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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffverbundisolators
dessen Strunk einen faserverstärkten
Kunststoffkern und um diesen Kern herum den Mantel einer Schirmhülle enthält, wobei die
Schirmhülle
aus dem Mantel und mindestens einem um den Strunk spiralförmig laufenden
Schirm gebildet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
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Hochspannungsisolatoren
für Freileitungen
werden seit langer Zeit aus keramischen, elektrisch isolierenden
Materialien wie Porzellan oder Glas hergestellt. Daneben gewinnen
Isolatoren, die eine Seele aus einem Fasern und Kunststoff enthaltenden
Materialverbund und eine Schirmhülle
aus Kunststoff enthalten, zunehmend an Bedeutung, weil sie sich
durch eine Reihe von Vorteilen auszeichnen, zu denen neben einem
geringeren Eigengewicht auch eine verbesserte mechanische Beständigkeit
gegenüber
Projektilen aus Schußwaffen
zählt.
Die Schirmhüllen
solcher Verbundisolatoren sind dabei üblicherweise mit einer größeren Zahl
an etwa senkrecht um den Strunk laufenden, tellerfömigen Schirmen
ausgestattet.
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Verbundisolatoren
weisen gegenüber
konventionellen Isolatoren aus Glas oder Porzellan den Vorteil auf,
daß sie
exzellente Isolationseigenschaften beim Einsatz in Gebieten mit
stark verschmutzter Atmosphäre besitzen,
da sie weitgehend schmutzabweisend sind und teilweise auch Verschmutzungen
isolierend einzukapseln vermögen.
Deshalb werden Verbundisolatoren mit Schirmhüllen aus Silikongummi zunehmend
dazu verwendet, bestehende Freileitungen mit elektrischen Isolationsproblemen,
die aus atmosphärischen
Verunreinigungen resultieren, zu ertüchtigen, indem man die konventionellen
Isolatoren aus Porzellan oder Glas gegen Verbundisolatoren mit einer
Schirmhülle
aus Silikongummi austauscht.
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Für viele
Anwendungen werden Hochspannungsisolatoren in Verbundbauweise mit
tellerförmigen Schirmen
eingesetzt, insbesondere für
Freileitungen. Die Herstellung von Verbundisolatoren ist grundsätzlich bekannt.
Sie können
beispielsweise gemäß DE-C2-27
46 870 hergestellt werden, indem ein harzgetränkter Glasfaserkern (GFK =
Glasfaser-verstärkter
Kunststoff) durch Extrusion mit Silikonkautschuk umhüllt wird
und einzeln vorgefertigte tellerförmige Schirme mit radialer
Vorspannung auf einen umhüllten
Glasfaserkern aufgeschoben und mit der Umhüllung zusammenvulkanisiert
werden. Der für
den Isolatorbetrieb erforderliche Kriechweg kann vor allem durch
die Zahl und den Durchmesser der Schirme erhalten werden. Die Fuge
zwischen dem den Glasfaserkern umhüllenden Mantel, also der Strunkoberftäche, und
der Ausnehmung in den tellerförmigen
Schirmen ist hierbei eine potentielle Fehlstelle, wenn der Produktionsprozeß nicht
sicher beherrscht wird und die Fugen nicht dicht geschlossen werden.
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DE-A1-42
02 653 lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundisolators
durch Spritzgießen
einer Schirmhülle
um einen Kern, um Fugen zwischen dem Mantel und den tellerförmigen Schirmen
einer Schirmhülle
zu vermeiden, und eine Vorrichtung zum Spritzgießen dieser Isolatoren.
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Es
sind Hochspannungsisolatoren bekannt, die spiralförmige Schirme
besitzen: SU 659382 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines
Hochspannungsisolators aus Porzellan, der mit Hilfe eines Extruders
mit einer rotierenden Scheibe, die eine Öffnung für die keramische Masse enthält, mit
spiralförmigen
Rippen geformt wird; Einzelheiten zu der rotierenden Scheibe sind
nicht angegeben. CH-A5-640 666 lehrt einen Verbundisolator mit spiralförmigen Schirmen,
bei dem ein vorgefertigtes rippenförmiges Elastomerprofilband
um einen GFK-Kern gewunden und anvulkanisiert wird. Nach CA-A1-2,046,682
soll ein ähnliches
rippenförmiges
Elastomerprofilband mit einem parallelogrammförmigen Querschnitt für den Mantel
um einen isolierenden Kern wie z. B. ein GFK-Rohr gewunden und anvulkanisiert
werden. Entsprechend EP-B1-0 161 265 wird ein dünnes, schirmebildendes, schraubenförmiges Band
aus Silikonkautschuk auf einem Teller geformt, abgehoben und um
einen GFK-Kern gewickelt und angeklebt; dieses Verfahren weist einige
Mängel
auf: Es ist aufgrund des Herstellverfahrens nicht möglich, das
Schirmband so aufzubringen, daß keine
Schirmdeformationen entstehen. Der Nylonfaden im Bereich der Schirmwurzel
vermag dieses Problem nicht zu lösen,
da es durch diesen Faden vielmehr zu zerstörerischen Glimmentladungen
in der Grenzfläche
Faden/Schirm kommen kann. Der Kleber zur Befestigung des Schirmbandes
am GFK-Kern dient laut Patentschrift auch dazu, den GFK-Kern in den
Schirmzwischenräumen
zu schützen;
diese extrem dünne
Schicht scheint aber nicht in der Lage zu sein, sicheren Schutz
zu bieten, besonders nicht beim Auftreten von stromstarken Teillichtbögen auf
der Isolatoroberfläche.
Die sich durch die geringe Schirmdicke ergebende kurze Klebefuge
ist ebenfalls eine Schwachstelle, weil sie sehr durchschlaggefährdet ist.
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FR-A-2
363 170 lehrt Kunststoffverbundisolatoren, bei denen durch Aufbringen
von spiralförmigen Bändern mit
angeformten Schirmen spiralförmige
Schirme und hierdurch zwischen den Rändern der spiralförmigen Bänder Fugen
gebildet wurden. US-A-3,786,175 beschreibt Kunststoffverbundisolatoren
mit Schirmen, die sich parallel zu einander in einer Ebene befinden,
die sich nicht senkrecht zur Längsachse
des Isolators erstreckt und die über
Formenhälften
angeformt werden können,
die Nähte
erwarten lassen.
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Die
oben erwähnten
Fertigungsverfahren für
Kunststoffverbundisolatoren führen
zu Fugen oder/und Nähten
und somit leicht zu elektrotechnischer Beeinträchtigung. Sie weisen außerdem den
Nachteil auf, daß besonders
viele Arbeitsgänge
für die
Herstellung erforderlich sind und daher bezüglich Arbeitszeit und Energieeinsatz
außerordentlich
kostenintensiv sind.
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Der
Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Verbundisolatoren mit einer höheren Funktionssicherheit und
besseren elektrotechnischen Kenndaten sowie gleichzeitig eine Vorrichtung
zur Herstellung von derartigen Verbundisolatoren bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2 und durch eine
Vorrichtung nach Patentanspruch 10 und 11.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, daß die
Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundisolatoren
entgegen der Einschätzung
der Fachwelt deutlich einfacher erfolgen kann. Außerdem ergab
sich, daß die Verschmutzung
des Isolators geringer ist und Schmutz leichter abgespült werden
konnte als bei vergleichbaren Verbundisolatoren mit tellerförmigen Schirmen.
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Der
Kunststoffkern der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hegestellten
Verbundisolatoren kann mit Fasern aus einem alkaliarmen Glas verstärkt sein.
Er kann insbesondere zylindrisch, bauchig gewölbt oder konisch ausgebildet
sein und gibt somit die Grundform des Strunkes vor. Der Kunststoffkern
kann ein Vollstab oder ein Hohlkörper
sein, bevorzugt in Form eines Rohres oder eines Hohlkonus.
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Als
Material für
die Schirmhülle
wird vorzugsweise ein Silikongummi verwendet, dessen Shore A Härte mehr
als 40, insbesondere 60 bis 90, beträgt. Hierfür kann bevorzugt HTV Kautschuk
(HTV = Heiß-Temperatur-vernetzend)
eingesetzt werden. Die Schirmhülle
kann Kautschuk enthalten, der bei erhöhter Temperatur – in der
Regel 50°C
bis 200°C – vulkanisierbar
ist, insbesondere EPDM (Terpolymer aus Ethylen, Propylen und einem
Dien, mit dem ungesättigten
Teil des Diens an der Seitenkette) oder/und EPM (Ethylen-Propylen-Copolymer),
Polyvinyldimethylsiloxan und Füllstoffe,
vorzugsweise mit Hilfe von Peroxiden vernetzt, oder allgemeiner
Polyorganodimethylsiloxane. Weitere Arten geeigneten HTV Silikonkautschuks
umfassen MQ, FMQ, PMQ und VMQ entsprechend DIN ISO 1629. Die Schirmhülle weist üblicherweise
eine glatte Oberfläche
ohne Längsnähte und
ohne Quernähte
auf. Eine besonders glatte Oberfläche ist wegen geringerer Verschmutzungsneigung
und besserer Isolierwirkung vorzuziehen. Der Mantel ist vorzugsweise
von im wesentlichen gleicher Stärke
oder mit Rippen, Rillen oder Wellen konturiert, vorzugsweise spiralförmig umlaufend,
so daß Wasser
gut ablaufen kann. Die Oberseite der spiralförmigen Schirme ist in der Regel
konvex geformt, während
die Unterseite der spiralförmigen
Schirme häufig
konkav geformt ist. Die Unterseite der spiralförmigen Schirme kann eine Wellung
oder mindestens eine Rippe oder mindestens eine Rille aufweisen,
die helfen, Kriechwege zu verlängern,
die Schirme zu versteifen und fließendes Wasser, das auch Schmutz
abtransportieren kann, abzulenken. Diese Schirmkonturen können auch
radial zum Strunk oder nach außen
laufend geführt
werden. In der Regel sind die Übergänge zwischen
der Oberfläche
der Schirme und der Oberfläche
des Mantels verrundet oder bei sehr geringem Abstand zwischen zwei
Schirmen von einem Schirm zum nächsten
Schirm kontinuierlich verwndet. Die Sehne der die Oberseite der
Schirme in Längsrichtung
des Isolators schneidenden Querschnittsfläche schließt üblicherweise mit der Längsrichtung
L einen Winkel α von
30° bis
80° ein.
Die spiralförmigen
Schirme können
seitlich zu den Strunkenden hin Ausläufe aufweisen, bei denen die
Ausladung der Schirme üblicherweise
kontinuierlich bis zum Ansatz am Strunk abnimmt. Eine beispielhafte
Ausführung
zeigt mindestens einen spiralförmigen
Schirm, der im mittleren Bereich des Strunkes unterbrochen ist und
seitlich von dieser Unterbrechung Ausläufe oder im Bereich der Unterbrechung
eine verringerte Ausladung aufweist. Andere Ausführungen können sich dadurch auszeichnen,
daß sie
mindestens einen spiralförmigen
Schirm führen,
der mit einem über
die Länge
variierenden Schirmquerschnitt versehen ist oder daß mindestens
ein spiralförmiger
Schirm erst in größerem Abstand
von einer Kappe mit einem Auslauf angeformt ist. Der Verbundisolator
kann mindestens zwei spiralförmige
Schirme aufweisen, die einen von einander abweichenden Schirmquerschnitt
zeigen. Er kann zumindest in einem Bereich des Strunkes mit einer
in Längsrichtung
dichten Folge von Schirmabschnitten – ähnlich einem Kamm – ausgestattet
sein. Der Abstand der Schirmabschnitte in einem Längsschnitt
kann, beispielsweise aufgrund des geänderten Neigungswinkels oder
einer größeren Zahl
von spiralförmigen
Schirmen, über
die Länge
des Strunkes variieren. Allein durch die Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Dreheinrichtung am Mundstück
oder der Dreheinrichtung für
den Kunststoffkern kann auf sehr einfache Weise eine Verdichtung
der Schirmabschnitte und eine Verringerung des Neigungswinkels der Schirme
und somit eine Verlängerung
des Kriechweges vorgenommen werden. Der Neigungswinkel kann hierbei
so variiert werden, daß ein
Umlauf eines spiralförmigen
Schirmes um 360° einer
Steigungshöhe
in Längsrichtung
L von 10 mm bis weit über
1000 mm entspricht. Außerdem
können,
insbesondere wenn alle spiralförmigen
Schirme erst in einem etwas größeren Abstand
von der Kappe angeformt sind, am Strunk mindestens an einem Strunkende
ein oder mehrere tellerförmige
Schirme angeformt oder aufgebracht sein.
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Der
Kunststoffkern kann eine Länge
zwischen 10 cm und 8 m einnehmen und gibt dadurch in etwa die Länge des
gesamten Isolators vor. Die spiralförmigen Schirme können – außer an den
Enden der Ausläufe – eine Ausladung
senkrecht zum Strunk ab Oberfläche
des Mantels von 5 bis 100 mm, insbesondere von 10 bis 70 mm, besonders
bevorzugt von 15 bis 40 mm aufweisen. Der Abstand zwischen zwei
Schirmabschnitten kann in Längsrichtung
L, nahe der Oberfläche
des Mantels gemessen, 5 bis 1000 mm, insbesondere 10 bis 500 mm,
besonders bevorzugt 20 bis 100 mm betragen.
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Die
Geradheitsabweichung einer im wesentlichen geraden Linie auf der
Oberfläche
der Schirmhülle beträgt üblicher
weise nicht mehr als 0,5 mm, vorzugsweise nicht mehr als 0,3 mm,
insbesondere nicht mehr als 0,1 mm.
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Die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Schirm bieten noch weitere Vorteile: Silikongummi
ist bekanntermaßen
ein teurer Werkstoff, weil die Silikonsynthese von reinem Silizium
ausgeht. Isolatorkonstruktionen mit tellerförmigen Schirmen aus Silikongummi
sind deshalb darauf ausgerichtet, den Materialeinsatz zu minimieren,
was zu dünnen
Schirmen führt.
Dünne Schirme
aus Silikongummi, insbesondere solche größerer Ausladung sind u. U.
mechanisch instabil, sie neigen zur Deformation während Lagerung
und Transport und können
auch mechanisch leicht beschädigt
werden. Durch die Auswahl eines geeigneten Schirmquerschnitts in
Verbindung mit dem Neigungswinkel und gegebenenfalls unter Verwendung
von Rillen, Rippen oder Wellungen an den Schirmunterseiten können die
Schirme bei gleichem oder noch größerem Kriechweg mit einer kleineren
Ausladung versehen werden als tellerförmige Schirme und gewinnen
dabei durch die versteifende Wirkung der Kontur an den Schirmunterseiten
für dieses
weiche flexible Material einen erheblichen Grad an mechanischer
Stabilität.
Der Materialeinsatz für
die Schirme mit Rillen, Rippen oder Wellungen ist gering und wird
bei weitem durch die dadurch gewonnene Kriechweglänge kompensiert,
da eine Verlängerung
des Kriechweges bei flachen tellerförmigen oder spiralförmigen Schirmen
nur über
die Durchmesservergrößerung erreicht
werden kann, die in die Materialrechnung quadratisch eingeht.
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Die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Verbundisolatoren weisen weder Fugen, noch üblicherweise
Nähte auf.
An solchen Nähten,
die meistens ein senkrecht auf der Schirmhülle stehendes, in Längsrichtung
des Isolators verlaufendes Häutchen
aufweisen, können
sich Schmutzpartikel lokal anhäufen und
elektrotechnisch störend
auswirken. Die gekrümmten
und geneigten spiralförmigen
Schirme sind besonders bei Regen von Vorteil, da das Regenwasser
nicht die Spirale nach unten abläuft,
sondern aufgrund der Schirmform nach außen abgelenkt wird und abtropft.
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Es
ist bekannt, daß an
allen Arten Hochspannungsisolatoren im Betrieb sichtbare elektrische
Entladungen und Teillichtbögen
auftreten können.
Diese Entladungen sind sehr intensiv und insbesondere am spannungsseitigen
Ende des Isolators im Bereich des Strunkes zwischen Kappe und dem
ersten hinter der Kappe folgenden Schirm energiereich. Beobachtungen
haben ergeben, daß diese
Entladungen bevorzugt am Strunk und an den Strunk-nahen Teilflächen der
Schirmunterseiten auftreten. Die Entladungsintensität entlang
der Längsachse
des Isolators nimmt mit zunehmender Entfer nung vom spannungsführenden
Leiter ab. Auch bei Kunststoffverbundisolatoren mit tellerförmigen Schirmen
können
zwischen Kappe und erstem darauffolgendem Schirm – insbesondere
in Gebieten mit hoher Luftverschmutzung – Entladungen auftreten, die
Erosionen in der Schirmhülle
und in schweren Fällen
Zerstörung
der Isolatoren hervorrufen. Der tellerförmige Schirm wirkt als Barriere,
die den Auslauf der Entladungen in Richtung auf die Erdseite des
Isolators verhindert.
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Bei
dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Kunststoffverbundisolator, der nur spiralförmige Schirme
aufweist, können
die Entladungen entlang dem Strunk weiter wandern, wobei ihre Intensität abklingt.
Es entstehen hierbei keine großen
lokalen Stromdichten, die Erosionen verursachen können.
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Bei
der Herstellung von Kunststoffverbundisolatoren kann entsprechend
der Erfindung ein hoher Anteil an Kautschuk im Vergleich zu einem
konventionellen Kunststoffverbundisolator gleicher Länge und
gleichen Kriechwegs eingespart werden. Im allgemeinen ist mit einer
Ersparnis von etwa 40% zu rechnen. Die folgende Tabelle führt für zwei verschiedene
Typen jeweils für
Verbundisolatoren nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung
die entsprechenden Daten im Vergleich auf; die Kenndaten zum Gewicht
gelten für
eine diskontinuierliche Herstellung, bei der die Strunkenden nicht
gänzlich
mit einem Mantel bedeckt wurden:
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Die
Verbundisolatoren können
nach folgenden Verfahren hergestellt werden:
Ein Verfahren
zur Herstellung eines Kunststoffverbundisolators ist dadurch gekennzeichnet,
daß auf
einen faserverstärkten
Kunststoffkern ein Haftmittel aufgebracht wird, daß der so
vorbehandelte Kunststoffkern in einen Extruder oder in eine Kolbenpresse,
die einen Pinolenkopf mit einem drehbaren Mundstück aufweisen, eingeführt wird,
daß die
Transportgeschwindigkeit des Kunststoffkerns mit der Drehgeschwindigkeit
des drehbaren Mundstücks
gekoppelt ist, daß die
Masse zur Herstellung der Schirmhülle um den vorbehandelten Kunststoffkern
herum verdichtet und durch das drehbare Mundstück gepreßt wird, so daß der vorbehandelte Kunststoffkern
in Längsrichtung
mit einer einteiligen Schirmhülle
aus Mantel und Schirm/Schirmen in Form einer oder mehrerer Spiralen
versehen wird. Außerdem
kann der Kunststoffkern hierbei in einen Extruder oder in eine Kolbenpresse
drehend eingeführt
werden, wobei die Transportgeschwindigkeit des Kunststoffkerns mit seiner
Drehgeschwindigkeit gekoppelt sein kann.
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Bei
einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffverbundisolators
wird ein Haftmittel auf einen faserverstärkten Kunststoffkern aufgebracht,
wobei der so vorbehandelte Kunststoffkern in einen Extruder oder
in eine Kolbenpresse, die einen Pinolenkopf mit einem Mundstück aufweisen,
drehend eingeführt wird,
wobei die Transportgeschwindigkeit des Kunststoffkerns mit seiner
Drehgeschwindigkeit gekoppelt ist und die Masse zur Herstellung
der Schirmhülle
um den vorbehandelten Kunststoffkern herum verdichtet und durch
die Öffnung
des Mundstücks
gepreßt
wird, so daß der
vorbehandelte Kunststoffkern in Längsrichtung mit einer einteiligen
Schirmhülle
aus Mantel und Schirim/Schirmen in Form einer oder mehrerer Spiralen
versehen wird.
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Hierbei
kann das Haftmittel auf den Kunststoffkern vor dem Umhüllen mit
Masse durch Aufspritzen, Aufstreichen oder Tauchen aufgebracht werden.
Das Haftmittel dient üblicherweise
als Hilfsmittel zum Vulkanisieren und kann auf Basis Silan verwendet
werden. Es kann als Flüssigkeitsfilm
von z. B. etwa 1 μm
Stärke auf
dem Kunststoffkern aufgebracht sein.
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Die
Verfahren können
kontinuierlich oder diskontinuierlich, mit konstanter oder wechselnder
Geschwindigkeit durchgeführt
werden. Die Geschwindigkeit der Dreheinrichtungen bzw. der Transporteinrichtung kann
in weiten Grenzen variiert werden, jedoch ist darauf zu achten,
daß es
nicht aufgrund zu hoher Geschwindigkeit zu einem Abscheren zwischen
dem beschichteten Kunststoffkern und der Kautschukmasse kommt, da sonst
insbesondere die Schirme abgerissen werden können. Bei der Herstellung kann
die Größe oder/und
die Form der Öffnung
eines Mundstücks
während
des Extudierens mittels Extruder oder Kolbenpresse verändert werden,
insbesondere wenn eine geeignete Einrichtung zur Veränderung
der Öffnung
bereitgestellt ist; beispielsweise können die spiralförmigen Schirme
seitlich zu den Strunkenden hin mit Ausläufen gepreßt werden. Die Enden der spiralförmigen Schirme
können
aber auch seitlich zu den Strunkenden hin zu Ausläufen gefast, abgerundet
oder abgearbeitet werden. Die Enden der spiralförmigen Schirme können auch
einfach abgeschnitten werden, wobei ein leichtes Verrunden der Kanten
vorteilhaft ist. Bei der Herstellung der Isolatoren ist zu beachten,
daß der
Pinolenkopf beim Extrudieren vollständig und ohne Lufteinschlüsse mit
Masse gefüllt wird
und die Masse für
die Schirmhülle
ohne Lufteinschlüsse
ausgestoßen
wird. Das Herstellverfahren für
den Strunk wird im wesentlichen dadurch abgeschlossen, daß der Kunststoffkern
mit der Schirmhülle
durch Vulkanisieren verbunden wird. Das Vulkanisieren kann hinter
dem Pinolenkopf in einer Heizstrecke erfolgen. Hierbei ist zu beachten,
daß auch
der äußere Bereich
des Kunststoffkerns eine ausreichende Temperatur zum Vulkanisieren
erreicht. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung eines Haftmittels
für das
Ergebnis des Vulkanisierens sehr förderlich sein kann, weil so
eine chemische Verbindung zwischen den beiden zusammenzuvulkanisierenden
Teilen ohne Blasen und ohne Spalte erzeugt werden kann. In Blasen
oder Spalten kann sich Wasser ansammeln, das zu einer elektrotechnischen
Beeinträchtigung,
in erster Linie durch Glimmentladungen, führen kann. Glimmentladungen
können
zu Lichtbögen
führen,
die den Isolator zerstören
können.
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Die
Verbundisolatoren können
mit Hilfe der folgenden erfindungsgemäßen Vorrichtungen hergestellt werden:
Eine
Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kunststoffverbundisolators
umfaßt
einen Extruder oder eine Kolbenpresse, einen Pinolenkopf, ein Mundstück mit Öffnung und
eine Transporteinrichtung für
den Kunststoffkern und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück mit einer
Dreheinrichtung ausgestattet ist. Eine andere Vorrichtung zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Kunststoffverbundisolators
enthält
einen Extruder oder eine Kolbenpresse, einen Pinolenkopf ein Mundstück mit Öffnung und
eine Transporteinrichtung für
den Kunststoffkern, wobei die Transporteinrichtung mit einer Dreheinrichtung
für den
Kunststoffkern ausgestattet ist. Das Mundstück kann eine Profilscheibe
enthalten, die federnd gelagert ist, und birgt eine Öffnung, die
bevorzugt in einer Profilscheibe angeordnet ist. Die Öffnung kann
eine zur Transportachse des Kunststoffkerns zentrisch angeordnete
kreisförmige
Ausnehmung aufweisen, die in mindestens eine etwa zapfenförmige Ausweitung
in radialer oder abgewinkelter Richtung übergeht. Die Öffnung kann
im Bereich der etwa zapfenförmigen
Ausweitung mindestens eine Einengung oder mindestens eine von dieser
Ausweitung abzweigende zweite Ausweitung aufweisen. Sie kann mit
einer Einrichtung versehen sein, mit der die Öffnung während des Betriebs in der Größe oder/und
in der Form verändert
werden kann. Die kreisförmige
Ausnehmung der Öffnung kann
einen Durchmesser aufweisen, der mindestens 0,2 mm größer ist
als der Durchmesser des Kunststoffkerns an der zugehörigen Stelle
beim Transportieren durch die Öffnung.
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Das
zur Formgebung der Schirmhülle
dienende Profilwerkzeug kann so einfach gebaut werden, daß auf Kundenwünsche bezüglich Strunk-
und Schirm-Design schnell, flexibel und kostengünstig reagiert werden kann
und keine teuren Werkzeuge speziell für einen Typ bereitgestellt
werden müssen.
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Der
Hochspannungsisolator in Verbundbauweise, sein Herstellverfahren
und die zugehörige
Vorrichtung soll beispielhaft anhand von vier Zeichnungen verdeutlicht
werden:
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1 zeigt einen Ausschnitt
eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Kunststoffverbundisolators. Der mittlere Abschnitt
des Isolators 1 enthält
einen Strunk 2 und einen spiralförmig hierum gewundenen Schirm 6.
Der Strunk 2 enthält
einen faserverstärkten
Kunststoffkern 3, der aus epoxidharzumhüllten Glasfasern bestehen kann,
die "endlos" und bei zylindrischen
Kernen achsparallel angeordnet sind, und eine Schirmhülle 4:
Der Kunststoffkern 3 ist umhüllt von einer fugenlos geformten
Schicht des Mantels 5, die ohne Fugen in den spiralförmigen Schirm 6 übergeht.
Ein Ausschnitt der 1 ist
als Längsschnitt
gezeichnet, in dem die Sehne der die Oberseite der Schirme in Längsrichtung
des Isolators schneidenden Querschnittsfläche mit der Längsrichtung
einen Winkel α von
30° bis
80°, vorzugsweise
von 40° bis
70°, einschließt. Hier
ist der Querschnitt eines Schirms 17 gut zu erkennen. Die Übergänge der
Oberseite 7 bzw. der Unterseite 8 des spiralförmigen Schirmes 6 in
die Oberfläche
des Mantels 9 können
scharfkantig, vorzugsweise aber verrundet ausgeführt sein 10 bzw. 11,
insbesondere mit einem Radius von 0,1 bis 12 mm. 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Isolators
mit konstanten Durchmessern, miz einem zylindrischen Strunk 2 ohne Hohlraum
und mit einem einzigen spiralförσtig gewundenen
Schirm 6 von konstantem Querschnitt. Alternativ können auch
mehrere Schirme gleichen oder unterschiedlichen Querschnitts bzw.
Schirme mit Rippen, Rillen oder Wellungen 14 unterschiedlicher
Ausrichtung und Anordnung verwendet werden. 1 zeigt auch nicht die Strunkenden 16 mit
den Ausläufen 15 der
Schirme und nicht die Kappen, die üblicherweise als Metallarmaturen
ausgeführt
sind. Die Kappen dienen zur Übertragung
der Zugkraft vom Kunststoffkern 3 zu der nicht dargestellten
Isolatorenaufhängung
bzw. -befestigung. Die Kappe kann z. B. aus Stahl, Gußeisen oder
anderen metallischen Werkstoffen bestehen und durch radiale Kompression
mit dem Ende des Kunststoffkerns 3 verbunden sein. Außerdem werden
der Abstand zwischen zwei Schirmabschnitten 12 und die
Ausladung des Schirms 13 dargestellt.
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2 stellt eine Vorrichtung 20 zur
Herstellung des Kunststoffverbundisolators 1 im Bereich
eines Extruders 21 dar. Die Masse 24 für die Herstellung
der Schirmhülle 4 wird
durch den Extruder 21 in den Pinolenkopf 22 gefördert. Die
Einrichtung für
den Haftmittelauftrag 37, die Transporteinrichtung 26 für den Kunststoffkern 3 mit
der Verdrehsicherung 36, der Pinolenkopf 22 mit
dem drehbaren Mundstück 23 sowie
die Heizstrecke 35 zum Vulkanisieren der Schirmhülle sind
so axial angeordnet, daß der
Kunststoffkern 3 zentrisch durch entsprechende Ausnehmungen
geführt
werden kann. Das Mundstück 23 wird
durch den Antrieb 33 und 34 angetrieben.
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3 gibt einen Teilschnitt
des Auslaufendes des Pinolenkopfes 22 und des drehbaren
Mundstücks 23 wieder.
Mitten durch den Pinolenkopf 22 und in geringem Abstand
zur Pinole 43 wird der Kunststoffkern 3 hindurchgeführt, um
den die Masse 24 für
die Schirmhülle 4 hinter
der Pinole 43 und durch den Spalt 45 der in etwa
kreisförmigen
Ausnehmung 30 zwischen Kunststoffkern 3 und Rand
der Öffnung 25 sowie
durch die Ausweitung 31 und ggbfs. durch eine zweite Ausweitung 32 gepreßt und in
die Form von Mantel 5 und spiralförmigem Schirm 6 geformt
wird. Das Mundstück 23 ist über das
Kugellager 41 drehbar um den Pinolenkopf 22 gelagert.
Die Profilscheibe 29 mit der Öffnung 25 ist mit
dem Gehäuse
des drehbaren Mundstücks 23 über Schrauben 38 und
Druckfedern 39 verbunden. Der Querschnitt der Öffnung 25 gibt
den Querschnitt der dort geformten Schirmhülle 4 vor. Der Innenraum
des Pinolenkopfes 22 wird zwischen Profilscheibe 29 und
Gehäuse
des Mundstücks 23 durch
einen Dicht- und Gleitring 40, der vorteilhaft aus PTFE
sein kann, abgedichtet. Das Anzugmoment muß für alle Schrauben 38 gleich
groß sein,
damit der Druck auf die Profilscheibe und den Dicht- und Gleitring 40 über den
gesamten Umfang in etwa gleich verteilt wird. Das Anzugdrehmoment
muß so
hoch sein, daß im
Betrieb keine Masse 24 im Bereich des Dicht- und Gleitrings 40 austreten
kann, aber ein einwandfreies Drehen des Mundstücks 23 gewährleistet
ist. Eine genaue Drehmomenteinstellung, ein Ausgleich der Deformation
des Dicht- und Gleitrings 40 und somit ein ununterbrochener
Kontakt zwischen Profilscheibe 29 und Dicht- und Gleitring 40 wird hierzu über die
Druckfedern 39 erreicht. Auf diese Weise läßt sich eine
zuverlässige
Abdichtung erzielen. Das auf den Kunststoffkern 3 aufgebrachte
Haftmittel wird in keiner der Figuren dargestellt.
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4 verdeutlicht links mit
mehreren Teildarstellungen verschiedene Profilscheiben 29 eines
drehbaren Mundstücks 23 mit
unterschiedlich geformten Öffnungen 25,
die kreisförmige
Ausnehmungen 30 aufweisen, die in etwa zapfenförmige Ausweitungen 31 in
radialer oder abgewinkelter Richtung übergehen und je nach Erfordernis
gekrümmt
oder gerade ausgerichtet sein können.
Zusätzlich
können
von den Ausweitungen 31 zweite Ausweitungen 32 seitlich
abzweigen, um Rippen oder Wellungen 14 anzuformen. Die
Profilscheibe 29 kann über
Befestigungsbohrungen 46 mit dem Gehäuse des drehbaren Mundstücks 23 verbunden
werden. Eine Einrichtung, die die Öffnung 25 während des
Extrudierens in der Größe oder/und
in der Form verändert, wird
hier nicht dargestellt. Die Veränderung
der Öffnung 25 kann über die
Extrusionsdauer für
einen Isolator gleichmäßig erfolgen,
z. B., um den Strunk konisch auszugestalten, oder kurzzeitig, um
z. B. Querrippen zu erzeugen. Rechts neben den Teildarstellungen
der verschiedenen Profilscheiben 29 werden Längsschnitte ausschnittsweise
durch den Strunk 2 aus Kunststoffkern 3 und Mantel 5 sowie
durch den spiralförmigen
Schirm 6 wiedergegeben, die mittels der links gezeigten Öffnungen 25 gewonnen
werden können.
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Grundsätzlich bestimmt
die Form und Größe der Öffnung 25 den
Querschnitt der Schirmhülle 4.
Der resultierende Schirmquerschnitt 17 ist bei diesem plastischen,
noch nicht vulkanisierten Material jedoch nicht mit der Form der Öffnung 25 identisch.
Bei dieser Fertigung entsteht in der Regel ein mehr oder weniger
geneigter und gekrümmter
spiralförmiger
Schirm 6. Dieser Schirm 6 erhält meistens eine Form, bei
der er näher am
Strunk 2 dicker ist und zum Rand des Schirmes 6 dünner wird.
Die Änderung
der Drehgeschwindigkeit kann bei gleichartiger Öffnung 25 zu einem
anders geformten Schirmquerschnitt 17 führen. In den Teildarstellungen
a bis d werden verschiedene Varianten der Öffnung 25 und die
daraus resultierenden Schirmquerschnitte 17 dargestellt.
Mit einfachen Mitteln kann daher die Zahl, Größe und Form der spiralförmigen Schirme 6 beeinflußt werden.
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Die
Erfindung wurde vorstehend beispielhaft am Herstellverfahren für einen
Hochspannungsisolator für
Freileitungen und, anhand der für
die Herstellung benötigten
Vorrichtung näher
erläutert.
Selbstverständlich kann
ein Verbundisolator als Hochspannungs- oder als Gehäuse für elektrische
Apparate, insbesondere in Freiluftanwendungen, genutzt werden, wobei
die verschiedensten Einsatzbereiche in Frage kommen. Die Erfindung
kann auch vorteilhaft in solchen Fällen angewendet werden, wo
konventionelle Isolatoren festgelegter Bauhöhe in atmosphärischen
Verschmutzungsgebieten elektrische Probleme hinsichtlich Überschlägen bereiten.
Mit Hilfe der Erfindung können
Isolatoren gebaut werden, deren Kriechweg bei gleichbleibender Bauhöhe den atmosphärischen
Bedingungen angepaßt
werden können.