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Zugentlastungseinrichtung für Freileitungsmaste, insbesondere für
solche für Hoch- und Höchstspannungen Es ist bekannt, daß man Freileitungen für
elektrische Energieübertragungen einmal für die statische und dann weiter für die
dynamische Beanspruchung baut. Man unterscheidet Tragmaste, Abspannmaste, Winkelmaste,
Kreuzungsmaste, und Sonderausführungen von Abspannmasten oder Tragmasten für Verdrillungen,
Leitungslage- und Richtungswechsel, Endmaste und Abzweigmaste, Verteilungsmaste
usw. Im § 17 .der »Vorschriften für den Bau von Starkstromanlagen« heißt es: »c)
Belastung bei Leitungsbruch ... Wird durch besondere Maßnahmen (Entlastungsklemmen,
bewegliche Ausleger, Spannseile od. dgl.) die Verdrehungsbelastung bei Seilbruch
vermindert, so kann. dieses bei der Berechnung in dem Maße berücksichtigt werden,
als die Verminderung nachgewiesen wird.« Es ist im Sinne .dieser Berücksichtigung
besonderer Maßnahmen tatsächlich auch versucht worden, die Bauweise sparsaxü und
doch sicher vor Zerstörungen zu gestalten, z. B. durch die sog. Schwenktraversen;
sog. Rutschklemmen, die das gerissene Seil durchlassen und dadurch den Tragmast
von dem Stoß beim Seilbruch entlasten, während die Schwenktraverse den Stoß durch
Ausschwenken aufnehmen sollen. Während des Krieges. kamen. die Steinmannschen Absturzstücke,
meist ohne die Rutschklemmen, die mitverwendet werden sollten, hinzu. Die Absturzstücke
brachten bei genügender Auslenkung der Isolatorenketten die Seile zum Abfallen,
wodurch die Maste entlastet werden sollten, ohne daß die Seile beim freien Fall
besonderen Schaden nehmen würden. Bei allen Mastbildern aber, bei denen wie bei
der
normalen Tannenbaumanordnung ein Seil oder mehrere auf die darunterliegenden
Traversen fallen mußten, versagte diese Maßnahme völlig, die Seile wurden sehr stark
beschädigt, und die Maste brachen erst recht um. Aus -Materialersparnis wurden allerdings
auch die teuren Rutschklemmen nicht verwendet. Alle genannten Maßnahmen versagten
und haben; sich nicht allgemein eingeführt, vielleicht auch deshalb, weil es sich
nur um unsystematische, nicht ganz durchdachte Maßnahmen handelte, die auch nach
den Vorschriften nur bed,ingungsweisee geduldet wurden.
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Im Gegensatz dazu geht die folgende Erfindung grundsätzlich davon
aus, daß der Leitungsbau besonderen statischen und dynamischen Gesetzen unterliegt.
daß man die gewohnten. Festigkeitsberechnungen, z. B. für Baukonstruktionen, Brücken,
Träger und Verankerungen, der Besonderheit des Seilzuges und der beim Seilriß frei
werdenden dynamischen Beanspruchung anpassen muß. Es soll hier nun nicht streng
theoretisch davon gehandelt werden, sondern nur Verfahren und Einrichtungen dargestellt
und begründet werden, die geeignet sind, alle dynamischen und Stoßkräfte, aber auch
die normalen, waagerecht, nicht senkrecht angreifenden Kräfte durch besondere Organe
aufzunehmen, nämlich durch Zug- und Druckfederni entsprechender Bemessung, und so
die Trag- und Abspannmaste ganz von Zug zu entlasten. Die Forrnänderungsarfreit,
die bei einseitiger Belastung und insbesondere bei Stößen infolge des Bruches °ines
oder mehrerer Leiter vom Mast zu bewältigen . -,- und ihn, falls. er nicht
genügend stark, was w är meist schon aus Materialersparnis nicht der Fall ist, dimensioniert
wurde, gewöhnlich zerstört, diese Formänderun.sarbeit wird so vom Mast und seinen
Teilen, wie insbesondere von den (Querträgern abgehalten, und von der Federung wie
im Waggonhau aufgenommen.
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Wir beginnen bei den Tragmasten, weil die Maßnahme in dieser Form
auch zur Erhaltung und Verstärkung von bestehenden Leitungen, z. B. bei ealtert°n
und rostgeschützten " Leitungsträgern aller Art, v:rivendet «-erden 'kann, ohne
daß, was frei neuen Leitungen hingegen zu beachten wäre, die ganze Leitungsanlage
zugentlastet projektiert und gebaut wurde. Es handelt sich also nur um nachträgliche
Sicherungsmaßnahmen, nicht um das Bauprinzip find dessen systematische Anwendung,
um von vornherein billige und einfache Leitungsträger zu erhalten.
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In Bild i ist schematisch :ein Höchstspannungsleitungsabschnitt angedeutet.
mit einem Abspannmast o und Tragmasten i, 2 ... Die Feldlänge von Abspanne)
zu Abspanne) sei hier zu rund elf Tragmasten mit 12 mal 25o m Einzelfeldern angenommen.
Man könnte z. B. einseitige Eislast etwa im -ersten, zweiten oder dritten Drittel
der ganzen Abspannlä nge annehmen und die einseitige Ausbiegung der benachbarten
-laste betrachten und dann die Aufnahme dieses zusätzlichen Zuges, der Ketten und
-last schief zieht, durch das einzuführende I# ederorgan darstellen. Statt dessen
sei aber ein Leiterriß im fünften Tragfeld angenommen, zwischen Mast .l und 5. Die
Lage der Ketten und des Leiterseiles sei aber durch eine strichlierte Linie wiedergegeben.
Die Lage der Ketten und des Seiles im '.\ormalzustand kann man sich leicht vorstellen.
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Je nach der Feldlänge und der Lage der Bruchstelle erhält einer der
Tragmaste bzw. zunächst die Isolatorenkette an ihm den vollen Zug im gerissenen
Seil als Stoßbelastung nach rechts oder links. Es sei angenommen, daß die Kette
schon, wie Versuche ergaben, etwa 23 % des Stoßes abfedert oder selbst aufnimmt.
Es wird nun (s. Bild 2) zwischen der Tragklemme a des Leiterseiles und dem letzten
Klöppel der Isolatorenkette b die auf Bild 3 angegebene Stoßenergieverz-ehrfeder
eingebaut oder ein anderes passendes. den Stoß aufnehmendes und die Formänderungsarbeit
vom -last und dem Querträger abfangendes, deformierbares, elastisches Organ wie
etwa eine kleine Oldruckbrems-e oder aus Blei oder Gummi bestehende Stoßdämpfer
eingebaut. Denselben Effekt würde man auch erzielen, `nenn man die Isolatorenkette
von Glied zu Glied mit einer entsprechenden Federung zusätzlich jeweils zwisch:n
Klöppel und Pfanne der Isolatoren ausrüsten würde. Es wird sich aber, um mit der
normalen, statischen, soliden Tragfähigkeit und Belastung bzw. Belastbarkeit sowie
der normalen Kettenlänge und auch Gier elektrischen Feldverteilung auf die Isolatoren
nicht in Schwierigkeiten zu geraten, dies. nicht ,empfehlen. Auf die Verlegung des
Stoßenergieverzehrorgans nach der Kettenaufhängestelle c oder der Ouerträgerbefestigungsstelle
oder den Stoßstellen des aufgestockten. Mastes e und f usw. oder den
Mastfundamenteinspann- und Druckstellen g und h sei später noch eingegangen.
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In Bild 3 ist eine mögliche Ausführungsform und eine mögliche Einbauweise
einer solchen Doppelfader zwischen Seil und letztem Isolatorklöppel bzw. dessen
Pfanne dargestellt. Die einzelnen Teile wären hier Tragklemme und Leiterseil a,
Befestigungsstellen des Federgehänges am Leiterseil cz, sogenanntes Absturzstück
bei d, das aber fehlen kann oder auch durch .ein bei Zug zerreißbares Tragorgan
zu ersetzen wäre, ferner die Zugfedern, die so bemessen. sind, daß bei dem Höchstzug
als Stoß die ganze Federlänge von hier etwa z m ausgezogen wird, wodurch die Spannung
im Seil entsprechend der zusätzlichen Länge von etwa a m im Feld auch vermindert
wird, ferner zweite Befestigungsstelle des Federgehäuses an der Klöppelpfanne des
letzten Isolators b. Die Einbauweise läßt sich im Zusammenbau mit den Isolatoren
mit oder ohne Absturzstück verschiedentlich varü: r °n. auch unter Verwendung nur
einer Feder und Befestigung der Feder über der Kappe des letzten Isolators und Ausbildung
des letzten Klöppels mit Pfanne am Isolator als AuslösungsoderAbfall- oder Ausklinkorgan.
Auf die weitere Darstellung dieser Variationen sei verzichtet. Die schon angedeutete
Wirkungsweise ist klar, die Federung nimmt den Stoß bei Leiterriß auf und
leistet
die sonst zerstörend auf den Mast einwirkende Deformierungsarbeit und Formänderungsarbeit
durch Hergabe der aufgespeicherten Federkraft und durch die Längung und Aufhebung
des stoßartigen Längszuges durch eben diese Längung des Leiters. Damit wird ein
L,eitungsbaukonstruktionsprinzip eingeführt, das ganz und gar den dynamischen Verhältnissen,
auf Freileitungen in eigener Weise entspricht.
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In Bild :1. ist eine Ausführungsart angedeutet, in der die Federung
in die Tragklemme a, ohne aber das. Seil schneiden zu müssen, verlegt ist. Freigabe
der Federung und gute Befestigung an den Tragstellen ist konstruktiv unbedingt sicherzustellen.
Von der Darstellung der Einbauweise der Stoß,energieverzehr- oder auch Zusatzlastausgleichfederung
mit an jeder Tragstelle geschnittenem Leiterseil sei abgesehen.
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In B@ilid 5 ist die mögliche Einbauweise einer Zug- oder Druckfeder,
für die jeweilige Beanspruchung bemessen, vor der Aufhängung der Isolatorenkette
oder, besser gesagt, in der Aufhängestelle selbst dargestellt. Es handele- sich
zunächst wieder um einen Tragmast, an dem die Leitung oder Leitungsklemme a die
Isolatorenkette b (wie Bild 4), der Federkasten oder die Zugfeder bzw. der Behälter
der Druckfeder, mit Befestigung c und d (Feder c und Befestigungsstelle
d)
sich befindet.
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Während die Benutzung einer auf Zug tzu beanspruchenden Stoßenergieverzehrfeder
eines Ausl.öseorgans bedarf, und im Betrieb evtl. je nach der Zweckmäßigkeit .dieses
Organs zu Schwierigkeiten führen könnte, da die Dauerfestigkeit der Feder ohne Au.slösungsorgan
oder bei Versagen desselben zwar die senkrecht wirkenden Kräfte ohne Deformierung
beherrschen muß, aber auch im Stoßfalle deformierbar sein muß, und zwar schnell
genug und mit hinreichender Längung in das Feld hinein durch,die beabsichtigte Wirkung
der Federkraft, hat die Verwendung einer Druckfeder, die die normalen senkrechten
Kräfte leicht aufnimmt, und kein Auslöseorgan benötigt, daher gewisse Vorteile (vgl.
Bild 5 I, 1I, III unid, IV). Die Auslängung der Feder und das Bleizeitige Herunterkommen
der Isolatorenketten könnte, so zweckmäßig .die Zugentlastung auf diese Weise ist,
zum Anschlagen und zur Beschädigung der Isolatoren führen, die man verhindern muß,
besonders dann, wenn es sich etwa um Mastkopfausibildungen handelt, bei denen die
untere und mittlere Traverse weiter auslädt als,die erste oberste. Bei Veriven.dung
von Druckfedern muß die Aufhängung der Kette am Oulerträgerkopf erfolgen, daß die
Feder im Federbehälter gegen die befestigte Seite aufgedrückt wird, wobei diese
Gegendruckseite auf dem Querträger aufsitzt odei unterhalb desselben am Querträgerkop:f
aufgehängt wird (s. Bild 5, IV).
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Als folgerichtige Anwendung,des Gedankens, an allen Kraft-Stoß-Beanspruchungss"tellen
in dem Fluß oder Momente: Fortpflanzung und Umwandlung Organe anzuwenden, die durch
Aufnahme der zu. leistenden Formänderungsarbeit das Mastebaumaterial entlasten,
empfiehlt das Bild 6, I und II, deformierbare, plastische Einlagen oder Federplatten
c an den Stößen a-a an der Stelle b (Bild 6, 1I), an der Feder- oder Federkastenbefestigung
oder am Aufhängepunkt der Isolatorenkette (Bild 6. I, b, c), ohne :besondere Zug-
oder Druckfeder an dieser Stelle, und ferner Einlagen c der gleichen Art und passender
Abmessungen an den Befestigungspunkten an den Eckstielen d des Mastes (Bild 6, I)
und längs der Mastseiten und, soweit die Verwendung von Nieten oder Schweißverbindungen
dies zuläßt, auch an Iden Eckstielen des unteren Stoßes und.an den Eckstielen des
oberen Stoßes oder über die Stoßstelle hinweg (Bild 6, 1I).
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Weitere wichtige Druckübertragungs- und Beanspruchungsstellen für
Zugkräfte und Stöße etwa bei' Leiterbruch sind die Mastfundamente, deren Hauptvertreter
die Blockfundamente sind. In der Abb. 7 sind a die Maste, b die Fundamentblöcke,
c geeignet dimensionierte Druck- und Zugfederungen, die die auf die Fundamente und
damit auf das umgebende Erdreich gelangenden, zum Kippen und evtl. zum Umbruch führenden
dynamischen Kräfte aufnehmen sollen. In Bild 7, II, sind die Federn nicht wie in
Bild 7, I, im Fundamentblock selbst, sondern zwischen Fundament und den Grubenwänden,
die entsprechend auszubilden sind; angeordnet. Sinngemäß' kann die Anordnung auch
anderen Fundamentarten und etwa aufgeteilten Eckstielfundamenten angepaßt werden.
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Ein besondere Kosten verursachender Umstand ist die Notwendigkeit
und Gepflogenheit, die Abspannpunkte für den vollen einseitigen Zug von drei oder
bei Doppelleitungen für die Yerdreihungsbeanspruchung beim Reißen aller sechs Seile
oder auch für die größte Beanspruchung unter Berücksichtigung der vorhandenen ein
oder zwei Erdseilen bemessen zu müssen, wobei bei Winkel-@abspannern die Resultierende
aus den Zugrichtungen ständig zu berücksichtigen ist. Gemäß der Erfindung werden
hier, Bild S, entsprechend kräftige Druckfedern so angeordnet, daß die normale Federspannung
den normalen Restzug, der bei beiderseitig gleichen Zügen bleibt, ohne wesentliche
Beanspruchung erträgt, w'ä'hrend im Falle des Leiterbruches die entstehende Formänderungsarb,-
it von den in der einzelnen Abspannung befindlichen Federkraft ausgehalten und aufgenommen
wird, ohne daß unzulässige Zug- oder Verdrehungskräfte entstehen. Die Federn c sind
für die Züge b am Querträger a in der Zugrichtung b anzuordnen.
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Der Wert der Anordnung dieser Zugentlastungen wird in einer wesentlichen
Ersparnis an Baustahl und Fund'amentierungsmaterialien, insbesondere Zement, Baukosten,
Erdbewegungskosten, sowie in der wesentlichen Ersparnis und Erleichterung an Reparatur-
und Unterhaltungskosten erblickt, aber auch darin, daß durch Alter und Rostschäden
gefährdete Leitungsträger und Abspanner in ihrer Lebensdauer erhalten und sogar
für die Verwendung stärkerer Querschnitte und. höherer Züge geeignet gemacht werden
können. Insbesondere erscheint die Maßnahme in Höchstspannungsleitu.ngen
geeignet
zu sein, sehr 'hohe Festigkeitsansprüche mit ganz wesentlichen Ersparnissen an Kosten
und wertvollen Baustoffen bzw. Rohstoffen zu vereinen. Das angegebene Bauprinzip
eignet sich aber dem Sinne nach für alle Fälle, in denen bei Leitungen aller Art,
auch Post- und Telegraphenleitungen, Bahnspeiseleitungen usw., Zugbeanspruchungen
statischer und dynamischer Art, plötzlich auftretend, von Leitungsträgern und Abspannpunkten
aufgenommen werden müssen. Dabei ist das geeignetste neue Bauelement die Zug- und
Druckfeder aus Stahl hoher Festigkeit.