DE69416331T2 - Elektrischer Verbundisolator - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen elektrischen Verbundisolator, worin eine Metallarmatur fix an einem Ende eines Kunststoffstabs befestigt ist, der mit einer isolierenden Hülle bedeckt ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• Ein elektrischer Verbundisolator mit einer solchen Beschaffenheit ist beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 4.654.478 bekannt, worin ein faserverstärkter Kunststoffstab mit einer Hülle bedeckt ist, die ein elastisches und elektrisch isolierendes Material, wie Silikonkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk und dergleichen, umfaßt, und ein Endabschnitt des Kunststoffstabs, wie von der Hülle bedeckt, in die Bohrung in einem Hülsenabschnitt der Metallarmatur eingesetzt wird, und die Metallarmatur dann fix am Kunststoffstab befestigt wird. Bei einem solchen Verbundisolator werden die Vorteile verschiedener Materialien genutzt, beispielsweise eine verbesserte Belastbarkeit durch Zugkräfte und hervorragendes Gewicht-zu-Festigkeit-Verhältnis des faserverstärkten Kunststoffmaterials, sowie die ausnehmend gute Witterungsbeständigkeit und Antitracking-Eigenschaft von Silikonkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk oder dergleichen.
• Um derartige Verbundisolatoren herzustellen, wird der Hülsenabschnitt der Metallarmatur üblicherweise radial nach innen auf den Kunststoffstab gepreßt, um den Stab fest einzuklemmen. Das heißt, durch radiales Zusammenpressen des Hülsenabschnitts nach innen wird der Endabschnitt des Kunststoffstabes, der sich gegenüber der Metallarmatur befindet, gleichmäßig und fest eingeklemmt, um die Metallarmatur einstückig mit dem Kunststoffstab zu verbinden und das Herausgleiten des Kunststoffstabs aus der Armatur auch unter großer Zugkraft zu verhindern, während ein wasserdichter Zustand des ringförmigen Raums zwischen der Außenfläche der Hülle und der Innenfläche des Hülsenabschnitts der Metallarmatur beibehalten wird.
• Typischerweise wird die Metallarmatur einer Eintauchplattierung unterzogen, so daß die Außenfläche der Metallarmatur mehr oder weniger uneben ist. In diesem Fall neigt eine unzureichende Klemmkraft dazu, einen Spalt zwischen der Metallarmatur und der Hülle zu bilden, was es oft schwierig macht, die erforderliche Dichtheit beizubehalten. Eine beeinträchtigte Dichtheit führt zum Eindringen von Wasser von außen in den Raum zwischen der Metallarmatur und der Hülle, und daher dazu, daß es schwierig ist, die erforderliche elektrische Isolationseigenschaft beizubehalten, was möglicherweise eine innere Zerstörung durch Überschlag verursacht.
• Eine erforderliche Dichtheit kann zwar durch eine erhöhte Klemmkraft erreicht werden, aber das die Hülle bildende elastische Material würde dann in einem übermäßig zusammengepreßten Zustand gehalten und daher eine allmähliche Beeinträchtigung der Rückstelleigenschaft erfahren, weshalb es unmöglich wäre, die erforderliche Dichtungsfunktion noch zu erreichen. Ein ähnliches Problem kann auch entstehen, wenn eine erhöhte Klemmkraft bewirkt, daß sich die Hülle radial nach außen ausdehnt, wodurch die Klebeeigenschaft des Klebematerials beeinträchtigt wird, das zwischen der Hülle und dem Stab angeordnet ist.
• Die FR-A-2.588.690 und die GB-A-2.063.581 zeigen Isolatoren, bei denen die Hülle und die zusammengepreßte Metallarmatur zueinander komplementäre Rippen und · Verzahnungen an ihren aneinander anliegenden Oberflächen aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten elektrischen Verbundisolator bereitzustellen, der die Wasserdichtheit zwischen der Metallarmatur und der Hülle ohne erhöhte Klemmkraft beibehalten kann.
• Gemäß vorliegender Erfindung wird ein elektrischer Verbundisolator bereitgestellt, wie in Anspruch 1 dargelegt.
• Bei der Anordnung gemäß vorliegender Erfindung weist die Außenfläche des Endabschnitts der Hülle, der sich der Metallarmatur gegenüber befindet, zumindest eine Umfangsrippe auf, die mit der Innenfläche der Bohrung in der Metallarmatur in Kontakt gebracht wird. Daher wird, wenn an den Hülsenabschnitt der Metallarmatur eine mäßige Klemmkraft ausgeübt wird, die Umfangsrippe so von der Metallarmatur zusammengedrückt, daß sie sich an die Unebenheit der Innenfläche der Metallarmatur anpaßt, wodurch die gewünschte Wasserdichtheit für einen langen Zeitraum beibehalten wird.
• Vorzugsweise ist die Außenfläche der Hülle mit einer Vielzahl von Umfangsrippen versehen, die um eine vorbestimmte Distanz axial voneinander beabstandet sind. Diese Rippen schaffen eine weiter verbesserte Doppeldichtungsstruktur. Die Umfangsrippe kann einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
• Vorteilhaft endet die Außenfläche der Hülle in einem allgemein kegelstumpfförmigen freien Ende, das einen radial innersten Oberflächenbereich aufweist, der axial eingedrückt ist. Der eingedrückte Oberflächenbereich am freien Ende, wo die Auf'senfläche der Hülle endet, dient dazu, das Trennen der Hülle vom Stab nach thermischer Ausdehnung oder Abki~hlungsschrumpfung der Hülle sicher zu verhindern. Vorzugsweise wird im Spalt zwischen dem Endbereich der Metallarmatur und der Außenfläche der Hülle ein Dichtungsharz aufgetragen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erklärt, in denen:
• Fig. 1 eine Teilansicht von vorne, teil Weise im Längsschnitt, ist, die eine Erdungsseite eines Verbundisolators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2 eine Teilansicht von vorne, teilweise im Längsschnitt, ist, die eine Spannungsanlegeseite des in Fig. 1 gezeigten Isolators zeigt;
• Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht ist, die die Spannungsanlegeseite des mit einer Hülle bedeckten Kunststoffstabs zeigt;
• Fig. 4A eine Längsschnitt-Teilansicht ist, die die Metallarmatur und die Hülle vor dem fixen Befestigen der Metallarmatur am Kunststoffstab zeigt; und
• Fig. 4B eine ähnliche Schnittansicht ist, die die Metallarmatur und die Hülle zeigt, nachdem die Metallarmatur fix am Kunststoffstab befestigt worden ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Nun auf Fig. 1 Bezug nehmend wird ein elektrischer Verbundisolator in Form eines Isolators vom FRP-Typ gezeigt, der insgesamt durch Bezugszahl 1 bezeichnet ist und auf den die vorliegende Erfindung angewandt werden kann. Der Isolator 1 umfaßt einen Stab 2 aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, der nachstehend als "FRP-Stab" bezeichnet werden kann. Der FRP-Stab 2 ist entweder lokal oder vollständig mit einer Isolationshülle 3 bedeckt, die aus einem geeigneten elastischen und elektrisch isolierenden Material besteht und mit einer Reihe von Isolierglockenabschnitten 3a versehen ist. Diese Isolierglockenabschnitte 3a sind auf herkömmliche Weise axial voneinander beabstandet, so daß eine gewünschte Oberflächenkriechstrecke beibehalten wird. In Fig. 1 wird eine Erdungsseite des Isolators 1 gezeigt, wo der FRP- Stab 2 von einer Metallarmatur 4 festgeklemmt wird. Der Isolator 1 weist eine Spannungsanlegeseite auf, wie in Fig. 2 gezeigt, die ebenfalls von einer Metallarmatur 5 mit einer ähnlichen Klemmstruktur eingeklemmt sein kann.
• Das faserverstärkte Kunststoffmaterial, das den FRP-Stäb 2 des Isolators bildet, kann gewirkte oder gewobene Fasern oder Bündel in Längsrichtung ausgerichteter Fasern, wie Glasfasern oder andere geeignete Fasern mit einem hohen Elastizitätmodul, und ein wärmehärtendes Kunstharz, wie Epoxyharz, Polyesterharz oder dergleichen, umfassen, mit dem die Fasern als Matrixharz imprägniert sind. Daher weist der FRP-Stab 2 hohe Zugfestigkeit und somit ein hohes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht auf.
• Wie oben erwähnt, besteht die Isolationshülle 3 aus einem elastischen und elektrisch isolierenden Material. Ein solches Material kann beispielsweise Silikonkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk oder dergleichen sein. Die Gestalt der Isolationshülle 3 und des Bereichs des Stabes 1, der von der Isolationshülle 3 zu bedecken ist, kann auf herkömmliche Weise in Hinblick auf das richtige Vermeiden elektrischer Kontamination konstruiert sein.
• Die Metallarmaturen 4 und 5 können jeweils einen hochfesten Stahl, Aluminium, duktiles Eisen oder ein anderes geeignetes Metall umfassen, das beispielsweise mit Zink plattiert worden ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, weist jede Metallarmatur 4, 5 einen Hülsenabschnitt auf, der mit einer längsgerichteten Bohrung 6 zum Aufnehmen eines entsprechenden axialen Endabschnitts des FRP-Stabs 2 ausgebildet ist. Nachdem die mit der Hülle 3 bedeckten axialen Endabschnitte des FRP-Stabs 2 in die Bohrungen 6 in den entsprechenden Metallarmaturen 4, 5 eingefügt worden sind, wie in Fig. 4A gezeigt, werden vorbestimmte Klemmbereiche in den Hülsenabschnitten der Metallarmaturen 4, 5, die sich über die jeweiligen Endabschnitte des FRP-Stabs 2 erstrecken, Anformen mit einem nicht gezeigten geeigneten Werkzeug unterzogen, um die Metallarmaturen 4, 5 fix am FRP-Stab 2 festzuklemmen, wie in Fig. 4B gezeigt.
• Im übrigen ist jede Metallarmatur 4, 5 an ihrem freien Ende 4a, 5a, das vom FRP-Stab 2 entfernt ist, so ausgebildet, daß sie direkt oder indirekt mit einem elektrischen Kabel, Stützarm eines Turms und dergleichen verbunden ist. Das freie Ende 4a der Metallarmatur 4 an der Spannungsanlegeseite wird in Fig. 1 als herkömmliche gegabelte Lastöse gezeigt.
• Die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung ist eine solche, daß, wenn jede Metallarmatur 4, 5 voll am FRP-Stab 2 festgeklemmt worden ist, die erforderliche Wasserdichtheit zwischen der Metallarmatur 4, 5 und dem Endbereich der Isolationshülle 3 praktisch permanent beibehalten werden kann. Zu diesem Zweck ist, wie insbesondere in Fig. 3 und den Fig. 4A, 4B gezeigt, der Endabschnitt der Hülle 3, der sich der relevanten Metallarmatur 4, 5 gegenüber befindet, an seiner Außenfläche mit zumindest einer Rippe versehen. In der dargestellten Ausführungsform, die jeder der Metallarmaturen 4, 5 entspricht, ist ein Paar solcher Umfangsrippen 7a, 7b vorgesehen, die um einen vorbestimmten Abstand axial voneinander beabstandet sind. Jede Rippe 7a, 7b kann einen entsprechenden Querschnitt aufweisen, wie einen halbkreisförmigen oder einen welligen Querschnitt.
• An jeder Seite des Isolators 1 endet die Außenfläche der Hülle 3 in einem allgemein kegelstumpfförmigen freien Ende, das einen radial innersten Oberflächenbereich 8 aufweist, der axial eingedrückt ist. Der axial eingedrückte Oberflächenbereich 8 am freien Ende der Hülle 3 dient dazu, das Trennen der Hülle 3 vom FRP-Stab 2 bei thermischer Ausdehnung oder Kühlungsschrumpfung der Hülle 3 sicher zu verhindern.
• Der Hülsenabschnitt einer jeden Metallarmatur 4, 5 weist einen Endbereich 9 gegenüber den Isolierglockenabschnitten 3a auf, der radial nach außen ausgebeult ist, wodurch eine verlaufend gekrümmte Oberfläche an den Ecken des äußeren Umfangs gebildet wird, um einen Überschlag am Isolator zu vermeiden. Dieser Endbereich 9 der Metallarmatur 4, 5 dient auch als Dichtungsbereich zum Beibehalten der obengenannten Wasserdichtheit zwischen der Metallarmatur 4, 5 und dem gegenüberliegenden Endbereich der Isolationshülle 3. Um eine weiter verbesserte Dichtheit zwischen der Isolationshülle 3 und der Metallarmatur 4, 5 zu erreichen, kann der Spalt zwischen dem Endbereich 9 der Metallarmatur 4, 5 und der gegenüberliegenden Oberfläche der Hülle 3 mit geeigneten Dichtungsharz 9, wie Silikonkautschuk, gefüllt werden.
• Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung einen verbesserten elektrischen Verbundisolator bereitstellt, der die Wasserdichtheit zwischen der Metallarmatur und der Hülle ohne erhöhte Klemmkraft beibehalten kann.
• Die vorliegende Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden, sie dienen jedoch nur als Beispiele. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können durchgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf einen Verbundisolator angewandt werden, bei dem der Stab ein anderes elektrisch isolierendes Harz als faserverstärktes Kunststoffmaterial umfaßt.

Claims (6)

1. Elektrischer Verbundisolator, umfassend:

einen Stab (2), der aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial besteht und einen Endabschnitt aufweist;

eine Hülle (3) die den Stab bedeckt und aus einem elastischen und elektrisch isolierenden Material besteht; und

eine Metallarmatur (4, 5), die einen Hülsenabschnitt (9) aufweist, der mit einer Bohrung ausgebildet ist, in der der Endabschnitt des Stabs und ein Endabschnitt der Hülse, die den Stab bedeckt, aufgenommen ist, wobei der Hülsenabschnitt einen radial nach innen verformten Bereich aufweist, der den Endabschnitt des Stabs fest einklemmt;

wobei der Endabschnitt der Hülle einen zylindrischen Außenflächenabschnitt aufweist, der innerhalb eines zylindrischen Innenflächenabschnitts der Bohrung (9) der Metallarmatur angeordnet ist und ihm gegenübersteht, wobei aus dem zylindrischen Außenflächenabschnitt zumindest eine Umfangsrippe (7a, 7b) nach außen ragt, die durch die Metallarmatur so zusammengepreßt wird, daß sie sich Unebenheiten des gegenüberliegenden zylindrischen Innenflächenabschnitts der Bohrung anpaßt, wobei die gegenüberliegenden Oberflächenabschnitte voneinander beabstandet sind.

2. Isolator nach Anspruch 1, worin der zylindrische Außenflächenabschnitt der Hülle mit einer Vielzahl der Umfangsrippen (7a, 7b) versehen ist, die um eine vorbestimmte Distanz voneinander axial beabstandet sind.

3. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, worin die oder jede Umfangsrippe (7a, 7b) einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

4. Isolator nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der zylindrische Außenflächenabschnitt der Hülle an einem allgemein kegelstumpfförmigen freien Ende der Hülle endet, das einen radial innersten Oberflächenbereich (8) aufweist, der axial eingedrückt ist.

5. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin ein Dichtungsharz (10) im Raum zwischen den gegenüberliegenden zylindrischen Oberflächen aufgetragen ist.

6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Stab (2) ein faserverstärktes Kunststoffmaterial umfaßt.