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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet der Baukonstruktionen zum Halten von
Hochspannungsleitungen (Überland-
oder Freileitungen) und Hochspannungs-Umspannbauten.
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HINTERGRUNDTECHNOLOGIE
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Bekannte
Baukonstruktionen zum Halten von Hochspannungs-Übertragungsleitungen
weisen eine Reihe von Problemen auf. Ein Problem entsteht, weil
die Bauten im Allgemeinen aus induktivem Material hergestellt sind,
wobei die von den hohen Spannungen in den Übertragungsleitungen verursachte Induktion
die energieführende
Kapazität
verringert. Manche Haltekonstruktionen sind aus Holz hergestellt,
aber diese Konstruktionen sind in der Regel klein und im Unterhalt
teuer. Größere Leitungsmasten
sind typischerweise aus Stahl hergestellt, und diese sind leitfähig und
bergen das Problem der Induktion und das Risiko eines Kurzschlusses
mit dem Boden. Ähnliche
Probleme existieren im gesamten Bereich der Hochspannungs-Infrastruktur, beispielsweise
in den Konstruktionen, die für
Umspannstationen eingesetzt werden.
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Die
typische Lösung
dieser Probleme besteht darin, dass die Hochspannungsleitungen mit großen Isolatoren
in einem deutlichen Abstand von den Haltekonstruktionen gehalten
werden. Diese Isolatoren sind jedoch teuer und machen es erforderlich, dass
auch die Konstruktionen selbst groß sind.
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Eine
andere Lösung,
die vorgeschlagen wurde, besteht darin, dass die Haltekonstruktionen
aus Kunststoffmaterialien hergestellt werden, die nicht induktiv
sind. Diese Konstruktionen sind nicht erfolgreich gewesen, da solche
Konstruktionen ziemlich teuer sind, wenn sie eine angemessene Festigkeit oder
Stärke
besitzen. Darüber
hinaus sind Kunststofftürme
biegsam, was sie anfällig
für übermäßige Vibrationen
bei windigem Wetter macht. Diese Vibrationen werden auf die Hochspannungsleitungen übertragen,
was bewirkt, dass diese reißen
und was zu häufig
schwerwiegenden Schäden
führt.
Ein anderer Nachteil beim Einsatz von Kunststoffen ist es, dass
diese in der rauen Umgebung, der die Konstruktionen ausgesetzt sind,
insbesondere unter der UV-Strahlung der Sonne, in bedeutendem Ausmaß abgebaut
werden.
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Es
ist auch vorgeschlagen worden, von Masten aus stahlverstärktem Beton
Gebrauch zu machen. Diese Masten sind ebenfalls sehr empfindlich gegenüber dem
Wetter, insbesondere Feuchtigkeit, die bewirkt, dass der Stahl rostet
und den Beton durch Absplitterungen abbaut.
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Die
US-A-4088808 offenbart geformte Gegenstände, einschließlich hohlen
Nutzmasten, aus Zusammensetzungen aus wasserbindendem Zement, die
mit Glasfasergewebe oder mit kurzen Glasfasern verstärkt sind
und eine glatte, reflektierende Oberfläche besitzen, die durch die
Mischung von „Super"-Wasserverdünnern zu den wässrigen,
zementhaltigen Breien und anschließendes Gießen oder Sprühen in Formen
aus synthetischem Polymer, oder in Formen, die mit solch synthetischen
Polymeren beschichtet sind, die wasserabweisend sind und nicht mit
wasserbindenden Zementen verkleben, hergestellt werden, wobei gehärtete Gegenstände mit hoher
Biegefestigkeit mit mindestens einer Außenfläche, die eine exakte Reproduktion
der Oberfläche
der synthetischen Polymerform ist, beispielsweise hochglänzende und
gemusterte Gestaltungen, erhalten werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Vorrichtungen gerichtet, die die im
beigefügten
Anspruch 1 angegebene Struktur besitzen. Bevorzugte Merkmale sind
in den Unteransprüchen
2 bis 10 angegeben.
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Erfindungsgemäß sind die
Hochspannungs-Trägermasten
aus einem Kompositmaterial hergestellt, das physikalische und chemische
Eigenschaften besitzt, die es ideal für diesen Zweck machen. Das
Material ist ein Komposit, erzeugt aus einem anorganischen Zement
und induktiv durchlässigen
Glasfasern. Dieses Material ist vorzugsweise dasjenige, das im Patent
der Vereinigten Staaten 4,921,222 (Mott) offenbart ist.
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Das
für die
Konstrukte der vorliegenden Erfindung eingesetzte Komposit-Material besitzt
ein hohes Verhältnis
von Festigkeit zu Gewicht und eine hohe Verwindungssteifigkeit.
Es ist außerdem
nicht korrodierend unter verschiedenen Umgebungsbedingungen, und
das Äußere dieses
Material kann leicht versiegelt werden, wodurch es zu keiner bedeutenden
Absorption von Wasser kommt. Diese Eigenschaften erlauben es, dass
das Material über
lange Zeiträume
hinweg bei rauem Wetter eingesetzt werden kann. Elektrisch ist das
Material für
elektromagnetische Felder mit solchen Frequenzen, wie sie bei Hochspannungsübertragungen
verwendet werden, durchlässig
und besitzt eine hohe dielektrische Festigkeit.
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Da
die Hochspannungs-Strommasten und andere solche Konstruktionen oder
Strukturen, die aus dem bevorzugten Komposit-Material hergestellt sind,
induktiv durchlässig
sind, werden weniger teure Isolatoren benötigt, um eine Stromleitung
an dem Bauteil bzw. der Konstruktion zu halten, und die Masten können kleiner
sein. Darüber
hinaus besitzen die Masten aufgrund der physikalischen Eigenschaften des
Materials eine sehr lange Lebensdauer, was weiterhin Kosten verringert.
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Die
erfindungsgemäßen Träger-Konstruktionen
werden vorzugsweise dadurch in Form von Masten hergestellt, dass
Glasfasern unter Spannung um einen Dorn gewickelt werden, während der
anorganische Zement zugeführt
wird, wodurch eine Glasfaserwicklung in einer Matrix aus anorganischem
Zement gebildet wird. Masten wie diese können in unterschiedlichen Formen
und Größen hergestellt
werden, je nach der Anzahl von Übertragungsleitungen, die
gehalten werden müssen,
und dem Terrain. In einer Ausführungsform
ist ein Trägermast
ein einzelnes, langgestrecktes Element, das sich vom Boden bis zur
Spitze konisch verjüngt
und das ein oder mehrere kreuzweise angebrachte Teile mit Isolatoren
zur Verbindung mit den Übertragungsleitungen
besitzt. Die Träger-Konstruktionen
können
jedoch auch andere Formen besitzen, z. B. diejenige eines Turms mit
Streben, der aus einzelnen, aus dem Komposit-Material mit anorganischem
Zement hergestellten Teilen zusammengebaut ist.
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Wenn
die Träger-Konstruktion
die Form eines Mastes besitzt, kann sie auf eine beliebige unter verschiedenen
Methoden am Boden befestigt sein. In einer Ausgestaltung beispielsweise
kann der Bodenteil des Mastes einfach in den Boden eingegraben sein.
Vorzugsweise ist der Mast mit einem Bodenflansch ausgestattet, der
zur Anlage an oder zum Eingriff mit einer zuvor installierten Basis-Konstruktion,
beispielsweise einer Basis aus Beton, vorgesehen ist. Der Flansch
ist auf eine beliebige von verschiedenen Weisen am Mast befestigt.
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Die
Querelemente können
mit beliebiger Technik an den Masten befestigt sein. In einer Ausgestaltung
wird während
der Herstellung eine konische Fassung oder Aufnahme im Komposit-Material
ausgebildet, und ein Querstück,
das aus demselben Komposit-Material hergestellt ist, wird mit Hilfe
einer Vergussmasse in der Fassung bzw. der Aufnahme gehalten, bei
der es sich vorzugsweise um eine expandierende Vergussmasse handelt,
um sicherzustellen, dass die Verbindung sicher ist.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, eine induktiv durchlässige Träger-Konstruktion oder ein
solches Bauelement zum Halten oder Abstützen von Hochspannungsleitungen
bereitzustellen.
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Eine
andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Träger-Konstruktion oder ein solches
Bauelement für
Hochspannungsleitungen bereitzustellen, die kostengünstig und
dennoch in hohem Maße
wiederstandsfähig
gegenüber äußeren Bedingungen
ist.
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Noch
eine andere Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, eine Träger-Konstruktion
oder ein solches Bauelement für
Hochspannungsleitungen bereitzustellen, die/das überlegene physikalische Festigkeit besitzt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer Träger-Konstruktion
für Übertragungsleitungen
gemäß der Erfindung.
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2 ist
ein Teilquerschnitt der Spitze, die in 1 gezeigt
ist.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils der Träger-Konstruktion,
wie sie in 1 gezeigt ist.
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4 ist
ein Querschnitt des unteren Endes einer zweiten Ausführungsform
der in 1 gezeigten Träger-Konstruktion.
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5 ist
ein Querschnitt des unteren Endes einer dritten Ausführungsform
der in 1 gezeigten Träger-Konstruktion.
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6 ist
ein Querschnitt des unteren Endes einer vierten Ausführungsform
der in 1 gezeigten Träger-Konstruktion.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 stellt
eine Ausführungsform
der Erfindung dar, in der eine Vorrichtung 2 zum Halten
oder Abstützen
von Hochspannungs-Übertragungsleitungen
eine Träger-Konstruktion 4 und
leitungsbefestigende Elemente 6 aus induktiv durchlässigen,
im Wesentlichen endlosen Glasfasern und anorganischen Zementen,
beispielsweise denjenigen, die im obengenannten Mott-Patent beschrieben
sind, umfasst. Die in 1 gezeigte Träger-Konstruktion
besitzt die Gestalt eines konischen Mastes und wird dadurch im Grund
gehalten, dass ein unteres Ende des Mastes in ein Loch im Grund
eingebracht wird.
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Der
in 1 gezeigte Mast kann hergestellt werden, indem
Glasfasern unter Spannung um einen konischen Dorn gewickelt werden,
während
der anorganische Zement zugeführt
wird. Der Dorn wird dann herausgezogen, wenn das Komposit-Material
gehärtet
ist, und die leitungsbefestigenden Elemente werden hinzugefügt.
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Die 2 und 3 illustrieren
ein Verfahren zum Befestigen der leitungsbefestigenden Elemente
an der Träger-Konstruktion.
In dieser Ausführungsform
umfasst das leitungsbefestigende Element 6 einen Querbalken 8,
der einen Isolator 10 hält,
wobei die Übertragungsleitung
selbst (nicht gezeigt) am Isolator 10 befestigt wird.
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3 zeigt
die Verbindung zwischen dem Querbalken 8 und der Träger-Konstruktion 4.
Eine Fassung 12 in der Form von zwei Rücken an Rücken aneinanderstoßenden Kegelstümpfen wird
zuerst aus dem induktiv durchlässigen
Komposit-Material mit dem anorganischen Zement hergestellt. Beispielsweise
kann das Glas auf einen Dorn aus Pappe mit der gewünschten
Form oder einen zusammenleg- oder
-klappbaren Dorn dieser Gestalt gewickelt werden. Die Fassung wird
dann Teil der Träger-Konstruktion,
indem sie während
der Herstellung der Träger-Konstruktion
in das Komposit-Material gewickelt wird. Der Querbalken 8 wird
unter Zuhilfenahme bekannter Techniken gewickelt, mit der Ausnahme, dass
ein mittlerer Abschnitt 14 vergrößert ist, um ihm eine äußere Gestalt
zu verleihen, die dem Inneren der Fassung ähnlich ist. Der größte äußere Durchmesser
des Querbalkens 8 ist gerade etwas kleiner als der kleinste
innere Durchmesser der Fassung, damit der Querträger in die Fassung eingesetzt
werden kann. Der Querträger
wird durch Füllen
des Spalts 16 mit Vergussmasse, die beim Härten vorzugsweise
expandiert, an der Fassung befestigt, um den Querbalken sicher an
der Träger-Konstruktion 4 zu
halten. Andere Mittel können
eingesetzt werden, um den Querbalken an der Träger-Konstruktion zu befestigen,
zum Beispiel durch das Vorsehen von Löchern mit Gewinde, um die beiden
Teile zusammenzuschrauben. Gleichermaßen können andere aus dem Stand der
Technik bekannte Konstruktionen in Kombination mit den Bestandteilen
aus induktiv durchlässigen
Kompositen verwendet werden. Beispielsweise können ein hölzerner Querbalken und Metallteile
wie Schrauben oder Klammern, die klein und nur unbedeutend induktiv
sind, eingesetzt werden.
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2 illustriert
eine Technik zum Halten eines Isolators 10 am Querbalken 8.
Der Isolator umfasst einen Schaft 18, der den Isolator
an einem Ende und am anderen Ende ein Gewinde zur Aufnahme einer
Mutter aufweist. Der Schaft verläuft
durch Löcher, die
in den Querbalken 8 gebohrt wurden. Das Ende des Querbalkens
kann auch mit Vergussmasse oder Zement 20 befüllt werden,
indem ein Schaumpfropfen 22 in das Ende des Balkens eingebracht
und die Vergussmasse in das Ende eingegossen wird.
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Dies
dichtet das Ende des Balkens ab und macht es möglich, dass die Mutter angezogen
wird, ohne den Balken zu beschädigen.
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Die 4 bis 6 zeigen
verschiedene Techniken zum Befestigen der Träger-Konstruktion am Boden. Die Ausgestaltungen
dieser Figuren befestigen die Träger-Konstruktion an einem
Bodenteil, das zuvor am Boden sicher befestigt wurde, während die
in 1 gezeigte Ausgestaltung den Boden des Mastes
einfach in ein Loch im Boden einbringt. In der Ausgestaltung von 1 kann
es wünschenswert sein,
den Bodenteil des Mastes mit Zement oder dergleichen zu füllen, um
dem Mast zusätzliches
Gewicht zu verleihen und um das Ende des Mastes gegen den Eintritt
von Feuchtigkeit oder dergleichen abzudecken. Auch die Spitze des
Mastes sollte abgedeckt sein. Außerdem kann es, weil ein aus
den offenbarten Komposit-Materialien hergestellter Mast Eigenschaften
aufweisen kann, die von denjenigen üblicherweise verwendeter Masten
abweichen, wünschenswert
sein, anderen Teilen des Mastes zusätzliches Gewicht zu verleihen,
um diese Eigenschaften anzupassen.
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4 zeigt
eine Ausgestaltung, in der eine zylindrische Hülse 24 mit einem daran
beispielsweise durch Schweißen
befestigten Flansch 26 in das untere Ende der Träger-Konstruktion
eingebracht ist. Wie oben angemerkt, erfolgt das bevorzugte Verfahren zum
Herstellen der Träger-Konstruktion
durch Aufwickeln auf einen Dorn, und dies führt dazu, dass die Träger-Konstruktion
hohl ist. Deshalb kann die zylindrische Hülse derart in die Träger-Konstruktion
eingebracht werden, dass der Flansch mit Muttern 32 an einem
Bodenteil 28 mit Stiften oder (Steh-)Bolzen, die ein Gewinde
aufweisen, befestigt werden kann. Ein Spalt 34 zwischen
der Hülse
und dem Inneren des Mastes ist mit Vergussmasse gefüllt, um
den Mast an der Hülse
zu halten. Die Hülse
ist als gerader Zylinder dargestellt, aber sie könnte auch konisch sein oder
eine andere Figur besitzen, um wünschenswerte
Biegeeigenschaften zu gewährleisten, die
beispielsweise denjenigen des Mastes entsprechen sollen, und um
eine Entwicklung von Spannungspunkten zu vermeiden.
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5 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der eine Hülse 36 am Äußeren des
Mastes 4 befestigt ist. Diese Hülse ist an einem Flansch 26 befestigt,
der wie in 4 gezeigt mit dem Bodenteil 28 verschraubt
ist. Der Spalt 38 ist mit Vergussmasse gefüllt.
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6 zeigt
eine nochmals andere Ausgestaltung, bei der das untere Ende des
Mastes abgeschrägt
ist, derart, dass es in Richtung des Endes schmaler wird, und mit
einer konischen Hülse 40 versehen
ist. Die Hülse 40 wird
während
des Wickelns als Dorn genutzt, und der Mast ist mit einer steigenden
Anzahl von umlaufenden Wicklungen versehen, um eine vergrößerte Reifen-
oder Ringfestigkeit in diesem Bereich zu gewährleisten. Außerdem kann die
Hülse 40 mit
einem rauen Äußeren versehen sein,
um eine verbesserte Griffigkeit/eine verbesserte Haftung gegenüber dem
Inneren des Mastes zu ermöglichen.
Die Hülse 40 ist
mit einer Bodenplatte 42 versehen, die ein zentrales Loch
und eine mit dem Loch fluchtende, an der Platte angeschweißte Mutter 44 besitzt.
Der Bodenteil des Mastes ist in einer äußeren Hülse 46 aufgenommen,
die an einem Flansch 26 befestigt und durch eine konische
Schulter 48 gestützt
wird, die ihrerseits an der äußeren Hülse an deren
oberem Ende und außerdem
am Flansch 26 befestigt ist. Die Platte 42 wird
durch eine Schraube 50, die den konischen Bodenteil des
Mastes in die konische Hülse 46 zieht,
um den Mast am Flansch zu befestigen, in der äußeren Hülse gehalten. Es sollte klar sein,
dass dies eine sehr sichere Anordnung ist, weil auf den Mast einwirkenden
Zugkräften
durch die Festigkeit des innen abgeschrägten Bodenteils des Mastes
entgegengewirkt wird. Weil dieser Teil mit zusätzlichen Reifen oder Ringen
ausgestattet ist, ist er sehr fest und damit in der Lage, solchen
Kräften
zu widerstehen.
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Es
sollte klar sein, dass voranstehend eine einzigartige Träger-Konstruktion
zum Halten bzw. Abstützen
von Hochspannungsleitungen beschrieben wurde. Weil die Konstruktion
nicht induktiv ist, werden die Verluste in den Leitungen stark reduziert, und
der Abstand zwischen den Leitungen kann kleiner sein. Auch sind
die Masten steifer als andere nicht-induktive Konstruktionen und
gegenüber
Umgebungsbedingungen wiederstandsfähiger. Abwandlungen innerhalb
des Rahmens der beigefügten
Ansprüchen
sind für
den Fachmann ersichtlich.