DE2730126A1

DE2730126A1 - Laenglicher elektrischer isolator und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2730126A1
Application number: DE19772730126
Authority: DE
Inventors: Paul Fouinat; Henri Warnet
Original assignee: Ceraver SA
Current assignee: Ceraver SA
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-07-04
Publication date: 1978-01-19
Also published as: US4190736A; BR7704502A; FR2357993A1; MX143236A; FR2357993B1; ES460567A1

Description

Juli J977

LÄNGLICHER ELEKTRISCHER ISOLATOR 273012 UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

Die Erfindung betrifft einen länglichen elektrischen Isolator bestehend aus einem Rohr und einer Füllung, beide aus einem dielektrischen Material, sowie aus einem Deckel an jedem Rohrende, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Das Rohr kann jede geeignete Außenform aufweisen, beispielsweise glatt sein oder mit einem Profil versehen sein, damit sich ein längerer Kriechstromweg ergibt. Das dielektrische Material des Rohrs muß eine mechanische Festigkeit besitzen (Keramik, Glas, mit einem synthetischen Harz verklebte mineralische oder organische Fasern usw.), die den im Betrieb auftretenden Kräften standhält.

Massive längliche elektrische Isolatoren aus Keramik, Glas oder mit einem härtbaren Harz verklebten mineralischen oder organischen Fasern besitzen ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, jedoch bereitet die Herstellung derartiger Isolatoren mit großen Durchmessern, z.B. größer als etwa 2OO mm bei Keramikisolatoren, und größer als nur etwa 50 mm bei Isolatoren aus einem Faser-Harz-Verbundmaterial, große Schwierigkeiten.

Man könnte daran denken, hohle, also rohrförmige Isolatoren zu verwenden, die man mit großen Durchmesser und/oder großer Länge herstellen kann, und diese mit gehärtetem Schaum aus synthetischem Harz zu füllen, mti dem die elektrische Isolierung und Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit erreicht werden

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soll. Hierbei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß der gehärtete Schaum nicht sicher an der Innenwandung des Rohrs anhaftet, da die sich zwischen härtendem Schaum und der Wandung beim Kontakt des Schaums mit der Wandung bildende Haut brüchig ist und den beim Betrieb auftretenden Beanspruchungen möglicherweise nicht standhält, wodurch die elektrischen Isoliereigenschaften verschlechtert würden. Außerdem ist die elektrische Durchschlagfestigkeit eines Isolators dieser Bauart großer Länge nicht sehr groß. Schließlich erfordert die Herstellung des gehärteten Schaums am Montageort sehr strenge Herstellungsbedingungen (Temperatur, Mischdauer für die Bestandteile des Schaums usw.), da man andernfalls die Qualität des Schaums nicht unter Kontrolle hat und etwa durch Lufteinschlüsse oder Ablösung von der Innenwandung des Rohrs Fehler auftreten können.

Ziel der Erfindung ist es, einen länglichen Isolator mit einem Außenrohr und einer Schaumfüllung zu schaffen, in dem die Qualität des isolierenden Füllstoffs auf einfache Art und Weise unter Kontrolle gehalten werden kann und eine dauernde Haftung des Füllstoffs an der Innenwandung gewährleistet ist, wobei jedoch gleichzeitig die Herstellung einfach sein soll.

Der erfindungsgemäße elektrische Isolator ist dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung getrennt vom Rohr aus einem mindestens teilweise steifen Schaum hergestellt wird und daß die Füllung mit der Innenwandung des Rohrs mithilfe eines Klebers verbunden wird, der eine gute mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Werkstoff des Rohrs und dem der Füllung gewährleistet.

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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Schaumstoff für die Füllung muß ausreichend steif sein, damit das zum Verkleben dienende Kunstharz zwischen Rohrwandung und Füllmasse fließen kann, ohne daß sich der Schaumstoff jedoch unter der Druckwirkung des zum Verkleben dienenden Harzes zusammenzieht. Ein sehr weicher Schaumstoff wie beispielsweise Kautschukschaum käme nicht in Frage.

Nachfolgend werden ein erfindungsgemäßer elektrischer Isolator mit einer Füllung aus einem steifen Schaum und mit einem Grenzflächenstoff, der aus einem Epoxyharz besteht, sowie das entsprechende Herstellungsverfahren anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines als Füllung eines Isolatorrohrs vorgesehenen Schaumstoffblocks.

Fig. 2 zeigt die Stirnfläche eines derartigen Schaumstoffblocks von oben.

Fig. 3 zeigt im Achsenschnitt einen mit einem derartigen Block versehenen erfindungsgemäßen isolator vor Einführung des Kunstharzklebers.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Einführung des Kunstharzklebers.

Der in Fig. 1 gezeigte Block 1 aus steifem Polyurethanschaum mit einer Dichte von beispielsweise 80 bis lOO Kg pro Kubikmeter weist vorstehende Kränze 2 und 3 auf, deren Durchmesser um einige Millimeter größer als der des Blocks ist,

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deren Stärke ebenfalls einige Millimeter beträgt/aie mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Längsrillen 4 versehen sind.

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An seinen Enden weist der Block radial verlaufende Rillen 5 auf, die in Fig. 2 besser zu erkennen sind, und die für eine gleichmäßige Verteilung des zum Verkleben des Blocks mit der Innenwandung des Isolatorrohrs dienenden Kunstharzklebers auf der Blockoberfläche sorgen sollen.

Fig. 3 zeigt im axialen Schnitt einen mit einem Block aus steifem Polyurethanschaum versehenen Isolator, der zur Abdichtung vor dem Einführen des zum Verkleben dienenden Kunstharzes mit Abdichtdeckeln 8 versehen ist. Das aus Keramik bestehende Rohr 6 des Isolators mit nichtemaillierter Innenfläche weist die üblichen Rippen 7 auf. Es könnte auch ein Rohr aus in Kunstharz getauchten Glasfasern verwendet werden, dessen Innenfläche durch trockene Reibung mit Keramikkugeln und zugesetztem Aluminiumoxyd-Abriebmittel oder mit Hilfe eines beliebigen anderen Mittels gereinigt wird. In der Praxis werden vielfach längere Rohre als dargestellt verwendet, die innen mit mehreren übereinandergeschichteten Polyurethanschaumblöcken gefüllt sind. Die Deckel 8 weisen in ihrem Mittelpunkt Gewindelöcher 9 auf, die abschließend mit einem verklebten Schraubstopfen 10 dichtperschlossen werden. Die Dichtheit zwischen einem Deckel und dem entsprechenden Ende des Isolators wird mit Hilfe eines Dichtrings 11 aus am Deckel haftendem Silikonelastomer, der beispielsweise an Ort und Stelle gegossen werden kann, und mit einem Kleber 12 erreicht.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung für die Einführung des der Verklebung des Schaumstoffblocks mit dem Isolatorrohr dienenden Klebers. Das Isolatorrohr ist mit den Polyurethanschaum-

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blöcken ΙΑ, IB, IC gefüllt. Über durchsichtige Leitungen

einem, mit ist das Isolatorrohr über ein Ventil 14 raitVeiner Mischung aus Epoxyharz und Härtekatalysator gefüllten Einspritzbehälter 15 verbunden; diese Mischung wurde zuvor durch Unterdruck entgast. Der Einspritzbehälter 15 ist mit seinem anderen Ende über eine mit einem Manometer 17 versehene Leitung 16 an einen Kompressor 18 angeschlossen.

Am anderen Ende ist das Isolatorrohrinnere 6 über eine durchsichtige Leitung 19, die ein Vakuumüberwachungsmanometer 20 aufweist, mit einer Vakuumpumpe 21 und einem Ventil 22 verbunden.

Die Polyurethanschaumblöcke lA, IB, IC werden zuerst in das Isolatorrohr 6 hineingeschoben und lassen zwischen ihren Kränzen 2 periphere Gießkanäle 2A frei. Die Enden des Isolatorrohrs werden mit Kappen 8A, 8B verschlossen, die vollkommen dicht verklebt werden. Dann setzt man in die in den Abdeckkappen vorhandenen Gewindelöcher hier nicht dargestellte, mit einem Gewinde versehene Stutzen ein, die an die Leitungen 13 und 19 angeschlossen sind. Nach der Herstellung einer Mischung aus Epoxyharz und Härtemittel, deren Viskosität bei 25°C zwischen 0,36 und 0,4 Pa.s (36-40 Poise) liegt, wird diese Mischung entgast und in den Einspritzbehälter 15 gefüllt. Dann wird das Ventil 14 geschlossen und die Vakuumpumpe 21 eingeschaltet, so daß im Innern des Isolators ein Restdruck von 15 bis 7O Millibar verbleibt. Daraufhin wird langsam das Ventil 14 geöffnet und der Kompressor 18 in Gang gesetzt, so daß im Einspritzbehälter 15 ein Überdruck von 0,1 bis 0,3 Bar oberhalb der Füllmischung entsteht. Dadurch steigt das Epoxy-

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harz im Innern des Isolators nach oben. Wenn das Harz in der Leitung 19 aufzusteigen beginnt, wird das Ventil 14 geschlossen und das Ventil 22 langsam geöffnet, so daß der Unterdruck in der Leitung 19 allmählich abnimmt.

Dann kan man die Stutzen aus den Deckeln entfernen und diese vollkommen dicht verschließen. Das Härten des Epoxyharzes im Isolatorrohr erreicht man dann entweder, indem man es ausreichend lange unter Umgebungstemperatur läßt oder inden man während einer ausreichenden Dauer eine leichte Erwärmung durchführt.

Versuche zur Überprüfung der mechanischen Festigkeit bei wechselnden W'irmeeinflüssen mit einem-Idem in Fig. 4 dargestellten Isolator entsprechenden Prüfling, der aus einem mit Polyurethanschaumblöcken gefüllten Glasrohr besteht, zeigen, daß nach einem 8-stündigen Kälteeinfluß von -28 C mit nachfolgender Erwärmung auf +20⁰C während 15 Stunden keinerlei Lösen der Grenzfläche zwischen dem Epoxyharz und dem Polyurethanschaum festzustellen ist. Nach einer 8-stündigen Kältebehandlung bei -25 C und nachfolgender Erwärmung auf +70 C während 15 Stunden mit nachfolgender Abkühlung auf Umgebungstemperatur wird ebenfalls keinerlei Ablösung festgestellt. Der Ausgleich der unterschiedlichen Längenausdehnungen zwischen dem Rohr und Polyurethan wird durch die Blasen im Schaumstoff erreicht. Die dielektrische Festigkeit, gemessen an Prüflingen, die aus einem der Rohrfüllung entnommenen Harzblock ausgeschnitten werden, beträgt 31,5 kVeff pro Millimeter, ein Wert, der mit einer guten Keramikisolierung vergleichbar ist.

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Die erfindungsgemäßen Isolatoren können als Isolatoren in elektrischen Schaltanlagen, zur Isolierung von Geräten zum Arbeiten an unter Hochspannung stehenden Apparaten oder Leitungen usw. verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Isolatoren arbeiten einwandfrei in einem großen Temperaturbereich, der von -50 C bis zu +80 C reichen kann.

Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung gewisse Änderungen vorgenommen werden. Insbesondere kann als Füllmaterial ein mindestens teilweise steifer Schaum eines anderen Harzes, wie beispielsweise eines Epoxy-Silikon- oder Phenolharzes, verwendet werden. Auch kann ein anderes Harz zum Verkleben der Schaumblöcke mit der Innenfläche des Isolatorrohrs verwendet werden, wenn dieses Harz nach dem Härten ausreichend elastisch ist, beispielsweise kann ein Polyesterharz eingesetzt werden. Auch kann das Klebermaterial allein durch den am der Einführungsseite entgegengesetzten Ende herrschenden Unterdruck oder allein durch den am Einführungsende herrschenden überdruck in das Isolatorrohr eingeführt werden.

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Al

Leerseite

Claims

Fo 10 427 D

4. Juli \S77

CERAVER S.A.

12, rue de la Baume 75008 PARIS, Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

Vl y Länglicher elektrischer Isolator bestehend aus einem Rohr und einer Füllung, beide aus einem dielektrischen Material, sowie aus einem Deckel an jedem Rohrende, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (1) getrennt vom Rohr (6) aus einem mindestens teilweise steifen Schaum hergestellt wird und daß die Füllung mit der Innenwand des Rohrs mithilfe eines Klebers verbunden wird, der eine gute mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Werkstoff des Rohrs und dem der Füllung gewährleistet.

2 - Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Füllung aus sehr steifem PoIy-Urethan-Schaum besteht.

3 - Isolator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Füllung aus mindestens einem Block aus zuvor auf einen in etwa dem Rohr innendurchmesser entsprechenden Durchmesser gebrachten Kunstharzschaum besteht, der mithilfe eines Kunstharzklebers mit der Rohrinnenwandung verklebt wird.

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4 - Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Block auf seiner Peripherie mit Längsrillen versehen ist, in die das zum Verkleben mit der Wandung dienende Kunstharz gegossen wird, sowie mit zur Zentrierung des Schaumblocks im Rohr dienenden Zentrierstiften.

5 - Isolator nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus mehreren übereinandergestapelten Blöcken besteht.

6 - isolator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein Epoxyharz ist.

7 - Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein solcher Schaum verwendet wird, der im steifen Zustand einen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der in etwa gleich dem des Rohrs ist.

8 - Isolator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein weicher Schaum ist, der durch Polymerisation eines bei Umgebungstemperatur flüssigen Stoffs erhalten wird, der sich unter überwachter Atmosphäre und oberhalb der Umgebungstemperatur in einen Schaum umwandelt, insbesondere ein Schaum aus Silikon oder Urethan.

9 - Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Keramik besteht und seine Innenwandung nicht emailliert ist.

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10 - Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus mit Hilfe eines härtbaren Kunstharz verklebten Fasern besteht, und die Innenfläche des Rohrs mit Hilfe eines Schleifmittels gereinigt ist.

11 - Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel (11) an den Rohrenden als Dichtungen aus einem Silikonelastomer ausgebildet sind.

12 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isolators nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Block einen Durchmesser verleiht, der etwa gleich dem Innendurchmesser des Rohrs ist, daß man den Block in das Rohr einführt und ihn dort zentriert, daß man die Rohrenden mit mit Ventilen versehenen Abdichtkappen verschließt, daß man ein flüssiges in einem weichen Harz härtbares Kunststoffpolymer entgast, dem vorzugsweise ein in flüssiger Phase vorliegender Härtekatalysator zugemischt ist, daß man das härtbare Kunststoffpolymer durch ein Ende des Rohrs in den rohrförmigen Isolator mithilfe eines Überdrucks und/oder eines am anderen Ende des Rohrs erzeugten Unterdrucks, mindestens solange einführt, bis das Polymer am anderen Ende auftaucht, daß man dann die Zuführung von Polymer ins Rohrinnere abbricht und daß man schließlich das flüssige härtbare Kunststoff polymer härten läßt.

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13 - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der das flüssige härtbare Kunststoffpolymer enthaltende Isolator zur völligen Aushärtung des Kunststoffpolymers während einer vorgegebenen Dauer auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird.

14 - Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck und/oder Unterdruck etwa 20 bis 30 Minuten nach dem Einfüllen des Klebers aufrechterhalten wird.

15 - Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einfüllen des Klebers in den Isolator einige Minuten lang ein Unterdruck aufrechterhalten wird, um eine vollkommene Entgasung zu erreichen.

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