Stopfbuchsenartige Anordnung zur Abdichtung von Kabeleinführungen

Abstract

 Stopfbuchsenartige Anordnung zur Abdichtung von Kabel­einführungen, bei der auf mindestens einen das Kabel ringförmig umgebenden, mit definierter Vorspannung auf­gebrachten Dichtungskörper (20) aus elastischem Kunst­stoff in einem Stopfbuchsen-Bauteil (14) von einem be­wegbaren ringförmigen Druckstück (15) ein Druck ausgeübt wird. Der Dichtungskörper (20) weist Dichtflächen (21) mit glatter, definierter Oberfläche auf sowie vorge­fertigte, kompressible Ausnehmungen bzw. Hohlräume (22, 23) zur reversiblen Aufnahme der insbesondere durch Temperaturveränderung bedingten Umfangsvergrößerung oder -verringerung des Kabels (12).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine stopfbuchsenartige Anordnung zur Abdichtung von Kabeleinführungen, insbesondere für kunststoffisolierte Hochspannungskabel, bei der auf mindestens einem das Kabel ringförmig umgebenden Dich­tungskörper aus elastischem Kunststoff in einem das Kabel umschließenden Packungsraum eines vorzugsweise metallischen Stopfbuchsen-Bauteils von einem in Längs­richtung relativ zum Stopfbuchsen-Bauteil bewegbaren ringförmigen Druckstück ein Druck ausgeübt wird.

[0002] Eine solche Anordnung ist aus der DE-AS 19 24 966 bekannt. Das dort genannte Material soll gummiähnliche Konsistenz besitzen, also elastisch verformbar sein. Diese Maßnahme, die bei Rohrkabeln und deren annähernd gleichen Ausdeh­nungskoeffizienten von Kabel und Stopfbuchse anwendbar ist, reicht jedoch nicht aus, um thermisch bedingte Um­fangsvergrößerungen bzw. -verringerungen der Kabeliso­lierung von kunststoffisolierten Hochspannungskabeln im Dauerbetrieb problemlos aufzufangen. Auch der schon dort gegebene Hinweis auf einen geschäumten Kunststoff reicht nicht aus, um ohne weiteres zu einer brauchbaren Lösung zu führen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Elastizität des Dichtungsmaterials einer Stopfbuchse keine hinreichende Bedingung ist. Auf der anderen Seite ist zwar Schaum kompressibel, aber nicht in der Lage, einem Körper wirksame Dichtungsflächen zu verleihen. Ein weiterer Nachteil der dortigen Anordnung besteht darin, daß das Dichtungsmaterial nicht vorgeformt ist, sondern in einem gesonderten Verfahren an Ort und Stelle in die Stopfbuchse fließfähig einzubringen ist, wonach es in dieser aushärten soll. Undefinierte Luftein­schlüsse sind bei diesem Verfahren nicht auszuschließen.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vorge­fertigte Dichtungskörper aus elastischem Kunststoff so zu gestalten, daß sie ihre Funktion auch im Falle einer etwa thermisch bedingten Umfangsvergrößerung oder -ver­ringerung der Kabelisolationen voll beizubehalten ver­mögen.

[0004] Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch, daß der Dichtungskörper mit definierter Vor­spannung aufgebracht ist und Dichtflächen mit glatter, definierter Oberfläche aufweist sowie vorgefertigte, kompressible Ausnehmungen bzw. Hohlräume, die nach Form und Anzahl geeignet sind, eine insbesondere durch Tempe­raturveränderung bedingte Umfangsvergrößerung oder -ver­ringerung des Kabels durch entsprechende Verformung des Dichtungskörpers ohne wesentliche Schwankung des Anpreß­druckes seiner Dichtflächen auf der Kabeloberfläche reversibel aufzunehmen.

[0005] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Unter­anspruch 4 gekennzeichnet. Dabei empfiehlt es sich be­sonders, daß der Dichtungskörper zur Erzielung einer eigenständigen Vorspannung einen etwa 5 bis 15 % kleine­ren Durchmesser (D_i) als das Kabel (D_a) aufweist, und daß sämtliche im Packungsraum addierten Hohlräume etwa dem max. Ausdehnungsvolumen des Kabels entsprechen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

[0006] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile wirken sich vor allem bei Hoch- und Höchstspannungskabeln mit einer VPE-Isolierung aus. Vernetztes Polyäthylen (VPE) ist bekanntlich ein thermoplastischer Werkstoff, der sich unter Druck und Temperatur verformen läßt. Je dicker die Isolierung ist, um den elektrischen Anforderungen zu genügen, um so mehr wirkt sich der Ausdehnungskoeffi­zient dieses Werkstoffes im Vergleich zu Metall der Stopfbuchsenteile, meist Aluminium, Messing oder V2A-­Stahl, aus. Die bisher für solche Dichtelemente ver­wendeten Werkstoffe wie Silikonkautschuk, Perbunan oder Ähnliches lassen zwar eine vielfältige Verformung zu, sind jedoch nicht kompressibel. Das bedeutet, daß sich der Isolierwerkstoff des Kabels insbesondere bei bestimmter thermischer Belastung verformen kann und das Material des Kabelisoliermantels nach außen gedrückt wird. Das bedeutet weiterhin, daß sich im Laufe der Zeit unerwünschte Freiräume ausbilden, welche die Dichtfunk­tion aufheben. Die erfindungsgemäß vorgesehenen kompres­siblen Hohlräume können, da der Dichtwerkstoff gut ver­formbar ist, die Ausdehnungsvolumina des Kabels ohne wesentliche Druckerhöhung auf die Oberfläche desselben aufnehmen und in Verbindung mit der durch die Vorspan­nung gewährleisteten Rückstellkraft eine Volumenverrin­gerung des Kabels ebenso ausgleichen, womit eine dauer­hafte sichere Abdichtung, z.B. auch bei zyklischer Be­anspruchung gesichert ist.

[0007] Als Werkstoff eignet sich Silikonkautschuk oder eine weiche EPDM-Mischung. Es kommen jedoch auch andere Stoffe in Frage. Der Schaum kann bevorzugt geschlossen­porig sein, z.B. geschäumtes Silikon. Die Erfindung hat sich insbesondere bei Einbauendverschlüssen für Schalt­anlagen bewährt.

[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­rungsbeispieles mit mehreren Varianten erläutert. Die zugehörigen Figuren 1 bis 3 stellen einen Längsschnitt der jeweiligen Gesamtanordnung einschließlich des abzu­dichtenden Kabels dar, die Figuren 4 bis 10 Dichtungs­körper verschiedener Ausführungsform, wobei zur besseren Darstellung des Aufbaues aus den perspektivisch gezeig­ten Körpern jeweils ein Segment ausgeschnitten ist.

[0009] Im einzelnen zeigt Figur 1 ein Stopfbuchsen-Bauteil 14a mit im wesentlichen zylindrischer Form und oberer ko­nischer Druckschulter. Das Gegendruckstück ist mit 15a bezeichnet und wird durch einen Schraubring 16 nach oben gedrückt. Die Stopfbuchse ist als Packung von drei Dichtungskörpern 20a ausgebildet, wobei der erste und dritte Dichtungskörper mit seiner Ausnehmung 22 nach innen zum Kabel 12 weist. Dieser Typ von Dichtungs­körper ist in Figur 4 im einzelnen dargestellt. Der mittig gelegene Dichtungskörper ist von entsprechend inverser Form.

[0010] Das in Figur 1 gezeigte Stopfbuchsen-Bauteil 14a ein­schließlich Druckstück 15a kann auch in Verbindung mit den in Figur 5 und 6 dargestellten Dichtungskörpern benutzt werden.

[0011] Figur 2 zeigt eine Ausführungsform, die mit einem einzigen Dichtungskörper 20b von keilförmigem Quer­schnitt auskommt. Die glatt ausgebildeten Dichtflächen sind - wie immer - mit 21, die Ausnehmungen mit 22 be­zeichnet.

[0012] Figur 3 betrifft einen Sonderfall. Hier besteht die Stopfbuchsenanordnung aus zwei ringflanschähnlich ausge­ bildeten Stücken 14c und 15c. Der Anpreßweg längs zur Kabelachse ist hier sehr gering, wobei eine etwa radial mittig umlaufende Anformfläche 25 des Dichtungskörpers 20c zwischen den Flanschringen 14c und 15c zu liegen kommt und zusammengepreßt ist.

[0013] Die in den Figuren 4, 5 und 6 dargestellten Dichtungs­körper sind in der Gesamtanordnung gemäß Figur 1 ver­wendbar. Die jeweils zugehörige inverse Form des mittig liegenden dritten Dichtungskörpers ist nicht darge­stellt. Figur 4 zeigt die einfachste Variante, nämlich eine in der Dichtungsfläche 21 liegende Ausnehmung 22. Im Falle der Figur 5 liegt ein ringsumlaufender Hohl­raum 23 vor, der eine Schaumstoff-Füllung 24 aufweist. Im Falle der Figur 6 ist die Ausnehmung 22 mit Schaum­stoff 24 gefüllt. Die eigentliche Dichtung erfolgt über die obere und untere Dichtungsfläche 21.

[0014] Der in Figur 7 gezeigte Körper ist im Zusammenhang mit Figur 2 zu verwenden und dort bereits erläutert worden. Er kann durch den in Figur 8 gezeigten Körper mit innen­liegenden ringsumlaufenden Hohlräumen 23 ersetzt werden. Die gezeigten Hohlräume können auch eine Schaumstoff-­Füllung aufweisen. Der in Figur 9 gezeigte Dichtungskör­per ist in Verbindung mit Figur 3 besprochen worden.

[0015] In Figur 10 ist ein als zylindrischer Ring ausgebildeter Dichtungskörper gezeigt, dessen Hohlraum 23 mit Schaum­stoff 24 gefüllt ist. Ein solcher Dichtungskörper kann z.B. in einer Gesamtanordnung ähnlich Figur 1 alleine oder als Packung von zwei bis drei gleichen Dichtungs­körpern benutzt werden, wobei die konische Schulter­form des Stopfbuchsen-Bauteils 14a bzw. des Druckstückes 15a entfällt.

Ansprüche

1. Stopfbuchsenartige Anordnung zur Abdichtung von Kabeleinführungen, insbesondere für kunststoffisolierte Hochspannungskabel, bei der auf mindestens einen das Kabel ringförmig umgebenden Dichtungskörper (20) aus elastischem Kunststoff in einem das Kabel (12) um­schließenden Packungsraum eines vorzugsweise metal­lischen Stopfbuchsen-Bauteils (14) von einem in Längs­richtung relativ zum Stopfbuchsen-Bauteil bewegbaren ringförmigen Druckstück (15) ein Druck ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (20) mit definierter Vorspannung aufgebracht ist und Dicht­flächen (21) mit glatter, definierter Oberfläche auf­weise sowie vorgefertigte, kompressible Ausnehmungen bzw. Hohlräume (22, 23), die nach Form und Anzahl ge­eignet sind, eine insbesondere durch Temperaturverände­rung bedingte Umfangsvergrößerung oder -verringerung des Kabels (12) durch entsprechende Verformung des Dichtungs­körpers (20) ohne wesentliche Schwankung des Anpreß­druckes seiner Dichtflächen (21) auf der Kabeloberfläche reversibel aufzunehmen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (20a) etwa trapezförmigen Quer­schnitt aufweist mit einer ringsumlaufenden, mittig ge­legenen Ausnehmung (22) in der Basisfläche. (Fig. 1 und 4).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Dichtungskörper (20) etwa trapez­förmigen Querschnitt und einen etwa mittig darin ge­legenen Hohlraum (23) aufweist. (Fig. 5).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß drei Dichtungskörper (20, 20a) sich als Packung in einem Stopfbuchsen-Bauteil (14a) befinden, wobei die ggf. mit einer Ausnehmung (22) versehenen Basisflächen des ersten und dritten Dichtungskörpers nach innen zum Kabel (12) weisen. (Fig. 1).

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (20b) einen keilförmigen Quer­schnitt aufweist mit mehreren ringsumlaufenden hohlkehl­artigen Ausnehmungen (22) an der Dichtfläche (21). (Fig. 2 und 7).

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Dichtungskörper (20) einen keil­förmigen Querschnitt aufweist mit mehreren innenliegen­den Hohlräumen (23). (Fig. 8).

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (20c) doppelkonisch ausgebildet ist mit einer radial etwa mittig umlaufenden Anform­fläche (25), die zwischen zwei Flanschringen (14c, 15c) mit hut- bzw. schüsselähnlichem Querschnitt samt dem am Kabel (12) anliegenden Doppelkonus zusammengepreßt ist. (Fig. 3).

8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (22) und/­oder Hohlräume (23) eine Schaumstoff-Füllung (24) auf­weisen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um geschlossenporigen Schaum handelt.

10. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (20) aus Silikonkautschuk oder einer weichen EPDM-Mischung be­steht.

11. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (20) zur Erzielung einer eigenständigen Vorspannung einen etwa 5 bis 15 % kleineren Durchmesser (D_i) als das Kabel (D_a) aufweist gemäß der Gleichung 100 (D_a - D_i) / D_a.

12. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen der im Packungsraum (14, 15) vorhandenen Hohlräume (22, 23) etwa dem max. Ausdehnungsvolumen des Kabels (12) ent­spricht.

Zeichnung