DE69414849T2 - Wärmeschrumpfartikel - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen schrumpfbaren und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich wärmeschrumpfbaren Gegenstand, der im Gebrauch auf ein Substrat in abdichtenden Eingriff damit geschrumpft wird.
• Schrumpfbare und speziell wärmeschrumpfbare Gegenstände sind seit vielen Jahren bekannt und werden beispielsweise in ihre Lage auf einem Substrat geschrumpft, um für dieses einen umgebungsmäßigen, chemischen und/oder elektrischen Schutz zu bilden. Häufig sind die Gegenstände innenseitig mit einer Klebstoffschicht, beispielsweise einem Schmelzkleber, oder einem Dichtmittel wie etwa einem Mastix, beschichtet, um eine gute Abdichtung daran zu verstärken oder sicherzustellen, beispielsweise unter Ausschluß von Hohlräumen. Der Einfachheit halber wird ein solches Material nachstehend gattungsmäßig als ein Klebstoff bezeichnet. Bei einem Anwendungsbereich werden beispielseise wärmeschrumpfbare Schirme auf den Abschluß eines im Freien verwendeten Mediums oder Hochspannungskabels (d. h. über 1 kV und gewöhnlich über 15 kV oder 24 kV) aufgebracht. Ein Schirm ist ein allgemein rohrförmiger Gegenstand zur Bildung von Oberflächenkontakt mit einer äußeren, elektrisch isolierenden und gegenüber der Umgebung schützenden Schicht, gewöhnlich aus einem kriechstromfesten Polymer, des Kabelabschlusses und hat einen Flansch oder Rand, der sich von einem Ende davon radial erstreckt, um im Gebrauch jegliches Wasser oder eine sonstige flüssige Verunreinigung von dem Abschluß abzuleiten oder diesen abzuschirmen, um dadurch die Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Bahn zwischen Teilen des Abschlusses zu vermeiden, die im Gebrauch auf deutlich verschiedenen Spannungen (z. B. 24 kV und Erdspannung) sind. Solche Schirme erhöhen auch die Kriechstrompfadlänge über die äußere Oberfläche des Abschlusses. Um die letztgenannte Funktion zu verstärken oder zu gewährleisten, ist es gewöhnlich erforderlich, einen Klebstoff an der Zwischenfläche zwischen dem Schirm und dem Substrat vorzusehen, so daß etwaige Hohlräume dazwischen ausgefüllt werden und damit das Fließen von Strom oder irgendeiner Verunreinigung entlang dieser Zwischenfläche verhindert wird. Charakteristisch ist also ein wärmeschrumpfbarer Schirm an seiner inneren, mit dem Substrat in Berührung stehenden Oberfläche mit einem Schmelzklebstoff beschichtet. Ein Gegenstand der vorstehenden Art, der eine Vielzahl von Flanschen an seiner äußeren Oberfläche hat, ist in der US-Patentschrift 4 045 604 (Raychem, Clabburn) angegeben. Allgemein trifft aber der Ausdruck Schirm auch auf einen Gegenstand zu, der einen rohrförmigen Teil und nur einen einzigen Rand hat.
• Aus Gründen der Zweckmäßigkeit und nur beispielsweise wird eine Bezugnahme auf einen rohrförmigen Gegenstand nachstehend speziell einen Schirm betreffen, obwohl es sich versteht, daß jeder rohrförmige Gegenstand die vorliegende Erfindung vorteilhaft anwenden kann.
• Es wurde gefunden, daß unter bestimmten Bedingungen der Schirm eventuell noch nicht sicher an dem Substrat (beispielsweise Kabel, Isolator, Überspannungsableiter) angebracht ist und um eine kurze Strecke daran entlang gleiten kann. Faktoren, die zu einer solchen Relativbewegung beitragen, sind: Größe und Gewicht des Schirms, Orientierung des Substrats (wobei vertikal sich am stärksten auswirkt), Umgebungstemperatur (bei höheren Temperaturen besteht die Tendenz zu einer Schwächung der Zwischenflächenverbindung) und Betriebsbedingungen des Substrats. In den beiden letztgenannten Fällen kann eine Temperaturwechselbeanspruchung wie etwa zwischen Tag/Nacht oder Ein/Ausschalten der Energie zu einem Pumpeffekt auf den Kleb stoff führen, was den Schirm veranlaßt oder ihm erlaubt, sich zu bewegen. Der Klebstoff, insbesondere ein Schmelzklebstoff, kann unter solchen Umständen in gewissem Maß als Schmiermittel wirken. Ein festerer Klebstoff wie beispielsweise ein hochschmelzender Klebstoff wäre zwar zur Lösung dieses Problems besser als ein weicher Mastix, aber ein weicheres und damit beweglicheres Material hat offensichtliche Vorteile, indem es sicherstellt, daß sämtliche Hohlräume und potentiellen Leckpfade an der Zwischenfläche ausgefüllt werden, und gewährleistet, daß die Abdichtung zwischen dem Gegenstand und dem Substrat während einer thermischen Ausdehnung und Kontraktion aufrechterhalten wird.
• Eine Bewegung des Schirms unter solchen Bedingungen erfolgt gewöhnlich auf eine Weise, die dazu führt, daß ein Bereich des Klebstoffs auf dem Substrat über ein Ende des Schirms hinaus und daran angrenzend freigelegt wird. Eine elektrische und/oder Umgebungsaktivität wie etwa elektrische Entladungen oder eine Verunreinigung können dann bevorzugt zu einer lokalen Zersetzung der Substratoberfläche oder des Endes des Schirms und/oder der Zwischenfläche zwischen dem Schirm und dem Substrat führen. Infolgedessen kann ein Kriechstrom, der in jedem Fall ständig (im Betrieb, d. h. bei anliegender Spannung) entlang der äußeren Oberfläche des Substrats und des Schirms fließt, einen Weg entlang der Zwischenfläche finden, so daß die vorgesehene Bahn über die geflanschte äußere Oberfläche des Schirms elektrisch kurzgeschlossen und mindestens in gewissem Maß die Wirkung des Schirms aufgehoben wird.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen rohrförmigen Gegenstand und eine Anordnung, die einen solchen Gegenstand aufweist, anzugeben, wobei das oben angegebene Problem bei herkömmlichen rohrförmigen Gegenständen überwunden oder wenigstens gemildert wird.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Anbringen eines rohrförmigen Gegenstands an einem Substrat anzugeben, wodurch das oben genannte Problem überwunden oder wenigstens gemildert wird.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein rohrförmiger schrumpfbarer Gegenstand mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bereitgestellt.
• Die Vorsprungsmittel können einen einzigen Vorsprung oder zwei oder mehr, beispielsweise vier diskrete Vorsprünge aufweisen, die um die genannte innere Oberfläche des Gegenstands im wesentlichen symmetrisch, beispielsweise im wesentlichen auf einem Kreis, angeordnet sein können.
• Die Vorsprungsmittel können wenigstens zwei Vorsprünge aufweisen, die in Axialrichtung entlang der inneren Oberfläche des Gegenstands voneinander beabstandet sind.
• Die Vorsprungsmittel können wenigstens einen fortlaufenden Ring um die genannte innere Oberfläche des Gegenstands herum aufweisen.
• Der Gegenstand der Erfindung kann mit den Vorsprungsmitteln in seiner vollständig aufgeschrumpften Konfiguration geformt sein.
• Die Klebstoffschicht kann an der inneren Oberfläche des Gegenstands als eine Beschichtung vorgesehen sein.
• Die Vorsprungsmittel können von der Innenwand des Gegenstands in seiner vollständig aufgeschrumpften Konfiguration um eine Distanz vorspringen, die wenigstens gleich der Dicke der Klebstoffschicht ist.
• Bevorzugt weist der Gegenstand, der vorteilhaft durch das Aufbringen von Wärme darauf schrumpfbar ist, einen allgemein rohrförmigen Bereich zur Abdichtung an dem Substrat und einen Flansch auf, der sich davon an einem Ende radial erstreckt, so daß ein Schirm gebildet ist.
• Bevorzugt ist der Gegenstand aus polymerem Material wie etwa HD-Polyethylen oder Silicon, das bevorzugt geeignete Füllstoffe einschließlich eines kriechstrombeständigen Mittels aufweist, hergestellt, beispielsweise geformt. Der Gegenstand kann in der Form chemisch vernetzt werden, oder er kann anschließend dadurch vernetzt werden, daß er durch einen geeigneten Elektronenstrahl geleitet, dann erwärmt wird, aufgeweitet wird, während er sich auf erhöhter Temperatur befindet, und schließlich in seiner aufgeweiteten Konfiguration abgekühlt wird, um einen wärmeschrumpfbaren Gegenstand herzustellen.
• Vorteilhaft verschwinden die Vorsprungsmittel in die Dicke der Wand des Gegenstands während der Herstellung, so daß eine glatte innere Oberfläche gebildet wird, um seine Anbringung und Positionierung über dem Substrat zu erleichtern, bevor er zum Aufschrumpfen erwärmt oder anderweitig in abdichtenden Eingriff mit dem Substrat geschrumpft wird.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung angegeben, die ein Substrat und darauf angebracht einen Gegenstand gemäß der Erfindung, wie er hier beschrieben ist, aufweist. Die Klebstoffschicht kann als eine separate Schicht oder als eine Beschichtung auf dem Substrat vorgesehen sein.
• Der oder jeder Vorsprung kann im wesentlichen konische Gestalt haben, kann von einem Paar von Oberflächen, die in einem "V" zusammenlaufen, definiert sein, oder kann irgendeine andere geeignete Konfiguration haben, die das Angreifen des rohrförmigen Gegenstands auf dem Substrat gewährleistet oder verstärkt. Der oder jeder Vorsprung kann eine Vertiefung der äußeren Oberfläche des Substrats bilden, und zwar speziell, wenn das Substrat aus polymerem Material ist und die Kraft infolge von nichtaufgelöster Rückstellung des aufgebrachten rohrförmigen Gegenstands relativ groß ist. Der Gegenstand eignet sich jedoch auch für Substrate aus anderem Material einschließlich Porzellan.
• Da ein gewisses Maß an Längsschrumpfung gewöhnlich erwartet werden kann, wenn wärmeschrumpfbare Teile in ihrer Position auf einem Substrat erwärmt werden, und um sicherzustellen, daß kein Bereich des Klebstoffs durch das Ende eines aufgebrachten Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung freiliegend bleibt, wird es bevorzugt, daß wenigstens ein Vorsprung um nicht mehr als ca. 20 mm und am meisten bevorzugt nicht mehr als 10 mm von dem "oberen" Ende des Gegenstands entfernt positioniert ist, um den Gegenstand in seiner Position an diesem Ende festzulegen. "Oberes" Ende bedeutet dasjenige Ende des Gegenstands, von dem im Gebrauch erwartet werden kann, daß es in bezug auf das Substrat eine Relativbewegung erfährt. Wenn beispielsweise auf einen Schirm Bezug genommen wird, wäre das "obere" Ende dasjenige Ende des das rohrförmige Substrat berührenden Bereichs, das von dem geflanschten Ende entfernt ist. Für den Fall, daß eine Schrumpfung an dem geflanschten Ende stattfindet, wird etwa freiliegender Klebstoff durch den Schatten des Flansches (der sich gewöhnlich nach unten und von dem Substrat weg erstreckt) geschützt.
• Charakteristisch hat die Klebstoffschicht eine Dicke von ca. 0,5 mm vor dem Aufschrumpfen des Gegenstands auf das Substrat und von ca. 1,0 mm, wenn er in seiner Position ist. Dementsprechend ist die seitliche Erstreckung oder Länge der Vorsprungsmittel charakteristisch ca. 1,0 mm, da die Vorsprungsmittel bevorzugt vollständig in die Klebstoffschicht eindringen.
• Bevorzugt sind die Vorsprungsmittel mit der inneren Oberfläche des rohrförmigen Gegenstands integral.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren angegeben, um die Befestigung eines rohrförmigen schrumpfbaren Gegenstands auf einem Substrat zu verstärken, wobei Vorsprungsmittel an der Grenzfläche dazwischen so vorgesehen sind, daß sie in eine Klebstoffschicht eindringen, die den Gegenstand auf dem Substrat abdichtet.
• Insbesondere wird ein Verfahren angegeben, um einen rohrförmigen schrumpfbaren Gegenstand in abdichtendem Kontakt mit einem Substrat zu befestigen, wobei an der Grenzfläche zwischen dem Gegenstand und dem Substrat eine Klebstoffschicht vorgesehen ist, wobei der Gegenstand in seine Position auf dem Substrat geschrumpft wird, und wobei Vorsprungsmittel angeordnet sind, um in die Klebstoffschicht einzudringen und dadurch das Angreifen des Gegenstands an dem Substrat zu verstärken.
• Bevorzugt sind der Gegenstand und die Anordnung aus Gegenstand und Substrat, die bei dem Verfahren der Erfindung verwendet wird, ein Gegenstand oder Substrat gemäß den anderen Aspekten der Erfindung. Es ist jedoch daran gedacht, daß ein an der Zwischenfläche vorgesehener Klebstoff teilchenförmiges Material aufweisen kann, das eine ausreichende Teilchengröße hat, um als die genannten Vorsprungsmittel zu wirken und damit die erforderliche mechanische Festlegung zu bewirken. In dem letzteren Fall kann der Klebstoff beispielsweise mit einem Material wie etwa grobem Sand beladen sein, der eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 2 mm hat, die größer als die Dicke der Klebstoffschicht (etwa 1,0 mm) ist, nachdem der Gegenstand auf ein Substrat der kleinsten Dimension aufgeschrumpft worden ist.
• Der Gegenstand kann in seine Position auf dem Substrat durch das Aufbringen von Wärme schrumpfbar sein, es ist jedoch auch denkbar, daß der schrumpfbare Gegenstand durch andere Mittel in seine Position entspannt werden kann. Beispielsweise kann der schrumpfbare Gegenstand elastomer sein und aus einer vergrößerten oder aufgeweiteten Konfiguration heraus freigesetzt oder gedehnt und auf das Substrat geschoben werden. Ein wärmeschrumpfbarer Gegenstand bietet jedoch den Vorteil, daß die Wärme, die aufgebracht wird, um seine Rückstellung zu bewirken, auch den Klebstoff erweicht und somit dazu beitragen kann, daß die Vorsprungsmittel sich in den Klebstoff einpressen, und zwar bevorzugt in unmittelbaren Kontakt mit dem Substrat.
• Das Substrat, auf das der Gegenstand der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird, kann irgendeine Komponente sein, es ist aber daran gedacht, daß es sich um eine elektrische Komponente handelt, und diese kann beispielsweise ein Abschluß eines elektrischen Starkstromkabels, ein Elektrizitätsisolator, ein elektrischer Durchführungsisolator oder ein Überspannungsableiter sein. Solche Substrate können charakteristisch eine polymere oder elastomere äußere Oberfläche haben, an der der Gegenstand haftend befestigt werden muß.
• GB-A-932 916 zeigt eine Anordnung, bei der eine geflanschte Buchse auf einem Kabel befestigt ist. Die mechanische Befestigung der Buchse hat nichts mit der Verwendung einer Klebstoffschicht zu tun und ergibt somit keine Abdichtung zwischen der Buchse und dem Kabel. Diese Anordnung weist somit nicht das Problem einer Bewegung des Klebstoffs beispielsweise bei der Temperaturwechselbeanspruchung auf, während gleichzeitig eine abgedichtete Zwischenfläche aufrechterhalten wird.
• Ein wärmerückstellbarer zusammengewickelter Schlauch ist in WO90/02037 gezeigt und wird bei einem Kabelbaum verwendet, wobei die Windungen so angeordnet sind, daß sie eine mechanische Zugentlastung ergeben. Eine solche Anordnung hat jedoch nichts mit einem Klebstoff zur Bildung einer Abdichtung auf dem Substrat zu tun, und außerdem ist in dem gewickelten Bereich keine Abdichtung erforderlich.
• Rohrförmige Gegenstände, Anordnungen und Verfahren, und zwar jeweils gemäß der vorliegenden Erfindung, werden nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; die Zeichnungen zeigen in:
• Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Schirms im geformten Zustand;
• Fig. 2 eine entsprechende Ansicht des Schirms von Fig. 1 in seiner aufgeweiteten und beschichteten Konfiguration;
• Fig. 3 eine entsprechende Ansicht des Schirms von Fig. 1 in seiner Position auf einem Kabel; und
• Fig. 4 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Schirms im geformten Zustand.
• Gemäß Fig. 1 wird ein Schirm 2 in einem Formwerkzeug unter Einsatz von HD-Polyethylen als dem Basispolymer geformt, das geeignete Füllstoffe enthält, um dem Endprodukt beispielsweise Kriechstromfestigkeitseigenschaften und Beständigkeit gegen Zersetzung durch UV-Strahlung zu verleihen. Die Polymerverbindung enthält außerdem ein chemisches Vernetzungsmittel. Im geformten Zustand ist der Schirm 2 rohrförmig und hat einen allgemein zylindrischen Bereich 4 und einen Kragen 6, der sich an einem Ende radial davon erstreckt. Vier Vorsprünge in Form von konischen Stiften 8 sind auf einem Kreis gleichbeabstandet und springen von der inneren Oberfläche des rohrförmigen Bereichs 4 nach innen vor, wobei sie etwa 10 mm von dem anderen Ende des Bereichs 4 weg im Abstand liegen. Die Stifte 8 erstrecken sich nach innen um eine Distanz, die ungefähr gleich der hal ben Wandstärke des Bereichs 4 ist.
• Nach dem Formen, bei dem die Polymerverbindung vernetzt wird, wird der Schirm 2 unter Verwendung eines Dorns aufgeweitet, um die in Fig. 2 gezeigte Konfiguration zu erhalten, wobei die Stifte 8 nicht sichtbar sind, da sie in der Wand des zylindrischen Bereichs 4 aufgenommen worden sind, der nunmehr einen Innendurchmesser hat, der um ungefähr 50% vergrößert ist. Dann wird ein Überzug 10 aus Schmelzklebstoff mit irgendeinem geeigneten Verfahren auf die innere Oberfläche des Bereichs 4 des Schirms 2 aufgebracht, wobei die Dicke des Überzugs ungefähr gleich der Länge oder Höhe der Stifte 8 in der geformten Konfiguration ist.
• Im Gebrauch wird der aufgeweitete Schirm 2 über ein Ende eines polymeren Hochspannungskabels, das in Fig. 3 bei 12 schematisch gezeigt ist, geschoben und mittels eines Gasbrenners erwärmt, um ihn zu veranlassen, in Anpassung daran aufzuschrumpfen. Während der Durchmesser des rohrförmigen Bereichs 4 abnimmt, erscheinen die Stifte 8 erneut, und der Klebstoff 10 erweicht. Die Stifte 8 springen durch den Klebstoff 10 hindurch vor und greifen an dem Kabel 12 mechanisch an, wobei sich an diesen vier lokalen Bereichen nur wenig oder kein Klebstoff dazwischen befindet. Überall sonst über die Zwischenfläche zwischen dem Schirmbereich 4 und dem Kabel 12 wird von dem Klebstoff 10 eine abdichtende Verbindung gebildet. So füllt die Klebstoffverbindung alle Hohlräume zwischen dem Schirm 2 und dem Kabel 12 aus, wodurch das Fließen von Kriechstrom dazwischen verhindert wird, und die vier Stifte 8 legen den Schirm 2 mechanisch auf dem Kabel 12 fest, und zwar im wesentlichen in jeder Orientierung und unter allen Umgebungsbedingungen, in denen das abgeschirmte Kabel angeordnet ist.
• Erforderlichenfalls kann das Angreifen des Schirms an dem Kabel verstärkt werden, indem eine größere Zahl von Vorsprüngen vorgesehen wird, und wie in Fig. 1 gestrichelt gezeigt ist, können diese als ein weiterer Ring von Stiften 14 vorgesehen sein, die den Stiften 8 gleichen, aber davon axial im Abstand liegen.
• Fig. 4 zeigt eine alternative Konfiguration eines Gegenstands, wobei ein Schirm 20 mit einem inneren Vorsprung an seinem zylindrischen Bereich 22 in Form einer umlaufenden Umfangsrippe 24 geformt ist.

Claims (11)

1. Rohrförmiger schrumpfbarer Gegenstand (2, 20) zum Aufschrumpfen in abdichtenden Kontakt mit einem Substrat (12), wobei die innere Oberfläche des Gegenstands (2, 20) mit einer Klebstoffschicht (10) und mit Vorsprungsmitteln (8, 24) versehen ist, wobei die Vorsprungsmittel (8, 24) im wesentlichen innerhalb der Wand des Gegenstands (2, 20) liegen, wenn er in seiner ausgedehnten Konfiguration ist, und wobei die Vorsprungsmittel (8, 24) beim Aufschrumpfen des Gegenstands (2, 20) auf das Substrat (12) von der Wand des Gegenstands (2, 20) nach innen vorspringen und in die Klebstoffschicht (10) eindringen, so daß das Greifen des Gegenstands (2, 20) an dem Substrat (12) verstärkt wird.

2. Gegenstand (2, 20) nach Anspruch 1, wobei die Klebstoffschicht (10) als eine Beschichtung vorgesehen ist, die an dem Gegenstand (2, 20) befestigt ist.

3. Gegenstand (2, 20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Vorsprungsmittel vier Vorsprünge (8) aufweisen, die im wesentlichen symmetrisch um die innere Oberfläche herum im wesentlichen auf einem Kreis angeordnet sind.

4. Gegenstand (2, 20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Vorsprungsmittel (8, 24) wenigstens zwei Vorsprünge aufweisen, die in Axialrichtung entlang der inneren Oberfläche voneinander beabstandet sind.

5. Gegenstand (2, 20) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Vorsprungsmittel wenigstens einen kontinuierlichen Ring (24) um die innere Oberfläche herum aufweisen.

6. Gegenstand (2, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gegenstand (2, 20) in seiner vollkommen geschrumpften Konfiguration mit dem Vorsprungsmitteln (8, 24) geformt ist.

7. Gegenstand (2, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorsprungsmittel (8, 24) von der inneren Wand des Gegenstands (2, 20) in seiner vollkommen geschrumpften Konfiguration um eine Distanz vorspringen, die wenigstens gleich der Dicke der Klebstoffschicht (10) ist.

8. Gegenstand (2, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen im allgemeinen rohrförmigen Bereich (4, 22) zur abdichtenden Verbindung mit dem Substrat (12) und einen Flansch (6) aufweist, der sich an einem Ende in Radialrichtung davon erstreckt, so daß ein Schirm gebildet ist.

9. Gegenstand (2, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der durch Aufbringen von Wärme darauf schrumpfbar ist.

10. Anordnung, die ein Substrat (12) und einen Gegenstand (2, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der darauf aufgeschrumpft ist, aufweist.

11. Verfahren zum Befestigen eines rohrförmigen schrumpfbaren Gegenstands (2, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in abdichtenden Kontakt mit einem Substrat (12), wobei der Gegenstand (2, 20) in seine Position auf dem Substrat (12) aufgeschrumpft wird und die Vorsprungsmittel (8, 24) in die Klebstoffschicht (10) eindringen, so daß das Greifen des Gegenstands (2, 20) an dem Substrat (12) verstärkt wird.