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"Verbundisolator"
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundisolator mit einem vorsugsweise
beschichteten, glasfaserverstärkten Kunststoffstab als Kern, auf den mehrere, mit
einer dem Kerndurchmesser angepaßten Bohrung versehene Schirmkörper sowie mindestens
ein die Reihe der Schirmkörper abschließender Isolierkörper aufgebrächt sind.
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Solche Verbundisolatoren kommen im Freileitungsbau in verschiedenen
Ausführungsformen zur Halterung von Hochspannungsfreileitungen zur Anwendung.
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Ein solcher Verbundisolator ist bereits aus der US-PS 3 549 791 bekannt.
Dieser Verbundisolator hat einen glasfaserverstärkten Kunststoffstab als Kern, auf
den eine Viel&ahi von Schirmkörpern aus Porzellan aufgesetzt sind. Zwischen
dem Kern und den Schirmkörpern ist eine elastische Füllmasse angeordnet. Die Stoßstellen
der Schirmkörper werden durch zwei an den Enden des Isolators angeordnete Spiralfedern
zusammengepreßt. Die Federn selbst werden mittels zwei Armaturen auf dem Kunststoffstab
gehalten..
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Nachteilig ist bei diesem Verbundisolator, daß bei der Einwirkung
von großen Zugkräften die Spannkraft der Federn nicht
mehr ausreicht,
um die Schirmkörper an ihren Stoßstellen in engem Kontakt zu halten, so daß sich
zwischen ihnen Luftspalte ausbilden können, wodurch die elektrischen und mechanischen
Eigenschaften des Isolators sowie seine Haltbarkeit sehr stark gemindert werden.
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Aus der DE-AS 2 218 342 ist ein elektrischer Isolator bekannt, der
einen Kern aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffstab aufweist. Dieser Stab ist
mit einer Außenschicht versehen, in welche ein Gewinde eingeschnitten ist. Auf dieses
Außengewinde sind die mit einem Innengewinde versehenen Schirmkörper aufgeschraubt.
Die auf den Kern aufgebrachte Außenschicht ist vorzugsweise aus dem gleichen Kunststoff
wie der Kern gefertigt.
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Das Gewinde ist in diese Außenschicht eingeschnitten. Die Dicke der
Außenschicht ist so gewählt, daß sie größer als die Gewindetiefe ist.
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Für die Fertigung dieser Isolatoren sind sehr viele Arbeitsgänge erforderlich,
wodurch ihre Wirtschaftlichkeit wesentlich beeinträchtigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundisolator zu
schaffen, der mit einem Minimum an Arbeitsgängen so herzustellen ist, daß zwischen
seinen Schirmkörpern auch unter der Einwirkung von extrem hohen Zugkräften immer
ein enger Kontakt besteht, so daß die an ihn gestellten elektrischen und mechanischen
Bedingungen auch langfristig erfüllt werden.
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Die Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmkörper und Isolierkörper
mit einer durch Ringe erzeugten Vorspannung auf den Kunststoffstab aufgebracht sind.
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Im Gegensatz zu den bereits bekannten Verbundisolatoren werden die
Schirmkörper hierbei nicht mit dem Kunststoffstab fest
verbunden,
sondern lediglich kraftschlüssig auf den Kern aufgesetzt. Damit ist eine schnelle
Montage des Isolators möglich.
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Die mit den Ringen erzeugte Vorspannung vermeidet jede Spaltbildung
zwischen den Schirzkörpern, gleichgültig welcher Art von Beanspruchung der Isolator
unterworfen ist. Um eine längere und dichtere Paßfläche zwischen den einzelnen Schirmkörpern
bzw.
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dem Isolierkörper und dem anschließenden Schirmkörper zu erreichen,
sind diese mindestens an einem Ende mit einer rundumgeführten Dichtelippe versehen.
Bei zwei aneinander grenzenden Schirmkörpern dieser Art wird die gemeinsame Stoßstelle
jeweils von einer solchen Dichtelippe überlappt.
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Die auf den Kunststoffstab aufgesetzten Schirnflcörper können andererseits
auch über Nut und Feder miteinander verbunden werden.
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In vorteilhafter Weise wird zwischen zwei aneinander gefügten Schirmkörpern
und dem Kunststoffstab bzw. zwischen einem Schirmkörper und einem angefügten Isolierkörper
und dem Eunststoffstab jeweils ein Ring angeordnet. Diese Anordnung von Ringen bewirkt
zum einen den festen Sitz der Schirmkörper auf dem Kunststoffstab. Zum anderen werden
die Schirmkörper durch die von den Ringen erzeugten achsparallelen Kräfte an ihren
Stoßstellen zusammengepreßt.
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Bei einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung sind zwischen jedem
Schirmkörper bzw. jedem Isolierkörper und dem Eunststoffstab mehrere Ringe angeordnet.
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Sie gewährleisten den festen Sitz eines jeden Schirmkörpers auf dem
Kunststoffstab, so daß bei der Einwirkung von extrem hohen Zugkräften keine Luftspalte
an den Stoßstellen der Schirmkörper entstehen.
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Die oben beschriebenen Ringe werden vorteilhafterweise in parallel
zueinander verlaufenden Rillen angeordnet. Dadurch wird
gewährleistet,daß
die Schirmkörper einen engen Kontakt zu dem Kunststoffstab beibehalten. Die Rillen
können vorzugsweise in den Mantelflächen der Schirm- bzw. der Isolierkörperbohrungen
oder in der Oberfläche des Kunststoffstabes angeordnet werden.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Stoßstellen
der Schirm- und Isolierkörper zusätzlich längs der Achse mit einer elastischen Spannvorrichtung
in engem Kontakt gehalten. Die Spannvorrichtung besteht vorzugsweise aus einer oder
mehreren Federn, insbesondere Spiral- oder Tellerfedern.
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Sie sind in der Regel zwischen dem Isolierkörper und der Anschlußarmatur
angeordnet.
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Die AusfUhrungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von
Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 den Verbundisolator im Längsschnitt mit je einem
Ring zwischen zwei Schirmkörpern und dem Kunststoffstab, Fig. 2 den Verbundisolator
im Längsschnitt mit mehreren Ringen zwischen jedem Schirmkörper und dem Kunststoffstab,
Fig. 3 den Verbundisolator im Längsschnitt mit einer zusätz-.
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lichen Spannvorrichtung.
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Der in Fig. 1 gezeigte Verbundisolator weist einen glasfaserverstärkten
Kunsistoffstab 1, Schirmkörper 2, Ringe 3, einen Isolierkörper 4 lmd eine Anschlußarmatur
5 auf. Der als Kern des Verbundisolatorsldienende Kunststoffstab 1 braucht, da er
von isolierenden Teilen ständig umgeben wird, nicht witterungsbeständig zu sein,
sondern kann aus einem Material mit
optimalen mechanischen Eigenschaften
gefertigt sein, die ihm die notwendige Festigkeit verleihen.
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Es kommen hierfür bevorzugt Gießharze auf der Basis von Epoxyd-oder
Polyesterharzen in Frage.
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Als Epoxydharze eignen sich beispielsweise cycloaliphatische oder
aromatische Epoxydharze, die mit Dicarbonsäureanhydriden, wie z.B. Phthalsäureanhydrid
oder aliphatischen Polyaminen, wie z.B. Athylendiamin, Triathylentetramin oder Diäthylaminopropylamin
gehärtet werden können. Als ungesättigte Polyesterharze, die in geeigneten Monomeren
gelöst, als Gießharz verwendet werden können, seien beispielsweise Polyester aus
ungesättigten aliphatischen oder cycloaliphatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 10
Kohlenstoffatomen, z.B. Maleinsäure, Fumarsäure oder Cyclohexan-1,4-dicarbonsäure,
gegebenenfalls in Kombination mit gesättigten Säuren, wie z.B. Phthalsäure und Glykolen
oder deren Gemische genannt. Bei der Herstellung des Kunststoffstabes können den
genannten Kunststoffen auch die üblichen flammhemmenden Zusätze beigegeben werden,
beispielsweise organische Halogenverbindungen, insbesondere in Kombination mit Antimontrioxid.
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Die auf den Kunststoffstab 1 aufgesetzten Schirmkörper 2 sowie die
Isolierkörper 4 werden vorzugsweise aus witterungsbeständigen, isolierenden Materialien,
wie z.B. Polytetrafluoräthylen gefertigt. Ebenso kommen für die Herstellung Polyvinylfluorid,
Polyvinylidenfluorid sowie Polytrifluorchloräthylen in Frage.
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Ferner kommen für diesen Zweck auch andere thermoplastische Fluorpolimere,
wie thermoplastische Copolymerisate des Tetrafluoräthylens und anderen Perfluorolefinen,
insbesondere Hexafluorpropen und Perfluorisobutylen oder mit partiell fluorierten
Olefinen wie z.B. Vinylidenfluorid in Frage, auch Perfluorpropylperfluorvinyläther
können Verwendung finden. Die Menge an Comonomeren:-Grundbausteinen kann dabei 0,1
bis 40 Gew.-%, zweckmäßigerweise 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Copolimere betragen.
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Schließlich können für die Schirm- und Isolierkörper 2 und 4 auch
die handelsüblichen cycloaliphatischen Epoxydharze, wie z.B. der polymere Diglyzidylester
der Hexahydrophthalsäure sowie Silikonharze und gegebenenfallsuandere thermoplastische
Kunststoffe verwendet werden.
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Die auf den Kunststoffstab 1 aufgesetzten Schirmkörper 2 weisen symmetrisch
zu ihrer Längsachse zylindrische Bohrungen 6 auf. Der Durchmesser der Bohrungen
6 ist dem Durchmesser des Kunststoffstabes 1 angepaßt. An den Enden sind die Schirmkörper
speziell zur Aufnahme der Ringe 3 und zum Anschluß an weitere- Schirmkörper 2 ausgebildet.
Im einzelnen ist jeder Schirmkörper 2 an seinem ersten Ende so abgeschrägt, daß
diese Schräge mit dem Kunststoffstab 1 einen stumpfen Winkel einschließt. Zusätzlich
ist in dem, an den Eunststoffstab 1 angrenzenden Bereich der Abschrägung eine Rille
7a zur teilweisen .t.ufnahme eines Ringes 3 eingefräst. An seinem zweiten Ende weist
jeder Schirmkörper 2 eine die Dichtelippe 8 bildende Verlängerung auf. Die Dichtelippe
8 ist so ausgebildet, daß die mit dem Kunststoffstab 1 einen spitzen Winkel einschließt.
In dem, an den Kunststoffstab 1 angrenzenden Bereich der Dichtelippe 8 ist ebenfalls
eine Rille 7b zur teilweisen Aufnahme eines Ringes eingeprägt. Die Schirmkörper
2 sind so auf den Kunststoffstab 1 aufgesetst, daß jeweils das mit der Dichtelippe
8 versehene Ende eines SchfrmkiJrpers 2 fest am abgeschrägten Ende des nächsten
Schirmkörpers 2 anliegt.
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Bei dieser Aneinanderreihung zweier Schirmkörper 2 auf dem Kunststoffstab
1 ergänzen sich eine Rille 7a und eine Rille 7b zu einer schalenartigen Rille 7,
in die jeweils ein Ring 5 eingebettet werden kann.
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Der Durchmesser der Ringe 3 ist so gewählt, daß diese den-Xunststoffstab
1 fest umschließen. Jeder der Ringe 3 erzeugt eine Druckkraft, die sowohl eine Komponente
senkrecht als auch parallel zur Achse des Kunststoffstabes aufweist.
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Diese bewirken eine Vorspannung, die auch bei der Einwirkung von extrem
hohen Zugkräften sowohl den festen Sitz jedes einzelnen Schirmkörpers auf dem Kunststoffstab
als auch den engen Kontakt der Schirnkiirper miteinander gewahrleistet.
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Die Ringe 3 sind aus einem elastischen Material gefertigt, das zumindest
bis 333 0K, vorzugsweise jedoch bis 353-373 0K theromplastisch ist und elektrisch
isolierende Eigenschaften besitzt. Als besonderes Material eignet sich Natur- und
Kunstkautschuk sowie Silikonkautschuk.
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Die Tiefe der jeweils aus den Rillen 7a und 7b zusammengesetzten Rillen
7 ist so gewählt, daß trotz der in sie eingebetteten Ringe 3 die Mantelflächen der
Schirmkörperbohrungen 6 fest auf der Oberfläche des Kunststoffstabes 1 aufliegen,
so daß die Schirmkörper 2 nicht durch die Ringe 3 nach außen gedrückt werden. Die
Bildung von Luftspalten zwischen den Schirmkörpern und dem Kunststoffstab wird in
jedem Fall vermieden.
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An den letzten Schirmkörper 2 des Verbundisolators schließt ein Isolierkörper
4 an. Dieser weist ebenfalls eine zylindrische Bohrung 6 auf, deren Durchmesser
dem Kunststoffstabdurchn!esser angepaßt ist. Der Isolierkörper 4 ist einseitig ebenfalls
mit einer Dichtelippe 8 versehen, die fest am abgeschrägten Ende des letten Schirmkörpers
2 anliegt.
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Eine ebenfalls an der Innenseite der Dichtelippe 8 vorgesehene Rille
7b ermöglicht auch hierbei die Anordnung eines
Ringes 3 zwischen
dem letzten Schirmkörper 2 und dem Isolierkörper 4. An den Isolierkörper 4 schließt
eine Anschlußarmatur 5 an. Diese weist ebenfalls eine in ihrer Längsachse verlaufende
zylindrische Bohrung 6 auf, deren Durchmesser über einen weiten Bereich dem Durchmesser
des Kunststoffstabes 1 angepaßt ist. An dem, dem Isolierkörper 4 zugewandten Ende
der Anschluß armatur 5 ist die Bohrung 6 aufgeweitet und zwar um soviel, laß ihr
Durchmesser dem Außendurchmesser des Isolierkörpers 4 entspricht. Die Anschlußarmatur
5 ist mit diesem Endstück einige Zentimeter über den Isolierkörper 4 geschoben und
umgibt diesen hüllenartig.
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Zur Schaffung einer Kammer 9 zwischen dem Ende des Isolierkörpers
4 und der Anschlußarmatur 5 ist diese nicht vollständig bis zum Anschlag über den
Isolierkörper 4 geschoben.
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Vor dem Aufsetzen der Schirmkörper 2 und der Isolierkörper 4 auf den
Kunststoffstab 1 werden dieser, die Mantelfläclien der Schirmkörper- und Isolierkörperbohrungen
6 sowie ihre Stoßstellen vorzugsweise mit einer dauerplastischen, elektrischisolierenden,
witterungsbeständigen und wasserabweisenden Dichtungsmasse beschichtet. Hierfür
eignen sich vor allem hochviskose Silikonpasten, da diese hervorragende elektrische
Eigen schaften haben, feuchtigkeitsabweisend sind und ihre Viskosität nur wenig
von der Temperatur abhängt.
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Zusätzlich wird bei dem Zusammenbau des Verbundisolators auch die
zwischen dem Isolierkörper 4 und der'Anschlußarmatur 5 geschaffene Kammer 9, die
aufgrund der zylinderförmig erweiterten Bohrung 6 del Anschlußarmatur 5 ringförmigen
Charakter aufweist, mit einem solchen plastischen, synthetischen Silikonfett ausgefüllt.
Es ist möglich auch eine andere Dichtmasse mit gleichen oder ähnlichen Eigenschaften
zum Ausfüllen der Kammer9 zu verwenden.
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Beim Überschieben der Anschlußarmatur 5 über den Isolierkörper 4 wird
ein Teil dieses Fettes auch zwischen die Berührungsflächen dieser beiden Elemente
gedrückt. Dadurch wird das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz zwischen die
Grenzflächen und in die Kammer 9 verhindert.
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Beim Aufsetzen der Schirmkörper 2 wird das mit Überschuß aufgetragene
Silikonfett in die kleinsten Oberflächenhohlräume und zwischen die Grenzflächen
der Schirmkörper 2 gepreßt und somit mögliche Lufteinschlüsse zwischen den Schirmkörpern
2 und dem Kunststoffstab 1 beseitigt. Zusätzlich wird durch das zwischen den Grenzflächen
der Schirmkörper 2 befindliche Silikonfett ein Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz
in den Innenbereich des Verbundisolators vermieden.
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Figur 2 zeigt eine Variante des in Fig. 1 gzeigten Verbundisolators.
Auch dieser Verbundisolator ist aus einem Xunststoffstab als Eiern, mehreren Schirmkörpern
2, mehreren Ringen 3, einem Isolierkörper 4 und einer Anschlußarmatur 5 aufgebaut.
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Der Xunststoffstab 1, die Schirmkörper und Isolierkörper 2 und 4,
die Ringe 3 sowie die Anschlußarmatur 5 sind aus den gleichen Materialien wie die
Elemente des in Fig. 1 gezeigten Verbundisolators gefertigt. Die Schirm- und Isolierkörper
sowie die Anschlußarmatur weisen wieder jeweils zylindrische Bohrungen 6 auf, deren
Durchmesser dem Eerndurchmesser angepaßt sind.
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In die Mantelflächen einer Jeden Schirmkörperbohrung 6 sind bei diesem
Ausführhngsbeispiel mehrere ringförmige Rillen 7 eingefräst, die parallel untereinander
angeordnet sind. In jede Rille 7 ist ein Ring 3 eingebettet. Die hier verwendeten
Ringe 3 sind aus dem gleichen Material gefertigt wie die Ringe des in Fig. 1 beschriebenen
Yerbundisolators. Der Durchmesser der Ringe 3 ist so gewählt, daß sie den Kunststoffstab
1 fest umklammern und die für den Halt der Schirmkbrper 2 erforderliche Vorspannung
erzeugen können.
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Die Tiefe der Rillen 7 muß mindestens so groß gewählt werden, daß
die Ringe 3 sicher darin eingebettet sind, so daß sie sich nicht verschieben können.
Die Ringe 3 sitzen sowohl unter Anpreßdruck in den Rillen 7, wie auf dem Kunststoffstab
1, so daß die einzelnen Abschnitte zwischen jeweils zwei Ringen S eine Art Kammer
bilden. Da vor dem Aufsetzen der Schirzkörper 2 auf den Kunststoffstab 1 dieser
und die Mantelflächen der Schirmkörp erbohrungen, s owi e deren Stoßstellen mit
einem hochviskosen Silikonfett beschichtet werden, sind diese zwischen jeweils zwei
Ringen gebildeten Kammern vollständig mit dem dauerplastischen Fett gefüllt. Dieses
Silikonfett wird dann bei der Endmontage in noch bestehende Hohlräume hineingepreßt,
so daß die gefährlichen Lufteinschlüsse beseitigt werden.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Verbundisolator sind die auf den Kunststoffstab
1 aufgesetzten Schirmkörper 2 an ihren Stoßstellen über Nut und Feder 10 miteinander
verbunden.
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An den letzten Schirmkörper 2 des Verbundisolators schließt auch hierbei
wieder ein Isolierkörper 4 an. In die Mantelflächen seiner zylindrischen Bohrungen
6 sind ebenfalls Rillen 7 zur Aufnahme von Ringen 3 eingefräst. Diese haben ebenfalls
die Aufgabe, die für die Halterung des Isolierkörpers 4 auf dem Kunststoffstab 1
erforderliche Vorspannung zu erzeugen.
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Der Isolierkörper 4 ist wie bei dem Verbundisolator in Fig.l teilweise
hüllenartig von der Anschlußarmatur 5 umgeben.
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Zwischen der Stoßstelle des Isolierkörpers 4 und der Anschlußarmatur
5 ist auch hierbei eine ringförmige Kammer 9 vorgesehen. Zum Schutz des Isolators
vor atmosphärischen Einflüssen ist selbige ebenfalls mit einer hochviskosen Silikonpaste
ausgefüllt.
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Der in Fig. 3 gezeigte Verbundisolator ist bis auf die Anordnung der
Rillen 7 und die Verbindung mit der Anschlußarmatur 5 ebenso aufgebaut wie der in
Fig. 2 gezeigte Verbundisolator.
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Die Rillen 7 zur Aufnahme der Ringe 3 sind bei dieser Ausführungsform
in die Oberflächen des Kunststoffstabes 1 eingeschürft. Sie sind ringförmig ausgebildet
und in parallelem Abstand senkrecht untereinander angeordnet.
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Die Tiefe der Rillen ist so gewählt, daß die in sie eingebetteten
Ringe 3 nicht zu tief liegen und noch die nötige Vorspannung für die auf dem Kunststoffstab
aufgesetzten Schirmkörper 2 erzeugen. Die Ringe 3 sitzen so in den Rillen 7, daß
sie den tunststoffatab fest umschließen und mit Anpreßdruck gegen die Mantelflächen
der Schirmkörperbohrungen 6 gepreßt werden, so daß die Abschnitte zwischen zwei
Ringen 3 auch hierbei eine Art Kammer bilden. Diese sind wiederum mit dauerplastischem
synthetischem Fett ausgefüllt.
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Die am Ende des Verbundisolators angebrachte Anschlußarmatur 5 ist
mit einer zylindrischen Bohrung. versehen, die über einen weiten Bereich dem Durchmesser
des Kunststoffstabes 1 angepaßt ist. Lediglich an dem, dem Isolierkörper 4 zugewandten
Ende ist ihre Bohrung über eine Distanz von einigen Zentimetern zylindrisch aufgeweitet.
Innerhalb dieses aufgeweiteten Bereiches der Bohrung 6 ist, weiter innen in der
Anschlußarmatur 5 liegend, eine als Spannvorrichtung dienende Spiralfeder 11 angeordnet,
die den Kunststoffstab umschließt. Mit dem weiter aui3enliegenden Bereich der aufgeweiteten
Bohrung 6 umgibt die Anschlußarmatur 5 den Isolierkörper 4 hüllenartig.
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Zwischen der Stoßstelle 4a des Isolierkörpers 4 und der Spiralfeder
i1 ist ein zusätzlicher Dichtring 12 angeordnet. Der Einbau einer solchen Spannvorrichtung
ist dann sinnvoll, wenn abzusehen ist, daß der Verbundisolator nicht nur der sporadisch
auftretenden, sondern der konstanten Wirkung extrem hoher Zugkräfte unterworfen
wird, so daß unter diesen Bedingungen eine zusätzliche Kraft erforderlich ist, um
die Schirmkörper in engem Kontakt miteinandenzu halten. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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