EP2257951A1 - Isolator zur elektrischen isolierung sowie verfahren zu seiner herstellung und verwendung - Google Patents

Isolator zur elektrischen isolierung sowie verfahren zu seiner herstellung und verwendung

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Publication number
EP2257951A1
EP2257951A1 EP09713271A EP09713271A EP2257951A1 EP 2257951 A1 EP2257951 A1 EP 2257951A1 EP 09713271 A EP09713271 A EP 09713271A EP 09713271 A EP09713271 A EP 09713271A EP 2257951 A1 EP2257951 A1 EP 2257951A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outer core
insulator
inner core
core
jacket
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09713271A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Bussmann
Volker Zeiher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP09713271A priority Critical patent/EP2257951A1/de
Publication of EP2257951A1 publication Critical patent/EP2257951A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/32—Single insulators consisting of two or more dissimilar insulating bodies
    • H01B17/325—Single insulators consisting of two or more dissimilar insulating bodies comprising a fibre-reinforced insulating core member

Definitions

  • Insulator for electrical insulation and process for its preparation and use
  • the invention relates to an insulator for electrical insulation between at least two different electrical potentials, which comprises an inner core of an optionally reinforced plastic, glass or a ceramic and an outer core of an electrically insulating material. Furthermore, the invention strug relates to a method for producing an insulator and a use.
  • Insulators are needed in all areas where live and live parts are used. Through the insulators current-carrying components are delimited against non-live components or components with different electrical potential. For example, two devices of different potential, e.g. Lines are kept or fixed by isolators on distance, for example, to avoid short circuits or discharges by flashovers.
  • Such insulators are, for example, suspensions for high voltage lines, as are known for example from US 2,732,423.
  • the suspensions comprise a core, which is preferably made of a glass fiber reinforced plastic. This may optionally be provided with a coating of silicone rubber.
  • umbrellas are made of a glass fiber reinforced plastic placed on the core.
  • a receptacle for mechanical connection is attached to the respective side of the suspension.
  • a silicone rubber insulator with shielding body is known. This comprises an insulator core which is covered with a silicone rubber layer.
  • the core used is a glass fiber reinforced resin.
  • insulators In addition to the above-described insulators with a core of a glass fiber reinforced plastic, it is also common to use insulators made of glass or ceramic. However, these have the disadvantage that they are very sensitive to shock, vandalism and other mechanical stresses that can lead to the destruction of the component or affect the function of the component. In addition, an insulator, especially for medium and high voltage applications, must not have defects such as isolated, gas-filled bubbles or vacuoles inside. These imperfections can experience an impermissible dielectric load and thus lead by partial discharges to the destruction or decomposition of the insulating material and thus the entire insulator. The flaws are mostly only detectable after prototyping of the insulator core by testing, when the product has gone through almost the complete and costly manufacturing process.
  • the object of the present invention is to provide an insulator which can be produced without any void voids or in which a foam structure is selectively produced during production. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for producing the insulator.
  • an insulator for electrical insulation against different electrical potentials comprising an inner core of an optionally reinforced plastic, glass or ceramic and an outer core of an electrically insulating material.
  • the outer core is enclosed by a sheath of a silicone rubber, a thermosetting material or a ceramic.
  • the inner core is preferably made of a fiber-reinforced plastic. Depending on the load, however, it is also possible to dispense with the use of fibers.
  • Suitable matrix materials are, for example, binders having pigment-affine anchoring groups, natural and synthetic polymers and their derivatives, natural resins and synthetic resins and their derivatives, natural rubber, synthetic rubber, proteins, cellulose derivatives, drying and non-drying oils and the like. These can - but need not - be chemically or physically curing, for example air-hardening, radiation-curing or temperature-curing.
  • the matrix material is a polymer or polymer mixture.
  • Preferred polymers as the matrix material are ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene); ASA (acrylonitrile-styrene-acrylate); acrylated acrylates; alkyd resins; Alkylvinylacetate; Alkylenvi- nylacetat copolymers, in particular methylene vinyl acetate, ethylene vinyl acetate, butylene vinyl acetate; Alkylenvinylchlorid copolymers; amino resins; Aldehyde and ketone resins;
  • Cellulose and cellulose derivatives in particular hydroxyalkylcellulose, cellulose esters, such as acetates, propionates, butyrates, carboxyalkylcelluloses, cellulose nitrate; Epoxy acrylates; epoxy resins; modified epoxy resins, for example bifunctional or polyfunctional functional bisphenol A or bisphenol F resins, epoxy novolac resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins; aliphatic epoxy resins, glycidyl ethers, vinyl ethers, ethylene-acrylic acid copolymers; Hydrocarbon resins; MABS (containing transparent ABS with acrylate units); Melamine resins, maleic anhydride copolymers; methacrylates; Natural rubber; synthetic rubber; Chlorinated rubber; Natural resins; rosins; Shellac; Phenol resins; Polyester; Polyester resins, such as phenylester resins; polysulfones; polyether; polyamides; polyimides; Polyanilines; polypyr
  • Particularly preferred polymers as matrix material are acrylates, acrylate resins, cellulosic derivatives, methacrylates, methacrylate resins, melamine and amino resins, polyalkylenes, polyimides, epoxy resins, modified epoxy resins, for example bifunctional or polyfunctional bisphenol A or bisphenol F resins, epoxy novolak resins, brominated epoxy resins, cycloaliphatic epoxy resins; aliphatic epoxy resins, glycidyl ethers, cyanate esters, vinyl ethers, phenolic resins, melamine resins and amino resins, polyurethanes, polyesters, polyvinyl acetals, polyvinyl acetates, polystyrenes (PS), polystyrene copolymers, polystyrene acrylates, styrene-butadiene block copolymers, alkylene vinyl acetates and vinyl chloride copolymers, polyamides ( PA), cellulose derivatives and
  • the fibers used for reinforcement can be used as short fibers, long fibers, continuous fibers. If the fibers are used in the form of long fibers or continuous fibers, they can be used as fiber strands, mats, woven fabrics, knitted fabrics or rovings.
  • the fibers are preferably used in the form of fiber mats. Suitable fibers are, for example, glass fibers, carbon fibers, mine ral fibers, aramid fibers or mixtures thereof. Particular preference is given to using glass fibers.
  • the inner core is preferably in the form of a rod.
  • the rod can assume any cross-section. It is also possible that the rod has regions of different cross section. However, particularly preferably, the rod has a cylindrical cross-section.
  • the rod can be solid as well as a hollow rod. By forming the rod as a hollow rod material and thus weight of the rod can be saved and the buckling load can be increased. Alternatively, this can also be filled with another material.
  • the inner core for example, with a surface structure or optionally pretreated by means of plasma. Preference is given to a plasma treatment which leads to an increase in the adhesive strength between the materials used for the insulator. It is also possible, for example, to provide the inner core in the form of a screw, with one or more screw flights or, for example, with annular circumferential ribs. Furthermore, for example, it is also possible to bring depressions or elevations in any form onto the inner core.
  • the outer core enclosing the inner core is made of a suitable electrically insulating material.
  • a suitable electrically insulating material for example, plastics, glass or ceramics are suitable.
  • a plastic, preferably a reinforced plastic is used as the material for the outer core.
  • Other preferred materials for the outer core are silicones.
  • thermosetting or thermoplastic plastics in particular reinforced thermoplastics, are preferably used as the material for the outer core.
  • thermoplastic materials for the outer core are, for example, polyolefins, for example polyethylene (PE) or polypropylene (PP), polyvinyl compounds such as polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride, polyvinyl esters, for example polyvinyl acetate, polyvinyl acetals, polyvinyl ethers, polyvinyl alcohol or polyvinylamines ,
  • polyolefins for example polyethylene (PE) or polypropylene (PP)
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVC polyvinylidene chloride
  • polyvinyl esters for example polyvinyl acetate, polyvinyl acetals, polyvinyl ethers, polyvinyl alcohol or polyvinylamines
  • thermoplastics styrene polymers, for example polyester, styrene-acrylonitrile copolymers, rubber-modified polystyrene (PS) or catalytically modified
  • polymers of (meth) acrylic acid and their derivatives are, for example, polyacrylic acid, poly (meth) acrylic esters such as polyacrylates or polymethyl methacrylate, or polyacrylamide.
  • polycarbonates polyoxymethylene, polyphenylene ethers, fluoropolymers, for example polytetrafluoroethylene, polyaromatics, such as Polyphenylene sulfide, polyethersulfone, polysulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, polyarylate, polyimides, polyamides, polyquinoxalines, polyamide-imides, polyquinolines, polybenzimidazoles.
  • thermoplastics are polyesters, for example polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacrylonitrile and polyurethanes, such as thermoplastic polyurethanes, and also thermoplastic elastomers.
  • thermoplastic material can be used reinforced or unreinforced.
  • the thermoplastic material is used increasingly.
  • all fillers and reinforcing materials known to those skilled in the art are suitable.
  • Suitable reinforcing agents are, for example, glass powders, glass beads, glass fibers, mineral fibers, mineral powder, carbon black, whiskers, aluminum hydroxide, metal oxides such as aluminum oxide or iron oxide, mica, quartz powder, calcium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide or wollastonite.
  • the material for the outer core may be solid or foamed.
  • the outer core is foamed.
  • the advantage of a foamed outer core is that it has a lower mass compared to a solid outer core.
  • the outer core is in the form of a bed of an electrically insulating material.
  • material for the bedding any material present as a heap is suitable.
  • the outer core is constructed in several parts. For example, if the outer core is constructed in multiple parts, it is possible for at least two segments to be stacked one above the other around the inner core. The individual segments preferably each have the same shape. However, it is also possible, for example, to stack or layer segments of different geometry to form the outer core. If segments of different geometries are superimposed, it is still possible for them to form a repeating pattern.
  • the segments for forming the outer core are shell segments, each enclosing a part of the core in the axial direction and a plurality of the shell segments form the entire outer core.
  • two half-shells may be provided which respectively enclose the inner core in half and by joining together form a closed outer core around the inner core.
  • any other number of elements is possible, for example three or more elements for enclosing the inner core.
  • the height of the shell segments does not correspond to the total length of the inner core, so that in addition to the entire envelope of the inner core several shell segments are stacked one above the other.
  • the outer core according to the invention is enclosed by a jacket.
  • the jacket is preferably made of a silicone rubber, a thermosetting material or a ceramic. Suitable thermoset materials are the same as they can be used to make the inner core.
  • the thermoset materials can be filled or unfilled, preferably the thermoset materials are unfilled.
  • fillers are used which are not electrically conductive. Suitable fillers in this case are in particular glass fibers or glass beads.
  • the jacket is made of a silicone rubber.
  • silicone rubber is its weather resistance and the high tracking resistance. Very particular preference is given to using a liquid silicone rubber or a solid silicone rubber.
  • Silicone rubbers suitable for producing the shell generally have a structure of the general formula (I):
  • R 1 to R 8 are each independently hydrogen C 1 - to C 5 -alkyl, C 6 - to C 12 -aryl, C 5 - to C 12 -cycloalkyl, C 2 - to C 8 -alkenyl, where the abovementioned Radicals may be substituted by functional groups, aryl, alkyl, aryloxy, alkyloxy, halogen, heteroatoms and / or heterocycles.
  • Methyl silicone, vinyl-methyl silicone, phenyl-vinyl-methyl silicone and fluoro-vinyl-methyl silicone are particularly preferably used as the silicone rubber.
  • silicone rubber for the sheath is established and has the advantage that a Kriechweg Struktur, for example by a carbonation of the surface, by electrical flashovers on the surface is largely avoided. Further- Silicone rubber surfaces are generally self-cleaning and resistant to environmental influences.
  • the invention further relates to a method for producing the insulator.
  • the procedure comprises the following steps:
  • the molding of the inner core in step (a) may be accomplished by any method known to those skilled in the art.
  • molding is preferably performed by pressing and then sintering.
  • glass is preferably molded by casting.
  • the inner core is produced by, for example, a winding method, an injection molding method, a casting method or a pressing method.
  • a winding method for example, an injection molding method, a casting method or a pressing method.
  • injection molding, extrusion, casting or pressing processes can also be used.
  • the inner core is generally formed by a winding process.
  • the outer core is formed.
  • the outer core When the outer core is shaped as individual segments, they are positioned around the inner core and bonded together.
  • the individual layer elements can be placed on the inner core and then connected to each other.
  • the connection of the individual segments can be effected by any method known to the person skilled in the art. For example, it is possible to To melt surfaces and thereby connect the individual segments together. Furthermore, it is also possible to connect the individual segments, for example by adhesive bonding.
  • the outer core in principle the same methods can be used as for the production of the inner core. However, it is also possible to produce, for example, the outer core and the inner core simultaneously by a coextrusion process or sequentially in a multi-component injection molding process.
  • the inner core It is also possible to first manufacture the inner core, then insert it into an injection mold or casting mold and then encapsulate with the material for the outer core, to encapsulate or to foam. Alternatively, a deformation of the inner core in the Extrusi- onsclar done.
  • the inner core has a surface, for example in the form of a worm, so that at least one thread is formed, then it is also possible, for example, to provide the outer core with a corresponding internal thread and screw it onto the inner core.
  • the thread does not have to be continuous and may also be necessary only for the purpose of fixing for subsequent processes.
  • the molding of the shell to cover the outer core may also be by injection molding, casting, foaming, winding or pressing. Furthermore, spraying or other coating methods are also suitable for shaping the shell.
  • the outer core is made up of a plurality of individual segments that are positioned around the inner core or the outer core is first molded and then placed on the inner core, it is possible to apply the shell prior to seating the outer core on the inner core to apply to the outer core.
  • the application of the shell to the segments in this case also takes place by the same methods as the application of the shell to the entire outer core.
  • the outer core When the outer core is made from a bed, it is preferred to first form the inner core and the shell and then to introduce a bed between the inner core and the shell to form the outer core.
  • a bed For this purpose, it is possible to first receive the inner core and the shell in a mold.
  • a bed is used to form the outer core, it may be sintered after insertion to achieve a stable outer core.
  • the outer core is made from a bed which is subsequently sintered, it is also possible first to mold the inner core, insert it into a mold, then introduce and sinter the bed for the outer core and after sintering Coat to apply. Even with a foamed material for the outer core, the outer core can first be applied to the inner core and then the outer core can be provided with the jacket.
  • foamed outer core When using a foamed outer core, it is also possible to first form the inner core and the shell and then the foamed outer core.
  • a propellant-containing polymer melt or a foam-forming reactive system between inner core and shell is filled and then foamed to foam under pressure and temperature changes.
  • foam structure by means of a non-blowing agent-containing polymer melt and the supply of a gas.
  • the outer core is made of a foamed polymer material
  • a blowing agent-containing granule or a blowing agent-laden melt In the production of the outer core by means of the molten blowing agent-loaded polymer expands / reacts the blowing agent and thus leads to the formation of a foam.
  • monomers or oligomers which react with one another to release a by-product which serves as blowing agent.
  • an additional blowing agent may also be added so that a foam is formed during the reaction.
  • the foaming agent used for foaming can be activated, for example, in order to trigger targeted foaming.
  • the added propellant can be activated for example by temperature, pressure change, UV radiation or by other types of energy input.
  • surface treatment of the inner core and / or prior to molding of the cladding be surface treatment of the inner core outer core is performed.
  • a surface treatment of the inner surface of the shell is performed.
  • known to those skilled treatments for increasing the adhesion or surface roughness can be performed.
  • Possible surface treatments are: plasma treatment, application of adhesion promoters, surface smoothening, sandblasting, roughening, smoothing, surface printing or laser structuring. It is also possible to machine the surface, for example to apply a thread.
  • a stable connection of inner core and outer core or outer core and sheath can be further achieved by a suitable joining method.
  • a suitable joining method in addition to mechanical joining of the inner core, outer core or the segments of the outer core and shell, both adhesive and cohesive joining methods can be used.
  • fittings are generally applied to the insulator at the top and bottom ends.
  • the insulator can be fixed to the floor or to a power pylon.
  • a fitting can serve for example for receiving a high-voltage cable.
  • Suitable fittings are known in the art and are usually made of an electrically conductive material, for example, aluminum or iron / alloys.
  • the fittings are applied by any method known to those skilled in the art. For example, it is possible to press, crimp, rivet, screw, and so on the fittings with the insulator.
  • the inventively formed insulator is used, for example, as an insulator for high voltage pylons, as a floor insulator, hollow insulator, phase spacers, supporters or as a loop insulator.
  • FIGURE shows an inventively designed insulator, as used for example for the attachment of high voltage power lines.
  • An insulator 1 shows an inventively designed insulator is shown.
  • An insulator 1 comprises an inner core 3.
  • the inner core 3 serves in particular to absorb mechanical stresses. Such mechanical stresses are, for example, tensile forces or compressive forces acting on the insulator.
  • As a material for the inner core 3 are, for example, ceramic, glass or preferably reinforced polymer re. Particular preference is given to using long-glass or continuous-fiber-reinforced polymers.
  • the inner core 3 may, as shown in the figure, be formed in the form of a cylindrical Stabe bes. However, it is also possible that the inner core 3 is, for example, frusto-conical or has any other geometry. For example, it is also possible that the diameter changes over the length of the inner core 3, so that it has, for example, a wave-shaped surface. Furthermore, it is also possible that the inner core 3 occupies any cross-section. In addition to a cylindrical cross section, it is also possible, for example, for the cross section to be polyhedral. It is also possible, for example, that the inner core 3 has an elliptical cross section. In addition to a solid inner core 3, it is also possible that the inner core 3 is formed as a hollow rod.
  • the hollow bar is designed with a constant or varying wall thickness. It is also possible that the cross section of the passage opening in the hollow bar varies. Usually, however, the cross section over the entire length of the hollow rod is constant.
  • the shape of the cross section of the through hole in the hollow rod can be arbitrary. However, it is particularly preferably cylindrical.
  • the surface 5 of the inner core 3 may be smooth, rough or textured.
  • any method of patterning the surface can be used. It is also possible to produce the structure already during the production of the inner core 3.
  • the production of the inner core 3 is carried out by any method already described above. For example, it is possible to manufacture the inner core 3 by a winding method, injection molding method, extrusion method, casting method or pressing method.
  • the inner core 3 is enclosed by an outer core 7.
  • the outer core 7 is made of any electrically insulating material. Suitable materials are, for example, glass, ceramics or plastics. Preference is given to using thermoplastics. These can be used compact, foamed and / or filled. Suitable fillers are, for example, fibers, spheres or minerals.
  • the outer core 7 comprises a plurality of screens 9.
  • the screens 9 may have a substantially frusto-conical shape as in the embodiment shown here.
  • the screens 9 may be in the form of ribs, a helix around the outer core 7, or any other shape. The formation of the screens 9 increases the outer surface and determines the length of the creepage distance of the insulator 1 between the upper fitting 13 and the lower fitting 15.
  • the outer core 7 can be designed, for example, in one or more parts. In the embodiment shown here, he outer core is made in one piece. In a one-piece embodiment, it is possible to manufacture the outer core 7 directly on the inner core 3. For this purpose, for example, the inner core 3 is inserted into a mold and then encapsulated with the material for the outer core 7, encapsulated or foamed. Alternatively, the inner core 3 can be formed and bonded to the outer core 7 in an extrusion process.
  • the outer core 7 it is also possible first to produce the outer core 7 and then to introduce the inner core 3.
  • the introduction can be done, for example, by inserting.
  • a segment may for example comprise one or more screens 9.
  • the segments are generally placed successively on the inner core 3.
  • the inner core 7 by a bed.
  • a material for the bed for example, a powder or granules of an electrically insulating material is used.
  • the individual powder or granules of the bulk of the bed can take any shape.
  • the outer core 7 is enclosed by a jacket 11.
  • a material for the jacket 11 are also suitable glass, ceramics or plastics and silicone rubbers.
  • particularly preferred as material for the jacket 11 are silicone rubbers, in particular liquid or solid silicone rubbers.
  • the sheath 11 may, after the application of the outer core 7 on the inner core 3, be applied by any method. For example, it is possible to apply the jacket adhesively, cohesively or mechanically by injection molding, casting, pressing or any coating method.
  • the shell 11 it is also possible to first apply the shell 11 to the outer core 7 and then the outer core 7 on the inner core 3. This is also possible if the outer core 7 is applied in the form of individual segments on the inner core 3 , After the application of the individual segments of the outer core 7, the respective shell parts are connected together and form a closed surface.
  • outer core 7 is formed in the form of a bed, it is also possible to first manufacture the inner core 3 and the shell 11 and insert it into a mold and then to fill it with the material for the bed of the outer core 7.
  • the insulator 1 is provided with an upper fitting 13 and a lower fitting 15.
  • the upper fitting 13 and the lower fitting 15 may have the same or different shapes and made of different materials.
  • the attachment of the upper fitting 13 and the lower fitting 15 is carried out in the embodiment shown here by placing it on the inner core 3. This can be done for example by a method known in the art, such as riveting, crimping, screwing or similar fastening methods. A bonding of the inner core 3 with the fitting 13, 15 is conceivable.
  • the fitting 13, 15 In addition to the attachment of the fitting on the inner core 3, it is also possible for the fitting 13, 15 to be fastened, for example, to the outer core 7. Furthermore, the fitting 13, 15 also partially enclose the outer core and the jacket. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Insulating Bodies (AREA)
  • Insulators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Isolator (1) zur elektrischen Isolierung gegenüber Elementen unterschiedlicher elektrischer Potentiale, umfassend einen inneren Kern (3) aus einem gegebenenfalls verstärkten Kunststoff, Glas oder einer Keramik und einen äußeren Kern (7) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff. Der äußere Kern (7) ist von einem Mantel (11) aus einem Silikonkautschuk, einem duroplastischen Werkstoff oder einer Keramik umschlossen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Isolators. Hierzu wird zunächst der innere Kern (3) aus einem gegebenenfalls verstärkten Kunststoff, Glas oder einer Keramik hergestellt, in einem zweiten Schritt der äußere Kern (7) gebildet und in einem dritten Schritt der Mantel (11) zur Umhüllung des äußeren Kerns (7) geformt. Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Verwendung des Isolators.

Description

Isolator zur elektrischen Isolierung sowie Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Isolator zur elektrischen Isolierung zwischen mindestens zwei verschiedenen elektrischen Potentialen, welcher einen inneren Kern aus einem gegebenenfalls verstärkten Kunststoff, Glas oder einer Keramik und einen äußeren Kern aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff umfasst. Weiterhin betrifft die Erfin- düng ein Verfahren zur Herstellung eines Isolators sowie eine Verwendung.
Isolatoren werden in allen Bereichen benötigt, in denen ström- und spannungsführende Teile eingesetzt werden. Durch die Isolatoren werden stromführende Bauteile gegen nicht stromführende Bauteile oder Bauteile mit unterschiedlichem elektrischen Potential abgegrenzt. Zum Beispiel können zwei Bauelemente unterschiedlichen Potentials, z.B. Leitungen, über Isolatoren auf Abstand gehalten oder fixiert werden, um beispielsweise Kurzschlüsse oder Entladungen durch Überschläge zu vermeiden.
Derartige Isolatoren sind zum Beispiel Aufhängungen für Hochspannungsleitungen, wie sie beispielsweise aus US 2,732,423 bekannt sind. Die Aufhängungen umfassen einen Kern, der vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Dieser kann gegebenenfalls mit einer Beschichtung aus Silikonkautschuk versehen sein. Zur Vergrößerung der Oberfläche und damit der Strecke, die eine Oberflächenladung zurückzulegen hat, werden auf den Kern Schirme aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff aufgesetzt. Zur Aufnahme des Hochspannungskabels ist an der jeweiligen Seite der Aufhängung eine Aufnahme zur mechanischen Verbindung angebracht.
Aus CN-Y 2821809 ist ein Silikonkautschukisolator mit Schirmkörper bekannt. Dieser umfasst einen Isolatorkern, der mit einer Silikonkautschukschicht ummantelt ist. Als Kern wird ein glasfaserverstärktes Harz eingesetzt.
Neben den vorstehend beschriebenen Isolatoren mit einem Kern aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff ist es weiterhin üblich, Isolatoren aus Glas oder Keramik einzusetzen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr empfindlich gegen Stöße, Vandalismus und sonstige mechanische Belastungen sind, die zur Zerstörung des Bauteils oder zur Beeinträchtigung der Funktion des Bauteils führen können. Zudem darf ein Isolator, insbesondere für Mittel- und Hochspannungsanwendungen keine Fehlstellen wie beispielsweise vereinzelte, gasgefüllte Blasen oder Vakuolen im Inneren aufweisen. Diese Fehlstellen können eine unzulässige dielektrische Belastung erfahren und somit durch Teilentladungen zur Zerstörung bzw. Zersetzung des Isolationsmaterials und somit des gesamten Isolators führen. Die Fehlstellen sind zumeist erst nach dem Urformen des Isolatorkerns durch Prüfung detektierbar, wenn das Produkt fast den kompletten und kostenintensiven Herstellungsprozess durchlaufen hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Isolator bereitzustellen, der ohne ver- einzelte Lunker hergestellt werden kann oder bei dem während der Fertigung gezielt eine Schaumstruktur erzeugt wird. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des Isolators bereitzustellen.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen Isolator zur elektrischen Isolierung gegenüber unterschiedlichen elektrischen Potentialen, umfassend einen inneren Kern aus einem gegebenenfalls verstärkten Kunststoff, Glas oder einer Keramik und einen äußeren Kern aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff. Der äußere Kern ist von einem Mantel aus einem Silikonkautschuk, einem duroplastischen Werkstoff oder einer Keramik umschlossen.
Durch den Aufbau mit innerem Kern, äußerem Kern und Mantel kann der Isolator kostengünstig hergestellt werden.
Damit mechanische Belastungen durch den Isolator übertragen werden können, zum Beispiel auftretende Zug- oder Druckkräfte, wird der innere Kern vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt. Je nach Belastung kann allerdings auch auf die Verwendung von Fasern verzichtet werden.
Als Matrixmaterial eignen sich zum Beispiel Bindemittel mit pigmentaffiner Ankergrup- pe, natürliche und synthetische Polymere und deren Derivate, Naturharze sowie synthetische Harze und deren Derivate, Naturkautschuk, synthetischer Kautschuk, Proteine, Zellulosederivate, trocknende und nicht-trocknende Öle und dergleichen. Diese können - müssen jedoch nicht - chemisch oder physikalisch härtend, beispielsweise luftaushärtend, strahlungshärtend oder temperaturhärtend, sein.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Matrixmaterial um ein Polymer oder Polymergemisch.
Bevorzugte Polymere als Matrixmaterial sind ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol); ASA (Acrylnitril-Styrol-Acrylat); acrylierte Acrylate; Alkydharze; Alkylvinylacetate; Alkylenvi- nylacetat-Copolymere, insbesondere Methylenvinylacetat, Ethylenvinylacetat, Butylen- vinylacetat; Alkylenvinylchlorid-Copolymere; Aminoharze; Aldehyd- und Ketonharze;
Cellulose und Cellulosederivate, insbesondere Hydroxyalkylcellulose, Celluloseester, wie -Acetate, -Propionate, -Butyrate, Carboxyalkylcellulosen, Cellulosenitrat; Epoxyac- rylate; Epoxidharze; modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder poly- funktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze; aliphatische Epoxidharze, Glycidether, Vinylether, Ethylenacrylsäurecopolymere; Kohlenwasserstoffharze; MABS (transparentes ABS mit Acrylat-Einheiten enthaltend); Melaminharze, Maleinsäureanhydridcopo- lymerisate; Methacrylate; Naturkautschuk; synthetischer Kautschuk; Chlorkautschuk; Naturharze; Kollophoniumharze; Schellack; Phenolharze; Polyester; Polyesterharze, wie Phenylesterharze; Polysulfone; Polyethersulfone; Polyamide; Polyimide; Polyanili- ne; Polypyrrole; Polybutylenterephthalat (PBT); Polycarbonat (PC); Polyesteracrylate; Polyetheracrylate; Polyethylen; Polyethylenthiophene; Polyethylennaphthalate; Polye- thylenterephthalat (PET); Polyethylenterephthalat-Glykol (PETG); Polypropylen; PoIy- methylmethacrylat (PMMA); Polyphenylenoxid (PPO); Polystyrole (PS), Polytetrafluor- ethylen (PTFE); Polytetrahydrofuran; Polyether (zum Beispiel Polyethylenglykol, Po- lypropylenglykol), Polyvinylverbindungen, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), PVC- Copolymere, PVdC, Polyvinylacetat sowie deren Copolymere, gegebenenfalls teil- hydrolysierter Polyvinylalkohol, Polyvinylacetale, Polyvinylacetate, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Polyvinylacrylate und -methacrylate in Lösung und als Dispersion sowie deren Copolymere, Polyacrylsäureester und Polystyrolcopolymere; Polystyrol (schlagfest oder nicht schlagfest modifiziert); Polyurethane, unvernetzte beziehungsweise mit Isocyanaten vernetzt; Polyurethanacrylate; Styrol-Acryl-Copolymere; Styrol-Butadien- Blockcopolymere (SBC); Proteine, wie zum Beispiel Casein; SIS; Triazin-Harz, Bisma- leimid-Triazin-Harz (BT), Cyanatester-Harz (CE) , Alliierter Polyphenylen-äther (AP- PE). Weiterhin können Mischungen zweier oder mehrerer Polymere das Matrixmaterial bilden.
Besonders bevorzugte Polymere als Matrixmaterial sind Acrylate, Acrylatharze, CeIIu- losederivate, Methacrylate, Methacrylatharze, Melamin und Aminoharze, Polyalkylene, Polyimide, Epoxidharze, modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol A oder Bisphenol F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze; aliphatische Epoxidharze, Glycidether, Cyanatester, Vinylether, Phenolharze, Melaminharze und Aminoharze, Polyurethane, Polyester, Poiyvinylacetale, Polyvinylacetate, Polystyrole (PS), Polystyrol-copolymere, Polystyrolacrylate, Styrol-Butadien-Blockcopolymere, Alkylenvinylacetate und Vinyl- chlorid-Copolymere, Polyamide (PA), Zellulosederivate sowie deren Copolymere.
Die zur Verstärkung eingesetzten Fasern können als Kurzfasern, Langfasern, Endlosfasern eingesetzt werden. Werden die Fasern in Form von Langfasern oder Endlosfasern eingesetzt, so können diese als Faserstränge, Matten, Gewebe, Gewirke oder Rovings eingesetzt werden. Bevorzugt werden die Fasern in Form von Fasermatten eingesetzt. Geeignete Fasern sind zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstofffasern, Mine- ralfasern, Aramidfasern oder deren Mischungen. Besonders bevorzugt werden Glasfasern eingesetzt.
Der innere Kern ist vorzugsweise in Form eines Stabes ausgebildet. Hierbei kann der Stab jeden beliebigen Querschnitt annehmen. Auch ist es möglich, dass der Stab Bereiche unterschiedlichen Querschnittes aufweist. Besonders bevorzugt weist der Stab jedoch einen zylinderförmigen Querschnitt auf. Der Stab kann sowohl massiv als auch als Hohlstab ausgebildet sein. Durch Ausbildung des Stabes als Hohlstab kann Material und damit Gewicht des Stabes eingespart werden und die Knicklast erhöht werden. Alternativ kann dieser auch mit einem weiteren Material gefüllt sein.
Um einen besseren Halt des äußeren Kerns auf dem inneren Kern zu gewährleisten ist es möglich, den inneren Kern zum Beispiel mit einer Oberflächenstruktur zu versehen oder wahlweise mittels Plasma vorzubehandeln. Bevorzugt wird eine Plasmabehand- lung welche zur Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen den verwendeten Materialien des Isolators führt. Es ist zum Beispiel auch möglich, den inneren Kern in Form einer Schnecke, mit einem oder mehreren Schneckenstegen oder zum Beispiel auch mit ringförmig umlaufenden Rippen zu versehen. Weiterhin ist zum Beispiel auch möglich Vertiefungen oder Erhöhungen in beliebiger Form auf den inneren Kern zu bringen.
Der äußere Kern, der den inneren Kern umschließt, wird aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigt. So eignen sich zum Beispiel Kunststoffe, Glas oder Keramiken. Bevorzugt wird als Material für den äußeren Kern ein Kunststoff, bevorzugt ein verstärkter Kunststoff eingesetzt. Weitere bevorzugte Werkstoffe für den äußeren Kern sind Silikone.
Bevorzugt als Werkstoff für den äußeren Kern werden duroplastische oder thermoplastische Kunststoffe eingesetzt, insbesondere verstärkte Thermoplaste.
Für den äußeren Kern geeignete thermoplastische Werkstoffe sind zum Beispiele Po- lyolefine, beispielsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), Polyvinylverbindun- gen wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid, Polyvinylester, beispielsweise Polyvinylacetat, Polyvinylacetale, Polyvinylether, Polyvinyliactame oder Polyvinylami- ne. Weiterhin können als Thermoplasten auch Styrolpolymere, beispielsweise Poiysty- rol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, kautschukmodifiziertes Polystyrol (PS) oder katu- schukmodifizierte Styrolcopolymere eingesetzt werden. Weiterhin geeignet sind Polymere der (Meth)acrylsäure und ihre Derivate. Dies sind zum Beispiel Polyacrylsäure, Poly(meth)acrylsäureester wie Polyacrylate oder Polymethylmethacrylat, oder Polyacrylamid. Weiterhin geeignet sind zum Beispiel Polycarbonate, Polyoxymethylen, Po- lyphenylenether, Fluorpolymere beispielsweise Polytetrafluorethylen, Polyaromaten wie Polyphenylensulfid, Polyethersulfon, Polysulfon, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyarylat, Polyimide, Polyamide, Polychinoxaline, Polyamidimide, Polychinoline, PoIy- benzimidazole. Weitere geeignete Thermoplaste sind Polyester, beispielsweise Polye- thylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyacrylnitril und Polyurethane wie ther- moplastische Polyurethane sowie thermoplastische Elastomere.
Das thermoplastische Material kann verstärkt oder unverstärkt eingesetzt werden. Bevorzugt wird das thermoplastische Material verstärkt eingesetzt. Zur Verstärkung eignen sich alle, dem Fachmann bekannten Füll- und Verstärkungsstoffe. Geeignete FuII- oder Verstärkungsstoffe sind zum Beispiel Glaspulver, Glaskugeln, Glasfasern, Mineralfasern, Mineralpulver, Ruß, Whisker, Aluminiumhydroxid, Metalloxide wie Aluminiumoxid oder Eisenoxid, Glimmer, Quarzmehl, Kalziumcarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid oder Wollastonit.
Das Material für den äußeren Kern kann massiv oder geschäumt vorliegen. Bevorzugt wird der äußere Kern geschäumt. Vorteil eines geschäumten äußeren Kernes ist, dass dieser eine geringere Masse gegenüber einem massiven äußerer Kern aufweist.
In einer Ausführungsform der Erfindung liegt der äußere Kern in Form einer Schüttung aus einem elektrisch isolierenden Material vor. Als Material für die Schüttung eignet sich jedes beliebige als Haufwerk vorliegende Material. Um eine verbesserte Stabilität des äußeren Kerns zu erzielen, ist es möglich, nach dem Einbringen der Schüttung das Material zu sintern. Es kann aber auch als lose Schüttung enthalten sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass der äußere Kern mehrteilig aufgebaut ist. Wenn der äußere Kern mehrteilig aufgebaut ist, so ist es zum Beispiel möglich, dass zumindest zwei Segmente übereinander um den inneren Kern gestapelt werden. Die einzelnen Segmente haben dabei vorzugsweise jeweils die gleiche Form. Es ist jedoch auch möglich, zum Beispiel Segmente unterschiedlicher Geometrie zur Bildung des äußeren Kerns übereinander zu setzen bzw. zu schichten. Wenn Segmente unterschiedlicher Geomet- rie übereinander gesetzt werden, so ist es weiterhin möglich, dass durch diese ein wiederholendes Muster gebildet wird.
Neben dem Übereinanderstapeln der Segmente ist es weiterhin möglich, dass die Segmente zur Bildung des äußeren Kerns Schalensegmente sind, die jeweils einen Teil des Kerns in axialer Richtung umschließen und mehrere der Schalensegmente den gesamten äußeren Kern bilden. So können zum Beispiel zwei Halbschalen vorgesehen sein, die den inneren Kern jeweils zur Hälfte umschließen und durch Zusammenfügen einen geschlossenen äußeren Kern um den inneren Kern bilden. Neben zwei Halbschalen ist aber auch jede beliebige andere Anzahl an Elementen, zum Bei- spiel drei oder mehr Elemente zum Umschließen des inneren Kerns möglich. Weiterhin ist es auch denkbar, dass die Höhe der Schalensegmente nicht der Gesamtlänge des inneren Kerns entspricht, so dass zur gesamten Umhüllung des inneren Kern zusätzlich mehrere Schalensegmente übereinander gestapelt werden.
Um die elektrischen Isolationseigenschaften des Isolators zu gewährleisten ist der äußere Kern erfindungsgemäß von einem Mantel umschlossen. Der Mantel wird dabei vorzugsweise aus einem Silikonkautschuk, einem duroplastischen Werkstoff oder einer Keramik gefertigt. Geeignete duroplastische Werkstoffe sind die gleichen, wie sie auch zur Herstellung des inneren Kern verwendet werden können. Die duroplastischen Werkstoffe können dabei gefüllt oder ungefüllt sein, bevorzugt sind die duroplastischen Werkstoffe ungefüllt. Wenn der Duroplast gefüllt ist, so werden Füllstoffe eingesetzt, die nicht elektrisch leitend sind. Geeignete Füllstoffe in diesem Fall sind insbesondere Glasfasern oder Glaskugeln.
Bevorzugt wird der Mantel aus einem Silikonkautschuk gefertigt. Vorteil der Verwendung von Silikonkautschuk ist dessen Witterungsbeständigkeit sowie die hohe Kriechstromfestigkeit. Ganz besonders bevorzugt wird ein Flüssigsilikonkautschuk oder ein Festsilikonkautschuk eingesetzt.
Zur Herstellung des Mantels geeignete Silikonkautschuke haben im Allgemeinen eine Struktur der allgemeinen Formel (I):
Darin bedeuten R1 bis R8 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff C1- bis C5- Alkyl, C6- bis C12-Aryl, C5- bis C12-Cycloalkyl, C2- bis C8-Alkenyl, wobei die genannten Reste jeweils durch funktionelle Gruppen, Aryl, Alkyl, Aryloxy, Alkyloxy, Halogen, Hete- roatome und/oder Heterocyclen substituiert sein können.
Besonders bevorzugt als Silikonkautschuk werden Methyl-Silikon, Vinyl-Methyl-Silikon, Phenyl-Vinyl-Methyl-Silikon und Fluoro- Vinyl-Methyl-Silikon eingesetzt.
Die Verwendung von Silikonkautschuk für den Mantel ist etabliert und hat den Vorteil, dass eine Kriechwegbildung, zum Beispiel durch eine Karbonisierung der Oberfläche, durch elektrische Überschläge an der Oberfläche weitgehend vermieden wird. Weiter- hin sind Oberflächen aus Silikonkautschuk im Allgemeinen selbstreinigend und resistent gegen Umwelteinflüsse.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Isolators. Das Verfah- ren umfasst folgende Schritte:
(a) Formen des inneren Kerns aus einem gegebenenfalls verstärkten Kunststoff, Glas oder einer Keramik,
(b) Bilden des äußeren Kerns,
(c) Formen des Mantels zur Umhüllung des äußeren Kerns.
Das Formen des inneren Kerns in Schritt (a) kann durch jedes beliebige, dem Fach- mann bekannte Verfahren erfolgen. Wenn als Material für den inneren Kern zum Beispiel eine Keramik verwendet wird, so erfolgt das Formen vorzugsweise durch Pressen und anschließendes Sintern. Bei Verwendung von Glas als Material für den inneren Kern wird dieser vorzugsweise durch Gießen geformt.
Wenn zur Herstellung des inneren Kerns faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt werden, wird der innere Kern zum Beispiel durch ein Wickelverfahren, ein Spritzgussverfahren, ein Gießverfahren oder ein Pressverfahren hergestellt. Insbesondere wenn Kurzfasern oder Faserstränge eingesetzt werden, ist es auch möglich, den inneren Kern zum Beispiel durch Extrusion zu formen. Bei Verwendung von ungefüllten Kunst- Stoffen können ebenfalls Spritzguss-, Extrusions-, Gieß- oder Pressverfahren eingesetzt werden. Insbesondere bei Einsatz von Matten, Geweben, Gewirken oder Rovings zur Verstärkung wird der innere Kern im Allgemeinen durch ein Wickelverfahren geformt.
Nach der Herstellung des inneren Kerns wird der äußere Kern gebildet. Hierbei ist es einerseits möglich, den äußeren Kern zunächst herzustellen und anschließend auf den inneren Kern aufzusetzen. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, den äußeren Kern auf den inneren Kern aufzuschieben oder aufzuschrauben.
Wenn der äußere Kern in Form von einzelnen Segmenten gestaltet ist, so werden diese um den inneren Kern positioniert und miteinander verbunden. Bei einem mehrteiligen Aufbau des äußeren Kerns in mehreren Schichten können die einzelnen Schichtelemente auf den inneren Kern aufgesetzt und anschließend miteinander verbunden werden. Das Verbinden der einzelnen Segmente kann durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen. So ist es zum Beispiel möglich, die Kontakt- flächen anzuschmelzen und hierdurch die einzelnen Segmente miteinander zu verbinden. Weiterhin ist es auch möglich, die einzelnen Segmente zum Beispiel durch Klebeverfahren miteinander zu verbinden. Zur Herstellung des äußeren Kerns können prinzipiell die gleichen Verfahren eingesetzt werden wie zur Herstellung des inneren Kerns. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, zum Beispiel den äußeren Kern und den inneren Kern gleichzeitig durch ein Coextrusionsverfahren oder sequentiell in einem Mehrkom- ponentenspritzgussverfahren herzustellen. Auch ist es möglich, zunächst den inneren Kern zu fertigen, diesen dann in eine Spritzgussform oder Gießform einzulegen und anschließend mit dem Material für den äußeren Kern zu umgießen, zu umspritzen oder zu umschäumen. Alternativ kann auch ein Umformen des inneren Kerns im Extrusi- onsverfahren erfolgen.
Wenn der innere Kern eine Oberfläche zum Beispiel in Form einer Schnecke aufweist, so dass zumindest ein Gewindegang gebildet wird, so ist es zum Beispiel auch mög- lieh, den äußeren Kern mit einem entsprechenden Innengewinde zu versehen und auf den inneren Kern aufzuschrauben. Der Gewindegang muss nicht durchgängig ausgeführt sein und kann auch lediglich zum Zwecke der Fixierung für nachfolgende Prozesse notwendig sein.
Das Formen des Mantels zur Umhüllung des äußeren Kerns kann zum Beispiel ebenfalls durch ein Spritzgussverfahren, durch Gießen, Schäumen, Wickeln oder Pressen erfolgen. Weiterhin eignen sich zum Formen des Mantels zum Beispiel auch Sprühoder andere Beschichtungsverfahren.
Wenn der äußere Kern aus mehreren einzelnen Segmenten gefertigt wird, die um den inneren Kern positioniert werden oder der äußere Kern zunächst geformt wird und anschließend auf den inneren Kern aufgesetzt wird, ist es möglich, vor dem Aufsetzen des äußeren Kerns auf den inneren Kern den Mantel auf den äußeren Kern aufzubringen. Das Aufbringen des Mantels auf die Segmente erfolgt in diesem Fall ebenfalls durch die gleichen Verfahren wie das Aufbringen des Mantels auf den gesamten äußeren Kern.
Wenn der äußere Kern aus einer Schüttung gefertigt wird, so ist es bevorzugt, zunächst den inneren Kern und den Mantel zu formen und daran anschließend zur BiI- düng des äußeren Kerns eine Schüttung zwischen den inneren Kern und den Mantel einzubringen. Hierzu ist es möglich, den inneren Kern und den Mantel zunächst in eine Form aufzunehmen. Wenn eine Schüttung zur Bildung des äußeren Kerns eingesetzt wird, so kann diese nach dem Einbringen zum Beispiel gesintert werden, um einen stabilen äußeren Kern zu erzielen. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel durch eine obere und eine untere Abdeckung, die den Raum zwischen dem inneren Kern und dem Mantel abschließt, die Schüttung an ihrer Position zu halten und in einem Nach- folgeprozess mit aushärtendem/vernetzendem Material zu umgießen, umspritzen oder umschäumen.
Wenn der äußere Kern aus einer Schüttung gefertigt wird, die anschließend gesintert wird, ist es alternativ auch möglich, zunächst den inneren Kern zu formen, diesen in eine Form einzusetzen, anschließend die Schüttung für den äußeren Kern einzubringen und zu sintern und nach dem Sintervorgang den Mantel aufzubringen. Auch bei einem geschäumten Material für den äußeren Kern kann zunächst der äußere Kern auf den inneren Kern aufgebracht werden und anschließend der äußere Kern mit dem Mantel versehen werden.
Bei Einsatz eines geschäumten äußeren Kerns ist es ebenfalls möglich, zunächst den inneren Kern und den Mantel zu formen und anschließend den geschäumten äußeren Kern. Hierzu wird zum Beispiel eine treibmittelhaltige Polymerschmelze oder ein schaumbildendes Reaktivsystem zwischen inneren Kern und Mantel gefüllt und anschließend zum Schaum unter Druck- und Temperaturänderung aufschäumt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit die Schaumstruktur mittels einer nicht treibmittelhaltigen Polymerschmelze und der Zuführung eines Gases zu erzeugen.
Wenn der äußere Kern aus einem geschäumten Polymermaterial gefertigt wird, ist es zum Beispiel möglich, ein treibmittelhaltiges Granulat oder treibmittelbeladene Schmelze einzusetzen. Bei der Herstellung des äußeren Kerns mittels des aufgeschmolzenen treibmittelbeladenen Polymers expandiert/reagiert das Treibmittel und führt so zur Ausbildung eines Schaumes. Weiterhin ist es auch möglich, zum Beispiel Monomere oder Oligomere einzusetzen, die miteinander unter Freisetzung eines als Treibmittel dienenden Nebenproduktes reagieren. Weiterhin kann auch ein zusätzliches Treibmittel zugegeben sein, so dass bei der Reaktion ein Schaum entsteht. Das zum Aufschäumen eingesetzte Treibmittel ist zum Beispiel aktivierbar, um ein gezieltes Auf- schäumen auszulösen. So kann das zugegebene Treibmittel zum Beispiel durch Temperatur-, Druckänderung, UV-Strahlung oder durch andere Arten des Energieeintrages aktiviert werden.
Um eine verbesserte Haftung des äußeren Kerns auf dem inneren Kern und des Man- tels auf dem äußeren Kern zu erhalten, ist es bevorzugt, dass vor dem Bilden des äußeren Kerns eine Oberflächenbehandlung des inneren Kerns und/oder vor dem Formen des Mantels eine Oberflächenbehandlung des äußeren Kerns durchgeführt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass in dem Fall, in dem zunächst der Mantel und daran anschließend der äußere Kern gebildet wird, eine Oberflächenbehandlung der Innen- fläche des Mantels durchgeführt wird. Hierbei können dem Fachmann bekannte Behandlungen zur Steigerung der Haftung oder Oberflächenrauhigkeit durchgeführt werden. Mögliche Oberflächenbehandlungen sind: Plasmabehandlung, Aufbringen von Haftvermittlern, Anschmelzen der Oberflä- che(n), Sandstrahlen, Anrauen, Glätten, Bedrucken der Oberfläche oder eine Laser- strukturierung. Es auch möglich die Oberfläche spanend zu bearbeiten, zum Beispiel ein Gewinde autzubringen.
Eine stabile Verbindung von innerem Kern und äußerem Kern bzw. äußerem Kern und Mantel kann weiterhin durch ein geeignetes Fügeverfahren erzielt werden. Hierbei können neben mechanischem Fügen von innerem Kern, äußerem Kern bzw. den Segmenten des äußeren Kerns und Mantel sowohl adhäsive als auch kohäsive Fügeverfahren verwendet werden. So ist es zum Beispiel möglich, eine stabile Verbindung dadurch zu erzielen, dass der äußere Kern auf den inneren Kern aufgeschrumpft wird bzw. der Mantel auf den äußeren Kern aufgeschrumpft wird.
Auf den Isolator werden abschließend im Allgemeinen am oberen und unteren Ende Fittings aufgebracht. Mit den Fittings lässt sich der Isolator zum Beispiel am Boden oder einem Hochspannungsmasten befestigen. Weiterhin kann ein solches Fitting zum Beispiel zur Aufnahme eines Hochspannungskabels dienen. Geeignete Fittings sind dem Fachmann bekannt und werden üblicherweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel aus Aluminium oder Eisen/-Iegierungen, gefertigt.
Das Aufbringen der Fittings erfolgt durch ein beliebiges, dem Fachmann bekanntes Verfahren. So ist es zum Beispiel möglich, die Fittings mit dem Isolator zu verpressen, zu verkrimpen, aufzunieten, anzuschrauben usw..
Verwendung findet der erfindungsgemäße ausgebildete Isolator zum Beispiel als Isolator für Hochspannungsmasten, als Bodenisolator, Hohlisolator, Phasenabstandshalter, Stützer oder als Schlaufenisolator.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Isolator, wie er zum Beispiel zur Befestigung von Hochspannungsleitungen eingesetzt wird.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Isolator dargestellt. Ein Isolator 1 um- fasst einen inneren Kern 3. Der innere Kern 3 dient insbesondere zur Aufnahme mechanischer Beanspruchungen. Solche mechanische Beanspruchungen sind zum Beispiel Zugkräfte oder Druckkräfte, die auf den Isolator wirken. Als Material für den inne- ren Kern 3 eignen sich zum Beispiel Keramik, Glas oder bevorzugt verstärkte Polyme- re. Insbesondere bevorzugt werden langglas- oder endlosfaserverstärkte Polymere eingesetzt.
Der innere Kern 3 kann, wie in der Figur dargestellt, in Form eines zylindrischen Sta- bes ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der innere Kern 3 zum Beispiel kegelstumpfförmig ist oder jede beliebige andere Geometrie aufweist. So ist es zum Beispiel auch möglich, dass sich der Durchmesser über die Länge des inneren Kerns 3 ändert, so dass dieser zum Beispiel eine wellenförmige Oberfläche aufweist. Weiterhin ist es auch möglich, dass der innere Kern 3 jeden beliebigen Querschnitt einnimmt. Neben einem zylindrischen Querschnitt ist es zum Beispiel auch möglich, dass der Querschnitt polyedrisch ist. Auch ist es zum Beispiel möglich, dass der innere Kern 3 einen elliptischen Querschnitt aufweist. Neben einem massiv ausgebildeten inneren Kern 3 ist es weiterhin auch möglich, dass der innere Kern 3 als Hohlstab ausgebildet ist. Hierbei ist es möglich, dass der Hohlstab mit konstanter oder variierender Wanddi- cke ausgeführt ist. Auch ist es möglich, dass der Querschnitt der Durchgangsöffnung im Hohlstab variiert. Üblicherweise ist jedoch der Querschnitt über die gesamte Länge des Hohlstabes konstant. Die Form des Querschnittes der durchgehenden Öffnung im Hohlstab kann beliebig sein. Besonders bevorzugt ist sie jedoch zylindrisch.
Die Oberfläche 5 des inneren Kerns 3 kann glatt, rauh oder strukturiert sein. Wenn die Oberfläche 5 des inneren Kerns 3 strukturiert ist, so kann jedes beliebige Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche eingesetzt werden. Auch ist es möglich, die Struktur bereits bei der Herstellung des inneren Kerns 3 zu erzeugen. Die Herstellung des inneren Kerns 3 erfolgt durch ein beliebiges, bereits vorstehend beschriebenes Verfahren. So ist es zum Beispiel möglich, den inneren Kern 3 durch ein Wickelverfahren, Spritzgussverfahren, Extrusionsverfahren, Gießverfahren oder Pressverfahren herzustellen.
Der innere Kern 3 wird von einem äußeren Kern 7 umschlossen. Der äußere Kern 7 wird aus einem beliebigen, elektrisch isolierenden Material gefertigt. Geeignete Materi- alien sind zum Beispiel Glas, Keramik oder Kunststoffe. Bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe eingesetzt. Diese können kompakt, geschäumt und/oder gefüllt eingesetzt werden. Als Füllstoffe eignen sich zum Beispiel Fasern, Kugeln oder Mineralstoffe.
Weiterhin ist es auch möglich, zum Beispiel ein Silikon als Material für den äußeren Kern 7 zu verwenden. Dieser kann ebenfalls kompakt, geschäumt und/oder gefüllt eingesetzt werden. Als Füllstoffe eignen sich zum Beispiel Fasern, Kugeln oder Mineralstoffe. Die Form des äußeren Kerns entspricht weitgehend der Form des Isolators. In der hier dargestellten Ausführungsform umfasst der äußere Kern mehrere Schirme 9. Die Schirme 9 können wie in der hier dargestellten Ausführungsform eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Form aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schirme 9 jede beliebige andere, dem Fachmann bekannte Form aufweisen. So können die Schirme 9 zum Beispiel in Form von Rippen, einem um den äußeren Kern 7 umlaufenden Schneckengang oder jede beliebige andere Form ausgebildet sein. Durch die Ausbildung der Schirme 9 wird die äußere Oberfläche vergrößert und bestimmt die Länge des Kriechweges des Isolators 1 zwischen dem oberen Fitting 13 und dem unte- ren Fitting 15.
Der äußere Kern 7 kann zum Beispiel einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. In der hier dargestellten Ausführungsform ist er äußere Kern einteilig ausgeführt. Bei einer einteiligen Ausführungsform ist es möglich, den äußeren Kern 7 direkt auf dem inneren Kern 3 herzustellen. Hierzu wird zum Beispiel der innere Kern 3 in eine Form eingelegt und anschließend mit dem Material für den äußeren Kern 7 umspritzt, umgössen oder umschäumt. Alternativ kann der innere Kern 3 in einem Extrusionsprozess mit dem äußeren Kern 7 umformt und verbunden werden.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, zuerst den äußeren Kern 7 herzustellen und anschließend den inneren Kern 3 einzubringen. Das Einbringen kann dabei zum Beispiel durch Einschieben erfolgen. Weiterhin ist es jedoch auch möglich, zum Beispiel den äußeren Kern 7 mit einem Innengewinde und den inneren Kern 3 mit einem Außengewinde zu versehen und den äußeren Kern 7 auf den inneren Kern 3 aufzuschrauben. Auch ist es möglich, den äußeren Kern 7 in einzelnen Segmenten zu fertigen und diese anschließend auf den inneren Kern 3 aufzusetzen. Hierbei kann ein Segment zum Beispiel einen oder mehrere Schirme 9 umfassen. Die Segmente werden im Allgemeinen nacheinander auf den inneren Kern 3 aufgesetzt. Alternativ ist es auch möglich, den äußeren Kern 7 in Form von Schalensegmenten auszubilden, die um den inneren Kern 3 gruppiert und miteinander verbunden werden. Das Verbinden der einzelnen Segmente kann zum Beispiel durch Anschmelzen der Oberflächen und anschließendes Verschweißen, Verkleben oder beliebige andere geeignete Fügeverfahren erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, den inneren Kern 7 durch eine Schüttung zu bilden. Als Material für die Schüttung wird zum Beispiel ein Pulver oder ein Granulat aus einem elektrisch isolierenden Material eingesetzt. Die einzelnen Pulver- bzw. Granulatkörner des Haufwerks der Schüttung können dabei jede beliebige Form einnehmen. Der äußere Kern 7 ist von einem Mantel 11 umschlossen. Als Material für den Mantel 11 eignen sich ebenfalls Glas, Keramik oder Kunststoffe sowie Silikonkautschuke. Besonders bevorzugt als Material für den Mantel 11 sind jedoch Silikonkautschuke, insbesondere Flüssig- oder Festsilikonkautschuke. Der Mantel 11 kann, nach dem Aufbringen des äußeren Kerns 7 auf den inneren Kern 3, durch ein beliebiges Verfahren aufgebracht werden. So ist es zum Beispiel möglich, den Mantel durch Spritzgießen, Gießen, Pressen oder ein beliebiges Beschichtungsverfahren adhäsiv, kohäsiv oder mechanisch aufzubringen. Alternativ ist es auch möglich, zunächst den Mantel 11 auf den äußeren Kern 7 aufzubringen und anschließend den äußeren Kern 7 auf den inneren Kern 3. Dies ist auch dann möglich, wenn der äußere Kern 7 in Form einzelner Segmente auf den inneren Kern 3 aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen der einzelnen Segmente des äußeren Kerns 7 werden die jeweiligen Mantelteile miteinander verbunden und bilden eine geschlossene Oberfläche.
Um eine bessere Haftung des äußeren Kerns 7 auf dem inneren Kern und des Mantels 11 auf dem äußeren Kern 7 zu erzielen ist es möglich, die Oberfläche 5 des inneren Kerns 3 und/oder die Oberfläche 17 des äußeren Kerns 7 einer Oberflächenbehandlung zu unterziehen. Alternativ ist es auch möglich, insbesondere wenn zunächst der Mantel 11 und dann der äußere Kern 7 gefertigt wird, die innere Oberfläche des Man- tels 11 einer Oberflächenbehandlung zu unterziehen.
Wenn der äußere Kern 7 in Form einer Schüttung ausgebildet ist, so ist es auch möglich, zuerst den inneren Kern 3 und den Mantel 11 zu fertigen und in eine Form einzusetzen und anschließend mit dem Material für die Schüttung des äußeren Kerns 7 zu befüllen.
Abschließend wird der Isolator 1 mit einem oberen Fitting 13 und einem unteren Fit- ting 15 versehen. Das obere Fitting 13 und das untere Fitting 15 können gleiche oder unterschiedliche Formen aufweisen und aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Die Befestigung des oberen Fittings 13 und des unteren Fittings 15 erfolgt in der hier dargestellten Ausführungsform durch Aufsetzen auf den inneren Kern 3. Dies kann zum Beispiel durch ein dem Fachmann bekanntes Verfahren, wie Vernieten, Verkrimpen, Aufschrauben oder ähnliche Befestigungsverfahren erfolgen. Auch ein Verkleben des inneren Kerns 3 mit dem Fitting 13, 15 ist denkbar. Neben der Befestigung des Fittings auf dem inneren Kern 3 ist es auch möglich, dass Fitting 13, 15 zum Beispiel am äußeren Kern 7 zu befestigen. Weiterhin kann das Fitting 13, 15 auch den äußeren Kern und den Mantel teilweise umschließen. Bezugszeichenliste
Isolator innerer Kern
Oberfläche des inneren Kerns 3 äußerer Kern
Schirm
Mantel oberes Fitting unteres Fitting
Oberfläche des äußeren Kerns 7

Claims

Patentansprüche
1. Isolator zur elektrischen Isolierung gegenüber unterschiedlichen elektrischen Potentialen, umfassend einen inneren Kern (3) aus einem gegebenenfalls ver- stärkten Kunststoff, Glas oder einer Keramik und einen äußeren Kern (7) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) von einem Mantel (11) aus einem Silikonkautschuk, einem duroplastischen Werkstoff oder einer Keramik umschlossen ist.
2. Isolator gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kern (3) aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.
3. Isolator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Kern (3) in Form eines Stabes ausgebildet ist.
4. Isolator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) aus einem verstärkten Kunststoff, vorzugsweise einem verstärkten Thermoplasten gefertigt ist.
5. Isolator gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) kompakt oder geschäumt ausgeführt ist.
6. Isolator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) aus Glas oder einer Keramik gefertigt ist.
7. Isolator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) eine Schüttung aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ist.
8. Isolator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) mehrteilig aufgebaut ist.
9. Isolator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (11) aus einem Flüssigsilikonkautschuk gefertigt ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Isolators gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, folgende Schritte umfassend:
a. Formen des inneren Kerns (3) aus einem gegebenenfalls verstärkten
Kunststoff, Glas oder einer Keramik, b. Bilden des äußeren Kerns (7),
c. Formen des Mantels (11) zur Umhüllung des äußeren Kerns.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bilden des äußeren Kerns (7) eine Oberflächenbehandlung des inneren Kerns (3) und/oder vor dem Formen des Mantels (11) eine Oberflächenbehandlung des äußeren Kerns (7) durchgeführt wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) auf den inneren Kern (3) aufgebracht wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des äußeren Kerns (7) auf den inneren Kern (3) der Mantel (11 ) auf den äu- ßeren Kern (7) aufgebracht wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Kern (7) aus mehreren einzelnen Segmenten gefertigt wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente des äußeren Kerns (7) nacheinander auf den inneren Kern (3) aufgebracht werden.
16. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der innere Kern (3) und der Mantel (11 )geformt werden und anschließend zur
Bildung des äußeren Kerns eine Schüttung aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen den inneren Kern (3) und den Mantel (11 Eingebracht wird.
17. Verwendung des Isolators gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Isolator für Hochspannungsmasten, als Bodenisolator, Hohlisolator, Phasenabstandshalter,
Schlaufenisolator oder als Stützer.
EP09713271A 2008-02-18 2009-02-18 Isolator zur elektrischen isolierung sowie verfahren zu seiner herstellung und verwendung Withdrawn EP2257951A1 (de)

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