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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Prozess zum Herstellen
der elastomeren Hülle
einer Verbindung für
elektrische Kabel.
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Genauer
gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Prozess
zum Herstellen des extrudierten Isolationselementes der elastomeren
Hülse einer
Verbindung für
extrudierte, elektrische (Strom-)Kabel.
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Ferner
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum
Herstellen der elastomeren Hülse
einer Verbindung für
elektrische Kabel, wobei die Hülse
ein extrudiertes Isolierelement aufweist.
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Genauer
gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung
zum Herstellen des extrudierten Isolierelementes der elastomeren
Hülse.
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Allgemein
umfassen Kabel zum Leiten oder zum Zuführen von Energie, insbesondere
zum Leiten oder Zuführen
einer Mittelspannungs- oder Hochspannungsenergie, von innen nach
außen
des Kabels: einen Metallleiter, eine innere halbleitende Schicht,
eine elektrische Isolierschicht, eine äußere halbleitende Schicht, eine
Metallblende (normalerweise aus Aluminium, Blei oder Kupfer hergestellt)
und eine äußere polymere
Hülle.
Die vorbestimmte Reihenfolge: metallische Leiter, innere halbleitende
Schicht, Isolierschicht und äußere halbleitende
Schicht wird allgemein mit dem Begriff "Kabelkern" bezeichnet.
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Um
zwei elektrische Kabel, beispielsweise der Einzelkern-Art, bei einem
Bereich definierter Länge
miteinander zu verbinden, werden die Enden der beiden elektrischen
Kabel abgemantelt, die grundlegenden Elemente derselben in einer
versetzten Art und Weise freizulegen.
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Wenn
die Verbindungsoperation zwischen zwei elektrischen Kabeln der Mehrkern-Art,
beispielsweise der Doppelkern- oder Dreifachkern-Art, durchgeführt wird,
wird die zuvor beschriebene Prozedur für jede einzelne Phase jedes
Kabels wiederholt.
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Nach
dem Abmantelschritt umfasst die Verbindungsoperation die Schritte
des Ausbildens einer elektrischen Verbindung zwischen den Kabelleitern,
die Ende an Ende angeordnet sind, und das Bereitstellen einer elastomeren
Hülse,
die über
den verbundenen Enden der Kabel angeordnet und über diesen gestrafft werden.
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Vorzugsweise
wird die elektrische Verbindung mittels Schweißen oder unter Verwendung einer
Druckklemme oder dergleichen ausgebildet.
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Allgemein
weist die elastomere Hülse
eine Form auf, die in ihrem mittleren Bereich im Wesentlichen zylindrisch
ist und an ihren Enden eine Kegelstumpfform aufweist, um eine optimale
mechanische Verbindung zwischen den verbundenen Kabeln und der Hülse selbst
zu erzeugen.
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Die
elastomere Hülse
umfasst mehrere radial übereinander
angeordnete Elemente, die dazu dienen, die elektrische und mechanische
Verbindung zwischen freiliegenden Schichten eines ersten Kabelabschnitts und
entsprechenden freiliegenden Schichten eines zweiten Kabelabschnitts
wieder herzustellen.
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Ausgehend
von ihrem innersten Bereich umfasst die elastomere Hülse allgemein:
- – ein
elektrisches Feldregelelement, das allgemein als "Elektrode" bezeichnet wird;
- – ein
elektrisches Isolierelement, das die Elektrode umgibt, und
- – wenigstens
ein halbleitendes Element, das radial außen an dem elektrischen Isolierelement
positioniert ist.
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Die
Elektrode ist ein Spannungsverteilungselement, das als eine rohrförmige Abschirmung
entsprechend den verbundenen Enden der Kabel angeordnet ist und
die Isolierschichten desselben teilweise bedeckt. Die Elektrode
ist allgemein aus einem halbleitenden Material ausgebildet und erzeugt
eine Art faradayschen Käfig
bei konstantem Potential, um die Wirkungen infolge von Form und
Regelmäßigkeiten
der Elektrode aufzuheben.
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Das
halbleitende Element der elastomeren Hülse weist die Funktion auf,
die äußeren halbleitenden Schichten
der Kabel zu verbinden, so dass die Kontinuität der äußeren halbleitenden Schichten
der ersten und zweiten Abschnitte der Kabel wieder hergestellt werden
kann.
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Allgemein
umfasst das halbleitende Element zwei becherförmige Spannungsregelblenden,
die an den axialen Enden des elektrischen Isolierelementes angeordnet
sind, und eine Isolierblende, die das elektrische Isolierelement
umgibt und zwischen den Spannungsregelblenden angeordnet ist.
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Allgemein
wird die elastomere Hülse
separat hergestellt und wird in einem elastisch auf geweiteten Zustand
auf einem hohlen, rohrförmigen
Halteelement aus einem starren Kunststoff angeordnet bereitgestellt, das
anschließend
entfernt wird, so dass sich die Hülse elastisch zusammenzieht
und die Kabelabschnitte in der Verbindungszone umgreift.
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Dieses
Halteelement kann beispielsweise aus einem streifenartigen Element
hergestellt werden, das spiralförmig
gewickelt ist, um mehrere aneinandergrenzende Spiralen zu bilden,
die aneinander befestigt sind, so dass, wenn eine Ziehkraft an einem
freien Endbereich des streifenartigen Elementes ausgeübt wird,
das rohrförmige
Halteelement aufgrund der sukzessiven Trennung der Spiralen auseinander
fallen kann, wodurch die ordnungsgemäße Positionierung der Hülse ermöglicht wird.
Diese Hülse
ist von der kalt-zurückziehbaren Art.
Ausführungsformen
solcher Halteelemente sind beispielsweise in den Druckschriften
EP-541,000; EP-735,639; EP-547,656;
EP-547,667 des Anmelders beschrieben.
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Alternativ
kann die Hülse
aus Wärmeschrumpfmaterialien
hergestellt sein, so dass so genannte Wärmeschrumpfhülsen hergestellt
werden, die beispielsweise in dem Dokument US-4,383,131 beschrieben
sind.
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Alternativ,
wie es in dem Dokument EP-149,032 des Anmelders beschrieben ist,
kann die Hülse
mit Hilfe eines starren rohrförmigen
Halteelementes positioniert werden, dessen Hohlraum Durchmesserabmessungen
aufweist, die größer als
die Außenabmessungen
der beiden zu verbindenden Kabel sind, wobei das Halteelement mit
einer Vorrichtung zusammenwirkt, die starre Platten und Stangen
aufweist, deren Betätigung eine
Gleitbewegung zwischen der Außenfläche des
rohrförmigen
Halteelementes und dem Hohlraum der Hülse hervorruft, so dass eine
gleichmäßige radiale
Kontraktion der Hülse
in Übereinstimmung
mit der Verbindungszone der beiden Kabel stattfindet.
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Daher
umfasst die Verbindungsoperation den Schritt des Einsetzens der
an dem rohrförmigen
Halteelement angeordneten Hülse
an dem zu verbindenden Ende eines der Kabel, bevor der zuvor beschriebene Schritt
des elastischen Verbindens des Leiters der Kabel stattfindet.
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Anschließend wird
die Hülse
in Übereinstimmung
mit der Verbindungszone positioniert, und das rohrförmige Tragelement
wird entfernt.
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Da
eine Verbindung allgemein auch ein Element aufweist, das die Metallblende
der zu verbindenden Kabel wieder herstellen soll, umfasst die Verbindungsoperation
ferner den Schritt des Anbringens eines metallischen Streifens,
wie beispielsweise ein Zinn-plattierter Kupferstreifen, angefangen
von dem freiliegenden Metallblendenbereich des ersten Abschnitts
eines Kabels und endend an der freiliegenden Metallblende des zweiten
Abschnitts des anderen Kabels.
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Da
eine Verbindung schließlich
auch allgemein eine äußere polymere
Hülle umfasst,
die zum Wiederherstellen des äußeren mechanischen
Schutzes des Kabels geeignet ist, umfasst die Verbindungsoperation ferner
den Schritt des Anordnens der Hülle
in der Verbindungszone, und zwar an einer Position außen an der zuvor
genannten Hülse,
um die darunter liegenden Elemente der Verbindung davor zu schützen, mit
Feuchtigkeit und/oder Wasser von außen in Kontakt zu kommen.
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Bei
dieser Hülle
kann es sich um eine solche der Wärmeschrumpfart oder um eine
solche der elastischen Kaltschrumpfart handeln, oder sie kann mit
Hilfe eines Streifenausbildungsschritts erzeugt werden, der ebenfalls
mit der Verwendung geeigneter Mastix-Dichtmittel kombinierbar ist.
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Wenn
die Hülle
von der Wärmeschrumpfart
oder von der elastischen Kaltschrumpfart ist, umfasst der Anordnungsschritt
den Schritt des Einsetzens der Hülle
an einem Ende der zu verbindenden Kabel, wobei dieser Schritt sowohl
dem Positionieren des die elastomere Hülse tragenden rohrförmigen Halteelementes
als auch der Ausbildung der elektrischen Verbindung zwischen den
Kabelleitern vorausgeht.
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Gemäß weiterer
Betriebsverfahren kann die Wiederherstellung des äußeren mechanischen
Schutzes der verbundenen Kabel auch unter Verwendung verschiedener
Hüllen
erzielt werden, beispielsweise drei in der Zahl, die derart angeordnet
sind, dass ein Paar von Hüllen
auf den zuvor genannten, kegelstumpfförmigen Bereichen der Verbindung
und eine weitere Hülle
auf dem im Wesentlichen zylindrischen Bereich der letzteren angeordnet
werden.
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Verfahren
zum Herstellen einer Verbindung sind beispielsweise in den Dokumenten
EP-379,056; EP-393,495; EP-415,082; EP-199,742 und EP-422,567 des
Anmelders beschrieben.
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Das
Dokument
JP 10224937 offenbart
ein Verfahren zum Herstellen des elektrischen Isolierelementes einer
Verbindung in Übereinstimmung
mit der Verbindungszone der beiden elektrischen Kabel. Dieses Verfahren
umfasst den Schritt des Einspritzens eines Kunststoffmaterials in
eine Metallform, nachdem in diese die elektrisch verbundenen Kabel
mit einer Hochspannungsabschirmelektrode an der Verbindungszone
positioniert wurden, und den Schritt des Formens des Isolierelementes.
Dieses Verfahren umfasst ferner den Schritt des Schneidens der Enden
des zylindrischen Blockelementes, das in dem Formschritt erzielt
wurde, so dass dem Isolierelement eine spezifische Form (d.h. eine
trapezförmige
Form) verliehen wird.
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Weitere
technische Lösungen
für das
Strangpressen des Isolierelementes einer Verbindung sind beispielsweise
in den Dokumenten
JP 8280115 ;
JP 3280374 ;
JP 5292624 ;
JP 3167773 ;
JP 5859030 ;
JP 5859029 ;
JP 58 59 027 ; US-4,377,547; US-4,241,004
und US-3,846,578 beschrieben. Gemäß diesen Dokumenten umfasst
der Extrusionsprozess den Schritt des Einspritzens des Isoliermaterials
in einen Formhohlraum mit der Form des gewünschten Isolierelementes. Die
Dokumente
JP 8288115 und
JP 3280374 beschreiben beispielsweise
die Verwendung von Druckreglern, so dass eine gleichmäßige Druckverteilung
innerhalb des Formhohlraums erzielt wird, wobei die Erzeugung von
Poren innerhalb des Isoliermaterials verhindert wird. Das Dokument
JP 5292624 offenbart Metallformen,
die mit mehreren Einspritzlöchern
gemäß einem
vorbestimmten Abstand entlang der Längsrichtung der Form versehen
sind.
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Das
Dokument US-3,880,557 beschreibt eine Formvorrichtung, die zum Formen
des Isolierelementes einer Verbindung zum elektrischen Verbinden
von zwei Kabeln, vorzugsweise zwei Hochspannungskabel, geeignet
ist. Diese Vorrichtung umfasst eine obere Platte und eine untere
Platte, die entsprechend mit oberen und unteren Formen versehen
sind, die einen Formhohlraum definieren, dem das Isoliermaterial
zugeführt wird,
indem es durch eine Einspritzeinheit der oberen Platte geleitet
wird.
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Die
Herstellung des Isolierelementes einer Verbindung ist besonders
kritisch, da jeder Fehler in dem Isoliermaterial, wie beispielsweise
Ungleichmäßigkeiten
oder eingeschlossene Luft, Mikrohohlräume innerhalb des Isolierelementes
der Verbindung erzeugen kann. Derartige Fehler verringern die Spannungsfestigkeit
des Isoliermaterials, so dass die Wahrscheinlichkeit beträchtlich
zunimmt, dass elektrische Entladungen innerhalb des Verbindungsisolierelementes
erzeugt werden. Somit nimmt auch das Risiko eines Versagens des
letzteren während
des Betriebs der Verwendung beträchtlich
zu.
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Da
diese Defekte zudem die Spannungsfestigkeit des Isoliermaterials
verringern, kann das Isolierelement der Verbindung bei einem elektrischen
Feldgradienten versagen, der geringer als der erwartete ist, dem das
Isoliermaterial per se widersteht.
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Dieser
Aspekt ist insbesondere im Falle von Hochspannungsverbindungen kritisch.
Da Hochspannungsverbindungen normalerweise hohe elektrische Feldgradienten
und große
Dicken der Isolierelemente beinhalten, ist das Risiko eines Versagens
besonders hoch, wobei das Risiko mit der Dicke des Isolierelementes und
somit mit der maximalen Spannung, für welche die Verbindung ausgelegt
ist, zunimmt.
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Es
ist im Stand der Technik bekannt, dass ein großer Anteil der elektrischen
Entladungen, die in einer Verbindung entstehen, sich allgemein an
den axialen Enden der Elektrode in der Nähe der Spitzen derselben entwickeln,
wo die Konzentration der Flusslinien des elektrischen Feldes besonders
hoch ist und der maximale elektrische Feldgradient stattfindet.
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23 zeigt
teilweise eine typische Verteilung der Flusslinien 100 des
elektrischen Feldes in der Nähe einer
Spitze 200 einer Elektrode 300.
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Gemäß dieser
Verteilung kann erwartet werden, dass der Weg einer elektrischen
Entladung, die sich innerhalb des Isoliermaterials einer Verbindung
entwickelt, dem elektrischen Feldgradienten folgt, also senkrecht
zu den Flusslinien des elektrischen Feldes, da dieser den kürzesten
Weg repräsentiert,
der durch die elektrische Entladung überdeckt werden kann.
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Der
Anmelder hat jedoch festgestellt, dass der Weg der elektrischen
Entladung allgemein nicht dem berechneten Weg folgt, sondern einen
komplexeren Weg. Tatsächlich
hat der Anmelder festgestellt, dass der Weg der elektrischen Entladung
stark durch Defekte beeinflusst wird, die in dem Isoliermaterial
vorhanden sind.
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Dieser
Aspekt ist besonders kritisch, da dies bedeutet, dass sich die elektrische
Entladung in Richtung der fehlerhaftesten Zonen des Isoliermaterials
bewegt, so dass das Versagen des Isolierelementes der elastomeren
Hülse Spannungen
auftreten kann ??????, sogar wenn diese wesentlich geringer als
die erwarteten Spannungen sind.
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Der
Anmelder hat erkannt, dass dieses Phänomen mit dem Extrusionsverfahren
korreliert, das zur Herstellung des Isolierelementes verwendet wird.
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Insbesondere
hat der Anmelder erkannt, dass dieses Phänomen mit dem Verfahren korreliert,
gemäß dem das
Isoliermaterial in die Form eingeführt wird, die zum Herstellen
des Isolierelementes verwendet wird.
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Wie
zuvor unter Bezugnahme auf bekannte Verfahren zum Herstellen des
Isolierelementes einer elastomeren Hülse beschrieben wurde, wird
das Isoliermaterial allgemein (durch Extrusion oder durch Einspritzen) in
eine Form durch wenigstens eine Einlassöffnung eingebracht, wobei die
Elektrode und die Spannungsregelblenden vorab an einem Dorn positioniert
wurden.
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Gemäß diesen
Verfahren wird jeder Bereich des Isoliermaterials, das in die Form
eintritt, in der Form durch die Stoßwirkung nachfolgender Bereiche
vorwärts
bewegt, bis das Füllen
der Form abgeschlossen ist. Mit anderen Worten, wird das Isoliermaterial,
das zuerst in die Form gelangt, durch das Isoliermaterial durch die
Form gestoßen,
das nachfolgend durch die eine oder mehrere Einlassöffnungen
der Form in diese geleitet wird.
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Der
Bereich des Isoliermaterials, das in die Form zu einem vorgegebenen
Zeitpunkt eintritt, erzeugt eine Flusslinie, die aufgrund der nachfolgenden
Bereiche des Isoliermaterials, das zu nachfolgenden Zeitpunkten
t > t0 eindringt,
eine im Wesentlichen parabelförmige
Form erhält,
da die Geschwindigkeit des Bereichs, der sich entlang der Form vorwärts bewegt,
in Übereinstimmung
mit den Wänden
der Form, der Elektrode und dem Dorn geringer als die Geschwindigkeit
des Bereichs in Übereinstimmung
mit der zentralen Zone ist, die zwischen den Wänden der Form, der Elektrode
und des Dorns vorhanden ist.
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Der
Anmelder hat erkannt, dass der Weg einer elektrischen Entladung
bevorzugt einer oder mehreren dieser Flusslinien oder der Schweißzonen von
zwei oder mehr dieser Flusslinien folgt. Wie es im Stand der Technik
bekannt ist, bilden sich Schweißlinien,
wann immer sich zwei voran bewegende Schmelzfronten treffen (siehe
beispielsweise "Principles
of polymer processing",
Zehev Tadmor, Costas G. Gogos – Wiley-Interscience
Publication, 1979, Seite 594).
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Ferner
hat der Anmelder erkannt, dass die zuvor beschriebenen Verfahren
zum Füllen
einer Form mit einem Isoliermaterial, um das elektrische Isolierelement
einer elastomeren Hülse
herzustellen, signifikante Anisotropien innerhalb des Isoliermaterials
erzeugen. Diese Anisotropien sind zumindest teilweise auf die Tatsache
zurückzuführen, dass
jeder Bereich des Isoliermaterials durch die Isoliermaterialbereiche,
die zu späteren Zeitpunkten
der Form zugeführt
werden, entlang der Form vorwärts
bewegt wird. Es ist bekannt, dass Gummiprodukte eine Anisotropie
und eine Heterogenität
ihrer physikalischen Eigenschaften aufgrund der molekularen Ausrichtung
aufweisen können,
die durch Fließbedingungen
erzeugt wird (siehe beispielsweise "Mold-flow-induced anisotropy in nitrile
rubber", W. V. Chang,
P. H. Yang, R. Salovey – Rubber
Chemistry and Technology – Band
54 – Mai/Juni
1981, Nr. 2, Seite 449).
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Anisotropien
sind insbesondere während
der Betriebsbedingungen des elektrischen Isolierelementes der elastomeren
Hülse kritisch.
Ferner können
Anisotropien, nachdem sie einmal ausgebildet wurden, nicht eingestellt
oder wenigstens teilweise reduziert werden, da sie "eingefroren" in dem Isoliermaterial
durch den Härteschritt
verbleiben, der unmittelbar auf den Schritt des Füllens des
Isoliermaterials in die Form folgt.
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Daher
hat der Anmelder erkannt, dass der Schritt des Füllens des Isoliermaterials
in die Form das Risiko eines Versagens des Isolierelementes einer
Verbindung für
elektrische Kabel stark beeinflusst.
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Insbesondere
hat der Anmelder festgestellt, dass das Zuführen des Isoliermaterials in
die Form während
des Füllens
der Form mit dem Isoliermaterial so gleichmäßig wie möglich ausgeführt werden
muss, um die Bildung solcher Anisotropien im Wesentlichen zu verhindern
und um auf diese Weise das Risiko eines Versagens der elastomeren
Hülse zu
reduzieren.
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Genauer
gesagt, hat der Anmelder erkannt, dass die Bildung dieser Anisotropien
stark verringert werden kann, indem verhindert wird, dass das Füllen der
Form derart durchgeführt
wird, dass jeder Bereich des Isoliermaterials entlang der Formwände durch
diejenigen Bereiche des Isoliermaterials gedrückt wird, die der Form an darauf
folgenden Zeitpunkten zugeführt
werden. Der Anmelder hat erkannt, dass dies besonders in der Nähe der axialen
Enden der Elektrode kritisch ist wo der elektrische Feldgradient
seinen Maximalwert erreicht, und wo die Ungleichmäßigkeit
zwischen dem Isoliermaterial, das ganz am Anfang des Füllschrittes
zugeführt
wird, und dem Isoliermaterial, das zu nachfolgenden Zeitpunkten
zugeführt
wird, besonders hoch ist.
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Der
Anmelder hat festgestellt, dass die Bildung dieser Anisotropien
im Wesentlichen verhindert oder zumindest beträchtlich reduziert werden kann,
indem der Schritt des Befüllens
der Form derart durchgeführt wird,
dass jeder Bereich des Isoliermaterials, der in die Form eintritt,
den Bereich des Isoliermaterials, der die Form zu einem vorangehenden
Zeitpunkt betreten hat, überlappt.
Auf diese Weise hat das letzte Material, das der Form zugeführt wird,
die gleiche thermische und rheologische Historie wie das Material,
das zuvor dem Formhohlraum zugeführt
wurde.
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Genauer
gesagt, hat der Anmelder festgestellt, dass zum Vermeiden der Bildung
der zuvor beschriebenen Anisotropien der Schritt des Befüllens der
Form zum Herstellen des Isolierelementes der elastomeren Hülse dynamisch
durchgeführt
werden muss, d.h. während
des Schrittes des Einführens
der Elektrode und der Spannungsregelblenden der elastomeren Hülse, die
auf einem Halteelement vorgesehen sind (beispielsweise ein Dorn)
in die Form.
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Gemäß den zuvor
genannten Dokumenten des Stands der Technik wird der Schritt des
Befüllens
der Form tatsächlich
statisch ausgeführt,
indem das Isoliermaterial innerhalb einer Form extrudiert oder eingespritzt
wird, welche die Elektrode und die Spannungsregelblenden der elastomeren
Hülse statisch
beinhaltet, so dass das Isoliermaterial, das in die Form eintritt,
den Raum nach und nach füllt,
der zwischen den Formwänden,
den Wänden
der Elektrode, des Halteelementes und der Spannungsregelblenden
vorhanden ist.
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Im
Gegensatz dazu wird der Schritt des Befüllens der Form gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer dynamischen Art und Weise ausgeführt, da
das Isoliermaterial der Form zugeführt wird, während das Halteelement in die
Form bewegt wird, so dass das Isoliermaterial den freien Raum, der
zwischen den Formwänden und
den Wänden
des Halteelementes, das die Elektrode und die Spannungsregelblenden
umfasst, definiert ist, nach und nach füllt.
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Daher
wird jeder Bereich des Isoliermaterials, das in die Form eindringt,
gemäß der vorliegenden
Erfindung gleichmäßig über einen
quer laufenden Querschnittsabschnitt der Form verteilt und überlappt
die Bereiche des Isoliermaterials, die bereits innerhalb der Form
vorhanden sind, wodurch jegliche Schiebewirkungen und somit jegliche
mechanischen/thermischen Spannungen an den Isoliermaterialbereichen
verhindert werden. Entsprechend wird die Bildung der zuvor beschriebenen
Flusslinien vorteilhaft verhindert oder stark reduziert.
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Daher
bezieht sich ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung auf einen
Prozess zum Herstellen einer elastomeren Hülse einer Verbindung für elektrische
Kabel, wobei die Hülse
aufweist:
- – ein
elektrisches Feldregelelement;
- – ein
elektrisches Isolierelement, welches das elektrische Feldregelelement
umgibt, und
- – wenigstens
zwei Spannungsregelblenden, die an den axialen Enden des elektrischen
Isolierelementes positioniert sind, und wobei der Prozess die Schritte
aufweist:
- – Anordnen
des elektrischen Feldregelelementes und der Spannungsregelblenden
auf einem Halteelement;
- – Einbringen
des Halteelementes in einer Form, die zum Formen des elektrischen
Isolierelementes, das aus einem elektrischen Isoliermaterial hergestellt
ist, dient;
- – Befüllen des
Raums radial außerhalb
des elektrischen Feldregelelementes und des zwischen dem elektrischen
Feldregelelement und den Spannungsregelblenden vorhandenen Raums
mit dem elektrischen Isoliermaterial, wobei der Befüllschritt
während
des Einbringschritts durchgeführt
wird, so dass jeder Bereich des Isoliermaterials, das in die Form
eindringt, gleichmäßig über einen
im Wesentlichen quer laufenden Querschnitt der Form verteilt wird,
und die Bereiche von Isoliermaterial überlappt, die bereits innerhalb
der Form vorhanden sind, und
- – Härten des
elektrischen Isoliermaterials, um das elektrische Isolierelement
der elastomeren Hülse
zu erzeugen.
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Vorzugsweise
wird das Halteelement in die Form bewegt und koaxial in Bezug auf
die Form eingesetzt.
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Noch
bevorzugter wird das Halteelement innerhalb der Form in einer im
Wesentlichen vertikalen Richtung bewegt. Da der Schritt des Befüllens der
Form mit dem Isoliermaterial zusammen mit dem Vorwärtsbewegen
des Halteelementes innerhalb der Form durchgeführt wird, indem das Halteelement
vertikal in dieser vorwärts
bewegt wird, überlappt
jeder Bereich des Isoliermaterials, der in die Form gelangt, den
Bereich des Isoliermaterials, welcher der Form zu einem vorherigen
Zeitpunkt zugeführt
wurde. Dies ist besonders vorteilhaft, da jeder Bereich des Isoliermaterials
einfach die Bereiche überlagert,
die der Form zuvor zugeführt
wurden, und diese Art von Absetzung erzeugt keine Bildung von Flusslinien
innerhalb des Isoliermaterials während
des Befüllens
der Form oder reduziert die Bildung derselben drastisch.
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Vorzugsweise
umfasst der Schritt des Befüllens
der Form mit dem Isoliermaterial den Schritt des Extrudierens des
Isoliermaterials. Alternativ umfasst der Schritt des Befüllens der
Form mit dem Isoliermaterial den Schritt des Einspritzens des Isoliermaterials.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Isoliermaterial gemäß einer
ersten Richtung in die Form gefüllt,
während
das Halteelement gemäß einer
zweiten Richtung in die Form eingebracht wird, wobei die zweite
Richtung zur ersten Richtung im Wesentlichen senkrecht ist. Vorzugsweise ist
die zweite Richtung eine im Wesentlichen vertikale Richtung.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Isoliermaterial in die Form
in einer Richtung gefüllt,
die der Einbringrichtung des Halteelementes in die Form entspricht,
d.h. das Isoliermaterial wird in der gleichen Richtung in die Form
gefüllt,
in der das Halteelement in der Form vorwärts bewegt wird. Gemäß dieser
Ausführungsform
können
das Befüllen
der Form mit dem Isoliermaterial und das Einbringen des Haltelementes
in die Form im gleichen oder entgegen gesetzten Sinn durchgeführt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst der Schritt des Befüllens der Form mit dem Isoliermaterial den
Schritt des gleichmäßigen Verteilens
des Isoliermaterials über
den Querschnitt der Form. Dieser Aspekt ist sehr wichtig, um ein
gleichmäßiges Befüllen der
Form zu erzielen, so dass das Isoliermaterial, das in die Form eintritt,
den freien Raum um die Elektrode und zwischen der Elektrode, dem
Halteelement und den Spannungsregelblenden füllt, ohne mechanische/thermische
Spannungen in das Isoliermaterial zu induzieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung korreliert der Schritt des Befüllens der Form mit dem Isoliermaterial
mit dem Volumen des Freiraums, der mit dem Isoliermaterial zu befüllen ist,
und der die Elektrode umgibt und zwischen der Elektrode, dem Halteelement
und den Spannungsregelblenden vorhanden ist.
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Genauer
gesagt, da das Halteelement, das die Elektrode und die Spannungsregelblenden
umfasst, dazu gebracht wird, sich in der Form vorwärts zu bewegen,
während
der Zufluss des Isoliermaterials während der Vorwärtsbewegung
des Halteelementes unverändert
bleibt, variiert das Volumen des Freiraums, der zur Einlassöffnung des
Isoliermaterials weist, während
der Vorwärtsbewegung
des Halteelementes.
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Um
ein vollständiges
und gleichmäßiges Befüllen des
Volumens unter Berücksichtigung
der Änderungen
desselben durchzuführen,
kann der Schritt des Befüllens
entsprechend durchgeführt
werden, indem der Strom des der Form zuzuführenden Isoliermaterials im
Wesentlichen konstant gehalten und die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung
des Halteelementes variiert wird. Gemäß diesen Betriebsbedingungen
wird die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Halteelementes
erhöht,
wenn das Volumen des Freiraums, der zu der Einlassöffnung weist,
abnimmt. Dies beruht auf der Tatsache, dass, da der Isoliermaterialstrom
im Wesentlichen während
des Schrittes des Befüllens
konstant gehalten wird, eine höhere
Geschwindigkeit des Halteelementes einen breiteren mit dem Isoliermaterial
zu füllenden
Freiraum erzeugt. Im Gegensatz dazu wird die Geschwindigkeit der
Vorwärtsbewegung
des Halteelementes verringert, wenn das Volumen des freien Raums,
der zur Einlassöffnung
weist, zunimmt, so dass eine größere Menge
Isoliermaterial vorgesehen werden kann.
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Alternativ
kann der Schritt des Befüllens
durchgeführt
werden, indem die Vorschubgeschwindigkeit des Halteelementes im
Wesentlichen konstant gehalten und der Strom des Isoliermaterials,
welcher der Form zugeführt
werden soll, in Bezug auf die zuvor beschriebenen Volumenänderungen variiert.
Gemäß diesen
Betriebsbedingungen wird somit der Strom des Isoliermaterials erhöht, wenn
das Volumen des freien Raums, der zur Einlassöffnung weist, zunimmt. Dies
beruht auf der Tatsache, dass, da die Vorschubgeschwindigkeit des Halteelementes
im Wesentlichen während
des Befüllungsschrittes
konstant gehalten wird, ein mit Isoliermaterial zu füllender
breiterer Freiraum mit einem größeren Isoliermaterialstrom
versehen werden muss. Im Gegensatz dazu wird der Isoliermaterialstrom
reduziert, wenn das Volumen des Freiraums, der zur Einlassöffnung weist,
abnimmt, so dass eine geringe Isoliermaterialmenge vorgesehen wird.
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Der
Prozess in der vorliegenden Erfindung umfasst ferner den Schritt
des Härtens
des Isoliermaterials, um ein Isolierelement der elastomeren Hülse zu erzielen.
Dieser Schritt des Härtens
wird am Ende des Öffnungsschrittes
durchgeführt,
wenn das Halteelement in die Form eingeführt wurde. Der Härteschritt
wird durchgeführt,
indem eine geeignete Wärmemenge
vorgesehen wird, um das Isoliermaterial gemäß einem bekannten Verfahren
zu vernetzen.
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Der
Prozess der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Kühlschritt
des gehärteten
Isoliermaterials umfassen.
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Der
Prozess gemäß der Erfindung
umfasst ferner die Schritte des Entfernens der elastomeren Hülse, die
an dem Halteelement gehalten ist, aus der Form, und daraufhin das
Lösen der
elastomeren Hülse
von dem Halteelement.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine
Vorrichtung zum Herstellen einer elastomeren Hülse einer Verbindung für elektrische
Kabel nach Anspruch 1, wobei die Hülse aufweist:
- – ein
elektrisches Feldregelelement;
- – ein
elektrisches Isolierelement, welches das elektrische Feldregelelement
umgibt, und
- – wenigstens
zwei Spannungsregelblenden, die an axialen Enden des elektrischen
Isolierelementes positioniert sind, wobei die Vorrichtung aufweist:
- – eine
Greif- und Handhabungseinrichtung zum Halten und Bewegen eines Halteelementes,
das mit dem elektrischen Feldregelelement und den zwei Spannungsregelelementen
versehen ist;
- – ein
Gehäuse
zur Aufnahme einer Form, die zum Formen eines elektrischen Isolierelementes
aus einem elektrischen Isoliermaterial dient;
- – eine
Steuereinheit, die dazu geeignet ist, das Halteelement in die Form
einzubringen, während
das elektrische Isoliermaterial der Form zugeführt wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Figuren beschrieben, wobei
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1 eine
axial geschnittene, schematische Teilseitenansicht der Verbindungszone
der beiden elektrischen Kabel zeigt;
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2 bis 4 schematische
Ansichten von aufeinander folgenden Betriebsbedingungen in Bezug auf
den Schritt des Befüllens
einer Form mit einem Isoliermaterial zur Herstellung des Isolierelementes
einer elastomeren Hülse
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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5 bis 10 schematische
Ansichten von aufeinander folgenden Betriebsbedingungen in Bezug auf
den Schritt des Befüllens
einer Form mit einem Isoliermaterial zum Herstellen des Isolierelementes
einer elastomeren Hülse
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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11 bis 17 schematische
Ansichten von aufeinander folgenden Betriebsbedingungen in Bezug auf
den Schritt des Befüllens
einer Form mit einem Isoliermaterial zum Herstellen des Isolierelementes
einer elastomeren Hülse
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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18 eine
schematische Teilseitenquerschnittsansicht einer Vorrichtung zum
Herstellen des Isolierelementes einer elastomeren Hülse gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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19 bis 21 schematische
Teilvorderquerschnittsansichten einer Vorrichtung zum Herstellen des
Isolierelementes einer elastomeren Hülse gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei die Vorrichtung in verschiedenen
und aufeinander folgenden ihrer Betriebsbedingungen dargestellt
ist;
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22 eine
schematische, teilweise Längsquerschnittsansicht
einer elastomeren Hülse
zeigt, die gemäß der vorliegenden
Erfindung erzielt wird, und
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23 teilweise
die Verteilung der Flusslinien des elektrischen Feldes in Übereinstimmung
mit einer Spitze einer Elektrode zeigt.
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Für die Einfachheit
der Beschreibung zeichnen in den beiliegenden Zeichnungen gleiche
Bezugsziffern ähnliche
oder identische Komponenten.
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In
der vorliegenden Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung Hochspannung
auf eine Spannung, die gleich oder größer als 45 kV ist (die Umschreibung "sehr hohe Spannung" wird im Stand der
Technik auch manchmal dazu verwendet, Spannungen zu definieren,
die größer als
etwa 150 oder 220 kV und bis zu 500 kV oder mehr sind); der Begriff "mittlere Spannung" wird verwendet,
um eine Spannung zu bezeichnen, die normalerweise im Bereich von
etwa bis etwa 45 kV liegt, und die Bezeichnung "Niederspannung" bezieht sich auf eine Spannung, die
geringer als 10 kV ist, normalerweise größer als 100 V.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 10 eine Verbindung die elektrische Verbindung
eines Paars von Kabeln 11, 12 der Einzelkern-Art.
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Wie
es zuvor beschrieben ist, wird die Verbindung 10 erzielt,
indem die Enden der Kabel 11, 12 koaxial zueinander
weisend angeordnet werden, wobei ihre zugeordneten Beschichtungsschichten,
die einen Teil der entsprechenden Leiter 13, 14,
die über
einen vordefinierten Abschnitt freiliegen, in einer progressiven,
versetzten Art und Weise abgemantelt sind.
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Die
Beschichtung der Kabel 11, 12 wird entfernt, indem
für jedes
Kabel und über
eine vorgegebene Länge
der Reihe nach die Isolierschicht 15, 16, die äußere halbleitende
Schicht 17, 18, die metallische Blende (in 1 nicht
gezeigt) und die äußere polymere
Hülle 19, 20 freigelegt
werden. Die innere halbleitende Schicht (in 1 nicht
gezeigt), die radial einwärts
der Isolierschicht angeordnet ist, muss nicht in einer versetzten
Art und Weise entfernt werden.
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Die
freigelegten Endbereiche jedes Leiters 13, 14 werden
elektrisch und mechanisch Ende an Ende miteinander verbunden, beispielsweise
mit Hilfe eines metallischen Elementes 21 (beispielsweise
eine Kompressionsklemme) oder mit Hilfe einer Schweißzone (nicht
gezeigt).
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Die
Verbindungszone wird durch eine elastomere Hülse 25 bedeckt, die
gleitbar auf einem Ende eines der Kabel 11, 12 angeordnet
wird, bevor diese miteinander verbunden werden, und sukzessiv über der
Verbindungszone positioniert wird, sobald die elektrische und mechanische
Verbindung der Leiter 13, 14 hergestellt wurde.
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Die
Hülse 25 umfasst
eine halbleitende Elektrode 26, die in Übereinstimmung mit der Verbindungszone
positioniert ist und die Isolierschicht 15, 16 der
Kabel 11, 12 zumindest teilweise berührt.
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Die
Hülse 25 umfasst
ferner ein Isolierelement 27, in dem die Elektrode 26 eingebettet
ist, wobei die axiale Erstreckung des Isolierelementes derart ist,
dass es mit dem größten Teil
der Isolierschichten 15, 16 in Kontakt kommt.
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Die
Hülse 25 umfasst
ferner ein halbleitendes Element 28, das zwei becherförmige Spannungsregelblenden 28a, 28b und
eine Isolierblende 29 aufweist.
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Die
Spannungsregelblenden 28a, 28b, welche die Isolierschichten 15, 16 und
die äußere halbleitende Schicht 17, 18 der
Kabel 11, 12 teilweise berühren, haben die Funktion, das
elektrische Feld zu übertragen.
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Die
Isolierblende 29, die aus einem halbleitenden Material
hergestellt ist, verbindet die Spannungsregelblenden 28a, 28b elektrisch
derart, um der Verbindungszone die Kontinuität der halbleitenden Schichten der
Kabel 11, 12 zu stärken.
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Wie
es zuvor beschrieben ist, ist die Hülse 25 in Übereinstimmung
mit der Verbindungszone positioniert, wozu jede bekannte Technik
verwendet wird – beispielsweise
ein entfernbares Halteelement – um
eine Abdeckung der freiliegenden Abschnitte der Isolierschicht 15, 16 zu
bilden.
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Die 2 bis 4 zeigen
schematisch den Schritt des Befüllens
einer Form mit einem Isoliermaterial zum Herstellen des Isolierelementes
einer elastomeren Hülse
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die 2 bis 4 zeigen
genauere schematische Vorderansichten, teilweise im Längsschnitt,
die einige Betriebsbedingungen des Befüllungsschrittes zu verschiedenen
und aufeinander folgenden Zeitpunkten beschreiben.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist ein Halteelement 30 (beispielsweise
ein Dorn), der die Elektrode 26 und die beiden Spannungsregelblenden 28a, 28b umfasst,
gezeigt, während
es in einer Form 31 zu Beginn des Einbringschrittes eingebracht
wird.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Form 31 ein rohrförmiges Element
mit Seitenblenden 31a, einem ersten offenen Ende 31b,
das zum Einbringen des Schaltelementes 30 in die Form geeignet
ist, und einem zweiten geschlossenen Ende, das mit einer Bodenwand 31c versehen
ist.
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Die
zwei Spannungsregelblenden 28a, 28b sind koaxial
an dem Halteelement 30 mit Hilfe von entsprechenden zwei
Halteelementen 32a, 32b befestigt. Die Halteelemente 32a, 32b,
die bevorzugt aus Metall hergestellt sind, sind die Gehäuse der
Spannungsregelblenden 28a, 28b.
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Zudem
ist das Halteelement 30 an einem Ende, d.h. an dem Ende,
das nicht in die Form 31 eintritt, ferner mit einer Platte 33 versehen,
die an das Halteelements 32a angrenzt, das in die Form 31 am
Ende des Einbringschrittes eingeführt wird. Diese Platte 33 weist
prinzipiell die Funktion des Schließens der Form 33 auf, wenn
das Halteelement 30 vollständig in diese eingebracht ist.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, sind das Halteelement 30 und
die Form 31 in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung
positioniert und koaxial angeordnet (wie es durch die Achse X-X
gezeigt ist).
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das offene Ende 31b der
Form mit einem ringförmigen
Kanal 34 versehen, der dazu geeignet ist, der Form 31 das
Isoliermaterial 35 zuzuführen (siehe hierzu 3 und 4).
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Der
Kanal 34 ist mit einer Zuführleitung 36 verbunden,
die zum Zuführen
des Isoliermaterials 35 in die Form 31 vorgesehen
ist.
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Vorzugsweise
ist die Zuführleitung 36 mit
einem oder mit mehreren Extrudern (nicht gezeigt) verbunden, um
von diesen das Isoliermaterial 36 zu empfangen. Alternativ
ist die Zuführleitung 36 mit
einem oder mit mehreren Einspritzeinrichtungen verbunden (nicht
gezeigt).
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Vorzugsweise
weist der Kanal 34 die Form eines Torus auf.
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Vorzugsweise
ist der Kanal 34 koaxial mit dem Halteelement 30 angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Äquatorebene
des Kanals 34 im Wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung
(durch den Pfeil A gezeigt) des Halteelementes in die Form 31 angeordnet.
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Zudem
ist der ringförmige
Kanal 34 mit einem Schlitz 37 versehen, der den
Kanal 34 in Fluidverbindung mit dem inneren Volumen (d.h.
dem Hohlraum) der Form bringt. Der Schlitz 37 hat die Funktion
des Verteilens des Isoliermaterials 35, das der Zuführleitung 36 zugeführt wird, über den
Querschnitt der Form 31.
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Unter
Bezugnahme auf die Äquatorebene
des Kanals 34 ist der Schlitz 37 bevorzugt an
den radial inneren Umfangsprofilen des Kanals angeordnet.
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Vorzugsweise
ist der Schlitz kontinuierlich über
das gesamte Umfangsprofil des Kanals vorgesehen.
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Vorzugsweise
variieren die Abmessungen des Schlitzes entlang des radial inneren
Umfangsprofils des Kanals. Genauer gesagt, erreichen die Querabmessungen
des Schlitzes, d.h. die Abmessungen des Schlitzes in einer Ebene
senkrecht zu der Äquatorebene
des Kanals (diese Querabmessungen definieren die Isoliermaterialmenge,
die der Form zugeführt
wird), ihren Minimalwert in der Nähe der Zuführleitung 36 und nehmen
zu, während
sie sich von der zuletzt genannten entfernen, wobei sie ihren Maximalwert
in Übereinstimmung
mit der Position diametral gegenüber
der Position der Zuführleitung
erreichen.
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In 3 ist
das Halteelement 30 teilweise in die Form 31 eingesetzt
dargestellt, d.h. 3 zeigt den Schritt des Einbringens
des Halteelementes in die Form und den Schritt des Befüllens der
Form mit dem Isoliermaterial zu einem Zeitpunkt, der auf den in 2 dargestellten
Zeitpunkt folgt.
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Genauer
gesagt, zeigt 3 das Isoliermaterial 35,
das der Zuführleitung 36 zugeführt wird
(wie es durch den Pfeil B dargestellt ist), das Befüllen des
ringförmigen
Kanals 34 und somit, dank des Vorhandenseins des Schlitzes 37,
das Befüllen
der Form, d.h. des freien Volumens, das durch die Innenwände der
Form, die Wände
der Elektrode 26, die Wände
der Spannungsregelblenden 28a, 28b und die Wände des
Halteelementes 30 definiert ist.
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In 4 ist
das Halteelement 30 gezeigt, das vollständig in die Form 31 am
Ende des Einbringschrittes und des Befüllungsschrittes eingebracht
ist, wobei das zuvor beschriebene freie Volumen vollständig mit
dem Isoliermaterial 35 gefüllt wurde.
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4 zeigt
ferner, wie die Platte 33 mechanisch mit dem offenen Ende 31b der
Form zusammenwirkt, um die Form 31 geeignet zu schließen.
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Vorzugsweise
wird das Einbringen des Halteelementes 30 in die Form 31 entlang
der Richtung X-X durchgeführt,
indem das Halteelement abwärts
(Pfeil A) in die Form bewegt wird. Alternativ wird der Einbringschritt
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt,
indem das Halteelement aufwärts
in die Form bewegt wird, d.h. um 180° in Bezug auf die in den 2 bis 4 dargestellten
Ausführungsformen
gedreht.
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Die 5 bis 10 zeigen
schematisch den Schritt des Befüllens
einer Form mit einem Isoliermaterial zum Herstellen des Isolierelementes
einer elastomeren Hülse
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Genauer
gesagt, zeigen die 5 bis 10 schematische
Vorderansichten, teilweise im Längsquerschnitt,
die einige Betriebsbedingungen des Befüllungsschrittes zu verschiedenen
und aufeinander folgenden Zeitpunkten beschreiben.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist die Form mit einer Fördereinrichtung
zum Zuführen
des Isoliermaterials in den Formhohlraum versehen. Daher weist die
Form 2 verschiedene Funktionen auf: a) das Fördern des
Isoliermaterials in die Form; b) das Aufnehmen des Halteelementes
(das gemäß dem Pfeil
A vorwärts bewegt
wird) in sein Innenvolumen zum Durchführen des Formens des Isolierelementes
der elastomeren Hülse.
Das bedeutet, dass gemäß dieser
Ausführungsform
die Schritte des Förderns
und Formens des Isoliermaterials durch dieselbe Einrichtung 40 erfolgt,
die als eine Fördereinrichtung
und als eine Form betrieben wird.
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Genauer
gesagt, umfasst die Einrichtung 40 (siehe 5)
eine erste im Wesentlichen rohrförmige Komponente 41,
die im Betriebszustand in der vertikalen Richtung positioniert und
derart angeordnet ist, dass sie das Halteelement 30 koaxial
in sich aufnimmt.
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Die
erste Komponente 41, d.h. die Form, umfasst Seitenwände 41a,
ein offenes Ende 41b, das zum Einbringen des Halteelementes 30 geeignet
ist, und ein geschlossenes Ende, das mit eine becherförmigen Bodenwand 41c versehen
ist.
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Ferner
umfasst die Einrichtung 40 eine zweite, im Wesentlichen
rohrförmige
Komponente 42, welche die erste Komponente 41 koaxial
umgibt, so dass ein Zwischenraum 43 zwischen den ersten
und zweiten Komponenten zum Zuführen
des Isoliermaterials 35 in die Form ausgebildet wird.
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Die
zweite Komponente 42, d.h. die Fördereinrichtung, umfasst Seitenwände 42a,
ein offenes Ende 42b, das zum Einbringen des Halteelementes 30 geeignet
ist, und ein offenes, becherförmiges
Bodenende 42c, das mit einer Zuführleitung 44 zum Zuführen des
Isoliermaterials 35 in die Form 41 verbunden ist.
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Vorzugsweise
ist die Zuführleitung 44 mit
einem oder mit mehreren Extrudern (nicht dargestellt) verbunden.
Alternativ ist die Zuführleitung 44 mit
einer oder mit mehreren Einspritzeinrichtungen (nicht gezeigt) verbunden.
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In 6 ist
das Halteelement 30 gezeigt, das teilweise in die Form 41 eingebracht
ist, und der Raum, der zwischen den Innenwänden der Form 41,
den Wänden
der Spannungsregelblenden 28b und den Wänden des Halteelementes 30 definiert
ist, dann mit dem Isoliermaterial 35 gefüllt werden,
das der Zuführleitung 44 zugeführt wurde,
wie es durch den Pfeil C gezeigt ist.
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In 6 bewegt
sich das Isoliermaterial 35 entlang des Zwischenraums 43 (wie
es durch den Pfeil D gezeigt ist) und füllt diesen nach und nach.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist die Zuführleitung 44 und
somit die Extrudier- oder Einspritzeinrichtung, die mit dieser verbunden
ist, an dem Bodenende 41c der Form 41 positioniert.
Aufgrund eines solchen Aufbaus ist das Bodenende 41c der
Form 41 ferner vorteilhaft becherförmig, außer, dass das Isoliermaterial,
das durch die Zuführleitung 44 zugeführt wird,
gleichmäßig in dem
Zwischenraum 43 verteilt werden kann.
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7,
die sich auf eine Betriebsbedingung zu einem hinsichtlich der in 6 gezeigten
Betriebsbedingung späteren
Zeitpunkt bezieht, beschreibt das Füllen des Isoliermaterials 35 in
den Raum, der zwischen den Innenwänden der Form 41,
den Wänden
der Spannungsregelblende 28b und den Wänden des Halteelementes 30 definiert
ist.
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7 zeigt
deutlich, dass, wenn die Fördereinrichtung 42 vollständig mit
dem Isoliermaterial gefüllt
ist, letzteres die Form 41 aufgrund der verschiedenen Längserstreckung
der Form in Bezug auf die Fördereinrichtungswände die
Form 41 zu füllen
beginnt. Da die Längserstreckung
der Formwände
kleiner als die der Fördereinrichtungswände ist,
strömt
das Isoliermaterial in die Form 41. Somit wird die Form
nach und nach gefüllt, während das
Einbringen des Halteelementes 30 in die Form kontinuierlich
ein freies zu befüllendes
Volumen schafft.
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8 und 9 zeigen
zwei aufeinander folgende Zeitpunkte des Befüllungsschrittes gemäß der Erfindung.
Genauer gesagt, zeigt 9 den Zeitpunkt, zu dem kein
weiteres freies zu füllendes
Volumen vorhanden ist, und der Befüllungsschritt der Form abgeschlossen
ist.
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In 10 ist
das Halteelement 30 gezeigt, das vollständig in die Form 41 eingebracht
ist, und die Platte 33 steht in mechanischer Verbindung
mit der Einrichtung 40, um diese zu schließen.
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Vorzugsweise
wird das Einbringen des Halteelementes 30 in die Form 41 entlang
der Richtung X-X durchgeführt,
indem das Halteelement abwärts
(Teil A) in die Form bewegt wird. Alternativ wird der Einbringschritt
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt,
indem das Halteelement aufwärts
in die Form bewegt wird, d.h. um 180° in Bezug auf die in den 5 bis 10 dargestellte
Ausführungsform
gedreht.
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Die
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass sie
Bildung von Schweißzonen
in dem Isolierelement der elastomeren Hülse stark verringert wird.
Das Vorhandensein der Fördereinrichtung 22 erlaubt
es dem Isoliermaterial, über
den Querschnitt der Form verteilt zu werden, ohne dass es erforderlich
ist, dass sich das Isoliermaterial in zwei verschiedene Ströme aufteilt,
um durch einen ringförmigen
Kanal geleitet zu werden, wie es unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben
wurde.
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Die 11 bis 16 zeigen
schematisch den Schritt des Befüllens
einer Form mit einem Isoliermaterial zum Herstellen des Isolierelementes
einer elastomeren Hülse
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Genauer
gesagt, zeigen die 11 bis 16 schematische
Vorderansichten, teilweise im Längsschnitt,
die einige Betriebsbedingungen des Schrittes des Befüllens zu
verschiedenen und aufeinander folgenden Zeitpunkten beschreiben.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird eine Vorrichtung 50 verwendet, die (siehe 11)
eine erste, im Wesentlichen rohrförmige Komponente 51 und
eine zweite, im Wesentlichen rohrförmige Komponente 52 umfasst,
welche die erste Komponente 51 koaxial umgibt, um einen
Zwischenraum 53 zum Fördern
des Isoliermaterials 35 auszubilden.
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Gemäß dieser
dritten Ausführungsform
wird zu Beginn des Befüllungsschrittes
das Halteelement 30 in der Einrichtung 50 angeordnet,
die die Funktion aufweist, das Isoliermaterial 35, das
in eine Zuführleitung 55 eintritt
(durch den Pfeil C in 12 gezeigt) zu fördern. Eine
Form 54 ist der Einrichtung 50 zugeordnet und vorgesehen,
um das Halteelement 30 in sich aufzunehmen, um das Formen
des Isolierelementes der elastomeren Hülse durchzuführen.
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Genauer
gesagt, wie es in 12 gezeigt ist, ist die Zuführleitung 55 mit
der zweiten Komponente 52 der Einrichtung 50 verbunden,
so dass das Isoliermaterial 35 in den Zwischenraum 53 gefördert wird,
der zwischen der ersten Komponente 51 und der zweiten Komponente 52 definiert
ist.
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Gemäß dieser
Ausführungsform,
wie es durch den Pfeil E gezeigt ist, wird das Halteelement 30 dazu gebracht,
die Einrichtung zu verlassen und in die Form 54 einzutreten,
während
das Isoliermaterial 35 entlang des Zwischenraums 53 (wie
es durch den Pfeil D gezeigt ist) gefördert wird.
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13 bis 15 zeigen
verschiedene und aufeinander folgende Zeitpunkte des Befüllungsschrittes gemäß der Erfindung.
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16 zeigt
das Halteelement 30, das am Ende des Befüllungsschrittes
der Erfindung vollständig
in die Form 54 eingebracht ist.
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17 zeigt
den Schritt des Trennens der Form 54 von der Einrichtung 50 vor
dem Aushärtschritt
des Isolierelementes. Alternativ kann der Schritt des Trennens der
Form 54 von der Einrichtung 50 nach dem Härteschritt
durchgeführt
werden.
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Vorzugsweise
wird das Einbringen des Halteelementes 30 in die Form 54 entlang
der Richtung X-X durchgeführt,
indem das Halteelement abwärts
(Pfeil E) in die Form bewegt wird. Alternativ kann der Einbringschritt
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
werden, indem das Halteelement aufwärts in die Form bewegt wird,
d.h. in Bezug auf die in den 11 bis 17 dargestellte
Ausführungsform
um 180° versetzt.
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18 zeigt
eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 60 zum
Herstellen des Isolierelementes einer elastomeren Hülse gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die zuvor unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben
wurde.
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Die
Vorrichtung 60 gemäß der in 18 dargestellten
Ausführungsform
umfasst einen Rahmen 61, der eine Basis 62 aufweist,
zwei aufrechte Elemente 63 (in 18 ist
nur eines gezeigt) und zwei Querelemente 64 (in 18 ist
nur eines gezeigt).
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Ferner
umfasst die Vorrichtung 60 eine Steuereinheit, die eine
geeignete Einrichtung (beispielsweise Motoreinheiten und Hydraulikschaltungen)
umfasst, die dazu verwendet werden können, die Bewegung irgendwelcher
bewegbaren Komponenten der Vorrichtung zu bewirken.
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Genauer
gesagt, ist die Basis 62 mit einem Gehäuse 65 versehen, das
dazu geeignet ist, die Form 31 in eine Position im Wesentlichen
senkrecht in Bezug auf die Basis 62 aufzunehmen.
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Das
Querelement 64 ist im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf
das aufrechte Element 63 angeordnet und kann vertikal (wie
durch die Pfeile F gezeigt) entlang des aufrechten Elementes 63 versetzt
werden.
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Vorzugsweise
wird die Versetzungsbewegung des Querelementes 64 durch
eine Motoreinheit 66 durchgeführt.
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Das
Querelement 64 umfasst eine Greif- und Handhabungseinrichtung 67 (beispielsweise
eine Befestigungseinrichtung), die das Halteelement 30 hält und dessen
Bewegung während
des Herstellungsprozesses der vorliegenden Erfindung erlaubt.
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Vorzugsweise
ist die Greif- und Handhabungseinrichtung 67 horizontal
(wie durch den Pfeil G gezeigt ist) entlang des Querelementes 64 versetzbar,
so dass das Halteelement 30 koaxial in Bezug auf die Form 31 angeordnet
und in dieser eingebracht werden kann.
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Vorzugsweise
wird die Versetzungsbewegung der Greif- und Handhabungseinrichtung 67 mit
Hilfe einer Hydraulikschaltung 68 durchgeführt.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird das Halteelement,
das bereits mit der Elektrode und den Spannungsregelblenden versehen
ist, mit Hilfe der Greif- und Handhabungseinrichtung 67 genommen
und nach und nach in die Form 31 eingebracht.
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Wie
zuvor unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben
wurde, wird, während
das Halteelement mit Hilfe der Senkaktion (wie durch die Pfeile
F in 18 gezeigt ist) der Querelemente 64 in
die Form eingebracht wird, das Isoliermaterial 35 durch
die Zuführleitung 36 dem
Kanal 34 zugeführt,
so dass es in den freien Raum, der zwischen den Wänden des
Halteelementes, der Elektrode, der Form und der Spannungsregelblenden
vorhanden ist, gefüllt
wird.
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Am
Ende des Befüllungsschrittes,
wenn das Halteelement vollständig
in die Form eingebracht wurde, wird das Isoliermaterial über die
Form für
eine vorbestimmte Zeitdauer einer Wärmemenge ausgesetzt, die dazu
erforderlich ist, den Härteschritt
des Isoliermaterials durchzuführen.
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Zur
Durchführung
des Härteschrittes
umfasst die Form 31 eine Heizschaltung (in den Figuren
nicht gezeigt), um das Isoliermaterial mit einer geeigneten Wärmemenge
zu versehen. Beispielsweise kann die Schaltung mehrere Leitungen
umfassen, die in die Formwände
eingesetzt sind und durch die ein Heizfluid geleitet wird.
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Am
Ende des Härteschrittes
kann der Prozess der vorliegenden Erfindung ferner einen Kühlschritt
aufweisen, der beispielsweise unter Verwendung der zuvor beschriebenen
Heizschaltung durchgeführt
werden kann, wobei jedoch ein Kältemittel
durch die Leitungen der Schaltungen geleitet wird.
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Anschließend wird
das Halteelement 30 mit Hilfe der vertikalen Bewegung (durch
den Pfeil F gezeigt) der Querelemente 64 angehoben und
zum Eingriff mit der Greif- und Handhabungseinrichtung 67 gebracht,
so dass die elastomere Hülse 25 gelöst werden
kann, indem die Halteelemente 32a, 32b und die
Platte 33 von dem Halteelement 30 gelöst werden.
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Die 19 bis 21 zeigen
schematische, teilweise geschnittene Vorderansichten einer weiteren Ausführungsform
einer Vorrichtung 70 zur Herstellung des Isolierelementes
einer elastomeren Hülse
gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die zuvor unter Bezugnahme auf die 11 bis 17 beschrieben
wurde.
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Die 19 bis 21 zeigen
die Vorrichtung 70 zu verschiedenen und aufeinander folgenden
Betriebszeitpunkten.
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Die
Vorrichtung 70 umfasst einen Rahmen 71, der aufrechte
Elemente 72 (in 19 sind
nur zwei gezeigt) umfasst, die einem Basiselement 73 zugeordnet
sind, das unter Bezugnahme auf 18 beschrieben wurde.
Alternativ kann der Rahmen 71 an der Decke befestigt werden,
so dass kein Basiselement 73 erforderlich ist.
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Die
aufrechten Elemente 72 sind angeordnet, um die Einrichtung 50 zum
Fördern
und Formen des Isoliermaterials zu halten. Genauer gesagt, ist die
Einrichtung 50 an den oberen Enden der aufrechten Elemente 72 befestigt,
während
ein Querelement 74 vorgesehen ist, um diese vertikal (wie
es durch die Pfeile A gezeigt ist) entlang wenigstens einem der
aufrechten Elemente 72 zu versetzen.
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Bevorzugt
wird die Versetzungsbewegung des Querelementes 80 mit Hilfe
einer Motoreinheit 75 durchgeführt.
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Das
Querelement 74 umfasst eine Greif- und Handhabungseinrichtung
(80), die das Halteelement 30 während des
Herstellungsprozesses der vorliegenden Erfindung hält, und
das Halteelement 30 sich in Bezug auf die Einrichtung 50 koaxial
anordnet, und das Halteelement 30 in die Einrichtung 50 einbringt.
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Die
Greif- und Handhabungseinrichtung 80 kann horizontal (siehe
Pfeil L) entlang des Querelementes 74 beispielsweise mit
Hilfe einer Hydraulikschaltung (nicht gezeigt) versetzt werden.
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Ferner
umfasst die Vorrichtung 70 eine Motoreinheit 81 für die vertikale
Bewegung der Form 54 entlang der aufrechten Elemente 72 am
Ende des Härteschrittes.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird das Befüllen
der Form durchgeführt,
wie es zuvor unter Bezugnahme auf die 11 bis 17 beschrieben
wurde.
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Wie
es zuvor unter Bezugnahme auf 18 beschrieben
wurde, wird das Halteelement 30, das bereits mit der Elektrode
und den Spannungsregelblenden versehen ist, durch die Greif- und
Handhabungseinrichtung 80 aufgenommen und nach und nach
in die Einrichtung 50 eingebracht.
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Während das
Halteelement in die Einrichtung 50 durch Anheben (durch
den Pfeil H in 19 gezeigt) des Querelementes 74 eingebracht
wird, wird das Isoliermaterial 35 durch die Zuführleitung 55 der
Einrichtung 50 zugeführt,
so dass es den Freiraum, der zwischen dem Halteelement, den Innenwänden der
Einrichtung 50 (d.h. den Innenwänden der ersten Komponente 51),
den Wänden
der Elektrode und den Wänden
der Spannungsregelblenden definiert ist, füllt.
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Am
Ende des Öffnungsschrittes,
wenn das Halteelement vollständig
in die Einrichtung 50 eingebracht wurde (wie es in 20 gezeigt
ist), wird das Isoliermaterial durch die Einrichtung 50 mit
einer Wärmemenge versehen,
um den Härteschritt
zu beenden.
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Am
Ende des Härteschrittes,
optional, nachdem ein Kühlschritt
durchgeführt
wurde, wird das Halteelement 30 mit Hilfe der vertikalen
Bewegung (durch die Pfeile H in 19 gezeigt)
des Querelementes 74 gesenkt (wie es in 21 gezeigt
ist), und die elastomere Hülse 25 wird
von dem Halteelement 30 gelöst.
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Unter
Bezugnahme auf den Befüllungsschritt
des freien Volumens, das zwischen den Formwänden, den Wänden der Elektrode, des Halteelementes
und der Spannungsregelblenden vorhanden ist, wird nachfolgend die
Durchführung
dieses Schrittes unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in den 2 bis 4 dargestellt
ist, beschrieben. Es sollte klar sein, dass jede Information, die
in Bezug auf diese Ausführungsform
dargelegt wird, geeignet auf jede weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angewendet werden kann.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, wird das Halteelement 30 (das
mit der Elektrode 26 und den Spannungsregelblenden 28a, 28b versehen
ist) vorwärts
(durch den Pfeil A gezeigt) in die Form 31 bewegt, während sich der
Eintritt des Isoliermaterials nicht ändert, der auf der gleichen
Höhe entsprechend
dem offenen Ende 31b der Form 31 gehalten wird.
Wie es in 2 gezeigt ist, tritt das Isoliermaterial
durch den Schlitz 37, der an dem ringförmigen Kanal 34 vorgesehen
ist, in die Form 31 ein.
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Aufgrund
des Vorhandenseins der Elektrode und der Spannungsregelblenden variiert
somit das vorgenannte freie Volumen, das zu dem Schlitz 37 weist,
zu verschiedenen und aufeinander folgenden Zeitpunkten des Befüllungsschrittes
gemäß der vorliegenden
Erfindung während
des Einbringens des Halteelementes 30. Um ein vollständiges und
gleichmäßiges Befüllen des
Volumens unter Berücksichtigung
dieser Änderungen
durchzuführen,
kann dieser Befüllungsschritt
gemäß einer
ersten Betriebsbedingung ausgeführt
werden, indem die Strömungsrate
des Isoliermaterials, das der Form zugeführt wird, im Wesentlichen konstant
gehalten wird, und die Vorschubgeschwindigkeit des Halteelementes
variiert wird. Das bedeutet beispielsweise, dass die Geschwindigkeit
des Halteelementes erhöht
wird, das Volumen des freien Raums, das zu dem Schlitz weist, abnimmt,
und dass sie verringert wird, wenn das Volumen des zu dem Schlitz
weisenden freien Raums zunimmt. Die Geschwindigkeit des Halteelementes
ist proportional zur Durchflussrate des Extruders und umgekehrt
proportional zum Differentialquotienten des in die Form zu füllenden
Volumens, d.h. zum Volumen pro Längeneinheit
des Isolierelementprofils.
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Alternativ
kann der Befüllungsschritt
gemäß einer
weiteren Betriebsbedingung durchgeführt werden, indem die Vorschubgeschwindigkeit
des Halteelementes im Wesentlichen konstant gehalten wird, und indem der
Isoliermaterialstrom, welcher der Form zugeführt wird, in Bezug auf die
zuvor beschriebenen Volumenänderungen
variiert wird. Somit wird der Isoliermaterialstrom erhöht, wenn
das Volumen des freien Raums, das zu dem Schlitz weist, vergrößert wird,
und der Isoliermaterialstrom wird verringert, wenn das Volumen des
zu dem Schlitz weisenden freien Raums verringert wird.
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Um
die Betriebsbedingungen besser zu erläutern, wird die vorliegende
Erfindung nachfolgend anhand von Bearbeitungsbeispielen beschrieben.
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Beispiel 1 (Erfindung)
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22 zeigt
eine elastomere Hülse,
und insbesondere die geometrische Form des Raums, der zwischen dem
Halteelement, den Formwänden,
den Wänden
der Elektrode und den Spannungsregelblenden vorgesehen ist, d.h.
die Form des Isolierelementes der elastomeren Hülse, die hergestellt werden
soll.
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Das
Isolierelement ist in mehrere Querschnitte unterteilt, wobei jeder
Querschnitt in einem vorbestimmten Abstand xi angeordnet
ist, der von dem Zuführpunkt
des Isoliermaterials gerechnet wird, d.h. von der Höhe x0 des Schlitzes 37 des Kanals 34.
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Genauer
gesagt, identifizieren die Querschnittbereiche mehrere Volumen des
Isolierelementes, die mit dem Isoliermaterial gefüllt werden
sollen. Die nachfolgende Tabelle 1 identifiziert die Position jedes
Querschnitts (als xi bezeichnet) in Bezug
auf x0.
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Unter
Bezugnahme auf 22 betrug der Innendurchmesser
der Form 60 mm, und das zu füllende freie
Volumen, d.h. das Volumen des Isolierelementes, betrug 4,683 dm3.
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Der
Schritt des Befüllens
der Form wurde gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (die unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben
wurde) und unter Verwendung eines konstanten Isoliermaterialstroms,
welcher der Form zugeführt
wurde, durchgeführt.
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Der
ringförmige
Kanal 34 wurde durch einen Einzelschraubenextruder (L/D
= 10; D = 90 mm; Schraubendrehzahl = 10 U/min) zugeführt. Die
Durchflussrate des Extruders wurde konstant auf den Wert von 0,611 dm3/min eingestellt.
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Tabelle
1 zeigt die zu füllenden
Volumina in Beziehung zu jedem Querschnitt. Genauer gesagt, ist
der Volumenwert, der einem vorgegebenen Querschnitt entspricht,
das zu füllende
Volumen, das zwischen dem Querschnitt und dem Vorherigen vorhanden
ist. Beispielsweise zeigt der Wert von 1,169 dm3,
der den Querschnitt S1 entspricht, das Volumen
an, das zwischen S1 und S0 vorhanden ist.
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Ferner
zeigt Tabelle 1 die Geschwindigkeiten des Halteelementes 30,
während
dieses vorwärts
in die Form bewegt wird. Genauer gesagt, ist der Geschwindigkeitswert,
der einem vorgegebenen Querschnitt entspricht, die Vorschubgeschwindigkeit
des Halteelementes, die diesem zum Befüllen des Volumens verliehen wird,
das zwischen dem Querschnitt und dem Vorherigen vorhanden ist. Beispielsweise
zeigt der Wert von 26,30 mm/min, der dem Querschnitt S1 entspricht,
die Geschwindigkeit an, die dem Halteelement zum Befüllen des
zwischen S1 und S0 vorhandenen
Volumens bei der konstanten Durchflussrate von 0,611 dm3/min
verliehen wurde.
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Es
ist zu erkennen, dass in Übereinstimmung
mit den Querschnitten S1 und S3 die
Geschwindigkeit des Halteelementes in Bezug auf den Geschwindigkeitswert
bei S2 sehr gering ist. Dies ist auf die
Tatsache zurückzuführen, dass,
wenn das Halteelement, das in die Form eingebracht wird, den Querschnitt
SO dazu bringt, zu dem Schlitz 37 zu weisen, und das Isoliermaterial
zu diesem Zeitpunkt der kegelstumpfförmigen Zone, die unter der
becherförmigen
Spannungsregelblende der elastomeren Hülse definiert ist, zugeführt werden kann.
In der Tat wurde festgestellt, dass vor diesem Zeitpunkt das Isoliermaterial
daran gehindert wird, die kegelstumpfförmige Zone des Isolierelementes
zu füllen
(d.h. die kegelstumpfförmige
Zone unter der becherförmigen
Spannungsregelblende), da der Druck der Spannungsregelblende den
Schlitz 37 physikalisch sperrt.
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Gemäß weiterer
Betriebsbedingungen kann das Halteelement zu einem vorgegebenen
Zeitpunkt des Vorschubs desselben sogar angehalten werden (daher
ist die Geschwindigkeit gleich Null), um es dem Isoliermaterial
zu gestatten, die Zonen der Form zu füllen, die vor diese Zeitpunkt
nicht erreichbar waren. Tabelle
1
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Beispiel 2 (Erfindung)
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Unter
Bezugnahme auf 22 des Beispiels 1 wurde
der Befüllungsschritt
der Form gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (wie unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben
wurde) und unter Verwendung einer konstanten Geschwindigkeit des
Halteelementes, das in die Form eintritt, durchgeführt.
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Die
Geschwindigkeit des Halteelementes wurde auf einen konstanten Wert
von 45 mm/min eingestellt.
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Der
ringförmige
Kanal 34 wurde durch einen Einzelschraubenextruder (L/D
= 10; D = 90 mm) gespeist.
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Analog
zu Tabelle 1 zeigt Tabelle 2 die Volumina, die in Bezug auf jeden
Querschnitt zu füllen
sind.
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Ferner
zeigt Tabelle 2 die Durchflussraten des Extruders, der für einen
vorgegebenen Querschnitt eingestellt wurde, während der Vorwärtsbewegung
des Halteelementes in die Form zum Befüllen des Volumens zwischen
dem Querschnitt und dem Vorherigen. Beispielsweise zeigt der Wert
von 1,04 dm
3/min in Übereinstimmung mit dem Querschnitt
S
1 bei der konstanten Geschwindigkeit von
45 mm/min die Durchflussrate des Extruders an, die zum Befüllen des
Volumens zwischen S
1 und SO erforderlich
ist. Tabelle
2