DE69526400T2 - Elektrischer Isolator mit optischen Fasern und zugehöriges Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektrischen Isolator, umfassend ein Stützelement mit einer Aussenwandung, die sich gemäß einer Längsachse zwischen zwei Enden erstreckt, zwei Beschläge, die an den Enden des Stützelements auf in dessen Aussenwandung gebildeten Stirnseiten festgelegt sind, und einen Lichtwellenleiter, der innerhalb des Isolators angeordnet ist, um sich von dessen einem Ende zu dessen anderem Ende zu erstrecken und die beiden Beschläge zu durchsetzen. Ein solcher Isolator ist aus dem Dokument JP 60-225 806 bekannt.
• Ein elektrischer Isolator der vorstehend angegebenen Art ist insbesondere dazu bestimmt, um als isolierendes Stützorgan für eine Aussenhochspannungsinstallation wie in dem Dokument US-4 802 731 beschrieben, zu dienen.
• Dieses Dokument offenbart eine erste Anordnung, gemäß der der optische Lichtwellenleiter entsprechend einem linearen oder sogar spiralförmigen Verlauf in den Innenraum des Stützelements eingesetzt wird, welches aus einem geschichteten Tubus gebildet ist. Jedoch ist der Innenraum des Tubus im Allgemeinen mit einem dielektrischen, unter Druck stehenden Gas wie SF6 gefüllt, um zu verhindern, dass zwischen dem Ende mit dem hohen Potential des Isolators und dem Ende mit dem niedrigen Potential des Isolators Phänomene wie der Ansatz von elektrischen Lichtbögen auftreten. Hieraus folgt, dass diese Anordnung eines optischen Lichtwellenleiters Dichtheitsprobleme nach sich zieht, da der optische Lichtwellenleiter von dem Innenraum des Tubus zu dem Aussenbereich des Tubus gelangen muss.
• Das vorstehend zitierte Dokument offenbart noch eine Anordnung gemäß der der optische Lichtwellenleiter in der Dicke des geschichteten Tubus versenkt ist. In der Tat wird vorgeschlagen, die Faserumwicklung für die Herstellung des geschichteten Tubus mit einer Einwicklung des Lichtwellenleiters zu kombinieren. Ein derartiges Verfahren ist in der Praxis sehr schwierig umsetzbar, insbesondere weil der Lichtwellenleiter sowohl mechanischen als auch thermischen Beanspruchungen während der Aufheizung des Tubus, die der Einwicklung der Fasern nachfolgt, unterworfen wird. Ferner erweist es sich als schwierig, ein Ende des optischen Lichtwellenleiters festzuhalten, wenn man seine Einwicklung vornimmt, und das Umdrehen der Fasereinwicklung gleichzeitig mit der Einwicklung des optischen Lichtwellenleiters vorzunehmen. Überdies müssen die Enden des Tubus abgesägt werden, was in Gegenwart eines optischen Lichtwellenleiters problematisch ist.
• Das vorstehend zitierte Dokument schlägt weiterhin vor, den optischen Lichtwellenleiter in dem Elastomermaterial zu versenken, das den geschichteten Tubus bekleidet und das die isolierenden Rippen bildet. Aber auch dort erweist sich ein derartiges Verfahren als schwierig umzusetzen, wenn die Rippen des Isolators gebildet sind durch einen kontinuierlichen Streifen aus Elastomermaterial, der durch Extrusion erhalten wird und der spiralförmig um den Tubus eingewickelt ist. Überdies impliziert dieses Vorgehen, dass der Einwicklungsschritt des optischen Lichtwellenleiters um den Tubus identisch dem Einwicklungsschritt des kontinuierlich extrudierten Streifens, der die Rippen bildet, ist. Es erweist sich jedoch als notwendig, die Länge des Lichtwellenleiters zwischen den beiden Enden des Tubus unabhängig von der Anzahl der Rippen variieren zu können, um den Gradienten der zulässigen elektrischen Spannung, die in dem optischen Lichtwellenleiter eingestellt wird, anpassen zu können.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Isolator vorzuschlagen, der nicht die vorstehend angegebenen Nachteile aufweist und der einfach zu realisieren ist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Isolators anzugeben.
• Erfindungsgemäß erstreckt sich der optische Lichtwellenleiter in den Boden einer schraubenförmigen Nut und von zwei ringförmigen Nuten, die sich um die Längsachse des Stützelements wickeln, beispielsweise eines geschichteten Tubus. Die Nuten sind in der Aussenwandung des Stützelements gebildet.
• Jede ringförmige Nut verlängert eines der Enden der schraubenförmigen Nut und ist Bestandteil einer Stirnseite, auf der der entsprechende Beschlag festgelegt ist. Der optische Lichtwellenleiter ist in dem Elastomermaterial getränkt, das diese Nuten ausfüllt. Für die Herstellung dieses Isolators bearbeitet man das Stützelement zum Bilden von Stirnseiten der Beschläge die auf diese Weise ebenfalls die ringförmigen Nuten definieren. Nach dem Festlegen der Beschläge bearbeitet man das Stützelement zum Bilden der schraubenförmigen Nut. Anschließend wird ein kontinuierlicher Streifen aus Elastomermaterial in die Nuten eingesetzt. Danach wird der optische Lichtwellenleiter auf der Oberseite und entlang dieses kontinuierlichen Streifens deponiert. Schließlich wird ein Druck auf die Oberseite des kontinuierlichen Streifens derart ausgeübt, dass der optische Lichtwellenleiter in dem Elastomermaterial auf den Grund der Nuten versenkt wird.
• Diese Anordnung stellt eine stabile Positionierung des Lichtwellenleiters sicher. Es ist möglich, einen optischen Lichtwellenleiter anzuordnen, der durch eine große Zahl von optischen Fasern gebildet ist.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines geschichteten Tubus, der mit einem Paar von Beschlägen ausgerüstet ist, die einen Teil des elektrischen Isolators bilden.
• Fig. 2 zeigt schematisch den Tubus aus Fig. 1, in welchem eine schraubenförmige Nut für den Durchtritt eines optischen Lichtwellenleiters vorgesehen ist.
• Fig. 3 zeigt schematisch in axialem Schnitt einen Teil des Tubus aus der Fig. 2 mit einer Nut, in welcher der erste Streifen Elastomermaterial eingesetzt ist.
• Fig. 4 zeigt schematisch einen Teil des Tubus aus Fig. 3, aber bei dem der optische Lichtwellenleiter auf dem ersten Elastomermaterialstreifen abgelegt ist.
• Fig. 5 zeigt schematisch den Teil des Tubus aus Fig. 4, aber bei dem der optische Lichtwellenleiter in dem Elastomermaterial versenkt ist.
• Fig. 6 zeigt schematisch den Tubus aus Fig. 2, nachdem der optische Lichtwellenleiter in dem Elastomermaterial versenkt ist.
• Fig. 7 zeigt schematisch den elektrischen Isolator mit seiner endgültigen Beschichtung aus Elastomermaterial, welche die Rippen bildet.
• Der in der Fig. 7 gezeigte elektrische Isolator umfasst einen geschichteten Tubus 1, der in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser geschichtete Tubus 1 wird durch Einwicklung von Fasern oder mineralischen oder organischen Fäden, wie Glasfasern, auf einen nicht dargestellten Dorn erhalten.
• Die Fäden oder Fasern werden in aufeinanderfolgenden Schichten durch einen synthetisch aushärtbaren Harz agglomeriert. Der Tubus 1 kann eine zylindrische Gestalt wie in Fig. 1 gezeigt, eine kegelstumpfförmige, doppelkegelstumpfförmige oder andere Gestalt annehmen.
• Der Dorn mit dem geschichteten Tubus 1 wird in das Innere eines aufheizbaren Trockenofen eingeführt, um den synthetischen Harz zu polymerisieren. Die Einheit wird anschließend aus dem Trockenofen herausgeholt und die Enden des geschichteten Tubus 1 werden abgesägt, um die gewünschte axiale Länge des Tubus zu erzielen. Diese liegt in der Größenordnung von einigen Metern, wenn der elektrische Isolator als fixe Stütze für eine Hochspannungsinstallation dient. Es ist zu bemerken, dass der geschichtete Tubus 1 (insbesondere wenn es sich um einen zylindrischen Tubus handelt) auf dem Dorn an mehreren Stellen abgesägt werden kann, um mehrere geschichtete Tubusse mit der jeweils gewünschten axialen Länge zu erhalten.
• Der Dorn wird anschließend aus dem geschichteten Tubus 1 (oder aus den geschichteten Tubussen, die nach dem Sägen wie vorstehend dargelegt erhalten werden) extrahiert.
• Zwei Beschläge 2 und 3 werden jeweils an den beiden Enden des Tubus eingesetzt und jeweils mittels eines Klebemittels auf eine der Stirnseiten des Tubus festgelegt. Jede zylindrische Stirnseite ist Folge der Bearbeitung der äußeren Aussenoberfläche des Tubus. Es ist zu bemerken, dass die beiden Beschläge in ihren jeweiligen Wandungen Durchgänge 2A, die schematisch in den Figuren dargestellt sind, aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zu der Achse 1A erstrecken, wenn die Beschläge auf den Tubus eingesetzt werden. Es versteht sich, dass jeder Durchgang ausschließlich zum Äusseren des Tubus mündet.
• Der mit den beiden Beschlägen 2 und 3 ausgerüstete geschichtete Tubus 1 wird auf eine nicht dargestellte Drehbank montiert, wobei die Beschläge in den Spannbacken der Drehbank gehalten sind. Er wird durch Fräsen derart bearbeitet, dass in der Wandung des Tubus eine Nut 4B gebildet wird, die sich schraubenförmig um die Längsachse 1A des Tubus wickelt. Die Enden der Nut 4B sind ausgefluchtet gemäß der Achse 1A mit den Öffnungen 20A, 30A der Durchgänge 2A und 3A (Öffnungen, die im Bereich der Mitte des Tubus auf der Fig. 2 angeordnet sind) in den Beschlägen, wobei die Ausfluchtung einfach dadurch erhalten wird, dass der (konstante oder variable) Wicklungsschritt der Nut 4B geregelt wird. Es ist festzuhalten, dass die schraubenförmige Nut 4B vorteilhaft an ihren beiden Enden jeweils durch zwei kreisförmige Nuten 4A und 4C verlängert wird, die in der Nähe des Innenrandes jedes der Beschläge ausgebildet ist und die im Bereich der Mitte des Tubus angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine Loslösung von der Regelung des Wicklungsschrittes P der Nut 4B, gleich welches die relative Position der Durchtritte in den Beschlägen ist. Der geschichtete Tubus 1 mit den Nuten 4A, 4B und 4C ist in Fig. 2 gezeigt. Es ist auch festzuhalten, dass die Nuten 4A, 4B und 4C auf der "zylindrischen" Aussenfläche des geschichteten Tubus hergestellt sind. Jede kreisförmige Nut 4A und 4C ist Bestandteil der Stirnseite, auf welcher ein Beschlag eingesetzt ist, wobei diese Stirnseite vor dem Fixieren der Beschläge auf dem Tubus wie weiter oben angegeben bearbeitet worden ist, was die Herstellung des elektrischen Isolators vereinfacht.
• Es ist zu verstehen, dass die Dicke der Wandung des geschichteten Tubus derart vorgesehen ist, dass den geforderten mechanischen Beanspruchungen in Gegenwart der Nuten 4A bis 4C standgehalten wird. Die Tiefe der Nuten 4A bis 4C muss ferner ausreichend sein zum Aufnehmen eines optischen Lichtwellenleiters wie eines Bündels von optischen Fasern 6, der nachstehend beschrieben wird.
• Nach der Herstellung der Nut 4B wird ein Streifen 5 aus Elastomermaterial mit dem Querschnitt jeder Nut 4A, 4B, 4C komplementären Querschnitt und welches durch Extrusion erhalten wurde, in der oder den Nuten 4A, 4B, 4C entlang dieser abgelegt durch eine schraubenförmige Wicklung, wie in Fig. 3 dargestellt.
• Anschließend wird ein Bündel optischer Fasern 6, vorzugsweise ummantelt, über eines seiner Enden durch den Durchgang 20A, beispielsweise des Beschlags 2, hindurchgefädelt. Anschließend wird es auf der Oberseite des Streifens 5 durch eine schraubenförmige Wicklung, wie in Fig. 4 gezeigt, abgelegt. Das andere Ende des Bündels optischer Fasern wird anschließend durch den Durchtritt 3A des Beschlags 3 hindurchgefädelt.
• Die optischen Fasern 6 werden anschließend im Inneren des Streifens 5 durch Drücken der Einheit (optische Fasern und Streifen) mit Hilfe einer Druckrolle versenkt, die entlang der Nuten 4A, 4B und 4C gerollt wird. Der durch die Rolle auf den Tubus ausgeübte Druck ist eventuell einstellbar. Auf diese Weise werden die optischen Fasern 6 auf den Grund der Nut 4 (tatsächlich 4A, 4B und 4C) gedrückt, welche vollständig von dem Elastomermaterial 5, wie in Fig. 5 gezeigt, ausgefüllt ist, derart, dass eine gleichförmige Aussenfläche des Tubus 1 erhalten wird. Fig. 6 zeigt die äussere Erscheinung des Tubus nach dem Rollvorgang mit den optischen Fasern 6, die an den beiden Enden des Tubus aus den Beschlägen 2 und 3 münden. Es ist festzuhalten, dass wenn die Drehmaschine, auf welche der Tubus 1 montiert ist, diesen in Drehungen um seine Achse 1A versetzt es vorteilhaft ist, gleichzeitig die Deponierung der optischen Fasern 6 auf dem Streifen 5 (durch Einwicklung) und das Eindrücken dieser optischen Fasern in den Streifen derart zu realisieren, dass die Fertigungszeit des Isolators reduziert wird.
• Der mit optischen Fasern 6 ausgerüstete geschichtete Tubus 1 der Fig. 6 wird anschließend mit einem vulkanisierten Elastomermaterial überzogen, wie einem Ethylen-Propylen- oder Silikon-Kunststoff, wie in der Patentanmeldung FR-2 363 170 beschrieben, um eine Mehrzahl von isolierenden Rippen 7 um den Tubus 1 zu bilden und den in Fig. 7 gezeigten elektrischen Isolator zu erhalten. Insbesondere sind diese Rippen ausgehend von einem kontinuierlichen Elastomermaterialstreifen gebildet, welcher durch Extrusion erhalten wird und der im Querschnitt die Gestalt eines umgedrehten T aufweist. Der kleine Übergang der optischen Fasern ausgehend von dem Tubus 1 (tatsächlich ausgehend von einer Nut) zu einem Beschlag (tatsächlich zu einem Durchgang wie 2A oder 3A) wird bedeckt von dem Elastomermaterialstreifen, der die isolierenden Rippen bildet.
• In dem gerade beschriebenen Verfahren kann der Wicklungsschritt der Nut entlang des Tubus variieren, ohne dass dies das Einbringen der optischen Fasern in der Nut und in den Beschlägen stört. Überdies können die verschiedenen Herstellungsphasen des elektrischen Isolators untereinander gut disoziiert werden, was die Anwendbarkeit des Verfahrens vereinfacht. Es versteht sich, dass nach dem Eindrücken des Streifens 6 die äussere Oberfläche des Tubus gleichförmig ist, um ein gutes Anhaften des die isolierenden Rippen bildenden Streifens auf dem geschichteten Tubus zu erzielen.

Claims (7)

1. Elektrischer Isolator, umfassend ein Stützelement (1) mit einer Aussenwandung, der sich gemäss einer Längsachse (1A) zwischen zwei Enden erstreckt, zwei Beschläge (2, 3), die jeweils an den Enden des Stützelements auf in dessen Aussenwandung gebildeten Stirnseiten festgelegt sind, und einen Lichtwellenleiter (6), der innerhalb des Isolators angeordnet ist, um sich von dessen einem Ende zu dessen anderem Ende zu erstrecken und die beiden Beschläge zu durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter einerseits in zwei kreisförmigen Nuten (4A, 4C), die in der Aussenwandung des Stützelements gebildet sind und die jeweils Teil bilden der Stirnseiten der Beschläge, und andererseits in einer schraubenförmigen Nut (4B), die in der Aussenwandung des Stützelements gebildet ist und die Enden aufweist, die jeweils in die beiden kreisförmigen Nuten (4A, 4C) einmünden, angeordnet ist.

2. Isolator nach Anspruch 1, bei dem das Stützelement (1) von einem Überzug aus Elastomermaterial umgeben ist, welcher eine Mehrzahl von ringförmigen Rippen (7) bildet, wobei die Nuten (4A, 4B, 4C), die in der äusseren Wandung des Stützelements gebildet sind, mit dem Elastomermaterial ausgefüllt sind, wobei der Lichtwellenleiter (6) in dem Elastomermaterial versenkt ist, welches die Nuten ausfüllt.

3. Isolator nach Anspruch 1, bei dem die schraubenförmige Nut (4B) sich um die Längsachse (1A) wickelt mit einem Wicklungsschritt, der sich entlang der Achse ändert.

4. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isolators, umfassend ein Stützelement (1) mit einer äusseren Wandung, die sich entlang einer Längsachse (1A) zwischen zwei Enden erstreckt, zwei Beschläge (2, 3), die jeweils an den Enden des Stützelements auf in dessen Aussenwandung gebildeten Stirnseiten festgelegt sind, wobei bei dem Verfahren wenigstens ein Lichtwellenleiter (6) innerhalb des Isolators angeordnet wird, um sich von dessen einem Ende zu dessen anderem Ende zu erstrecken und die beiden Beschläge zu durchsetzen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Fertigen des Stützelements (1) zum Bilden, in dessen Aussenwandung, einer schraubenförmigen Nut (4B), die sich schraubenförmig um die Längsachse (1A) dreht,

- Anordnen eines extrudierten kontinuierlichen Bandes (5) aus Elastomermaterial in der schraubenförmigen Nut (4B) und entlang dieser,

- Deponieren des Lichtwellenleiters (6) auf der Oberseite des Bandes (5) und entlang der schraubenförmigen Nut,

- Ausüben eines Drucks auf die Oberseite des Bandes (5), um den Lichtwellenleiter in den Grund der schraubenförmigen Nut zu rücken und ihn in dem Elastomermaterial zu versenken.

5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend ferner den Schritt, der in dem Fertigen des Stützelements (1) besteht, um in dessen äusserer Wandung zwei Stirnseiten für die Festlegung für die Beschläge derart zu bilden, dass nach dem Festlegen dieser Beschläge auf den Stirnseiten zwei kreisförmige Nuten (4A, 4C), welche sich um die Längsachse (1A) drehen, gebildet werden, wobei jede kreisförmige Nut in der Nähe des Randes eines Beschlags angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Deponierens des Lichtwellenleiters (6) auf der Oberseite des Bandes aus Elastomermaterial (5) und der Schritt, wonach ein Druck auf die Oberseite des Bandes (5) ausgeübt wird, gleichzeitig ausgeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem während des Schritts Deponieren des Bandes aus Elastomermaterial (5) und des Schritts Ausüben von Druck auf die Oberseite des Bandes das Stützelement in Drehbewegung um die Längsachse (1A) angetrieben wird.