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Elektroisolator aus Giessharz und sein Herstellungsverfahren
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Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroisolatoren für Nieder-,
Mittel-und Hochspannung aus Giessharz und ihr Herstellungsverfahren.
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Elektroisolatoren oder Isolierträger für Nieder-, Mittel- und Hochspannung
sind bereits bekannt; sie werden in grosser Anzahl in Energieleitungen oder als
Komponenten für Geräte zur Elektrizitatsverteilung oder als Kabelendverschlüsse
oder als Transformatorendurchgange montiert.
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Sie dienen im wesentlichen als Aufhängeelemente oder Freileitungsträger
oder Elektrizität führende Metallteile. Sie haben die Aufgabe, die unter elektrischer
Spannung stehenden Metallteile von den geerdeten Teilen elektrisch zu isolieren
und die verschiedenen Teile in ihren gegenseitigen Stellungen zu halten, wobei sie
sich den teilweise beträchtlichen Einflüssen der elektro-dynamischen Kräfte, die
auf sie einwirken, widersetzen.
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Die Formen und Ausmasse der Isolatoren werden vom Wert der elektrischen
Isolierung und dem mechanischen Widerstand bei Bruch infolge Druck, Zug und Biegung
bestimmt..
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Die der Sohle und dem Durchmesser eines Isolatores entsprechenden
Masse, die elektrischen Isolierwerte und der mechanische Widerstand, sowie die Abnahmeprüfung
sind von den in der Industrie gebräuchlichen Normen bestimmt Die Isolatoren und
besonders diejenigen, die für die Anwendung im Freien bestimmt sind, haben immer
auf ihrer äusseren Oberfläche des mittleren Körpers Flügel, die auf Querebenen zur
Isolatorachse angeordnet sind oder eine zu diesen Ebenen entsprechende Schräge aufweisen.
Im in der Industrie üblichen technischen Sprachgebrauch werden diese Flügel als
Glocken bezeichnet und haben die Aufgabe, den sog. Kriechweg zu verlängern.
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Dieser Weg kann als die kürzeste fortlaufende Linie bezeichnet werden,
die über die Isolatorenoberfläche läuft und seine beiden Enden verbindet.
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Das Verhältnis der Kriechlinie zum Abstand zwischen den beiden Isolatorenenden
(Isolierhöhe)
ist immer grösser als 1 und steigt mit dem Durchmesser der Glocken und ihrer Anzahl.
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Wenn in Betracht gezogen wird, dass die Luft als Dielektrikum verwendet
wird, ist die Länge des Kriechweges bestimmend ur den Gesamtwert der isolationsoberfläche.
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Die Glocken haben ausserdem die Aufgabe, einen Teil der Isolationsoberfläche
vor Regenfall zu schützen.
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Die Werkstoffe, aus denen die Isolatoren hergestellt sind und die
entsprechenden technischen Verfahren begrenzen konstruktiv sehr grosse asse der
Stärke der Glocken und die Verlängerung ihrer Kriechlinie, während der Sochstdurchmesser
durch Norm festgesetzt ist. Wenn man in betracht zieht, dass bei gleichem Durchmesser
eine Glocke eine längere riechlirne hat, wenn ihre Schräge grösser ist und dass
je grösser die Stärke der Glocke ist, umso kleiner ihre Gesamtzahl sein wird, folgt
daraus, dass das Verhältnis zwischen der Kriechlinie der bekanten Isolatoren und
ihrer Höhe wenig grösser als 1 ist.
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bekannte elktrische Isolatoren bestehen aus Porzellan oder ähnlichen
Feramischen Aerkstoffen, aus Glas und in letzter Zeit werden in immer stelsendem
Masse Kunstharze, auch Giessharze genannt, verwendet.
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Die aus Porzellan bestehenden Isolatoren sind die bis jetzt am meisten
verwendeten.
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Porzellan und seine Herstellungstechnik setzen den Formen und Ausmassen
und somit der Mindeststärke und der Schräge der Glocken Grenzen. Deshalb weisen
die Porzellanisolatoren eine wenig verlängerte Kriechlinie auf.
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Ausserdem weisen sie andere Unvollkommenheitsparameter auf, wie Zer-
brechlichkeit,
die sowohl bei der Montage als bei der Installation Gruch mit sich bringt. Ausserdem
bieten sie infolge ihres geringen Elastizitätsmoduls einen geringen Widerstand bei
Temperaturwechsel, was och stärker zu Tage tritt, wenn sich auf den beiden gegenüberliegenden
Seiten eines Isolators verschiedene Temperaturen einstellen.
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Ein Isolierträger in Porzellan kann nicht von einer Fassung mit etallteilen,
deren Verbindung mit Zement oder Kitt durchgeführt wird, getrennt werden und verursacht
somit sehr oft Brüche infolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen
Werkstoffteile.
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Aus den vorgenannten Gründen besteht das technische Bedürfnis, über
neue Arten von Isolatoren verfugen zu können.
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Isolatoren aus Glas weisen die gleichen Nachteile auf, die oben für
die {ausführung in Porzellan dargelegt worden sind. Ausserdem ermöglichen die Arbeitsverfahren
für Glas keine industrielle Verwirklichung von Stücken grosser Ausmasse und, wenn
solche unbedingt erhalten werden müssen, ist es erforderlich. die verschiedenen
Teile durch Zementierung und Kittung r.iteinander zu verbinden.
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Cie Isolatoren aus Kunstharz oder Giessharz werden in einer Form in
einem ganzen Stück spritzgepresst oder gegossen.
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litze Lösungstechnik der Formen ermöglichte bisher nur die Gestaltung
eines aus einem einzigen Stück aus Giessharz bestehenden Isolators mit zwei oder
mehr dünnwandigen Glocken, wobei die Ausführung auf Glocken mit ur Isolatorenachse
rechtwinkliger Mittelebene und nur auf die von der Entformungsschräge gegebenen
Neigung begrenzt war.
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Mit dieser Lösung gab es auf dem Isolatorenkörper keine vor Regenfall
oder
iochstenfails nur wenig geschützte Zonen.
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In Alternative konnte der Isolator aus Glocken mit starker Schräge
(er nach oben gerichteten Oberfläche bestehen und in diesem Falle musste die entgegengesetzte
nach unten gerichtete Oberfläche auf einer zur Achse des Isolators rechtwinkligen
Ebene bleiben,und zwar nur mit der Neigung der Entformungsschräge.
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Dci dieser Alternative hatten die Glocken jedoch keine geringe Stärke
mehr, ccndern wiesen eine massive Stärke auf, wobei das ringförmige Volumen .rterhalb
der Neigung der Glocke voll war und mehr von der Verbindungslinie cer Glocke am
Zentralkörper oben und von der waagrechten Projektion des Randes der Glocke auf
dem zentralen Kern unten bestimmt war.
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den den letzten Jahren sind Isolatoren aus Giessharz mit mehrfachen
Glocken einer Stärke und starker Schräge auf den Markt gebracht worden, jedoch restanden
sie aus mehreren Teilen, die nachher zusarrinengebaut werden :.ussten. Diese Glocken
sind einzeln waagrecht spritzgepresst und werden in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen
nach verschiedenen Techniken jsarinengebaut oder am Zentralkern des ebenfalls gesondert
spritzgegossenen ,solators angebracht. Die Arbeiten des Zusammenbaues verlangen
außer einer genauen und schwierigen Ausführung auch einen grossen Zeitaufwand.
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Diese Art von Isolatoren weisen von einer zur anderen Ausführung eine
zu grosse Veränderung der Parameter der dielektrischen Masseeigenschaften auf. Aus
diesem Grunde ist es erforderlich, eine einheitliche elektrische 4 trolle nach den
Arbeiten des Zusammenbaues durchzuführen.
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Die oben angeführten Massnahmen tragen zu den hohen Kosten dieser
Art von Isolatoren bei, die aus diesem Grunde nur in den Fällen eingesetzt werden,
wo sich der Wirtschaftlichkeit gegenüber genaue technische
Forderungen
aufdrängen.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, elektrische
Isolatoren, auch Isolierträger genannt, aus Harz durch Spritzgiessen mit mehrfachen
Glocken geringer Stärke und starker Schräge mit einer hohen Knechlinienverlängerung
in einem einzigen Stück und in einem Areitsvorgang ohne nachfolgende Arbeitsgänge
zu erhalten, also mit verbesserten dielektrischen Merkmalen, wobei die Isolatoren
die technischen Anfoderungen der modernen Elektroindustrie zufriedenstellen können
und zu einem konkurrenzfahigen Preis verwirklicht werden.
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Der neue Isolator zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass
er durch Spritzgiessen in einem einzigen Arbeitsgang und in einem Stück erhalten
wird und dass er auf seinem Zentralkern zwei oder mehr verlängerte Glocken geringerStärke
und starker Schräge zur rechtwinkligen Ebene der Isolatorenachse aufweist.
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Auf diese Weise bildet jede einzelne Glocke in ihrem Innenteil zwischen
der Verbindunglinie mit dem Zentralkern, ihrem äussersten Rand und ihrer Projektion
auf dem Zentralkern einen ringförmigen Hohlraum, der in seinem oberen Teil vor Regenfall
geschützt ist.
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Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung können die Glocken zueinander
verschiedene Durchmesser aufweisen, sie müssen jedoch die gleiche Schräge haben,
wobei die Glocken kleineren Durchmessers vorzugsweise in den ringförmigen Hohlraum
der Glocken grösseren Durchmessers angeordnet werden können. Dadurch befinden sich
die Glocken kleineren Durchmessers in einer vor Regen geschützten Stellung, auch
wenn der Isolator in irgend einer anderen geneigten Stellung gegenüber der Senkrechten
und bis zu einer Höchstneigungsgrenze, die sich mit der waagrechten Stellung identifiziert,
angeordnet ist.
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er erfindungsger?ässe Isolator ist ausserdem dadurch gekennzeichnet,
dass er vor der Wirkung elektrischer Oberflächenspuren geschützt ist.
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Durch das Herstellungsverfahren wurde ermöglicht, einen langen Kriechweg
zu erhalten, dessen Verhältnis zu der Isolierhöhe auch mehr als 3 sein kann.
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vliese Tatsache stimmt damit überein, den elektrischen OberflächenspanrungC
gradient auf einen gleichen Wert zu bringen, der auch unterhalb C,25 kV/cn, sein
kann.
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rrscrJngsvLrsuche haben ermöglicht, zu entdecken, und praktische Versuche
hoben bestätigt> dass mit als Dielektrikum verwendeterLuft und mit den als Isoliermaterial
im Freien verwendeten Harzen der Isolator nicht den gleichen elektrischen Oberflächenspannungsgradienten
unterstellt werden uss, denen bisher die Isolatoren aus anorganischem Werkstoff
unterstellt .!uruer;, wenn elektrische Oberflächenspurenwirkungen vermieden werden
sollen.
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Wenn der elektrische Oberflächenspannungsgradient spezifische kritische
rerte unterschreitet und ausserdem ein optimaler Sicherheitsabstand hinzukommt,
wird dem Isolator die Sicherheit verliehen, alle erschwerten Eetriebsbedingungen
auszuhalten und gegen die Bildung von elektrischen @@erflächen@@uren auch bei Vorhandensein
einer Alterung des Werkstoffes wi@@@stands@ähig zu sein.
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Es war@nöglich, einen langen Kriechweg zu erhalten, wobei Glocken
mit starker Schräge und geringer Wandstärke mit verschiedenen abwechselnden Durchmesserr
anewandt werden, die sich jedoch immer innerhalb der zugelassenen Höchstmasse befinden.
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Für die vorliegende Erfindung ist die physisch-chemische Zusammensetzung
des
verwendeten Harzes und die Herstellungsweise des Isolators durch Spritzgiessen des
unter Druck stehenden Harzes oder durch freien Guss Jes .Harzes nicht entscheidend.
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Erfindungsgemäss ist auch ein Verfahren zur Ausführung des oben beschriebenen
Isolators mittels Spritzgiessen in einem Stück und mit einem Arbeitsvorgang ohne
nachfolgende Behandlungen vorgesehen.
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Es war dadurch möglich, dieses Ergebnis zu erhalten, indem die eigentliche
patrize des Isolators aus drei oder mehr ringförmigen Sektoren besteht, die sich
beim Entformen mit einer radialen und um einen zum Winkel cer Mittellinie der Glockenschräge
gleichen Winkel geneigten bewegung öffnen.
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@ach einer besonderen Verwirklichung der Erfindung sind diese die
Matrize sr-s Isolators bildenden Sektoren in einer Primärform enthalten und it dieser
in den Bewegungen koordiniert.
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Lie Primärform besteht wie die bekannten und üblichen Formen für Sunststoffe
aus zwei äusseren Formträgerplatten, die sich parallel bffnen und schliessen und
an den Arbeitsplatten einer normalen und @ekannten hrbeitsmaschine befestigt sind,
auf die die Form montiert wird.
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:rmalerweise sind in diesen Maschinen die beiden beweglichen Platten
von !.er Säulen geführt, die idealerweise an den Scheiteln eines Viereckes angeordnet
ind; diese Bauweise wiederholt sich in der Primärform.
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I Zwischerraum zwischen den Säulen können die die Matrize des Isolators
bildenden Sektoren untergebracht werden und im Falle einer Viersäulen-Primärforn
wird eine Matrize mit vier Sektoren bevorzugt.
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Ausserdem lässt man vorzugsweise die Sektoren Führungen entlang laufen,
;ie
in ein m zum Winkel der Mittellinie der Glockenschräge gleichen Winkel @eneigt sind,
sodass diese Führungen die Bewegung der genannten Sektoren @estimmen Die Arbeitsmaschine
steuert und führt mittels der Primärform sie Bewegungen des Offnens und Schliessens
und der Herausnahme des Stückes uS und liefert auch den Druck zum Schliessen und
Blockieren des Gesamten, ie es bei einer normalen Kunststofform der Fall ist.
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@ei Beginn des Offnens der Arbeitsplatten findet die Freigabe der
strizense@toren statt, die, sobald sie freigegeben sind, sich mit einer @eispielsweise
elektrischen oder pneumatischen Bewegung, die unabhängig @n der übrigen Bewegung
der Arbeitsmaschine ist, öffnen. Die Se@toren @ff@@n n sici über dem Stück, das
in der Mitte unbeweglich bleibt, dc die Öffnung der Arbeitsplatten noch nicht vollständig
ist. Die Offnungszeit er Sektoren muss in der Tat geringer als die übrige Zeit zur
vollständigen ffnung der Form sein, sodass die letzte Offnungsstrecke der Hauptform
ie reigate des Stückes ermöglicht, wenn es schon vollständig von den Sektoren befreit
ist.
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iie @ontrolle der Geschwindigkeit der beiden Effnungsbewegungender
Form @nd zur Sektoren ist für die gesante tjetriebsweise bestimmend.
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@nzahl Jer Sektoren steht im Verhältnis zum Neigungswinkel und zum
rch@esse der zu verwirklichenden Glocken.
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Ausserdem. werden die Grenzen der Mindestneigung der Glocken, die
wenigstens eine Neigung von 30'/ erweichen müssen, um die elektrischen @@ge@schaften
zu erfüllen, vorgeschen, jedoch ist es nicht zweckmässig, r @u überschreiten, um
den radialen Sektoren der Matrize die Möglichkeit zur Öffnung .u geben, ohne sie
auf eine übermässige Anzahl zu erhöhen.
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Die vorgenannten Me@gungen, wie auch die Anzahl der Unterteilungen
der
Matrize in Sektoren, die stets in einer grösseren Anzahl von
Sektoren gegenüber der für die bauliche Einfachheit und Wirtschaftlichkeit vorgesehenen
durchgeführt werden kann, sind für die Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht
entscheidend.
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Einige erfindungsgemässe Verwirklichungsfonnen sind beispielsweise
und nicht einschränkend in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt,
um die Erfindung besser zu verstehen.
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Es zeigen: Fig. 1, 2 und 3 teilweise Schnittansichten einiger erfindungsgemässer
Isolatorentipen; Fig. 4, 5, 6 und 7 Draufsichten auf drei verschiedene erfindungs3emässe
Isolatoren; Fig. 7 und 8 einen Schnitt entsprechend der Linie VII-VI; in Fig. 8
und eine Draufsicht auf eine Matrizenform für einen erfindungsgemässen Isolator.
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Aus den Figuren 1 bis 3 ist ersichtlich, dass die linke Hälfte jeder
Figur einen Schnitt darstellt, währen die rechte Hälfte ein Aufriss ist.
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In Fig. 1 sind mit den Bezugsnummern 1 und 2 die Isolatorglocken mit
erir>rStärke dargestellt, die zwei verschiedene Durchmesser aufiweisen.
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Mit der Zahl 3 ist der Neigungswinkel der Glocken bezeichnet, der
für die beiden Glocken unterschiedlichen Durchmessers gleich ist. Aus der Garstellung
ist gut ersichtlich, dass die Glocken 2 von den Glocken 1 grösseren Durchmessers
geschützt sind. Mit 5 ist der unter der Glocke grösseren Durchmessers sich ergebende
ringformige Hohlraum bezeichnet.
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Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Isolators mit Glocken
mit
drei verschiedenen Durchmessern. Ausser den Glocker. 1 und 2 ist eine Glocke 4 vorgesehen,
deren Durchmesser zwischen den Durchmessern der Glocken 1 und 2 liegt.
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In Fig. 3 ist eine weitere unterschiedliche Anordnung der Glocke darsestellt.
Aus dieser Figur ist ersichtlich, wie die Glocke 1 die flocken 2 und 4 schützen
kann, während die Glocke 4 ihrerseits die darurter liegende Glocke 2 schützen kann.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der Nelqungswinkel 3 der GlJcken gleich.
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@ie Figuren 4 bis 6 zeigen drei Draufsichten auf den erfindungsgernassen
@@o@stor. In Fig. 4 sind der mittlere Teil und die vier verschiecenen @@ocken fast
viereckig mit abgerundeten Ecken dargestellt, währen Fig. 5 der mittlere Teil ein
Achteck ist, das in runden Glocke aus jft Der mittlere Teil des Isolatorenkörpers
kann zylindrisct, viereckig ier vieleckig sein In Fig 6 ist ein vollständig zylindrisches
Profil tr Gen Isolator dargestellt, aber die Profile können belieoig, @nsbesondere
teilweise zylindrisch urid teilweise vieleckig sein.
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JC Werstellungsverfahren eines erfindungsgemässen Isolatcrs wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 beschrieben. Lie Form besteht aus zwei
Platten 10 urd 11, die von vier Säulen 12 geführt sind Zwischen den Säulen 12 werden
auf geneigten Ebenen 13 vier Sektoren 4 angeordnet. In Fig. 7 ist die Formungsmaschine
vollständig offen dargestellt, d.h. zum Zwecke des Entformens. In Fig. 8 ist die
Maschine ebenfalls in geöffneter Stellung gezeigt, jedoch sind die geschlossenen
Sektoren mit gestrichelten Linien dargestellt, Der Beginn des Formungsvorganges
erfolgt bei vollständig geschlossener Form, wenn die Sektoren 14 die geneigten Ebenen
13 abgefahren haben una die Platte 11 sich gesenkt hat, wobei der erforderliche
Druck zwischen den Formstücken geschaffen wird. Dann erfolgt das Giessen des Harzes.
Sobald dieser Vorgang
beendet ist, wird die Platte 11 gehoben,
wodurch die Se@toren @reigegeben werden und beginnen können, sich zu entferrien.
[)ie Pajr der [ntferr-:ungsbewegung ist so berechnet, dass das Ende dieser
Bewegung vor der Beendigung des Aufhebens der Platte 11 erfolgt, d. h. der Isolator
I bleibt durch die Platte 11 während der Gesamtdauer der Offnungsbewegung der Sektoren
14 blockiert Erst nachdem die Platte 11 vollstënuig choben ist, kann der soeben
geformte Isolator I entfernt werden; danach schliessen sich die Platten 10 und 11
und die Sektoren 14 wieder, oflit ein neuer Arbeitsgang beginnt.