Kitabı oku: «Isolatoren und Armaturen für Isolatorketten in Starkstrom-Freileitungen», sayfa 5
1.2.2. Kappen-Isolatoren
Als Vorläufer des Kappen-Isolators entstand 1904 in den USA bei der Porzellanfabrik Locke ein Isolatorentyp nach Bild 246 [20].
Bild 246: Ketten-Isolator mit Schraubverbindung (1904)
Die Metallteile wurden bei ihm durch Gewinde, unter Verwendung von Zement oder anderer Bindemittel, mit dem Porzellan verbunden. Dadurch waren die Einzelglieder starr miteinander verbunden und das Hauptkennzeichen einer Isolatorkette aus Kappen-Isolatoren fehlte: die Beweglichkeit. Die Möglichkeit der Reihenschaltung mehrerer Glieder war jedoch realisiert.
Eine Weiterentwicklung von Locke war ein Isolator mit eingekittetem Verbindungsbügel, der auf dem jeweils benachbarten Isolator übergriff und dort mit einer Schelle befestigt wurde (Bild 247) [20]. Dadurch konnten Einzelglieder auf der Baustelle einfach mechanisch zu einer Kette verbunden werden. Diese war jedoch nach der Montage ebenfalls noch starr.
Bild 247: Ketten-Isolator mit Verbindungsbügel (1905)
1.2.2.1. Keramik-Isolatoren
1908 entstanden in Deutschland völlig unabhängig von den amerikanischen Entwicklungen in der Porzellanfabrik Hermsdorf die ersten gekitteten Porzellan-Ketten-Isolatoren [22], [24], [65], [189], [209].
Ausgangspunkt für diese Entwicklung waren die Formen der Isolierkörper der bekannten Stützen-Isolatoren. Der glockenförmige Isolierkörper wurde außen mit einer mit Marmorzement aufgekitteten Gabelkappe versehen. Im Inneren fand ein eingekitteter Bolzen mit angeschmiedeter Öse Anwendung (Bild 248). Durch Verbindung der einzelnen Isolatoren mittels Gewindebolzen konnten beliebig lange Isolatorketten zusammengestellt werden (Bild 249). Die verwendeten Armaturen (Kappe, Bolzen) waren noch nicht feuerverzinkt, sondern nur lackiert.
Bild 248: Ketten-Isolator nach dem Prinzip des Stützen-Isolators (1908)
Bild 249: Tragkette mit Kettenisolatoren nach Bild 248
Die Porzellanfabrik Hermsdorf lieferte 1908 bis 1909 ca. 5 500 Stück dieser Kappen-Isolatoren für eine schwedische 55-kV-Freileitung (Trollhättan - Göteborg). Als Kittwerkstoff wurde dafür ebenfalls Marmorzement verwendet. Die Isolatoren haben sich bis 1926 gut bewährt [20], [22].
Dagegen versagten ähnliche Isolatoren, die von der gleichen Firma für eine Leitung in Mexiko geliefert wurden (Bild 250).
Bild 250: Kappen-Isolator mit geschraubten Armaturen (1909)
Bei diesem Isolator wollte man sich nicht allein auf die Kittverbindung der Armaturen verlassen. Es wurde zusätzlich eine enge Schraubverbindung zwischen Metallkappe und Isolierkörper sowie zwischen Isolierkörper und innerem Metallbolzen angewandt, ähnlich Bild 246. Nach 2 bis 3 Jahren mußten diese Isolatoren wieder ausgebaut werden, da eine Vielzahl von Isolierkörperbrüchen auftrat [20].
Eine für Isolatoren in Traglage geeignete Verbesserung der Konstruktion wurde dadurch erreicht, dass der obere Schirm des Ketten-Isolators nach Bild 248 durch einen mit der Gabelkappe verbundenen Schirm aus Metall (Kupfer, Zink oder Stahl) ersetzt wurde. Dieser Isolator besaß bei geringerer Bauhöhe in elektrischer Hinsicht ein besonders günstiges Verhalten bei Regen [28], [189], [298].
Bild 251: Ketten-Isolator mit Metallschirm
Der Metallschirm bewährte sich jedoch beim praktischen Einsatz nicht, da
* beim Transport Verbeulungen und andere Beschädigungen auftraten,
* schnell Korrosionsschäden entstanden und
* ein hoher Herstellungspreis zu verzeichnen war.
1908 lieferte die Porzellanfabrik R. Thomas & Sons (USA) Kappen-Isolatoren mit einem einzelnen glatten Schirm in großer Stückzahl (Bild 252) [20].
Bild 252: Glatter Kappenisolator (1908)
Ungefähr zur gleichen Zeit entwickelte Locke (USA) Kappen-Isolatoren, die man zur Erhöhung der Durchschlagsicherheit aus 2 zusammengekitteten Isolierkörpern herstellte (Bild 253) [20], [274]. Diese Isolierkörper besaßen teilweise bereits auf der Schirmunterseite angebrachte Rippen.
Bild 253: Amerikanische zweiteilige Kappen-Isolatoren
Eine weitere Entwicklung von Locke war der sog. "Duncan"-Isolator nach Bild 254 [20], [274], der ebenfalls einen zweiteiligen Isolierkörper besaß, bei dem jedoch der äußere Teil schirmartig die Metallkappe des darunterliegenden Isolators weit überdeckte.
Bild 254: "Duncan"-Isolator von Locke, USA (1909)
Für Freileitungen mit der Nennspannung 100 kV wurden von diesem Isolator 5 Glieder für die Tragkette verwendet.
Auch R. Thomas & Sons (USA) lieferte 1909 zweiteilige Kappen-Isolatoren entsprechend Bild 255, die glatte Schirmunterseiten besaßen.
Bild 255: Zweiteiliger Kappenisolator von R. Thomas & Sons, USA (1909)
1906 stellte die Porzellanfabrik Ohio Brass (USA) neben den Hewlettschen Schlingen-Isolatoren auch einen Ketten-Isolator her, der bereits alle Merkmale eines modernen Kappen-Isolators aufwies (Bild 256) [22], [211].
Bild 256: Kappen-Isolator von Ohio Brass (USA) mit Klöppel-Pfanne-Anschlußarmaturen
Als Anschluß bei diesen Isolatoren war von den Baufirmen eine besondere Form der Verbindungsarmaturen vorgeschrieben worden. Diese bestand einerseits auf der Kappenseite aus einer aufgeschlitzten Hohlkugel (Pfanne, engl.: socket) und andererseits auf der Bolzenseite aus einer angeschmiedeten knopfartigen Verdickung (Klöppel, engl.: ball). Diese Verdickung konnte bei der Kettenmontage in die geschlitzte Hohlkugel eingeschoben werden und es entstand ein in bestimmten Grenzen bewegliches und wieder lösbares Kugelgelenk. Die zufällige Lösung der Verbindung wurde durch das Einschieben eines Splintes in die Pfanne verhindert [317].
Damit war die Klöppel-Pfanne-Verbindung geboren (Bild 257).
Bild 257: Klöppel-Pfanne-Verbindung für Kappen-Isolatoren (1906)
Anfänglich gab es auch Klöppel-Pfanne-Verbindungen, bei denen der Splint fehlte und die Sicherung allein durch die schräge Einführung des Klöppels in einen speziell gestalteten Einführungsschlitz der Pfanne erfolgte (Bild 258) [20],[213]. Diese Konstruktion war von Mansbendel, Hydro Electric Power Com. (USA) vorgeschlagen worden.
Bild 258: Klöppel-Pfanne-Verbindung ohne Sicherungssplint (Schrägeinführung des Klöppels in die Pfanne, "Schrägpfanne")
In Deutschland wurde die Verbindungsart nach Bild 258 schnell wieder verlassen, da sie keine unbedingte Sicherheit gegen zufälliges Lösen gewährte. 1926 wurde dagegen die Klöppel-Pfanne-Verbindung mit Federsplint für Ketten-Isolatoren zur Normung vorbereitet und ein Entwurf von DIN VDE 8060 veröffentlicht, der 1927 verbindlich wurde (siehe auch Bild 312 und 313) [20], [214].
Eine Verkürzung der Länge von Isolatorketten konnte durch den von der Porzellanfabrik Hermsdorf entwickelten Kettenisolator mit eingelassener Kappe (Bild 259) [198] erreicht werden, der bereits 1912 beim Bau der ersten europäischen 110-kV-Leitung von Lauchhammer nach Riesa für Tragketten eingesetzt wurde [210], [213].
Bild 259: Hängeisolator mit eingelassener Kappe (1912)
Die eingelassenen Kappen bewährten sich jedoch nicht. Es kam schnell zu Rissen im Porzellan und dadurch zu vielen Isolatorausfällen. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen den Metallteilen und dem Porzellan führte zu mechanischen Spannungen im Isolierkörper, so dass es zu Sprüngen im Porzellan, besonders am Boden, gegenüber dem unteren Rand der Metallkappe kam [20]. Die Isolatoren wurden 1913/1914 wieder ausgebaut [234].
Die Herstellung der unsymmetrischen Isolierkörper der weiterhin von den Porzellanfabriken hergestellten Schlingen-Isolatoren war schwierig und erforderte viel Handarbeit. Die Entwicklung symmetrischer tellerartiger Isolatorbauformen, die reine Drehkörper waren, wurde angestrebt. Es kam zur Erfindung des sog. "Fischschwanz-Isolators" (Bild 260), der den amerikanischen Hewlett-Abspannisolatoren nachgebildet war [60], [88]. Er wurde nach der Querschnittsform seiner Schirme benannt.
Bild 260: "Fischschwanz"-Isolator
Dieser Isolator besaß alle Elemente des späteren normalisierten Kappen-Isolators [20]:
Über einem glockenförmigen Isolierkörper war eine Metallkappe aufgekittet und in das Innere des Isolierkörpers ragte ein ebenfalls eingekitteter Metallbolzen. An diesen beiden Armierungsteilen waren die aus den USA bekannten Klöppel-Pfanne-Anschlüsse [211] vorgesehen, die anfangs mit einem normalen Splint, später dann mit einem federnden Spezialsplint aus einem gebogenen Blechstreifen gesichert wurden (Bild 313) [193].
Dadurch konnten die Isolatoren einfach zu Ketten zusammengesetzt werden (Bild 261).
Bild 261: Abspannkette mit "Fischschwanz"-Isolatoren
Der "Fischschwanz"-Isolator wurde auch in ähnlicher Form in den Abspannketten der ersten europäischen 110-kV-Freileitung von Lauchhammer nach Riesa (1912) verwendet [210], [212]. Von der Porzellanfabrik Ph. Rosenthal/Selb wurden dafür grün glasierte Isolatoren für die aus 6 Elementen bestehenden Isolatorketten geliefert (Bild 262) [234].
Bild 262: Abspannisolator der 110-kV-Freileitung Lauchhammer-Riesa (1912)
1910 kamen die ersten deutschen Modelle von Kappen-Isolatoren in der Bauart nach Bild 256 auf den Markt. Diese werden heute noch in ähnlicher Form als Normalisolatoren weltweit hergestellt (Bild 263) [207]. Im Gegensatz zu den amerikanischen Kappen-Isolatoren, die gipsähnlichen Marmorzement als Kittwerkstoff verwendeten, ging man in Deutschland zur Portland-Zementkittung und später zur Einbleiung über. Man erwartete sich davon eine größere Wetterbeständigkeit und eine höhere mechanische Festigkeit.
Bild 263: Deutsches Modell des Kappen-Hängeisolators (1910)
Zielstellung der Konstruktion dieses Kappen-Isolators war, die auf den Isolator wirkenden Zugkräfte im Isolierkörper in Druckspannungen umzulenken. Trotz der dabei im vergangenen Jahrhundert erzielten konstruktiven Fortschritte, treten auch heute in diesem Isolierkörper nach wie vor stets kombinierte Zug-, Biege- und Scherspannungen auf.
Anfangs wurden beim Kappen-Isolator, wie beim Fischschwanz-Isolator, die Isolatorenkappen und die Isolatorenklöppel mit Portlandzement auf- bzw. einzementiert. Das war einfach und billig. Dabei machte man den Fehler, dass die Kappe direkt auf dem Porzellanschirm aufsaß und es dadurch bei Wärmedehnungen der Kappe zu kaum sichtbaren Brüchen im Inneren des Isolierkörpers zwischen Schirm und Kopf kommen konnte (Bild 264).
Bild 264: Gebrochener Isolierkörper eines Kappenisolators mit auf dem Schirm aufsitzender Isolatorenkappe
Neben diesem Mangel waren die Hauptprobleme der ersten deutschen Kappen-Isolatoren [216]:
- Porzellan, Zement und Eisenmetalle besitzen sehr unterschiedliche Wärme-Ausdehnungskoeffizienten. Dadurch kommt es zu großen mechanischen Spannungen zwischen Isolatorenkappe, Isolierkörper und Isolatorenklöppel bei Temperaturänderungen.
- Durch Wasseraufnahme des Zementes entstehen im Laufe der Zeit Volumenänderungen im Isolatorinneren, die eine Sprengwirkung auf den Isolierkörper ausüben.
- Die mechanische Beanspruchung durch die am Isolator angreifende Zugkraft konzentriert sich auf die Nachbarschaft der zylindrischen Kittflächen, da die Kräfte nur durch die Haftfestigkeit zwischen Zement und Porzellan übertragen und diese Werkstoffe auf Scherung beansprucht werden [217].
Die Folge dieser Mängel war eine nur kurze Lebensdauer der ersten Kappen-Isolatoren.
Zur Beseitigung der Probleme wurden zahllose Lösungen vorgeschlagen und realisiert. So u. a.:
1. Die Isolatorenkappe darf niemals auf dem Porzellanschirm aufsitzen.
2. Der halbkugelförmige Kopf des Isolierkörpers ist außen und die Isolatorenkappe innen so zu verändern, dass die bei Belastung des Isolators auftretenden Scherspannungen weitgehend zu Druckspannungen werden (Bild 265).Bild 265: Verbesserung der Verbindung des Isolierkörpers mit den Armierungsteilen
links: zylindrischer Kopf / rechts: kugelförmiger Kopf
Bereits 1916 wurde der kugelförmig ausgedrehte Kopf bei dem von der Porzellanfabrik Hermsdorf hergestellten Untra-Isolator angewendet. Bei diesem Isolator war dabei der Kopf des Isolatorenklöppels in einer Zementkugel eingebettet.
Der Isolator wurde von den städt. Elektrizitätswerken Stockholm für die Freileitung Stockholm-Untra eingesetzt (daher der Name für diesen Isolator, Bild 266) [196], [217], [218].
Bild 266: Untra-Isolator der Porzellanfabrik Hermsdorf
links: ursprüngliche Form (1916) / rechts: mit verbesserter Befestigung des Isolatorenklöppels
3. Es muß angestrebt werden, dass die Kittung den gleichen Wärmeausdehnungdkoeffizienten besitzt, wie das Porzellan. Dabei sollte z. B. die Magerung des Zementes durch Zusatz von amorphen Quarz zum Erfolg führen (sog. Teleo-Kitt). Es konnten jedoch damit keine Erfolge erzielt werden, da es durch Feuchtigkeitsaufnahme im erhärteten Zement zu chemischen Umsetzungen des hydraulischen Bindemittels und zur Volumen-Vergrößerung kam [219].
4. Die nachteilige Sprengwirkung des Zementes kann durch elastische Überzüge, z. B. Grafit- und Lackanstriche oder dünne Belegungen mit Blei auf den unglasierten Porzellanflächen und auf den Armierungsteilen, verringert werden (nachgiebige Kittung, Bild 267) [196]. Dadurch sank jedoch die Festigkeit der Verbindung, ohne dass das Hauptübel beseitigt wurde [216], [221].
Bild 267: Kappen-Isolator mit Lackanstrich am Isolatorenklöppel (1921)
5. Verwendung von Zementkitten, die durch Beimengungen ihr Verhalten verbessern [222].
Um Feuchtigkeitszutritt zu verhindern, wurde 1921 vorgeschlagen [221], den abgebundenen Zement im Vakuum mit Paraffin oder Pech zu imprägnieren.
Um eine Unangreifbarkeit und ein elastisches Verhalten des Portlandzementkittes zu erreichen, wurden später fein gepulverte Schmelzkörper (Asphalt) dem Kitt beigemischt (1921). Nach Kittung und Abbindung des Zementes und anschließender Erwärmung des Isolators, trat der Asphalt in die feinsten Poren des Kittes ein und verschloß diese [221]. Als "Lösung des Kittproblems" wurde 1924 die Anwendung des Permanit-Verfahrens für die Kittung von Isolatoren angesehen [219], [223]. 1918 war bereits pechverschmolzener Zement in anderen Industrie-Bereichen angewendet worden.
Dabei wird dem Zement vor dem Anmachen mit Wasser Pech in colloidfeiner Pulverform (Pech-Schmelzkörper) zugesetzt. Kurz nach der Kittung, in noch sehr weichem Zustand des Zementes, erfolgt eine langsame Erwärmung des Isolierkörpers bis auf ca. 90°C. Das ist eine Temperatur, bei der die Pech-Schmelzkörper noch nicht schmelzen, der Erhärtungsprozeß des Zementes jedoch verkürzt wird. Nach dem Erhärten des Zementkittes werden die Isolatoren weiter erwärmt, so dass das Pech schmilzt und die Porenräume im Zement gefüllt werden. Beim nachträglichen Erkalten bleiben die Porenräume verschlossen.
Die Permanit-Kittung erfüllte 2 Aufgaben:
* Die physikalische Wärmeausdehnung wird unschädlich gemacht. Durch die leichte Zusammendrückbarkeit und Nachgiebigkeit des Pechs, paßt sich der Kitt der jeweiligen Beanspruchung an.
* Die chemische Veränderung des Zementkittes wird unterbunden.Der verschmolzene Zement hat außerdem
* einen hohen elektrischen Widerstand,
* eine hohe Durchschlagfestigkeit und
* eine größere mechanische Bruchfestigkeit, als übliche Zementkittungen.
6. Anwendung von "kittlosen" Isolator-Konstruktionen. Dabei wird der Isolatorenklöppel, bei einigen Kappen-Isolatoren auch die Isolatorenkappe, ohne Anwendung von Zement mit dem Isolierkörper verbunden. Es wird bei diesen Konstruktionen der Isolatorenklöppel mittels unterschiedlicher Stützkörper im Kopf des Isolierkörpers befestigt. Das Ganze wird elastisch eingebettet und in den meisten Fällen noch mit Blei oder dessen Legierungen ausgegossen. Der Verguß dient dabei nur der Sicherung des Stützkörpers und der Sicherung des Isolatorenklöppels gegen seitliche Verschiebungen und Pendelbewegungen, nicht als Kitt.
Schon frühzeitig (1912) wurde neben dem Problem der kittlosen Befestigung der Metallarmaturen am Isolierkörper, das Problem des
selbstfangenden "bruchsicheren" Kappen-Isolators, bei dem ein Herabfallen des Leiterseiles bei Zerstörung des Isolierkörpers verhindert wird,
von den Isolator-Konstrukteuren behandelt.
So wurde eine derartige Ausführung von Alessandri (Italien) bekannt (Bild 268), bei der kittlos eine zweiteilige Isolatorenkappe und ein kittlos im Innenraum des Isolierkörpers angebrachter, mit Spreizelementen versehener Bolzen, verwendet wird. Bei Bruch des Isolierkörpers stützen sich die Spreizelemente des Bolzens auf der Isolatorenkappe ab und der mechanische Zusammenhalt der Isolatorketten mit derartigen Isolatoren bleibt erhalten [20].
Bild 268: Kittloser, "bruchsicherer" Kappen-Isolator von Alessandri (Italien)
Eine weitere Ausführung von "bruchsicheren" Kappen-Isolatoren stellte SSW (Deutschland) 1912 für Bahnzwecke vor (Bild 269).
Bild 269: Kittloser, "bruchsicherer" Kappen-Isolator von SSW (Deutschland)
Dieser Isolator besteht aus einer zweiteiligen Isolatorenkappe und mehreren, am Isolatorenklöppel angebrachten Metallteilen, die bei Bruch ineinandergreifen und eine mechanische Trennung des Isolators verhindern [20].
Bei den nachfolgend beschriebenen kittlosen Isolatoren wurde die Kittung der Kappe mit Zement beibehalten. Das kann ohne Gefährdung des Isolierkörpers erfolgen, da hier der Körper mit dem kleinsten Wärme-Ausdehnungskoeffizienten (nämlich das Porzellan) innen sitzt. Die Ausdehnung infolge Erwärmung wirkt nach außen und ein Springen des Isolierkörpers kann nicht erfolgen. Es wurden jedoch auch kittlose Kappenbefestigungen vorgeschlagen, z. B. 1924 von der Porzellanfabrik Ph. Rosenthal [216] (Bild 270).
Bild 270: Kittlose Befestigung von Isolatorenkappen (1924)
Die Nachteile der Verkittung von Isolatoren sollten durch einen neuartigen Hängeisolator von Jeffery-Dewitt Insulator Co. (USA) beseitigt werden (1916) [20], [224], [225], [226], [314]. Der Isolierkörper dieses Isolators besitzt oben und unten 8 im Kreise angeordnete zylinderförmige Löcher, in welche fingerartige Fortsätze der Isolatorenkappe eingreifen. Die Verbindung mit dem Isolierkörper erfolgte durch eingegossenes Blei (Bild 271 und 272). Dieser Isolator kam nur wenig zur Anwendung.
Bild 271: Hängeisolator von Jeffery-Dewitt (USA)
Bild 272: Tragkette aus Jeffery-Dewitt-Isolatoren
In den USA wurde 1914 durch Ohio Brass bei der Herstellung von Kappen-Isolatoren das "Sandungsverfahren" eingeführt und 1917 weiter verbessert [20]. Dabei wird auf die Kittflächen des Isolierkörpers im Brennofen Porzellangrieß aufglasiert. Vor dem Kitten werden die gesamten Kittflächen noch mit einem elastischen Anstrich versehen. Diese "elastische" Kittung, sowie das sich anschließende Abbinden des Zementes unter Dampfatmosphäre, sollte die Übertragung der mechanischen Spannungen in den Isolierkörper verbessern und eine größere Sicherheit bringen (Bild 273).
Bild 273: Amerikanischer Kappenisolator (1917)
In Deutschland begann frühzeitig die Normung der Kappen-Isolatoren mit der Typenbezeichnung "K" [63]. 1929 entstand ein Entwurf von DIN VDE 8007, der 8 Isolatorengrößen (K 1 bis K 8) mit den Klöppel-Nennmaßen 11, 16, 20 und 24 mm enthielt. Die äußere Form, die Höhe und der Schirmdurchmesser waren festgelegt, die innere Durchbildung und die Verbindung der Einzelteile blieben jedoch den Herstellern überlassen (Bild 274).
Bild 274: Genormter deutscher Kappen-Isolator nach DINVDE 8007(1929)
Die im Normentwurf enthaltenen Großisolatoren K 7 und K 8 wurden für die hohe Spannung und die hohen mechanischen Bruchkräfte der Kupfer-Hohlseile der ersten deutschen 220-kV/380-kV-Freileitung entwickelt. In späteren Ausgaben von DIN VDE 8007 verschwanden diese großen Isolatoren aus den Normblättem. Beim Entwurf dieses Normblattes wurde jedoch bereits berücksichtigt, dass eine einheitliche Isolatorenform für Trag- und Abspannketten anzuwenden ist.
Die in der Zeit nach 1910 in Deutschland entwickelten zahlreichen "kittlosen" Kappen-Isolatoren unterscheiden sich am augenfälligsten durch die Art der Befestigung des Isolatorenklöppels mittels der verschiedensten Stützkörper, während die Isolatorenkappe nach wie vor aufgekittet wurde [349].
Einer der ersten kittlosen Kappen-Isolatoren, bei dem die starre Verbindung des Isolatorenklöppels mit dem Porzellan durch Zementkitt vermieden wurde, war der 1914 von der Porzellanfabrik Schomburg & Söhne, Margarethenhütte Großdubrau von Friedrich Scheid entwickelte Kugelkopf-Isolator Bild 275 [20], [218], [228], [229], [663].
Bild 275: Kugelkopf-Isolator (1914)
Seine Kennzeichen, nach denen auch der Name entstand, waren:
* die kugelförmige Gestalt der Außen- und Innenform des Isolierkörperkopfes und
* eine im Innenraum des Isolierkörpers eingebettete, zweiseitig abgeflachte und durchlochte Porzellankugel, in der mit Hilfe einer Stahlmutter der Isolatorenklöppel befestigt wurde.
Das Einbringen der Porzellankugel erforderte eine spezielle Technologie [229]:
* Die Porzellankugel wurde zunächst fertiggebrannt.
* Diese wurde danach in den nur vorgetrockneten, ungebrannten Isolierkörper eingeführt, der die dafür geeignete Einfuhröffnung besaß.
* Danach wurden beide Teile zusammen gebrannt, wobei der Isolierkörper 18 bis 20 % über der Kugel schwindet. Damit war der Austritt der Porzellankugel aus dem Innenraum des Isolierkörpers nicht mehr möglich.
Die Befestigung des Isolatorenklöppels in der Porzellankugel geschah in folgender Weise (Bild 276) [229]:
* Ein Gewindestück in Form einer Kugelkalotte mit Innengewinde wurde von unten in den Isolierkörper eingeführt.
* Dieses Gewindestück wurde danach mit der Porzellankugel um 180° gedreht.
* Hierauf wurde der mit Gewinde versehene Isolatorenklöppel von unten in das Gewindestück eingeschraubt.
Nach Abschluß dieser Arbeiten wurde der Zwischenraum zwischen Porzellankugel und Isolierkörper ausgegossen. Dabei verwendete man zunächst Portlandzement, später Metall-Legierungen.
Bild 276: Montage des Isolatorenklöppels beim Kugelkopf-Isolator
Bild 277 zeigt die Beanspruchung des Isolierkörpers durch die Krafteinleitung mittels Porzellankugel, mit den eingezeichneten Bruchflächen bei Belastung bis zum Bruch des Isolierkörpers.
Bild 277: Beanspruchung des Isolierkörpers des Kugelkopf-Isolators
Zur besseren Umfassung der kugelförmigen Außenform des Isolierkörpers durch die Isolatorenkappe wurden von einigen Porzellanfabriken auch zweiteilige, verschraubte Isolatorenkappen verwendet (Bild 278) [229].
Bild 278: Kugelkopf-Isolator mit zweiteiliger Isolatorenkappe
Der Kugelkopf-Isolator fand ab 1920 im Freileitungsbau große Verbreitung.
Ein weiterer kittloser Isolator, der von F. W. Schmidt entwickelt wurde, kam 1922 durch die Porzellanfabrik Ph. Rosenthal als Kegelkopf-Isolator auf den Markt und wurde ebenfalls umfangreich angewendet [118].
Der Isolatorenklöppel ist bei diesem Isolator am oberen Ende als Spreizkörper ausgeführt (geschlitzter Bolzen mit zylindrischen Aussparungen). Dieses Ende wird bei der Montage lokal erwärmt und mittels einer Kniehebelpresse über einen vorher in den Hohlraum des Isolierkörpers eingebrachten Stahlkegel gepreßt, wodurch sich die Segmente des geschlitzten Klöppelteiles auseinanderspreizen und die Befestigung des Isolatorenklöppels im Isolierkörper hergestellt wird (Bild 279 und 280) [43], [88], [216], [230], [231].
Bild 279: Kegelkopf-Isolator (1922)
Bild 280: Spreizkörper des Kegelkopf-Isolators
Zum Ausgleich von Unebenheiten wurde vor der Montage des Isolatorenklöppels eine mit Leinöl getränkte ringförmige elastische Zwischenlage aus grobfaserigen Hanfgewebe zwischen Porzellan und Metall eingebracht und zwischen Hanfgewebe und Kopf des Isolatorenklöppels noch ein Stahlblechring und eine Klingeritscheibe eingefügt. Am Ende der Klöppelmontage wurde bei 450°C eine dünne Bleischicht eingegossen. Ab 1928 wurde die elastische Zwischenlage durch eine Einlage aus einer Bleilegierung ersetzt. Später (1936) wurde der Bleiausguß nach der Klöppelmontage verlassen.
Die Nachteile des Kegelkopf-Isolators waren:
* Die gewaltsame Verformung von Metallteilen im Inneren des Isolierkörpers barg bereits bei der Fertigung der Kappen-Isolatoren die Gefahr, dass an der empfindlichsten Stelle des Isolierkörpers Beschädigungen auftraten.
* Die ungleichmäßige Auflage des Spreizkörpers auf dem Porzellan brachte trotz elastischer Zwischenlagen keine zuverlässige Druckübertragung auf den Isolierkörper und es kam zu Haarrissen mit anschließender Zertrümmerung.
Das schwer zu kontrollierende Spreizen des Klöppelendes im Isolierkörper sollte der von Vaupel (Siemens-Schukertwerke) 1924 erfundene und von der Hescho übernommene V-Isolator beseitigen (Name des Isolators vom Erfinder abgeleitet) [29], [232], [233].
Statt eines Spreizkörpers sind unterhalb des kopfförmig ausgeführten Endes des Isolatorenklöppels rings um den Klöppel herum schräg stehende Stahlteile (Druckkörper) angeordnet, welche die Zugkraft des Klöppels auf die ringförmige Innenfläche der Höhlung übertragen (Bild 281 und 282).
Bild 281: V-Isolator (1923)
Bild 282: Vergleich zwischen dem Spreizkörper des Kegeikopf-Isolators (links) und dem Druckkörper des V-Isolators (rechts)lllllllll = Flächen der Kraftübertragung zum Porzellan
Zur Befestigung des Isolatorenklöppels wurde wie folgt verfahren:
- In die Höhlung des Isolierkörpers wird zunächst zum besseren Druckausgleich und damit die direkte Berührung von Stahl und Porzellan vermieden wird, eine 3-teilige Pappmanschette und eine Papphaube eingelegt.
- Danach werden die an einem dünnen Blechstreifen befestigten Stahlstücke (Druckkörper) ringförmig um den Isolatorenklöppel gebogen und mit diesem in die Höhlung eingeführt.
- Mit Hilfe eines besonderen keilringförmigen Werkzeuges werden hierauf die Stahlstücke von außen in eine schräge Lage gebracht.
- Um sie in dieser Lage festzuhalten und das Eindringen von Wasser zu verhindern, wird die Höhlung mit einer Bleilegierung ausgegossen.
1925 wurde der V-Isolator zum V-Ring-Isolator weiterentwickelt. Dieser stellte eine Vereinfachung der Innenarmatur des V-Isolators dar: Ein über den Klöppelschaft geschobener geschlossener Kupferring wird in den Hohlraum des Isolierkörpers eingeführt und mittels eines Spreizwerkzeuges aufgeweitet [235], [236].
Für den V-Ring-Isolator fertigte IWH für die Hescho die Isolatorenklöppel, die je nach Größe des Kappen-Isolators unterschiedliche Formen hatten (Bild 283) [238].
Bild 283: Isolatorenklöppel für V-Ring-Isolatoren
Ein weiterer kittloser Isolator, der Kugelring-Isolator, wurde 1925 von der AEG entwickelt und von der Porzellanfabrik Ph. Rosenthal auf den Markt gebracht. Dieser setzte sich jedoch in der Praxis nicht durch (Bild 284) [216].
Bild 284: Kugelring-Isolator (1925)
Bei ihm wird der Isolatorenklöppel im Kopf des Isolierkörpers durch einen Ring von Kugeln, die aus Stahl oder Bronze bestanden, festgehalten. Die Kugeln wurden durch einen Bleiausguß fixiert. Bei der Konstruktion wurde Wert darauf gelegt, dass sich die Kugeln bei zunehmender Zugbelastung abplatten und dadurch eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung erreicht wird.
Einen großen Fortschritt stellte der etwa zur gleichen Zeit von der STEMAG entwickelte Federring-Isolators dar, der von der Hescho Hermsdorf hergestellt wurde (Bild 285) [207], [237], [663].
Der Name für diesen Kappen-Isolator stammt von der Art der Befestigung des Isolatorenklöppels im Isolierkörper. Hierbei wird bei der Herstellung des Isolators zusammen mit dem Isolatorenklöppel ein geschlossener Ring aus wendelförmig gewundenem Stahldraht in die Kopfhöhlung des Isolierkörpers eingeführt. Dieser federnde Ring drückt sich beim Durchgang durch den Hals des Isolierkörpers zusammen. In der Kopfhöhlung federt er auseinander und nimmt dann seine ursprüngliche Form wieder an. Die Montage ist einfach und schonend für den Isolierkörper.
