhalten vermag. Es ergibt sich daraus, daß die Innenabmessungen der Umhüllung so sein nüssen, daß &j.e Einführung ier verbreiterten Enden des Stabos möglich Ιεΐ. Da eine iüöglichst monolithische Einheit erwünscht ist, miß dah*.r bei Λθγ Herstellung der Isolatoren •t-M· sich .?cmit ergebende ring"form:'3e Spalt sviisahen der

509837/0303

äußeren Umhüllung und dem glasfaserverstärkten Kunststoff· stab mit einem geeigneten dielektrischen Material aufgefüllt werden, um eine Verklebung und mechanische Verbindung zwischen dem Stab und der Umhüllung zu erhalten.

Bei großen Isolatoren erheblicher Länge, bei denen die Menge des einzugießenden Materials erheblich ist, würden sich beim Eingießen dieses Materials Schwierigkeiten ergeben, da das Eingießen des Kunstharzes so erfolgen muß, daß außer der Sicherstellung einer zufriedenstellenden Verklebung der G-uß homogen, d.h. frei von Fehlerstellen und Rissen sein muß.

Es ist auch zu berücksichtigen, daß während dieses Vorganges die behandelten Teile unterschiedlichen Wärme- und Spannungsbeanspruchungen unterworfen werden j es entstehen etwa Spannungen in der Schicht des Füllmaterials, welches zwischen den Stab und die äußere Umhüllung eingegoßen worden ist; man hat gefunden, daß, je geringer die Dicke des Materials zwischen dem Stab und der Umhüllung ist, der Isolator einen um so besseren Wirkungsgrad aufweist. Es ist daher erforderlich, die Dicke dieser Füllschicht möglichst gering zu halten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Isolator, der die oben erwähnten Bedingungen erfüllt, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen. Dies soll insbesondere bei solchen Isolatoren erreicht werden, die Stäbe mit konischen Enden aufweisen, damit eine genügende Widerstandsfähigkeit gegenüber den maximal möglichen mechanischen Spannungen erreicht wird; es soll eine möglichst geringe Schicht von Kunstharz oder einem anderen Füllmaterial zwischen dem Stab und der elektrisch isolierenden äußeren Umhüllung des Isolators vorgesehen sein.

5 0 9 8 3 7/0303

Grundsätzlich besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß ein Stab gebildet wird, der von seinem einen Ende aus oder von beiden Enden aus einen konstanten Querschnitt entlang seiner gesamten Länge aufweist und der an einem Ende oder an beiden Enden nicht polymerisiert ist, sodaß ein solcher Stab leicht in eine Umhüllung aus Isoliermaterial eingeführt werden kann, woraufhin das metallische Anschlußstück angebracht wird, das genannte Stabende aufgeweitet wird bis zur Anlage der Fasern an der konischen Fläche des metallischen Anschlußstückes, wie etwa durch das Einführen von Keilstücken, und wobei schließlich das Aushärten oder Polymerisieren des Stabendes vervollständigt wird; somit kann die Größe des Stabes beibehalten werden, während die Größe der Umhüllung und somit die Menge des einzugießenden Püllmaterials herabgesetzt werden.

Die Polymerisation des sinen Endes des Stabes bzw. beider Stabenden kann deswegen später durchgeführt werden, weil während der Polymerisation de3 Mittelteils des Stabes das Ende bzw. die Enden gekühlt werden, um eine Erwärmung und eine Polymerisation des Endes bzw. der Enden zu verhindern.

Me erfindungsgemäße Herstellung der Isolatoren kann entweder durch Einzelherstellung oder in einem kontinuierlichen Zyklus erfolgen, wie das nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erörtert wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur kontinuierlichen Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffstäben für Isolatoren gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform zur Einzelherstellung eines Stabes für einen Isolator gemäß der Erfindung;

509837/0303

Pig. 3 den Herste11ungsschritt, bei dem ein Stab, der in der Anordnung von Pig. 2 hergestellt worden ist, in eine äußere Umhüllung eingeführt wird und an dem die metallischen Anschlußstücke angebracht werden;

Pig. 4 den Vorgang des Aufweitens der nicht polymerisierten Enden des Stabes bis zur Anlage an die kegelstumpfförmige Pläche des jeweiligen Anschlußstückes bzw. der jeweiligen Passung;

Pig. 5 den Herstellungsschritt, bei dem die Enden des Stabes, an dem die Anschlußstücke angebracht worden sind und der in die äußere Umhüllung eingesetzt worden ist, polymerisiert werden;

Pig. 6 das Endstadium der Isolatorherstellung, bei dem Einfüll- und Klebmaterial zwischen den Stab und die äußere Umhüllung gegossen wird;

Pig. 7 eine gegenüber Pig. 2 geänderte Ausführungsform der Anordnung.

In Fig. 1 wird ein kontinuierlicher Herstellungszyklus mit "verzögerter" Polymerisierung der Endstücke des Stabes gezeigt.

Gemäß Pig. 1 wird eine Bahn 1 aus kontinuierlichen Pasern, vorzugsweise aus Q-lasfasern, von einem Knäuel 2 abgewickelt und unter Führung durch geeignete Rollen 3 und 4 in einen Behälter 5 getaucht zwecks Imprägnierung mit einem in dem Behälter befindlichen, durch Wärme härtbaren Kunstharz 6, wie etwa Polyesterharz oder Epoxidharz. Die Glasfaserbahn wird dann einem Gelbildungsprozeß hinsichtlich des Kunstharzes unterworfen, indem die Bahn durch einen kontinuier-

509837/0303

lichen Ofen 7 geführt wird, in der sie auf einer Gelbildungstemperatur gehalten wird, so etwa auf 80⁰C für Polyesterharz und auf 9O⁰C für Epoxidharz. Nach dem Verlassen des Ofens 7 wird die Bahn 1 mit dem Kunstharzgel durch eine Strangpresse 8 geführt, die in Serie mit einem nachfolgenden kontinuierlichen Polymerisationsofen 9 liegt, durch welchen die gezogene Bahn dann geführt wird. Vor dem Hindurchlaufen durch den Polymerisationsofen 9 werden Kühlelemente 10 in vorbestimmten Abständen an der aus imprägnierten Glasfasern bestehenden Bahn 1 angeordnet, wobei diese Kühlelemente 10 zusammen mit der Bahn 1 sich durch das Innere des Polymerisationsofens 9 in- Längsrichtung desselben bewegen, sodaS der jeweils von einem Kühlelement geschützte Abschnitt der Bahn durch Kühlung konstant auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der Polymerisationstemperatur des Kunstharzes liegt. Derartige Kühlelemente können z. B, aus Muffen oder Hülsen aus schwer schmelzbarem Material bestehen, in denen in geeigneter Weise Kühlwasser zirkuliert. Der Abstand, in dem die Kühlelemente 10 voneinander angeordnet werden, sollte auf die jeweiligen Mitten bezogen so groß sein wie die Länge der herzustellenden Stäbe.

Am Ausgang des Polymerisationsofens 9 werden die Kühlelemente 10 entfernt, und die Glasfaserbahn in Form einer kontinuierlichen Stange wird von Ziehrollen 11 zu einer Schneidvorrichtung 12 vorbewegt, an der die Stange entsprechend den nicht polymerisierten Abschnitten in Stücke zerschnitten wird* Die so erhaltenen Stangenabschnitte haben daher einen mittleren polymerisierten Teil und Endteile, die nicht polymerisiert sind oder in geringerem Grade polymerisiert sind.

509837/0303

Die so erhaltenen Stäbe haben daher entlang ihrer länge einen im wesentlichen konstanten Querschnitt, sodaß sie leicht in eine elektrisch isolierende äußere Umhüllung eingeführt werden können, die im wesentlichen genauso groß oder etwas größer iet als der jeweilige Stab. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen diesen Teilen und somit die Menge des dann einzufüllenden Kunstharzes möglichst gering zu halten.

Wie schon erwähnt, werden die die tragende Struktur des Kunstharzstabes bildenden Fasern aus kontinuierlichen Fasern, vorzugsweise Glasfasern, gebildet, wobei diese parallel zu dem Stab und in !Längsrichtung desselben angeordnet sind. Die Anordnung der Glasfasern in Längsrichtung ergibt eine maximale Festigkeit gegenüber axialen Eelastungen. Was den zum Imprägnieren der Faserbaim verwendeten Kunstharz anbelangt, kann ein Polyesterharz verwendet werden, der unter dem Markennamen Neoxil 709 von der Firma Savid erhältlich ist und der nur eine der Polymerisation dienende Wärmebehandlung von 1 1/2 Stunden bei 12O⁰G benötigt, oder ein Epoxidharz, der unter dem Markennamen XB 2649 von der Firma Ciba erhältlich ist und der zur Polymerisation eine Wärmebehandlung von 1 1/2 Stunden bei etwa 150⁰C erfordert.

In Fig. 2 wird eine andere Ausführungsform einer nicht kontinuierlichen Herstellung von Stäben für Isolatoren beschrieben.

Im einzelnen zeigt Fig. 2 eine zu öffnende Form 13» in welche eine Glasfasermasse 14 eingebracht wird, die mit einem durch Wärme aushärtbaren Kunstharz imprägniert ist. An ihren beiden Enden hat die Form 13 je ein Gehäuse für je eine Hülse oder Muffe 15 aus hitzebeständigem Material, deren Innendurchmesser dem Innendurchmesser der Form 13

509837/0303

entspricht. An den Enden der Form ist eine Leitung 16 für die Zirkulation von Kühlwasser vorgesehen zu dem Zweck, die Enden der Glasfasermasse und somit des zu formenden Stabes auf einer derartigen Temperatur zu halten, daß die Polymerisation des Kunstharzes vermieden wird. Wenn daher die mit dem Kunstharz imprägnierte G-lasfasermasse in der Form 13 eingeschlossen worden ist, wird diese in einen Polymerisationsofen I7 gebracht, der in Fig. 2 durch eine schematische Umrißlinie angedeutet ist und in dem die Wärmebehandlung bei der Polymerisationstemperatur des Kunstharzes stattfindet. Gleichzeitig damit, und zwar während der gesamten Polymerisationsdauer, werden die Enden der Form durch die mittels der Leitungen 16 aufrechterhaltene Wasserzirkulation gekühlt, um die Enden der mit dem Kunstharz imprägnierten Glasfasermasse, d.h. die Enden des zu bildenden Stabes, in geeigneter Weise zu kühlen, d.h. unter der Polymerisationstemperatur zu halten.

Nach Beendigung der Kunstharzaushärtung am Mittelteil des Stabes, nicht aber an den Stabenden, wird der in Fig. 4 mit 18 bezeichnete Stab in eine äußere Umhüllung 19 aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise PTFE, eingeführt, welches den elektrischen Beanspruchungen standzuhalten vermag.

Die Einführung des Stabes in die oben erwähnte äußere Umhüllung 19 wird dadurch vereinfacht, daß der Stab 18 entlang seiner gesamten Länge einen im wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Die Umhüllung 19 kann daher Innenabmessungen aufweisen, die gleich oder geringfügig größer sind als die Außenabmessungen des Stabes 18.

Wenn der Stab 18 in die äußere Umhüllung 19 eingeführt worden ist, werden die metallischen Anschlußstücke 20 an den beiden Enden des Stabes angebracht und dienen zur Verankerung der Isolatoren.

509837/0303

Wie deutlich in Fig. 4 zu sehen ist, hat jedes der metallischen Anschlußstücke eine Durchgangsöffnung, die einen Sitz mit divergierender, d.h. konisch geformter Oberfläche 21 bildet, wobei die Konusspitze koaxial mit dem Stab 18 ist.

Nach der Anbringung der metallischen Anschlußstücke 20 werden die Glasfasern H¹ an den beiden nicht polymerisierten Enden des Stabes 18 in geeigneter Wei3e aufgeweitet, so daß sie in Anlage an die konische Oberfläche 21 jedes der Anschlußstücke 20 gelangen. Nach dem Aufweiten der Fasern 14* werden keilförmige Elemente, wie die Konusstücke 22, eingeführt, die aus einem geeigneten organischen oder anorganischen Material bestehen, vorzugsweise aus Nylon und/oder aus Aluminium und Stahl. Diese Konusstücke haben eine solche Form, daß sie den Querschnitt der Stabstruktur an dessen Enden im wesentlichen konstant halten.

Nach dem Einführen der Konusstücke 22 wird die so gebildete Isolatoranordnung wieder in einen Polymerisationsofen 23 (Fig. 5) gebracht, in dem die Polymerisation hinsichtlich, der Enden des Stabes 18 vollendet wird, der dadurch fest an den metallischen Anschlußstücken 20 verankert wird.

Die Isolatoranordnung wird in dem Polymerisationsofen 20 so lange gehalten, bis eins vollständige Polymerisation der Stabenden stattgefunden hat, worauf der Herstellungsprozeß des Isolators gemäß Fig. 6 vollendet wird durch einen Vakuum-Imprägnierungsvorgang, bei dem der Zwischenraum 24 vollständig gefüllt wird, der zwischen der Oberfläche des Stabes 18 und der Innenfläche der Umhüllung 19 besteht. Dieses Auffüllen wird mit einem geeigneten Imprägniermaterial, vorzugsweise Kunstharz, durchgeführt, welches eine vollständige Verklebung des Stabes 18 und der Innenfläche der Umhüllung 19 herbeiführt? vorzugsweise wird Kunstharz verwendet, welches unter dem Markennamen Epikote 815 von der Firma Shell erhältlich ist.

509837/0303

Durch die Imprägnierung und die Polymerisation, d.h. das Aushärten, des imprägnierenden Kunstharzes wird der Isolator vollendet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird inn eine "Variante des Verfahrens zur Herstellung des Stabes beschrieben« Es ist dort eine Form 25 vorgesehen, die an ihrem einen Ende bezüglich der Form 13 von Fig. 2 modifiziert ist.

Sie Form 25 von Fig. 7 weist die Leitung 16 für die Zirkulation von Kühlwasser nur an ihrem einen Ende auf, während die Form an ihrem entgegengesetzten Ende nach außen divergierend ausgebildet ist. Diese Hersteilungsmethoae dient daher sur Herstellung von glasfaserverstärkten Stäben, deren eines Ende bereits eine konische Oberfläche aufweist, die an die entsprechende konische Innenfläche 21 eines metallischen AnschlußStückes angepaßt ist, während das andere nicht aus-

Ende
gehärteteres Stabes in anderer Weise weiter verarbeitet wird, wie das oben schon beschrieben wurde. Genauer gesagt wird nach Herstellung eines Stabes der- vorstehend erwähnten Form dieser Stab durch ein Anschlußstück und durch die äußer« Umhüllung geschoben, woraufhin das andere Anschlußstück angebracht wird, wobei die Glasfaser», gegen dessen konische Innenfläche aufgeweitet werden und dann ein Konus st'ick 22 eingesetzt wird und dann in der vorher beschriebenen Weise ein AushärtungeVorgang folgt. Auf diese Weise ist es in vielen Fällen möglich, sowohl die Anordnung als auch den Polymerisationsvorgang zu vereinfachen, wobei der Vorteil einer einfachen Verbindung zwischen dem glasfaserverstärkten Kunststoffstab und der äußeren Umhüllung genau bemessener Größe beibehalten wird, was ein korrektes* Imprägnieren des Spaltes zwischen den beiden feilen sicherstelle.

509837/0303

Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung von Isolatoren hat den Vorteil eines geringen konstruktiven Aufwandes und größerer Zuverlässigkeit aufgrund des Vorhandenseins einer minimalen Dicke des Klebmaterials zwischen dem Kunststoff stab und der äußeren Umhüllung; ferner ergeben sich wirtschaftliche Vorteile aufgrund der kleineren Größe der Umhüllung, die wiederum auf den herabgesetzten inneren Abmessungen der Umhüllung beruht. Ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil besteht in der geringeren erforderlichen Menge an Klebmaterial, wobei gleichzeitig die Isolatoren wirksamer arbeiten, und zwar insbesondere unter solchen Bedingungen, unter denen sich Änderungen ergeben, wie zyklische WärmeSchwankungen niedriger oder hoher Frequenz oder Schwankungen der mechanischen Beanspruchung.

Patent ansρrüehe:

509837/0303

Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zur Herstellung von Stabisolatoren, bestehend aus einem glasfaserverstärkten Kunstharzstab, einer äußeren Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material und Anschlußstücken, dadurch gekennzeichnet , daß der Stab aus einer mit durch Wärme aushärtbaren Kunstharz imprägnierten Glasfasermasse gebildet wird, daß der größte Teil der Stablänge einer vollständigen oder im wesentlichen vollständigen Polymerisation unterworfen wird, wobei mindestens ein Ende des Stabes unterhalb der für eine vollständige Polymerisation des Kunstharzes erforderlichen Temperatur gehalten wird, daß der so gebildete Stab in eine isolierende Umhüllung eingeführt wird, daß ein Anschlußstück auf das nicht ausgehärtete Ende des Stabes aufgebracht wird, daß die Glasfasermasse des nicht ausgehärteten Endes des Stabes aufgeweitet wird bis zur Anlage an eine divergierend ausgebildete Fläche des Anschlußstückes und daß dann eine vollständige Polymerisation des genannten Stabendes durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Stab über seine gesamte Länge einen konstanten Querschnitt aufweist und daß die Enden durch Kühlung auf einer Temperatur gehalten werden, die niedriger ist als die Polymerisationstemperatur des betreffenden Kunstharzes.

509837/0303

3· Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab an seinem einen Ende mit einer konisch divergierenden Fläche versehen wird, während das andere Stabende mit demselben konstanten Querschnitt wie der Stab selbst versehen wird und auf einer Temperatur gehalten wird, die niedriger ist als die PoIymerisationstemperatur des betreffenden Kunstharzes.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine kontinuierliche Herstellung der Stäbe erfolgt, dadurch gekennzeichnet , daß eine kontinuierliche Glasfaserbahn abgewickelt wird, daß die G-lasfaserbahn mit einem durch Wärme aushärtbaren Kunststoff imprägniert wird, daß die imprägnierte Bahn auf eine zur G-elbildung des Kunststoffes ausreichende Temperatur aufgeheizt wird, daß die Kunststoffbahn dann einem Ziehvorgang unterworfen wird, um einen Stab kontinuierlichen konstanten Querschnittes zu erzeugen, daß dann eine Aufheizung auf die Polymerisationstemperatur erfolgt, wobei bestimmte im Abstand voneinander befindliche Stababschnitte kühl gehalten werden, und daß schließlich der Stab an den aufgrund der Kühlung nicht polymerisierten Abschnitten in Stücke zerschnitten wird.

5· Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen dem Stab und der Innenfläche der Umhüllung mit einem Füllmaterial gefüllt wird.

6. Stabisolator, hergestellt nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem glasfaserverstärkten Kunstharzstab, einer äußeren Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material und konisch ausgebildeten Stabenden zwecks Verbindung mit Metallfassungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung Innenabmessungen aufweist, die geringer sind als die Außenabmessungen der konisch ausgebildeten Stabenden.

509837/0303

7· Stabisolator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Spalt zwischen dem Stab und der äußeren Umhüllung mit einem Kunstharz gefüllt ist zwecks Verklebung ies Stabes mit der äußeren Umhüllung«

509837/0303

Lee

rs e 11 e