-
-
Hochspannungsverbundisolator
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsverbund.-isolator
mit einem zylindrischen, glasfaserverstärkten, vorzugsweise beschichteten Kunststoffstab
als Kern, auf den mehrere mit einer dem Kerndurchinesser angepaßten Bohrung versehene
Schirmkörper aufgebracht sind, wobei der Kern an jedem Ende mit mindestens einem
in seiner Längsrichtung verlaufenden Schlitz versehen ist, in den ein den Kern aufweitender
Keil eingetrieben und über jedem Ende des Kerns ein Klemmenkörper angeordnet ist,
dessen Klemmenmaul mit einer das Ende des angrenzenden Schirmkörpers überlappenden,
rundum geführten Dichtlippe versehen ist.
-
Solche Hochspannungsverbundisolatoren werden zur Befestigung von Freileitungsseilen
an Masten verwendet.
-
Es ist bereits ein Hochspannungsverbundisolator bekannt, der
einen
glasfaserverstärkten Kunststoffstab als Kern aufweist, wobei der Kern zum Schutz
außen zusätzlich von einer Kunststoffschicht umgeben ist. Der Kern weist an seinen
beiden Enden jeweils einen in seiner Längsachse verlaufenden Schlitz auf. In jeden
dieser Schlitze ist ein Keil eingepreßt, der das Endstück des Kerns konisch aufweitet.
Die beiden Enden des Kerns sind jeweils von einem Klemmenkörper umgeben. Der das
aufgespreizte Ende des Kerns aufnehmende Innenbereich des Klemmenkörpers ist in
seinen Abmessungen dem Außendurchmesser dieses Kernendstückes angepaßt.
-
Das Einbringen des Kernendes erfolgt bei der Montage durch das Klemmenmaul.
Zuvor wird das Innere des Klemmenkörpers mit einer bestimmten Menge von Klebstoff
gefüllt. Anschließend wird das aufgespreizte Ende des Kerns in den Klemmenkörper
eingebracht. Nach dem Aushärten des Klebers kann die mechanische Belastung erfolgen.
Unter der Einwirkung von Zugkräften auf den Hochspannungsverbundisolator wird das
konisch erweiterte Endstück des Kerns gegen die Klemmeninnenwandung gepreßt. In
der Regel wird bei diesem Vorgang der Kern um eine bestimmte Länge aus dem metallenen
Klemmenkörper gezogen.
-
Insbesondere bei Hochspannungsverbundisolatoren ist dies von Nachteil,
weil die den glasfaserverstärkten Kunststoffstab umgebende Schutzschicht aus Kunststoff,
die aus hochspannungstechnischen Gründen in jedem Fall notwendig ist, hierbei am
Klemmenmaul aufgerissen wird. Dadurch kann Feuchtigkeit in den Isolator eindringen,
wodurch seine Funktionsfähigkeit gemindert wird.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsverbundisolator
zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen den Klemmenkörpern und den beiden Enden
des Kerns so fest ist, daß ein noch so geringes Herausrutschen dieser Enden aus
den Klemmenkörpern auch bei der Einwirkung von extrem hohen Zugkräften auf den Hochspannungsverbundisolator
vermieden wird.
-
Die Aufgabe wird bei dem Hochspannungsverbundisolator der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß der Klemmenboden mit mindestens einer Öffnung
zur Einführung des Keils in den Schlitz des im Klemmenkörper angeordneten Kerns
versehen ist, daß der Innendurchmesser des Klemmenmauls mindestens gleich dem Außendurchmesser
des normalen Kerns ist, daß der Innenbereich des Klemmenkörpers mit einer kegelstumpfförmigen
Aufweitung versehen ist, daß die seitliche Mantelfläche des Innenbereichs gewölbt
ist und daß zwischen dem aufgeweiteten Innenbereich des Klemmenkörpers undXdem aufgespreizten
Ende des Kerns ein Haftmittel eingefüllt ist.
-
In vorteilhafter Weise weist die kegelstumpfförmige Aufweitung des
Innenbereiches des Klemmenkörpers eine ellipsenähnliche Grund- und Deckfläche auf.
In vorteilhafter Weise wird die ellipsenähnliche Grundfläche durch den Klemmenboden
gebildet. Die seitliche Mantelfläche des Innenbereiches ist nach innen gewölbt und
weist dabei die Krümmung eines Kreisbogens auf. Dieser Kreisbogen gehört zu einem
Kreis, dessen Radius r2 um das n-fache größer als der Radius des glasfaserverstärkten
Kunststoffstabes, der den Kern des Hochspannungsverbundisolators bildet. Durch diese
kegelstumpfförmige Aufweitung im inneren des Klemmenkörpers, kann der durch die
Öffnung des Klemmenbodens eingeführte Keil vollständig in den Schlitz des Kerns
eingepreßt werden, da der Ausdehnung des Kerns selbst genügend Raum zur Verfügung
steht.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Keil symmetrisch ausgebildet.
Vorzugsweise weist der Keil mindestens eine rechteckförmige Grundfläche auf, deren
Länge gleich dem Durchmesser des Kerns ist. Die Breite dieser Grundfläche ist frei
wählbar und richtet sich nach der gewünschten Aufspreizung des Kerns. Das schmale
Ende des Keils ist ebenfalls flächig ausgebildet.
-
In vorteilhafter Weise sind die beiden seitlichen Mantelflächen des
Keils nach innen gewölbt und weisen die Krümmung eines Kreisbogens auf. Dieser Kreisbogen
gehört zu einem Kreis, dessen Radius rl um das n+l-fache größer ist als der Radius
des Kerns. Der Faktor n kann bei der Berechnung der Radien rl und r2 einen Wert
zwischen 10 und 25 annehmen.
-
Unter Zuhilfenahme eines so ausgebildeten Keils kann das jeweilige
Ende des Kerns so weit aufgespreizt werden, daß seine Außenflächen mit hohem Anpreßdruck
gegen die Innenflächen des Klemmenkörpers gepreßt werden. Dadurch wird das Herausrutschen
des Kerns aus dem Inneren des Klemmenkörpers vollständig unterbunden.
-
Die an den Enden des Kerns vorgesehenen Schlitze teilen diesen in
zwei Hälften. Jeder der in der Längsachse des Kerns angeordneten Schlitze ist vorzugsweise
3 bis 5 % länger als der in ihn einzufügende Keil.
-
Das zwischen den Klemmenkörper und dem aufgespreizten Ende des Kern
angeordnete Haftinittel ist vorzugsweise ein Ein-oder Zwei-Komponentenkleber. Mit
ihm wird die Haftung des Kern innerhalb des Klemmenkörpers erhöht, wodurch auch
bei extremen Einwirkungen von Zugkräften das Herausrutschen des Kernendes aus dem
Klemmenkörper unterbunden wird.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schutzschicht
des Kerns nur bis zum Klemmenmaul geführt. Da die beiden Enden des Kerns vollständig
von dem Klemmenkörper umgeben sind, ist eine zusätzliche Schutzschicht in diesem
Bereich nicht erforderlich. In vorteilhafter Weise ist das Klemmenmaul zusätzlich
mit einer das Ende des angrenzenden Schirmkörpers überlappenden, rundum geführten
Dichtlippe versehen. In das Innere der Dichtlippe ist eine den Kern fest
.umschließender
Silikondichtungsring eingelegt, der das Innere des Klemmenkörpers nach außen hin
abschließt. Zur Verstärkung dieser Abdichtung ist zwischen dem Klemmenmaul und dem
Dichtungsring zusätzlich eine Dichtmasse angeordnet.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser
der im Klemmenboden vorgesehenen Öffnung mindestens dem maximalen Außendurchmesser
des Keils angepaßt. Dadurch kann bei dem Zusammenbau des Hochspannungsverbundisolators
mit den Klemmenkörpern der Keil leicht in das Innere des Klemmenkörpers eingeführt
werden.
-
Durch das Eintreiben der Keile in die an den Kernenden vorgesehenen
Schlitze, nach dem die Enden des Kerns bereits im Klemmenkörper angeordnet sind,
sowie durch die spezielle Ausbildung des Keils und die innere aufweitung des Klemmenkörpers
und die zusätzliche Anpassung des Klemmenmauls an den nicht aufgeweiteten Kerndurchmesser,
erfährt der glasfaserverstärkte Kunststoffstab innerhalb des Klemmenkörpers so viel
viel Halt, daß er auch bei Einwirkung von extrem hohen Zugkräften nicht herausgezogen
wird. Da die den Kern umgebende Schutzschicht nur bis zum Klemmenmaul geführt ist,
wird eine Beschädigung derselben beim Einführen des Kernendes in den jeweiligen
Klemmenkörper vermieden. Durch die an das Klemmenmaul anschließende Dlchtlippe,
die das Ende des angrenzenden Schirmkörpers überlappt, wird ein Eindringen von Feuchtigkeit
und Schmutz in die Grenzflächen zwischen Schirmkörper und Klemmenkörper vermieden.
Der zusätzlich in die Dichtlippe eingelegte Silikondichtungsring und die zwischen
Klemmenmaul und Silikondichtungsring angeordnete Dichtmasse gewährleistet einen
absolut festen Verschluß des inneren Klemmenkörpers nach außen hin.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert und
der mit der Erfindung erzielte Fortschritt dargestellt.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen Hochspannungsverbundisolator, Fig. 2 die spezielle
Ausbildung des Keils, Fig. 3 die spezielle Ausbildung der inneren Ausnehmung des
Klemmenkörpers, Fig. 4 den teilweise montierten Hochspannungsverbundisolator, Fig.
5 einen Querschnitt durch den Klemmenkörper entsprechend der Linie I - 1 in Fig.
1.
-
Der in Fig. 1 gezeigte Teil des Hochspannungsverbundisolators ist
im wesentlichen aus einem zyl ndrischen, teilweise beschichteten, glasfaserverstärkten
Kunststoffstab 1, einem Klemmenkörper 2 mit einer Dichtlippe 3, einem Keil 4, einem
Dichtring 5, einer Anschlußlasche 6 und Schirmkörpern 7 zusammengebaut.
-
Der als Kern des Hochspannungsverbundisolators dienende Kunststoffstab
1 besteht aus einem Material mit optimalen mechanischen und elektrischen Eigenschaften,
die ihm die notwendige Festigkeit verleihen. Es kommen hierfür bevorzugt glasfaserverstärkte
Gießharze auf der Basis von Epoxydoder Polyesterharze in Frage.
-
Der Klemmenkörper 2 ist aus Metall gefertigt. Hierfür kommt vorzugsweise
ein Guß- oder Leichtmetall in Frage.
-
Bei der in Fig.l gezeigten Ausführungsform des Hochspannungsverbundisolators
ist der Kern 1 teilweise von einer Schutzschicht 8 aus Kunststoff umgeben. Diese
Schutzschicht 8 kann auf den Kern 1 aufgetragen, aufgeklebt oder aufgeschrumpft
werden.
-
Über das Ende des Kerns 1 ist ein Klemmenkörper 2 geschoben.
-
In Fig. 1 ist der Hochspannungsverbundisolator nur mit einem Ende
dargestellt. Sein zweites, hier nicht dargestelltes Ende ist in gleicher Weise ausgebildet.
Das Ende des Kens 1 ist bis zum Klemmenboden 9 in den Klemmenkörper 2 eingeführt.
Es weist einen in seiner Längsachse verlaufenden, nach innen gerichteten Schlitz
10 auf. Dieser teilt das Ende des Kerns 1 in zwei Hälften. In diesen Schlitz 10
ist der Keil 4 eingepreßt.
-
Die Länge des Schlitzes 10 ist so gewählt, daß er 3 bis 5 % länger
als der Keil 4 ist. Durch den eingepreßten Keil 4 wird das Ende des Kerns 1 nach
außen hin konisch aufgespreizt.
-
Der in Fig. 2 dargestellte Keil 4 weist eine rechteckförmige Grundfläche
auf. Die Länge dieser Grundfläche entspricht dem Durchmesser des Kerns 1. Die Breite
der Grundfläche beträgt einige Millimeter. Insbesondere wird die Breite durch die
gewünschte Größe der am Ende des Kerns vorgesehenen Aufspreizung bestimmt, so daß
ein bestimmtes Maß vorab nicht festgelegt werden kann. Die Spitze des Keils ist
vorzugsweise flächig, insbesondere auch rechteckig ausgebildet. Ihre Länge ist nicht
größer als der Durchmesser des Kerns, ihre Breite ist gleich oder etwas größer als
die Breite des Schlitzes 10. Der Keil 4 ist, von seiner Längsachse aus betrachtet,
symmetrisch ausgebildet. Seine beiden breiten seitlichen Mantelflächen 4A sind jeweils
nach innen, einem Kreisbogen entsprechend gekrümmt.
-
Der den Krümmungsradius der Mantelflächen 4A bestimmende Kreisbogen
gehört zu einem Kreis, dessen Radius rl n+l-mal größer ist, als der Radius des Kerns
1. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Keil 4 ist vorausgesetzt, daß der Radius des
den Kern 1 bildenden glasfaserverstärkten Kunststoffstabes 1,5 cm beträgt.
-
Der Kreis weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Radius von rl
= (n+l) . 1,5 cm auf. Für den Faktor n kann dabei eine Zahl, die zwischen 10 und
25 liegt, eingesetzt werden.
-
Für die Einführung des Keiles 4 in das Innere des Klemmenkörpers 2
ist der Klemmenboden 9 mit einer Öffnung 11 versehen. Der Durchmesser dieser Öffnung
11 ist mindestens so groß wie der maximale Außendurchmesser des Keiles 4. Um eine
bessere Montage des Keils 4 zu ermöglichen, ist der Durchmesser der Öffnung 11 etwas
größer zu wählen. Die im Klemmenboden 9 angeordnete Öffnung 11 wird vorzugsweise
so positioniert, daß ihr Mittelpunkt mit der Längsachse des innerhalb des Klemmenkörpers
2 angeordneten Kernes 1 zusammenfällt. Um einen festen Verschluß des inneren Klemmenkörpers
2 zu gewährleisten, ist die Öffnung 11 mit einem Pfropf 12 oder einer Dichtmasse
fest verschlossen, so daß weder Schmutz noch Feuchtigkeit in den Klemmenkörper 2
eindringen kann.
-
Wie Fig. 1 zeigt, weist das Klemmenmaul 13 des Klemmenkörpers 2 einen
Durchmesser auf, der dem Außendurchmesser des nicht beschichteten Kerns 1 entspricht.
Wie Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, wird die den Kern 1 schützende Kunststoffschicht
8 nur bis zum Klemmenmaul 13 hingeführt. Das n dn T'lemmenkörper 2 hineinragende
Ende des Kerns ist nicht beschichtet.
-
Der an das Klemmenmaul 13 anschließende Innenbereich 14 des Klemmenkörpers
ist um sovieles aufgeweitet, daß der Keil 4 vollständig in den Schlitz 10 des Kerns
1 eingepreßt werden kann, und die Seitenflächen des Kerns 1 nicht lose an den Klemmenkörper
2 angrenzen, sondern mit einem sehr hohen Anpreßdruck gegen die inneren Begrenzungsflächen
des Klemmenkörpers gedrückt werden.
-
Wie anhand von Fig. 3 zu sehen ist, weist der aufgeweitete Innenbereich
14 des Klemmenkörpers die Form eines Kegelstumpfes mit einer ellipsenförmigen Grund-
und Deckfläche auf. Die seitliche Mantelfläche des Kegelstumpfes, die durch die
nach innen weisende Mantelfläche des aufgeweiteten Innenbereiches 14 gebildet wird,
weist eine nach innen gerichtete Wölbung auf. Die Krümmung dieser seitlichen Mantelfläche
wird
durch den Kreisbogen eines Kreises bestimmt, dessen Radius um das n-fache größer
ist als der Radius des Kernes 1.
-
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen,
daß wie bereits oben erwähnt der Radius des den Kern 1 bildenden glasfaserverstärkten
Kunststoffstabes 1,5 cm beträgt. Damit wird die Krümmung der Mantelfläche des Innenbereiches
14 durch einen Kreis mit dem Radius r2 = n .1,5 cm bestimmt. Der Faktor n kann dabei
einen Wert zwischen 10 und 25 annehmen.
-
Zwischen die Mantelflächen des aufgeweiteten Innenbereiches 14 des
Klemmenkörpers 2 und die seitlichen Mantelflächen des aufgespreizten Kernendes 1
ist ein Kleber 15 gefüllt. Bei dem Kleber handelt es sich um einen Ein- oder Zwei-Komponentenkleber.
Der gleiche Kleber 15 ist in den keilförmigen Spalt zwischen dem Klemmenboden 9
und der nach den Seiten hin abgeschrägten Stirnfläche des Kerns 1 eingefüllt.
-
Wie Fig. 1 weiterhin zeigt, schließt an das Klemmenmaul 13 die nach
außen gewölbte, rundum geführte Dichtlippe 3 an. Sie ist so ausgebildet, daß sie
den an den Klemmenkörper 2 anschließenden Schirmkörper 7 im gemeinsamen Stoßstellenbereich
überlappt.
-
Innerhalb der Dichtlippe ist eine Ringnut vorgesehen, die zur Aufnahme
des Silikondichtungsringes 5 dient, der den Kern 1 fest umschließt.
-
Wie Fig. 1 desweiteren zeigt, ist die den Kern 1 umgebende Schutzschicht
8 nur bis zum Klemmenmaul 13 geführt. Das in den Klemmenkörper 2 hineinragende Ende
des Kerns 1 ist nicht beschichtet. Der Bereich zwischen dem Silikondichtungsring
5 und dem Klemmenmaul 13 ist mit einer Dichtmasse 16, insbesondere einem synthetischen
Fett, beispielsweise einem Silikonfett ausgefüllt. Der Silikondichtungsring 5 bewirkt
zusammen mit der Dichtmasse 16 einen festen Abschluß des inneren Klemmenkörpers
2, so daß weder Feuchtigkeit noch Schmutz durch die Grenzflächen zwischen dem Kern
1 und dem Klemmenkörper 2 hindurchtreten können.
-
Wie bereits erwähnt, schließen an den Klemmenkörper 2 die Schirmkörper
7 an, wobei das Ende des ersten Schirmkörpers von der Dichtlippe 3 überlappt wird.
Die auf den Kern aufgebrachten Schirmkörper 7 können auf diesen aufgeklebt oder
aufgeschrumpft werden. Jeder Schirmkörper 7 wird vorzugsweise an mindestens einem
Ende mit einer Dichtlippe 17 versehen, die das angrenzende Ende des nächsten Schirmkörpers
7 überlappt. Die Dichtlippen 1,7 weisen zusätzlich je einen nach innen weisenden
ringförmigen Widerhaken 18 auf. Diese Widerhaken 18 ermöglichen eine gegenseitige
Fixierung der Schirmkörper 7. In die Stoßstelle zwischen dem Klemmenkörper 2 und
dem Schirmkörper 7, sowie zwischen den Schirmkörpern 7 selbst ist eine Dichtmasse
16 eingefüllt, die das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz in das Innere des
Hochspannungsverbundisolators verhindert. Zur Befestigung des Klemmenkörpers 2 am
Mast bzw. an der Traverse is4 außen am Klemmenboden 9 eine Anschlußlasche 6 befestigt.
Der Hochspannungsverbundisolator ist an seinem zweiten Ende in der gleichen Weise,
wie in Fig.
-
1 dargestellt, ausgebildet.
-
Nachfolgend wird der Zusammenbau des Hochspannungsverbundisolators
mit dem Klemmenkörper näher erläutert.
-
Wie Fig. 4 zeigt wird der als Kern 1 des Hochspannungsverbundisolators
dienende glasfaserverstärkte Kunststoffstab, der an seinem Ende lediglich mit dem
in seiner Längsachse verlaufenden Schlitz 10 versehen, jedoch nocht nicht aufgespreitzt
ist, durch das Klemmenmaul 13 in das Innere des Klemmenkörpers 2 eingeführt. Der
Innenbereich 14 des Klemmenkörpers 2 ist bereits in der oben beschriebenen Art und
Weise aufgeweitet.
-
Der Kern 1 wird bis kurz vor die im Klemmenboden 9 vorgesehene Öffnung
11 geschoben. Anschließend wird zwischen die seitlichen Mantelflächen des Kerns
1 und des Innenbereichs 14
des Klemmenkörpers 2 der Kleber 15 eingefüllt.
Dies ist durch die im Klemmenboden 9 vorhandene Öffnung 11 möglich. Anschließend
wird der für die Aufspreizung des Kerns 1 vorgesehene Keil 4 durch die Öffnung 11
in das Innere des Klemmenkörpers 2 hineingeführt und in den Schlitz 10 des Kerns
1 eingepreßt. Da der Durchmesser der Öffnung 11, wie bereits oben erwähnt, mindestens
so groß ausgebildet ist, wie der maximale Durchmesser des Keils 4, kann dieser ohne
Schwierigkeiten durch diese Öffnung 11 in den Schlitz 10 eingepaßt werden. Nun wird
der Kern noch vollständig in den Klemmenkörper 2 eingeschoben, so daß die Stirnflächen
des Kerns 1 mit dem Klemmenboden 9 in Berührung kommt. Bei dem vollständigen Einschieben
des Kerns in den Klemmenkörper 2 wird der zwischen den Kern 1 und den Klemmenkörper
2 gefüllte Kleber 15 in den frei bleibenden Bereich zwischen dem Klemmenboden 9
und der abgeschrägten Stirnfläch des Kerns 1 gedrückt. Überschüssiger Kleber kann
zusätzlich durch die Öffnung 11 nach außen treten und beseitigt werden.
-
Durch das Einpressen des Keils in den Schlitz 10 wird der Kern 1 gegen
die Innenflächen des Klemmenkörpers 2 gepreßt.
-
Durch die besondere Formung des Keils 4 und des Innenbereichs 14 des
Klemmenkörpers 2 wird erreicht, daß die mechanischen Kräfte gleichmäßig in den Kern
eingeleitet, werden und bei hohen mechanischen Lasten eine Überbeanspruchung des
Kerns, insbesondere im Unterbereich des Schlitzes 10 vermieden wird. Nachdem der
Kern vollständig innerhalb des Klemmenkörpers 2 angeordnet ist, wird die Öffnung
11 mittels eines Pfropfens 12 oder einer Dichtmasse hermetisch verschlossen.
-
Vor dem Einbringen des bereits mit Schirmkörpern 7 ausgerüsteten Kern
1 in den Klemmenkörper 2 wird noch der Silikondichtungsring 5 in die Ringnut der
Dichtlippe 3 eingelegt, nachdem der verbleibende Zwischenraum zwischen dem Silikondichtungsring
5 und dem Klemmenmaul mit der Dichtmasse 16 ausgefüllt ist.
-
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Hochspannungsverbundisolator
unterhalb des Klemmenbodens. Zwischen dem Kern 1 ist innerhalb des Schlitzes 10
der Keil 4 angeordnet, der das Ende des Kerns 1 in zwei Hälften teilt. Der aufgeweitete
Innenbereich 14 des Klemmenkörpers 2 weist eine ellipsenähnliche Grundfläche auf.
Wie anhand von Fig. 5 zu sehen ist, entspricht diese so geformte Grundfläche dem
Querschnitt des aufgespreizten Kernendes.
-
Der Klemmenkörper 2 kann, wie Fig. 5 veranschaulicht, über die gesamte
Länge oder nur auf den Teil des aufgeweiteten Innenbereicdhes beschränkt, einen
ellipsenähnlichen Querschnitt aufweisen.
-
Leerseite