-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines elektrischen Isolators und eine Vorrichtung
zur Verwendung mit dem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen
Isolators.
-
Heutzutage existiert eine Anzahl
verschiedener Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isolators
für hohe
Spannungen. Die Mehrzahl dieser elektrischen Isolatoren werden heute
aus Porzellan hergestellt. Eine Alternative zu Porzellan kann ein hohler
Isolator sein, der aus einem Rohr besteht, vorzugsweise aus einem
Verbund-Material hergestellt, einem Anbringungsflansch an jedem
Ende des Isolators und, als eine äußere Isolation, einer Beschichtung,
herkömmlicherweise
aus Silikongummi. Ein anderer elektrischer Isolator kann einen festen
Stab mit einer hinzugefügten äußeren Isolation,
herkömmlicherweise
Silikongummi, umfassen. In dem nachfolgenden Text werden die Ausdrücke Rohr/Stab
als Körper
bezeichnet.
-
Es ist bekannt, einen elektrischen
Isolator der An herzustellen, wie sie vorstehend beschrieben worden
ist, eine Silikonbeschichtung in der Form eines umgekehrt T-förmigen Profils
ist auf eine schraubenartige Weise um einen vorgefertigten Körper gewickelt.
Die Beschichtung ist von einem Ende des Körpers in einer schraubenartigen
Weise gewickelt, so dass eine Kante des T-förmigen
Profils in der nächsten
Windung gegen die andere Kante des T-förmigen Profils zu liegen kommt.
Ein Problem mit dem bekannten Isolator ist es, einen festen Sitz
zu erreichen, wenn das invertiert T-förmige Profil an dem Körper befestigt
wird, besonders in Betracht der Festigkeit zwischen den Verbindungen
von benachbarten Windungen des fertigen Profils. Eine Art des Versuches,
diese Probleme zu lösen,
wird in FR-A1-2 726 684 beschrieben, worin ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen elektrischen Isolators beschrieben wird. In diesem
Fall wird das Silikongummi-Material von einer Düse in einer Entfernung von dem
Körper
extrudiert und wird danach um den Körper herumgewickelt. Das Profil
ist so geformt, dass die Kanten der Beine des T-förmigen Profils
abgeschrägt
sind, so dass, wenn richtig gewickelt, sich die Kante des Profils
einer nachfolgenden Windung nach innen neigt über die benachbarte Kante der
vorherigen Windung. Ein Druckwerkzeug presst dann die Verbindungen
zwischen jeder der folgenden Wicklungswindungen zusammen, um eine
ausreichende Festigkeit zwischen den Verbindungen zu erreichen.
-
Trotz der beabsichtigen Verbesserungen
des Verfahrens gemäß der vorstehend
genannten französischen
Patentanmeldung bleibt das Risiko, dass Isolationsprobleme an den
Verbindungen von benachbarten Wicklungen auftreten, bestehen, was letztendlich
dazu führen
könnte,
dass der Isolator seine isolierenden Eigenschaften verliert. Ein
Problem, dass auftreten kann, ist, dass das Silikon sich nicht über den
ganzen Weg gegen den Flansch erstreckt, was zu Teilentladungen an
dem Flansch führen
kann und das einen elektrischen Überschlag
bewirken kann. Ein anderes Problem mit vorhergehenden Techniken
ist, dass Luft zwischen dem gewickelten Profil und dem Körper eingeschlossen
werden kann. Feuchtigkeit kann ihren Weg in diese Lufttaschen erzwingen,
was dazu führen
kann, dass der Isolator seine isolierende Fähigkeit verliert.
-
Gemäß des bekannten Verfahrens
zur Herstellung eines wendelförmig
gewickelten Isolators wird das Silikongummiprofil in einer linearen
Linie in einer Entfernung von dem Körper extrudiert, wonach es
um den Körper
gewickelt wird.
-
Wenn das Profil um den Körper gewickelt wird,
werden die äußersten
radialen Abschnitte Dehnung ausgesetzt. Diese Dehnung kann teilweise dazu
führen,
dass Spannung in dem Material verbleibt, und teilweise zu Deformationen
in dem Profil während
des Wickelns führen.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein neues Verfahren zu erreichen, das durch Mittel eines
einfachen Herstellungsvorgangs einen Isolator erreicht, der einen
Körper
umfasst, und mit einer sehr homogenen und zuverlässigen äußeren Beschichtung des Körpers, die
dennoch sehr kosteneffizient ist.
-
Eine andere Aufgabe ist es, ein Verfahren
zu erreichen, das Hohlräume
und gefangene Luft zwischen dem aufgebrachten Material und dem Körper beseitigt,
ebenso wie an möglichen
Flanschen an den Enden des Körpers.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Isolators gemäß des Verfahrens
gemäß der Erfindung
zu erreichen.
-
Somit beinhaltet das Verfahren gemäß der Erfindung
die Herstellung eines elektrischen Isolators, enthaltend einen Körper und
eine Beschichtung isolierenden Materials, angeordnet auf dem Körper, wobei
die Beschichtung auf den Körper
in einer schraubenartigen oder wendelförmigen An aufgebracht wird,
wobei die Beschichtung durch Extrusion direkt auf den Körper geformt
wird. Dadurch wird eine gute Adhäsionsbindung
mit der äußeren Oberfläche des
Körpers
erhalten, und zusätzlich
wird ebenso eine homogene Verbindung mit der benachbarten Windung
erhalten. Auf diese Weise wird eine sehr homogene Beschichtung mit
gutem Haftvermögen auf
dem Körper
erreicht. Das Verfahren verhindert das Auftreten von Taschen gefangener
Luft.
-
Die Erfindung enthält sogar
eine Vorrichtung zur Herstellung eines Isolators, die eine Düse zum Extrudieren
eines isolierenden Materials enthält, das auf einen Körper aufgebracht
werden soll, und eine Vorrichtung zum Verschieben der beiderseitigen
Positionen der Düse
und des Körpers,
und wobei der Körper
angeordnet ist, um einen zusätzlichen
komplementären
Teil der Extrusiondüse
zu bilden.
-
Die Erfindung wird nun ausführlicher
beschrieben in der Form eines nicht beschränkenden Beispiels einer Ausführungsform,
dargestellt mit Hilfe der beigefügten
Zeichnung, worin 1 schematisch einen
Querschnitt durch einen Körper
in der Form eines Rohrs zeigt, und einen äquivalenten longitudinalen
Querschnitt durch einen Teil einer Düse zum Extrudieren eines Profils
isolierenden Materials an der Position der Düse, um diese auf das Rohr aufzubringen, 2 schematisch eine Endansicht
der Düse zeigt,
gesehen von der linken Seite von 1,
die das Aufbringen des Profils isolierenden Materials auf das Rohr
zeigt, 3 schematisch
eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
enthaltend eine Vorrichtung zum Drehen des Rohrs während des
Aufbringens des Profils isolierenden Materials, und 4 schematisch einen Teilschnitt durch
einen Teil eines elektrischen Isolators zeigt.
-
1 zeigt
daher einen Querschnitt durch einen Körper 1 in der Form
eines Rohrs, vorzugsweise aus einem Polymermaterial hergestellt,
insbesondere einem vernetzten, gehärteten Kunststoff oder einer
Gummimischung. Der Körper 1 wird
auf einem Gestell (nicht gezeigt) gehalten, und kann um dieses Gestell
herum gedreht werden. Die Drehung des Körpers 1 wird geeignet
erreicht mit einer Kugelfußschraube,
Riemenscheibe oder ähnlichem,
die nichtsdestotrotz später
in Verbindung mit 3 genauer
beschrieben wird. Wenn er durch eine Kugelfußschraube gedreht wird, kann
der Körper
in seiner longitudinalen Richtung und in Bezug auf eine Extrusionsmaschine
verschoben werden.
-
1 zeigt
ebenfalls die Vorderseite einer Extrusionsdüse 2, die mit einer
Extrusionsmaschine verbunden ist (nicht gezeigt). Die Extrusionsmaschine
kann von jeder bekannten geeigneten An sein. Das untere Ende der
Düse ist
weggeschnitten, um einen Schnittabschnitt 3 zu bilden,
der Kappen-förmig sein
kann oder in einer geneigten Ebene in einem Winkel zu der longitudinalen
Erstreckung der Düse 2, und ähnlich zu
der Richtung zum Zuführen
des Materials durch die Düse,
wodurch der Schnittabschnitt einen Radius hat, der im Wesentlichen
mit dem Radius des Körpers 1 übereinstimmt,
gegen den die Düse 2 verwendet
werden wird. Um die beabsichtigte Dicke der Isolationsschicht auf
dem Körper
zu erhalten, wird die Düse
im Wesentlichen in einer Entfernung von der Oberfläche des
Körpers 1 angeordnet,
die die gleiche ist wie die beabsichtigte Dicke dieser Schicht,
wahrscheinlich weniger als 20 mm davon und bevorzugt weniger als
7 mm, und es ist wichtig für
die Erfindung, dass das extrudierte Material mit einem Druck auf
den Körper 1 aufgebracht
werden kann, um eine gute Adhäsion
daran zu erreichen. Zusätzlich
hat die Düse 2,
wie es aus 2 ersichtlich ist,
eine Öffnung 4 in
der Richtung der Zuführung,
die im Wesentlichen die Form eines umgekehrten T hat, um das gewünschte Profil
auf dem Material zu bilden, das durch die Düse extrudiert wird. Das extrudierte Material
kann nichtsdestotrotz ebenso andere Formen haben, so wie zum Beispiel
eine flache Beschichtung ohne ein vorragendes Profil oder ein Profil mit
zwei oder mehr vorragenden Vorsprüngen, worin die Vorsprünge mit
verschiedenen Höhen
in Bezug aufeinander angeordnet sein können.
-
Wenn Material durch die Düse 2 extrudiert wird,
wird der Körper 1 gedreht,
wie es genauer in Verbindung mit 3 beschrieben
werden wird, und mit Hilfe der Kugelfußschraube kann eine Verschiebung
des Körpers
in einer axialer Richtung stattfinden, so dass während einer kompletten Drehung
der Körper 1 in
einer axialen Richtung in einer Entfernung verschoben wird, die äquivalent
zu der Breite des extrudierenden isolierenden Materials 5 an
dessen Unterseite 5a ist, d. h. dem Teil, der an der Oberfläche des
Körpers 1 anliegt. 2 schlägt die Erscheinung des Profils 5 einer
vorhergehenden Windung vor und zeigt die Düse in der Endansicht. Es ist
daher ersichtlich, dass die Düse 2 nicht
nur keinen Kappen-förmigen
Schnittabschnitt 3 in ihrem unteren Teil aufweist, sondern
dass sie ebenso einen Abschnitt aufweist, der in axialer Richtung
des Körpers
offen ist, nämlich in
der Richtung, die dem Material zugewendet ist, das bereits in einer
früheren
Windung aufgebracht worden ist. Wie es aus 2 ersichtlich ist, hat die Düse ein Profil,
das auf der linken Seite der Zeichnung sichtbar ist, die in dieser
Figur gesehen wird, das eine Begrenzung 6 für das linke
Bein des umgekehrt T-förmigen Profils
bildet, und das sich gegen den Kontakt mit dem Körper 1 erstreckt.
Der offene Abschnitt findet sich in dem rechten Teil der Figur und
wobei die untere Oberfläche 7,
auch offener Seitenabschnitt genannt, der Düse sich über den neu extrudierten Teil dieses
Beins des T-förmigen Profils
hinaus erstreckt, um gegen den oberen Teil des bereits extrudierten umgekehrten
T-förmigen
Profils der vorherigen Windung aufzuliegen. Während der Extrusion hat das Material
die Möglichkeit,
auszufließen
oder entlang des Körpers
aufzuliegen, und in Kontakt mit dem bereits während der vorherigen Windung
aufgebrachten isolierenden Material zu kommen. Dank des Drucks,
zusammen mit anderen Dingen, der in der Lücke zwischen dem Körper 1 und
der extrudierenden Düse 2 gebildet
wird, wird eine sehr homogene Beschichtung erreicht, wodurch schraubenförmiges oder
wendelförmiges
Formen erreicht wird, das frei von Verbindungen ist. Um den Bereich
für den
Ausfluß des
extrudierten Materials entlang des Körpers zu begrenzen, kann das
Profil der Düse,
das links in der Figur angeordnet ist, ein einstellbares Blatt bzw. eine
Klinge (nicht gezeigt) aufweisen, das bzw. die radial gegen den
Körper
verschoben werden kann, um im Wesentlichen in Kontakt mit dem Körper zu kommen,
und eine zweite äußere Begrenzung
der Möglichkeit
umfassen, dass das Material entlang der Oberfläche des Körpers ausfließt. Wie
in der Figur vorgeschlagen, ist die Düse 2 ebenso an der
Seite 8 rechts abgeschnitten, um den vorragenden Teil des Profils 5 der
vorher aufgebrachten Windung nicht zu beeinflussen.
-
Wie vorstehend erwähnt, ist
die Düse 2 mit einem
Schnittabschnitt bzw. frei geschnittenem Abschnitt ausgelegt, um
eng mit dem Körper 1 verbunden
zu werden, an dem die Düse
verwendet werden soll. Bevorzugterweise ist die Düse 2 mit
einem offenen Seitenabschnitt 7 gegen eine Schicht des
isolierenden Materials versehen, das vorher auf den Körper aufgebracht
worden ist, so dass, wenn es extrudiert wird, die aufgebrachte Schicht
einen komplementären
Teil zu der Extrusiondüse
bildet. Eine Drosselvorrichtung kann in der Düse angeordnet werden, um den
Fluß in
den verschiedenen Teilen der Düse zu
steuern. Auf diese Art kann ein größerer Fluß zum Beispiel in dem äußeren Radius
der Düse
angeordnet werden. Ein Isolator mit einem kleinen Radius kann daher
ohne Verunstaltungen und ohne das Auftreten interner Spannung hergestellt
werden. Die Höhe
des Profils kann größer als
der Durchmesser des Körpers
sein. Zum Beispiel kann eine Beziehung zwischen Profilhöhe und Körperdurchmesser
von bis zu 5 : 1 auf einem Isolator erreicht werden. Die Düse kann
ebenfalls mit Heiz- oder Kühlvorrichtungen
versehen werden, um die Möglichkeit
zu gestatten, die Viskosität
des extrudierten Materials an die gewünschten Flußeigenschaften anzupassen.
Verschiedene Extrusionsmaschinen können ebenso mit der Düse verbunden
werden, um zum Beispiel zu gestatten, dass der Kern des aufgebrachten
Materials in einem, und die äußere Schicht
in einem anderen Material ausgeführt
wird.
-
3 zeigt
schematisch die Vorrichtung zum Drehen und Verschieben des Körpers 1 während des Aufbringens
der äußeren Beschichtung.
Der Körper 1 wird
auf einem bewegbaren Träger
gehalten, der schematisch vorgeschlagen ist. Der Körper 1 ist
mit einer Kugelmutter verbunden, die entlang einer Kugelschraube
läuft,
um den Körper
zu halten. Eine Lineareinheit ist parallel zu der Kugelschraube
und dem Körper
angeordnet, worauf eine Antriebsvorrichtung, zum Beispiel einen
Motor und ein Getriebe enthaltend (nicht gezeigt), parallel zu der
Kugelschraube und zusammen mit dem Körper 1 verschoben
werden kann. Der Motor treibt das Getriebe an, dessen vorragende
Achse 9 mit einem gezahnten Riemenrad 10 versehen
ist, das einen Übertragungsriemen 11 antreibt,
der wiederum ein äquivalentes
gezahnten Riemenrad 12 antreibt, das mit der Haltevorrichtung
für den
Körper 1 verbunden
ist, so dass, wenn der Motor sich dreht, er mit der Hilfe des Übertragungsriemen
den Körper
drehen kann, und zur gleichen Zeit sogar die axiale Verschiebung
nicht nur des Körpers 1,
sondern ebenso der Antriebseinheit ausführen kann. Die Antriebseinheit
kann mit dem Halter des Körpers
durch einen Träger
verbunden werden, um Verschiebung mit diesem zusammen zu erreichen.
-
Um die Ganghöhe des Schrauben- oder Wendelformens
des Profils auf dem Körper
zu verändern,
ist es ausreichend, die gezahnten Riemenrad 10, 12 auf
dem Getriebe und/oder die Haltevorrichtung des Körpers auszutauschen, oder alternativ
die Gewindesteigung der Kugelschraube zu ändern. Auf diese Weise ist
es vergleichsweise einfach auszuführen, die Ganghöhe zu ändern.
-
Die Beschichtung wird geeignet auf
den Körper 1 extrudiert,
während
der gegenseitigen Drehung und transversalen Verschiebung zwischen
dem Körper 1 und
der Extrusionsdüse 2.
Es ist nicht erforderlich, dass der Körper 1 sich dreht,
während
die Extrusionsdüse 2 stationär bleibt.
In bestimmten Fällen kann
es angemessener sein, die Vorrichtung so auszulegen, dass es die
Extrusionsdüse 2 ist,
die sich um einen stationären
Körper
herum dreht, oder einem, in dem es möglich ist, sich nur in ihrer
longitudinalen Richtung zu bewegen.
-
Es kann sogar als unnötig angesehen
werden, dass irgendein direkter Antrieb zum Drehen des Körpers 1 benötigt wird,
sogar in den Fällen,
in denen der Körper
gedreht werden soll, da die Drehung des Körpers sogar durch die Gegenkraft
von dem dem extrudierten Material ausgeführt werden kann.
-
Die Extrusionsdüse 2, und in geeigneter
Weise sogar das Ganze oder ein Teil der Extrusionsvorrichtung, werden
geeignet auf einem steuerbaren Manipulator gehalten, so wie zum
Beispiel einem Roboterarm, so dass sie leicht in Bezug auf den Körper eingerichtet
werden kann. Wenn der Körper
keine konstante Dicke hat, ist es besonders vorteilhaft, wenn die
Düse in
Bezug auf den Körper
nicht nur in Anbetracht der Entfernung, sondern ebenso des Neigungswinkels
eingerichtet werden kann.
-
Obwohl die Zeichnung nur den Körper zeigen
und die Teile, die mit ihm in einer im Wesentlichen horizontalen
Position zusammenwirken, kann der Körper gemäß der Erfindung ebenso geeignet sein,
um stehend in einer im Wesentlichen vertikalen Position angeordnet
zu werden, wobei die damit zusammenwirkenden Teile demgemäß verändert werden.
-
4 zeigt
einen Teil eines wendelförmigen Profils 5,
das in Position gewickelt worden ist, wobei der dielektrische Leiter,
zum Beispiel ein optischer Leiter 13 so wie eine optische
Faser, auf der Innenseite des aufgebrachten Beschichtungsmaterials zum
Transport von Energie verläuft.
Während
der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist es sehr leicht, einen solchen dielektrischen Leiter in das Beschichtungsmaterial
einzubetten. Vor der Extrusion wird dieser dielektrische Leiter
in einer schraubenähnlichen
Weise um die Außenseite
des Rohrs aufgebracht, und wenn die Extrusion direkt und unter Druck
auf die Oberfläche
des Rohrs stattfindet, wird der dielektrische Leiter in das Beschichtungsmaterial
eingebettet, da dieses um ihn herumfließt. Der dielektrische Leiter
kann ohne Problem in einer schraubenförmigen Weise mit jeder gewählten Ganghöhe auf den
Körper 1 gewickelt
werden.
-
Da die Extrusion des Materials direkt
gegen den sich drehenden Körper
unter einem Druck zwischen der Düse
und dem Körper
stattfindet, wird eine gute Ausbreitung oder ein guter Fluß des Materials erreicht,
was eine gute Adhäsion
ergibt und ebenfalls Hohlräume
und Taschen gefangener Luft zwischen dem Material und dem Körper beseitigt.
In dieser Beschreibung ist die Verwendung des Ausdrucks gegen den
Körper "geformt" gedacht, zu bedeuten,
dass es auf den Körper
aufgebracht und darauf gebildet wird. Um die richtige Viskosität des extrudierten
Materials zu erhalten, in dem Augenblick, indem es mit dem Körper in
Kontakt kommt, kann es angemessen sein, dass die Düse heizbar
ist, um die Temperatur des extrudierten Materials einzustellen.
Daher kann die Düse
eine Vorrichtung zum Einstellen der Temperatur des extrudierten
Materials enthalten. Der Hauptvorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist, dass die Beschichtung und das mögliche Profil gebildet werden
können
während
sie noch weich sind, was gute adhäsive Eigenschaften und eine
homogene Beschichtung ergibt.
-
In der vorstehenden Ausführungsform
ist der Körper
als aus einem Verbundmaterial zusammengesetzt beschrieben worden,
aber es ist möglich,
andere Arten von Körpern
in isolierenden Materialien zu verwenden. Solche Materialien sind
in der Form von zum Beispiel thermoplastischen Körpern, keramischen Körpern, oder
Kombinationen von diesen oder anderen Arten von Körpern. Die
Körper
können
in einer Form einer Stange, eines Rohr, hohlen Körpers oder Körpers mit
einer Form variabler Geometrie hergestellt werden, so wie ein Kegelstumpf
etc. Die Düse
kann so angeordnet werden, dass sie kontinuierlich auf den Körper richtbar
ist.
-
Die Beschreibung hat hauptsächlich besagt, dass
das zum Extrudieren und- zum Bilden der schrauben- oder wendelförmig geformten
Beschichtung geeignete Material Silikongummi sein sollte, aber selbstverständlich können ebenso
andere isolierende Materialien mit ähnlichen Eigenschaften in Betracht
gezogen werden, z. B. thermoplastische Kunststoffe, EPDM oder eine
Keramik. Ein verwendetes Silikongummi-Material kann zum Beispiel
Aluminiumtrihydrat als einen Füller
enthalten, um verbesserte Kriechweite und veränderte Viskosität zu ergeben.
-
Ähnlich
ist es vorstehend beschrieben, dass es der Körper ist und die Antriebseinheit,
die während des
schrauben- oder wendelförmigen
Formens des Körpers
verschoben werden, aber es ist ebenso möglich, stattdessen der Extrusionsmaschine
zu gestatten, der Teil zu sein, der sich bewegt, wobei in diesem
Fall die Extrusionsmaschine mit geeigneten Mitteln mit der Kugelschraube
oder einem geeigneten Manipulator verbunden ist, so dass, wenn der Körper gedreht
wird, es eine gegenseitige Verschiebung zwischen dem Körper und
der Extrusionsdüse mit
sich bringt, was der wesentliche Aspekt zum Erreichen eines schrauben-
oder wendelförmigen
Silikongummiprofils auf dem Körper
ist.
-
Der Herstellung eines Isolators gemäß dem vorstehend
beschriebenem Verfahren folgend kann der Isolator gehärtet oder
getrocknet werden, was zum Beispiel während einer Wärmebehandlung
für 5 Stunden
bei 130C° auftreten
kann.
-
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung kann
eine Beschichtung auf Körper
mit sehr kleinen Durchmessern, zum Beispiel so klein bis hinunter
bis zu etwa 20 mm Durchmesser, geformt werden, was das Verfahren
anwendbar macht, um eine vielfältige Palette
verschiedener Arten von Isolatoren herzustellen.
-
Die vorliegende Erfindung schließt ebenso eine
Vorrichtung zum Ausführen
des Verfahrens zur Herstellung eines Isolators ein, einschließlich einer Düse zur Extrusion
eines isolierenden Materials, das auf einen Körper aufgebracht werden soll,
und eine Vorrichtung zum gegenseitigen Verschieben des Körpers und
der Düse
zwischeneinander, und wobei der Körper ausgelegt ist, um einen
komplementären
Teil der Extrusionsdüse
zu bilden.
-
Die vorliegende Erfindung schließt ebenso eine
Verwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung zur Herstellung von
Hochspannungsisolatoren ein.