Table of Contents

0. Einleitung

1. Bauarten von Isolatoren 1.1. Stütz-Isolatoren

1.1.1. Stützen-Isolatoren

1.1.2. Freileitungs-Stützer

1.1.2.1. Vollkern-Freileitungs-Stützer

1.1.2.2. Verbund-Freileitungs-Stützer

1.2. Ketten-Isolatoren

1.2.1. Schlingen-Isolatoren

1.2.2. Kappen-Isolatoren

1.2.2.1. Keramik-Isolatoren

1.2.2.2. Glas-Isolatoren

1.2.3. Vollkern-Isolatoren

1.2.4. Langstab-Isolatoren

1.2.5. Verbund-Isolatoren

2. Werkstoffe für Isolatoren 2.1. Keramische Isolierstoffe

2.1.1. Porzellan

2.1.2. Steatit

2.1.3. Steinzeug

2.2. Glasisolierstoffe

2.3. Kunststoffe

2.3.1. Einstoff-Systeme

2.3.2. Mehrstoff-Systeme

3. Isolatorketten3.1. Auswahl der Zubehörteile

3.1.1. Befestigung am Mast

3.1.2. Verbindungen zwischen den Isolatoren

3.1.3. Ketten-Abstandhalter für Mehrfachketten

3.1.4. Feldsteuer- und Lichtbogen-Schutzarmaturen

3.1.5. Befestigung der Leiterseile

3.1.5.1. Tragklemmen

3.1.5.2. Abspannklemmen

3.2. Mechanische Bemessung

3.2.1. Tragketten

3.2.2. Abspannketten

3.2.3. Isoliertraversen

3.3. Elektrische Bemessung

3.4. Bemessung gegen Ausnahmeeinwirkungen

3.4.1. Hochleistungs-Lichtbogen

3.4.2. Bruch eines Isolatorstranges

4. Prüfungen an Isolatoren und Isolatorketten4.1. Prüfung der Werkstoffe für Isolatoren

4.1.1. Keramik- und Glasisolierstoffe

4.1.2. Kunststoffe

4.1.2.1. Struktur- und Umhüllungswerkstoffe

4.1.2.2. Kernwerkstoffe

4.2. Prüfungen an Isolatoren4.2.1. Bauartprüfungen

4.2.1.1. Keramik- und Glas-Isolatoren

4.2.1.2. Verbund-Isolatoren

4.2.2. Typprüfungen

4.2.2.1. Keramik- und Glas-Isolatoren

4.2.2.2. Verbund-Isolatoren

4.2.3. Stichprobenprüfungen

4.2.3.1. Keramik- und Glas-Isolatoren

4.2.3.2. Verbund-Isolatoren

4.2.4. Stückprüfungen

4.2.4.1. Keramik- und Glas-Isolatoren

4.2.4.2. Verbund-Isolatoren

4.3. Prüfungen an Isolatorketten

5. Begriffserklärungen

5.1. Allgemeine Begriffe

5.2. Begriffe zu Bauarten von Isolatoren

5.3. Begriffe zu Armierungsteilen von Isolatoren

5.4. Begriffe zu Isolatorketten

5.5. Begriffe zur Prüfung

5.5.1. Begriffe zu elektrischen Prüfungen

5.5.2. Begriffe zu mechanischen Prüfungen

5.6. Begriffe zum Herstellungsprozeß von Isolatoren

5.7. Begriffe zu Werkstoffen von Isolatoren

6. Aktuelle Normen

6.1. Deutsche Normen

6.2. Ausländische Normen

6.2.1. US-amerikanische Normen (American National Standards)

6.2.2. Britische Normen (British National Standards)

6.2.3. Japanische Normen (Japanese Industrial Standards)

6.2.4. Kanadische Normen (Canadien National Standards)

6.3. Internationale Normen

6.3.1. lEC-Normen (International Electrotechnical Commission)

6.3.2. ISO-Normen (International Standards Organization)

6.3.3. CISPR-Normen (Comite International Special des Pertubations Radioelectriques)

6.4. Internationale Normenorganisationen

7. Literaturverzeichnis

8. Verzeichnis der genannten Isolatoren- und Armaturen-Hersteller

9. Sachwortverzeichnis

Impressum - Kontakt

Dr.-Ing. Horst Klengel, VDE

Isolatoren und Armaturen für Isolatorketten in Starkstrom-Freileitungen

Radebeul, 2009

Impressum

Covergestaltung: Johannes Krüger

Unter Verwendung des Bildes "Kraftübertragung" von Georg Richter-Lößnitz (1891 - 1938).

Digitalisierung: Johannes Krüger

© 2020 andersseitig

ISBN

9783966510707 (ePub 2020 2. Auflage)

9783966510714 (mobi 2020 2. Auflage)

9783955011260 (PDF 2009 1. Auflage)

(mehr unter Impressum-Kontakt)

Das Buch ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, insbesondere das Übersetzen in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlags ist es auch nicht gestattet, diese Bücher oder Teile daraus auf fotomechanischem Wege zu vervielfältigen oder unter Verwendung elektronischer Systeme zu verarbeiten oder zu verbreiten.

0. Einleitung

Bei der Übertragung elektrischer Energie über größere Entfernungen schaffen Starkstrom-Freileitungen nach wie vor die Voraussetzungen für eine sichere, wirtschaftliche und verbraucherfreundliche Versorgung der Abnehmer mit dieser Energie. Der steigende Verbrauch von Elektroenergie sowie die aktuellen Herausforderungen durch

 - die Liberalisierung des Strommarktes,

 - die Förderung der verteilten Energieerzeugung aus regenerativen Energieformen und

 - die unabhängigen Kraftwerksbetreiber,

fordern jedoch eine Anpassung der vorhandenen Verteilungs- und Übertragungs-Freileitungsnetze. Die jetzige Infrastruktur der Netze in Deutschland, die in den vergangenen wachstumsstarken Jahren entstand, erreicht zunehmend das Ende ihrer Lebensdauer. Neue Netzstrukturen müssen errichtet und so dimensioniert werden, damit

 - sie den weiteren Ausbau der Windenergieerzeugung bis 2016 durch den Bau von ca. 2000 km neuer Hochspannungs-Freileitungen sichern und

 - sie einen vorhersehbarer Stromimport nicht an der Auslegung des Netzes scheitern lassen.

Starkstrom-Freileitungen sind elektrotechnische Anlagen zur oberirdischen Fortleitung elektrischer Energie, die aus frei gespannten Leitungsseilen sowie den dafür erforderlichen Stützpunkten (Mast mit Gründung und Erdung) mit speziellen Bauelementen, wie Isolatoren und Armaturen, bestehen. Zur Planung, Berechnung und Ausführung von Starkstrom-Freileitungen sind zahlreiche deutschsprachige Fachbücher erschienen. Hier seien dazu als Beispiele nur die Bücher von Girkmann/Königshofer aus dem Jahre 1952 [37], von Großpetsch von 1965 [26] oder die von Kießling und Mitarbeitern von 1993 [734] und 2001 [735] genannt.

Die Vielzahl und die Wichtigkeit der in einer Starkstrom-Freileitung eingebauten Isolatoren mit ihren Armaturen sind der Anlaß zu dem Versuch, im vorliegenden Buch in Ergänzung zur vorliegenden Fachliteratur die technische Entwicklung und die Eigenschaften dieser speziellen Bauelemente in den nachfolgenden Abschnitten zu untersuchen und zu beschreiben. Dabei wurde auf eine Betrachtung der Entwicklung und der Eigenschaften der zu einer Starkstrom-Freileitung ebenfalls gehörenden Leitungsseile und Leitungsseil-Armaturen nicht bzw. nur im erforderlichen Umfang eingegangen, da hierfür ein späteres Buch vorgesehen ist.

Die elektrischen Grundaufgaben eines Isolators bzw. einer Isolatorkette in Starkstrom-Freileitungen sind:

 - Erzielung einer der vorgesehenen Betriebsspannung der Freileitung entsprechenden Isolierstrecke zwischen dem spannungsführenden Leitungsseil und dem geerdeten Stützpunkt (Mast), die in der freien Atmosphäre unter allen Betriebsverhältnissen, wie Regen, Nebel, Verschmutzung, Vereisung u.a., in ausreichendem Maße sicher erhalten bleibt.

 - Wenn infolge widriger Betriebsverhältnisse, wie Überspannungen oder Überbrückung der Isolierstrecke durch Verschmutzung oder durch Fremdkörper, die erforderliche Isolierfähigkeit unterschritten wird und dadurch Lichtbogenüberschläge über der Isolierstrecke entstehen, darf diese Beanspruchung nicht zu solchen Zerstörungserscheinungen an den Isolatoren bzw. Isolatorketten führen, die die Betriebssicherheit der Freileitung unzulässig absenken.

Darüberhinaus müssen die statischen und dynamischen mechanischen Kräfte einer Starkstrom-Freileitung, die durch das Leitungsseil in den Isolator oder die Isolatorkette eingeleitet werden, mit ausreichender Sicherheit von diesen Bauelementen aufgenommen werden.

Die erwartete Nutzungsdauer von Freileitungs-Isolierungen beträgt mehrere Jahrzehnte. In dieser Zeit soll der Aufwand für Überprüfung, Instandhaltung und Reparatur minimal sein. Deshalb ist deren Bemessung und Auswahl besonders nach folgenden Kriterien vorzunehmen:

 - elektrische Anforderungen (Isolationspegel),

 - Funkstörfestigkeit, Koronaverhalten,

 - Verhalten unter Verschmutzung (Fremdschicht),

 - Leistungslichtbogenverhalten,

 - mechanische Anforderungen,

 - Dauerhaftigkeit (Alterung, Korrosion, Vandalismus).

Die Isolatoren und Isolatorketten für Starkstrom-Freileitungen haben als Bauelemente mit der ständigen Weiterentwicklung der Drehstrom-Übertragung zu immer höheren Betriebsspannungen einen besonders großen Wandel erfahren. Antrieb für diese Entwicklung waren die ständig steigenden Anforderungen an deren elektrische und mechanische Festigkeit. Der spätere Übergang zur Gleichstrom-Übertragung über Starkstrom-Freileitungen stellte an die Isolatoren-Hersteller weitere neue Entwicklungsaufgaben, die gegenwärtig noch weitere umfangreiche Arbeiten erfordern.

1. Bauarten von Isolatoren
1.1. Stütz-Isolatoren

Stütz-Isolatoren sind Isolatoren, die aus einem Isolierkörper bestehen, der mittels einer metallenen Armatur (Stütze oder Kappe) am Mast befestigt wird und an dem sich das Leiterseil durch einen Drahtbund oder durch andere Mittel befestigen läßt.

Es wird unterschieden in:

Stützen-Isolatoren (pin type insulators) mit Innenbefestigung der metallenen Armatur.

Diese besitzen einen aus einem Stück oder mehreren dauerhaft miteinander verbundenen Stücken bestehenden glockenförmigen Isolierkörper mit einem oder mehreren Schirmen. Typisch für diesen Isolator ist die in die Bohrung im Isolierkörper ragende metallene Stütze, die durch Kittung oder auf andere Art fest mit dem Isolierkörper verbunden ist und gleichzeitig zur Befestigung des Stützen-lsolators am Mast dient. Der auf unterschiedliche Weise mit dem Leiterseil verbundene Isolator wird auf Biegung beansprucht, der Isolierkörper auf Druck und Scherung.

Der Isolierkörper kann aus Porzellan, Glas oder Kunststoff bestehen.

In elektrischer Hinsicht ist der Stützen-Isolator ein durchschlagbarer Isolator (Typ B).

Stützen-Isolatoren werden

 * allgemein für Nennspannungen unter 1 kV und

 * auch für Nennspannungen > 1 kV bis zu 70 kV verwendet.

Freileitungs-Stützer (line-post type insulators) mit Außenbefestigung der metallenen Armatur.

Diese haben einen zylinderförmigen Vollkern- oder Verbund-Isolierkörper mit mehreren Schirmen. Kennzeichnend für diesen Isolator ist die am unteren Ende des Isolierkörpers aufgekittete metallene Kappe (Fußarmatur), in die Metallteile (Schrauben, Bolzen usw.) zur Befestigung des Freileitungs-Stützers am Mast eingeschraubt werden. Der mit dem Leiterseil auf unterschiedliche Weise verbundene Isolator wird nur auf Biegung belastet.

Der Vollkern-Isolierkörper kann aus Keramik oder Kunststoff bestehen. Verbund-Isolierkörper bestehen aus zusammengesetzten Kunststoffteilen (GfP-Kern mit aufgesetzten Kunststoffschirmen) und besitzen am oberen Ende des Isolierkörpers zusätzlich eine metallische Kappe (Kopfarmatur).

In elektrischer Hinsicht ist der Freileitungs-Stützer ein nichtdurchschlagbarer Isolator (Typ A).

Freileitungs-Stützer werden bis zu Nennspannungen von 500 kV eingesetzt.

 1.1.1. Stützen-Isolatoren

1891 baute Oskar von Miller die erste deutsche Drehstrom-Fernübertragung über eine Entfernung von 175 km von Lauffen am Neckar nach Frankfurt am Main mit 15 kV bzw. später mit 25 kV Betriebsspannung unter Verwendung von 3282 Holzmasten und der entsprechenden Anzahl von Porzellan-Isolatoren [21], [492]. Man glaubte damals, dass man sich nicht allein auf das Porzellan verlassen kann. Es wurden deshalb Stützen-Isolatoren aus Porzellan mit ölgefüllten Innenrinnen (sog. "Öl-Isolatoren") verwendet, die bei der Ausführung dieser Freileitung

 - zu 2/3 aus den damals bereits bekannten Glocken-Isolatoren, jedoch mit einem nach innen eingezogenen, ölgefüllten unterem Rand (Bild 1) für die Teilstrecke Eberbach-Frankfurt und

- zu 1/3 aus von der Margarethenhütte Großdubrau der Porzellanfabrik Schomburg & Söhne gelieferten zweiteiligen Porzellan-Stützen-Isolatoren mit 3 ölgefüllten Rinnen im Inneren für die Teilstrecke Lauffen-Eberbach (Bild 2)

bestanden [22] bis [27].

Bei der Fertigung der helmartigen 2-teiligen Stützen-Isolatoren (Bild 2) traten damals zahlreiche Trockenrisse auf. Deshalb konnten zum Zeitpunkt des Liefertermines nur 1/3 der ursprünglich für die gesamte Leitungsstrecke vorgesehenen Isolatoren zur Verfügung gestellt werden. Die Reststrecke mußte mit den lieferbaren einteiligen Glocken-Isolatoren (Bild 1) bestückt werden [28]. Während des Betriebes der Freileitung ergab sich dann jedoch, dass die Glocken-Isolatoren mit nur einer Ölrinne den Anforderungen vollkommen gerecht wurden.

Bild 1: Glocken-Isolator mit eingezogenem Rand und 1 Ölrinne

 Bild 2: Stützen-Isolator von Schomburg & Söhne, mit 3 Ölrinnen (1891)

Der Grundgedanke dieser Öl-Isolatoren war (nach Johnson und Phillips, 1876), den Kriechweg entlang der Porzellanoberfläche, der durch Schmutz und Feuchtigkeit leitfähig werden könnte, durch eine "Ölstrecke", die gegen Regen und Wind geschützt ist, zu unterbrechen. Nachteilig und wirtschaftlich kaum vertretbar war dabei, dass die Isolatoren öfters "nachgeölt" werden mußten, das heißt, das Öl in den Rinnen mußte aufgefüllt werden.

Die Anordnung der Stützen-Isolatoren und die Befestigung der Stützen am Holzmast der Freileitung Lauffen-Frankfurt zeigt Bild 3.

 Bild 3: Anordnung der Stützen-Isolatoren der ersten deutschen Drehstrom-Fernübertragung 1891 (Mastbild)

Diese Fernübertragung wurde der Auftakt für die Entwicklungsgeschichte des Freileitungs-Isolators.

Vorbild für die Konstruktion der ersten Hochspannungs-Isolatoren und der Isolatoren nachfolgender Starkstrom-Freileitungen waren die Telegrafen-Stützen-Isolatoren der bereits bekannten oberirdischen Telegrafenleitungen, nämlich

- der Glockenisolator von Werner von Siemens (1849) und

- die Doppelglocke von v. Chauvin (1858) [20], [22], [24] (Bild 4).

 Bild 4: Erste Isolatoren für oberirdische Telegrafenleitungen links: Glocken-Isolator (1849), rechts: Doppelglocke (1858)

Praktische Bedeutung hat nur die Doppelglocke erlangt. Sie wurde in vielen Ländern, teilweise in abweichender äußerer Form, eingesetzt. Ihre technische Überlegenheit beruhte auf folgenden Vorteilen [20], [24]:

 - Zwischen den beiden Glocken befand sich eine ruhende Luftschicht, wodurch die Taubildung in dieser Zone erschwert wurde.

 - Es war ein langer Kriechweg längs der trocken bleibenden inneren Mantelflächen vorhanden.

 - Gegenüber mechanischer Zerstörung war eine größere Sicherheit vorhanden, da zumeist nur die äußere Glocke zu Bruch ging.

1862 führte die deutsche Reichspost für Fernmelde-Freileitungen 2 unterschiedlich große Doppelglocken-Isolatoren ein (Bild 5), die sog. "Reichspost-Modelle" (RM) [28]. Der Doppelglocken-Isolator RM I war auch lange Zeit für Freileitungen bis 0,5 kV zugelassen. Es war hierfür lediglich eine Kennzeichnung der Isolatoren vorgeschrieben, um sie nicht mit denen für Fernmelde-Freileitungen zu verwechseln.

 Bild 5: "Reichspost-Modelle" (RM) für Femmelde-Freileitungen (1862)

Parallel dazu entstand 1869 ein französischer Stützen-Isolator mit Luftkammer für Starkstrom-Freileitungen (Bild 6) [24]. Bei diesem 2-teiligen Isolator wurde die Taubildung auf den Oberflächen im Inneren des Isolierkörpers völlig unterbunden. Dieser Isolator setzte sich jedoch auf Grund seiner schwierigen Herstellungsweise nicht durch.

 Bild 6: Stützen-Isolator mit Luftkammer für Starkstrom-Freileitungen (Lenoir und Prudhomme, 1869)

1901 wurde von der Porzellanfabrik Hermsdorf aus der bewährten Telegrafen-Doppelglocke nach Bild 5 ein Dreifachglocken-Isolator für Hochspannung bis 13 kV entwickelt und hergestellt (Bild 7) [28]. Die Formgebung dieses Isolators war jedoch noch nicht ausgereift. Im Vordergrund der Entwicklung standen die Verbesserung der Porzellanqualität durch intensive Werkstoffentwicklung sowie eine verbesserte Brandführung des keramischen Sinterprozesses und nicht die elektrotechnischen Eigenschaften des Isolierkörpers.

 Bild 7: Dreifachglocken-Isolator für Hochspannungs-Freileitungen bis 13 kV (1901)

Parallel dazu entstanden ebenfalls in der Porzellanfabrik Hermsdorf für Betriebsspannungen bis 500 V NS-Starkstrom-Isolatoren, die sog. "Rillen-Tellerisolatoren" mit der Bezeichnung "RTI" (Bild 8) [28].

Bild 8: NS-Starkstrom-Isolatoren RTI bis 500 V (Rillen-Tellerisolatoren, 1901)

1920 wurden für diese NS-Starkstrom-Isolatoren Normenentwürfe veröffentlicht [29]. Als Grundsatz galt, dass schon äußerlich durch die Formgebung der Isolatoren zum Ausdruck zu bringen ist, dass es sich um Starkstrom-Isolatoren handelt. Außerdem wurde bei diesen Isolatoren die Halsrille merklich vergrößert, der Kriechweg wurde kleiner und der funktionswichtige Überschlagweg größer. Es wurde außerdem festgelegt, die Bezeichnung für diese Isolatorentypen von "RTI" in "N" zu ändern. 1921 wurde diese VDE-Norm als verbindlich erklärt [30].

Später, 1941, entstand daraus die Norm DIN 48 150, in der zusätzlich ein Nullleiter-Stützen-Isolator mit der Bezeichnung "NO" aufgenommen wurde (Bild 9).

Bild 9: Nullleiter-StützenIsolator "NO" (1941)

Die ersten Hochspannungs-Isolatoren waren mehr oder weniger "gefühlsmäßig" entstanden. Mit Beginn des umfassenden Freileitungsbaues lernte man jedoch, die Isolatoren den tatsächlich auftretenden elektrischen und mechanischen Anforderungen anzupassen. Eine systematische, wissenschaftlich begründete Isolationskeramik begann sich zu entwickeln.

So entstand 1896/97 eine neue Bauform des Hochspannungs-Stützen-Isolators, und zwar fast gleichzeitig

 - in Italien die "Paterna-Glocke" von Ginori, Mailand und

 - in Deutschland die "Delta-Glocke" [31].

Die "Delta-Glocke" (Bild 10), von Prof. Robert M. Friese 1897 entwickelt und durch die Porzellanfabrik Hermsdorf hergestellt, stellte einen wichtigen Meilenstein bei der Entwicklung neuer Hochspannungs-Stützen-Isolatoren dar, da eine grundsätzlich neue Form des Hochspannungs-Isolators entstand. Es war der erste auf wissenschaftlich-experimenteller Grundlage konstruierte Hochspannungs-Freileitungsisolator [23], [24]: erstmals wurden die Flächen der Porzellanschirme senkrecht zur Feldlinienrichtung angeordnet und damit Gleitfunkenentladungen vermieden. Der Name "Delta-Glocke" (Schutzmarke der Porzellanfabrik Hermsdorf) für diesen Isolator leitet sich von der deltaformigen Gestalt (Δ) der schirmartig ausgebildeten Teller ab (sog. "Helmtyp").

Bild 10: Delta-Glocke von Friese (1897)

Zur Aufnahme des Leiterseiles waren am Kopf und am Hals der Delta-Glocke Rillen vorgesehen.

Für höhere Spannungen mußten die dann erforderlichen größeren Isolierkörper, aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden, da man so große Porzellanteile noch nicht sicher brennen konnte (Bild 11) [32], [33].

 Bild 11: Mehrteiliger Delta-Isolator

Herausragentes Merkmal der mehrteiligen Stützen-Isolatoren war die gleichmäßige Scherbendicke bei einer gleichzeitig vorhandenen gleichmäßigen Kittfugenbreite. Außerdem wurden die gespreizten Isolatorenschirme durch eine einfache wulstartige Randverdickung widerstandsfähiger gegen Schlagbeanspruchung (z. B. beim Transport) gemacht [28].

1926 brachte Thomas Insulators (USA) einen zweiteiligen Stützen-Isolator auf den Markt, der besonders widerstandsfähig gegen Vandalismus (z. B. Steinwurf) sein sollte (Bild 12) [34].

 Bild 12 : Amerikanischer Stützen-Isolator, widerstandsfähig gegen Vandalismus (1926)

1924 wurden für eine 50-kV-Freileitung in Schweden 4-teilige Delta-Isolatoren von der Porzellanfabrik Hermsdorf geliefert, die einen Höhepunkt in der Entwicklung des Delta-Isolators darstellten (Bild 13) [28].

 Bild 13: 4-teiliger Delta-Isolator für 50 kV (1924)

Die ein- und die mehrteilige Delta-Glocke blieb für Jahrzehnte, bei ständiger Weiterentwicklung, der führende Hochspannungs-Isolator in der Welt.

Um 1898 bis 1904 entstanden auch in den USA die ersten sehr unterschiedlichen Konstruktionen von Isolierkörpern für Stützen-Isolatoren

 * aus Glas,

 * aus der Kombination Porzellan-Glas und

 * aus Porzellan [35].

So wurde für die 40-kV-Freileitung Provo/Utah ein Glas-Isolator mit 3 Außenrillen eingesetzt (Bild 14) [35].

 Bild 14: Amerikanischer Glasisolator für 40 kV (1898)

Später griff die Hemingray Glass Co. (USA) die Fertigung von Glas-Stützen-Isolatoren bis 15 kV aus einem Stück auf (ähnlich Bild 14) und fertigte diese viele Jahre [36].

Auch in Frankreich begann nach 1920 die Herstellung von Stützen-Isolatoren aus Glas, allerdings durchweg in mehrteiliger Ausführung [37]. Die Bauform lehnte sich an den deutschen HW-Typ (Bild 30) an. Bei gleichen Maßen war

 - die elektrische Festigkeit gleich, aber

 - die mechanische Festigkeit betrug nur 50 bis 75 % des keramischen Vergleichs-Isolators.

Eine zweiteilige "Glasglocke" entstand 1901 für die 55-kV-Anlage am Missouri River (Bild 15), wobei das Unterteil nur die Aufgabe hatte, die bei dieser Bauweise verwendete Holzstütze zu schützen.

 Bild 15: Zweiteiliger amerikanischer Glas-Isolator für 55 kV (1901)

Eine eigenartige Kombination aus Porzellan und Glas stellte der Isolator für die 60-kV-Anlage der Bay Conties Co. dar (Bild 16) [24], [283]:

Der pilzförmige Isolierkörper bestand aus einem Kopf aus Porzellan, welcher 2 Randnasen hatte, die das Regenwasser ablaufen ließen, sowie einem gläsernen Unterteil (Kelch), der über die ganze Stütze gezogen wurde. Die Verbindung der Glaseinzelteile erfolgte anfangs mit Schwefel, später mit Zementkitt.

Beim Einsatz der vorgenannten Stützen-Isolatoren verstärkte sich in den USA die Erkenntnis, dass nicht Glas, sondern nur die glasierte Oberfläche und die Werkstoffeigenschaften des Porzellans eine sichere Isolation einer Freileitung gewährleisten. Es entstanden daraufhin 1902 für eine 50-kV-Anlage der Shawingen Water and Power Company dreiteilige Isolatoren aus Porzellan, die mit Portland-Zement zusammengekittet waren (Bild 17) [284].

Bild 16: Amerikanischer Porzellan-Glas-Isolator für 60 kV von Locke (1901)

 Bild 17: 3-teiliger amerikanischer Porzellan-Stützen-Isolator von Thomas (1902)

Bei weiteren Freileitungen fanden 1904 auch 4-teilige Porzelan-Stützen-Isolatoren Anwendung (Bild 18) [35].

Bild 18: 4-teiliger amerikanischer Stützen-Isolator (1904)

Die zunächst "gefühlmäßigen" amerikanischen Festlegungen zur Gestaltung der ersten Hochspannungs-Isolatoren mündeten 1904 in den ersten technisch-wissenschaftlich fundierten Forderungen an die Konstruktion solcher Isolatoren [35]. Diese lauteten:

 - Der Isolierstoff der Einzelelemente soll gleichartig und fest sein und eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit aufweisen.

 - Ein hoher elektrischer Oberflächenwiderstand gegen Stromableitung muß vorhanden sein.

 - Der Abstand zwischen Leiter (Seil oder Draht) und Stütze (Bolzen) muß so groß sein, dass bei Betriebsspannung und bei Überspannungen eine Lichtbogenbildung vermieden wird.

 - Die Gestalt des Isolators darf nicht dazu führen, dass sich Salz, Staub u. a. ansammeln können. Salznebel z. B. fordert Formen, die einer öfteren Reinigung zugänglich sein müssen.

 - Gestalt und Beschaffenheit des Isolierkörpers sollen eine kleinstmögliche Eigenkapazität bewirken.

 - Wärmeverluste durch Stromleitung und dielektrische Effekte sollen unmerklich sein.

 - Die mechanische Belastbarkeit soll den wirkenden äußeren Kräften (Leiterzugkraft) entsprechen.

Hierbei wurden bereits erste Vorschläge für Arten und Methoden von Prüfungen an Isolatoren geäußert.

In den ersten deutschen Sicherheitsvorschriften für den Freileitungsbau von 1904 [39] wurde lediglich festgelegt:

Freileitungen dürfen nur auf Porzellanglocken (Doppelglocken), Rillen-Isolatoren oder gleichwertigen Isoliervorrichtungen verlegt werden. Die Glocken sind dabei in aufrechter Stellung zu befestigen.

Um beim Übergang auf höhere Betriebsspannungen den Durchmesser der Stützen-Isolatoren klein zu halten, wurde von Vernon G. Converse (USA) 1901 [35] ein neuartiger langer Isolator entwickelt (Bild 19). Dabei ist das Oberteil (Kopf) des Isolierkörpers auf einem Holzbolzen aufgeschraubt. Dazugehörige Zwischenstücke sind auf ein tragendes Unterteil aufgesteckt und ragen jeweils mit einem rohrähnlichen Ende in Rinnen des nächsten Zwischenstückes. Die Rinnen sind mit isolierendem Kitt gefüllt. Ob dieser Isolator jemals zur Anwendung kam, ist unbekannt.

Bild 19: Stützen-Isolator von Converse (1901)

In Deutschland wurden die ein- und mehrteiligen Delta-Isolatoren von zahlreichen Porzellanfabriken hergestellt. Diese waren in einem Porzellan-Isolatorensyndikat zusammengefaßt. Die Isolatoren erhielten einheitliche Seriennummem, z. B. "J X387" ( = Stützen-Isolator HD 25), wobei das X jeweils durch die Syndikats-Nummer des Isolatoren-Herstellers ersetzt wurde.

Die Porzellanteile (Scherben) der mehrteiligen Isolierkörper

 * Oberteil mit Hals- und Kopfrille (Kopf),

 * Mittelteil(e) und

 * Unterteil (Kelch, Hülse)wurden entweder

 - nach dem Brand mit Zementkitt miteinander verbunden,- im Brand "zusammenglasiert" (zusammengebrannt)oder

 - nach dem Brand "zusammengehanft".

Bei der Methode "Verbinden mittels Zementkitt" sind die Porzellanteile an den Kittstellen unglasiert.

Beim "Zusammenglasieren" erfolgt die Verbindung der Einzelteile durch eine Glasur in einem 2. Brand. Durch vorheriges Schleifen an den senkrechten konischen Isolierkörperflächen werden die Teile auf das Einbringen der Verbindungs-Glasur vorbereitet [40]. Die Spalten zwischen den waagerechten Flächen der Einzelteile bleiben unverbunden und bilden dadurch oft Hohlräume. Beim Einbringen der Stütze konnte deshalb der Boden des Isolierkörper-Unterteiles leicht durchstoßen werden [41].

Seit 1920 wurde eine große Anzahl von "zusammengehanften" Isolatoren durch die Hescho Hermsdorf hergestellt. Diese haben sich wegen ihrer Nachgiebigkeit gut bewährt [28], [42]. Dabei wird über die aufgerauhte Außenfläche des Unterteiles des Isolierkörpers ein mit Leinöl getränkter Hanfüberzug aufgewickelt und darauf das mit Innengewinde versehene Oberteil aufgeschraubt. Nach längerer Betriebszeit führten hier allerdings Leiterseil-Schwingungen zu Lockerungs- und Korrosionserscheinungen [28].

An mehrteiligen Delta-Isolatoren kam es nach 3- bis 5-jährigem Betrieb zu zahlreichen Betriebsstörungen durch Zerspringen des Isolierkörpers. Umfangreiche Untersuchungen [32] führten zu folgenden Erkenntnissen:

 • Die Betriebsstörungen treten besonders in der warmen Jahreszeit auf.

 • Es sind nur mehrteilige Isolierkörper betroffen, keine einteiligen.

 • Die Schäden treten nur bei zusammengekitteten Isolierkörpern auf, nicht bei zusammenglasierten [45] bis [47] oder zusammengehanften [44].

 • Die Risse, die nachfolgend zum Zerspringen des Isolierkörpers führen, treten vor allem am Oberteil (Kopf) auf.

 • Isolierkörper mit ungleichmäßiger Dicke der Kittfuge zwischen Ober- und Mittelteil zeigen sehr schnell Haarrisse.

Daraus konnte geschlossen werden:

Die Ursache für das Zerspringen des Isolierkörpers von mehrteiligen Stützen-Isolatoren ist der Überdruck innerhalb des Isolierkörpers, der durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten von Kittwerkstoff und Porzellan bei Temperaturänderungen entsteht. Je nach Zusammensetzung des Kittwerkstoffes ist dessen Wärmeausdehnungs-Koeffizient 2 bis 4 mal größer, als der des Porzellans.

Dass das Zerspringen des Isolierkörpers erst nach mehrjähriger Betriebszeit auftrat, wurde damit erklärt, dass Zementkitt in den ersten Jahren noch etwas nachgiebig ist und erst nach einer Reihe von Jahren seine endgültige starre Beschaffenheit annimmt.

1919 vertrat die Porzellanfabrik Freiberg die Ansicht [48], dass sich mehrteilige, mit Kitt verbundene Isolatoren einwandfrei herstellen lassen, wenn die Ursachen für das Zerspringen der Isolatoren, wie

 - ungünstige Isolatorenform,

 - unzweckmäßiger Kitt und

 - falsche Kittweise

beseitigt werden. Als zweckmäßiger Kitt wurde eine 1921 von dieser Porzellanfabrik entwickelte Zementmischung (Magerung mit feingemahlenem Quarz), der sog. "Teleo-Kitt", angesehen, der im abgebundenen Zustand ungefähr die gleiche Wärmeausdehnung besitzt, wie Porzellan [49], [50]. Außerdem weist dieser Kitt eine höhere Festigkeit als übliche Sandzementmischungen auf. Als weitere Maßnahme wurde die Anwendung elastischer Anstriche zwischen Kitt und Porzellan empfohlen.

Um die Isolatorenbrüche durch unzweckmäßige Kittung zu verhindern, wurde 1926 von der Porzellanfabrik PINCO (USA) von der herkömmlichen Kittmethode "Zement auf den gesamten Kittflächen" abgegangen [51]. Man schlug vor, die Lochböden der einzelnen Isolierkörperteile mit einer elastischen Masse zu versiegeln und danach die Kittung an den senkrechten konischen Flächen vorzunehmen. Dazu wurden die senkrechten nicht glasierten Innenseiten der Isolierkörperteile mit einer Wellung versehen, die nicht glasierten Außenseiten dagegen blieben glatt (Bild 20). Als Kittwerkstoff wurde Portland-Zement verwendet.

 Bild 20: Kittung der Isolierkörperteile nach der Methode von PINCO (USA, 1926)

 Bild 21: Kittung der Isolierkörperteile nach der Methode von Ohio Brass (USA, 1947)

Eine andere Methode der Kittung fand bei Ohio Brass (USA) Anwendung (Bild 21) [52]: Auf den konischen Kittflächen wurden Porzellankömer anglasiert, danach wurden die Teile mit Portlandzement verkittet.

Der Innenraum des fertigen Isolierkörpers wurde nach dem Vorbild der Telegrafen-Stützen-Isolatoren normalerweise mit einem Porzellan-Rundgewinde zur Aufnahme der Stahlstütze versehen. Allerdings wurde dieses Rundgewinde von den Herstellern sehr unterschiedlich ausgeführt (Bild 22) [53].

Bild 22: Rundgewinde im Isolierkörper von Stützen-Isolatoren (USA)

Während anfangs auch in Deutschland die Art des Innengewindes im Isolierkörper dem Hersteller überlassen war, schrieb man später dafür Rundgewinde nach DIN 405, T. 1 vor. Auch für am Schaftende mit Gewinde versehene Stützen wurde diese Gewindeart angewendet.

Anfänglich wurden die mehrteiligen Isolierkörper aus Fabrikationsgründen zylindrich gedreht und mit ebenem Boden versehen. Die dabei entstehenden scharfen Kanten erleichterten das Entstehen von Rissen. Ab 1916 wurde deshalb die halbkugelige Form der Kittflächen für alle mehrteiligen Isolatoren vorgesehen (Bild 23).

 Bild 23: Änderung der Form der Kittflächen bei mehrteiligen Stützen-Isolatoren (1916)

Systematische Weiterentwicklungen der Stützen-Isolatoren des Delta-Types führten zu deren Normalisierung mit der Typenbezeichnung "HD" (Bild 24) [31]. Diese Bezeichnung, geht auf die Firmenbezeichnung "Hermsdorf-Delta-Isolator" zurück.

Die Normung für die Betriebsspannungen 6 kV bis 35 kV (VDE-Bezeichnung: HD 6 bis HD 35) wurde 1920 eingeleitet [24], [29], [30] und 1932 mit der Veröffentlichung der DIN VDE 8002/VI.32 abgeschlossen. Darin wurde jedoch die Verbindungsart der Isolierkörper-Einzelteile bei mehrteiligen Isolierkörpern nicht festgelegt.

In DIN VDE 8002 waren für ein- und mehrteilige Ausführungen der Isolierkörper noch unterschiedliche Bruchfestigkeiten angegeben. Sie betrugen bei mehrteiligen nur 80 bis 90 % der der gleichen einteiligen Isolierkörper. Nach einer späteren grundlegenden Überarbeitung dieses Normblattes entfielen diese Unterschiede. Das neue Normblatt erhielt die Bezeichnung DIN 48 002/12.40.

 Bild 24: Stützen-Isolatoren ohne Kopfrille, Typenreihe "HD" [55]

Die erste 40-kV-Freileitung Europas Gromo-Nembro (Italien), die 1905 BBC baute, wurde bereits mit 2-teiligen Hermsdorf-Delta-Isolatoren ausgerüstet [55]. Bei einer 1908 von der BBC in Italien (Novara/Anza) errichteten 45-kV-Freileitung verwendete man 3-teilige Stützen-Isolatoren mit gebogenen Stützen an Holzmasten (Bild 25) [56].

 Bild 25: Stützen-Isolator auf gebogener Stütze an Holz-Masten (1908)

1911 bis 1914 entstanden die ersten Vorschläge für die Anordnung von Stützen-Isolatoren an Stahl-Gittermasten, bei den älteren Leitungen mit Anordnung des Erdseiles unterhalb der Leiterseile, bei den jüngeren Leitungen mit dem Erdseil auf der Mastspitze (Bild 26).

Bild 26: Anordnung von Stütz-Isolatoren auf Stahl-Gittermasten (1914)

 Bild 27: Stahl-Gittermast mit Holztraverse und Ausleger für Schutznetz-Befestigung (1908)

1908 wurden für eine 35-kV-Freileitung zur Urft-Talsperre Stahlgitter-Maste an den Wegübergängen mit Stahl-Auslegern zur Befestigung der Drähte von Schutznetzen eingesetzt (Bild 27) [57].

In den ersten deutschen Sicherheits-Vorschriften für den Freileitungsbau von 1904 war vorgeschrieben, dass bei Kreuzungen mit anderen Leitungen Schutznetze oder Schutzdrähte zu verwenden sind. Durch ihre Form und Lage gegenüber den Leitungsdrähten mußte dafür gesorgt werden, dass

 * eine zufällige Berührung zwischen dem Schutznetz und den intakten Leitungsdrähten verhindert wird und

 * ein gebrochener Leitungsdraht auch bei starkem Wind vom Schutznetz sicher abgefangen wird.

Für die Schutznetze verwendete man Stahldraht, wobei die Längsdrähte 2,5 mm bis 5 mm Durchmesser und die Querdrähte 1,5 mm bis 4 mm Durchmesser besaßen. IWH empfahl 1919 für die Verbindung der Längs- und Querdrähte von Schutznetzen Knotenverbinder entsprechend (Bild 28) [58], [59].

Bild 28: Knotenverbinder für Schutznetze

 Bild 29: Werkzeuge für die Montage von Knotenverbinder

Die 2-teiligen Knotenverbinder aus verzinktem Stahlblech wurden mit Hilfe von Schlagwerkzeugen (Bild 29) mit dem Hammer an den Knotenstellen von Längs- und Querdrähten zusammengepreßt.

Für Gegenden mit besonders schwierigen Umweltverhältnissen entstand 1921 aus dem Delta-Isolator durch die Firma Schomburg & Söhne der Weitschirm-Isolator (sog. "Kammertyp") mit der Typenbezeichnung "HW" (Bild 30) [28], [31], [60], [61].

Bild 30: Weitschirm-Stützen-Isolatoren ohne Kopfrille, Typenreihe "HW" (1921) [54]

Im Gegensatz zur "Helmtype" (Delta-Glocke) sind beim Weitschirm-Isolator tief einschneidende Hohlräume vermieden und dafür nach unten verlaufende Rippen am oberen Schirm angeordnet. Dadurch entstehen zahlreiche "Kammern", die bei Regen trocken bleiben. Auf Grund seiner schwierigen Herstellung hat sich der Weitschirm-Isolator in Deutschland nur in geringem Umfang eingeführt [62].

Problematisch war in mechanischer Hinsicht bei diesen Isolatoren der hohe Angriffspunkt des Leiterseiles in der Kopfrille gegenüber dem Stützenende. Dadurch wurde das Oberteil (Kopf) ungünstig belastet, besonders bei 3- und 4-teiligen Isolierkörpern.

Die Normung der Weitschirm-Isolatoren mit Kopfrille, unter der Bezeichnung "Stützen-Isolator HW", wurde mit der Einführung der DIN VDE 8003/IV.32 abgeschlossen. Bei einer späteren grundlegenden Überarbeitung des Normblattes erhielt dieses die Bezeichnung DIN 48 003/12.40.

Später konnte man die mehrteiligen Typen der Delta- und der Weitschirm-Isolatoren auch mit einteiligen Isolierkörpern, mit entsprechend dicken Wandstärken herstellen. Dafür schlug z. B. die Porzellanfabrik Kloster Veilsdorf 1926 für die Nennspannungen 10 kV bis 25 kV sog. "durchschlagsichere" Stützen-Isolatoren entsprechend (Bild 31) vor [29].

Bild 31: Sog. "durchschlagsichere" Stützen-Isolatoren der Porzellanfabrik Kloster Veilsdorf (1926), links: für 10 kV, rechts: für 25 kV

Unabhängig von dieser gewählten Bezeichnung ist ein Stützen-Isolator jedoch stets ein nicht durchschlagfester Isolator, da der Durchschlagweg zwischen Leiterseil und Stütze wesentlich kleiner als der Überschlagweg ist (Bild 32).

 Bild 32: Durchschlag- und Überschlagweg beim Stützen-Isolator

Als Endformen dieser Entwicklung entsprechend Bild 31 entstanden in Deutschland die Typenreihen

* VHD nach DIN VDE 8004/IV.32 (verstärkter Stützen-Isolator für Nennspannungen 10 kV bis 35 kV, der später mit "St" bezeichnet wurde) und

* VHW nach DIN VDE 8005/IV.32 (verstärkter Weitschirm-Stützen-Isolator, ebenfalls für 10 kV bis 35 kV) [24], [42], [63].

Beide Typenreihen haben eine höhere Durchschlagfestigkeit als der Delta-Isolator, da das Loch für die Stütze im Isolierkörper nicht bis zur Höhe der Halsrille reicht und an der elektrisch am höchsten beanspruchten Stelle eine dicke Porzellanwand vorhanden ist (Bild 33, rechts) [62], [64].

 Bild 33: Genormte Stützen-Isolatoren im Vergleichlinks: HD (normale Ausführung) [65],rechts: VHD (verstärkte Ausführung) [66].

Nach einer grundlegenden Überarbeitung der DIN-VDE-Normblätter erhielten diese eine neue Bezeichnung:

 - VHD: bisher DIN VDE 8004, neu DIN 48 004/12.40,

 - VHW: bisher DIN VDE 8005, neu DIN 48 005/12.40.

1931 kamen Stützen-Isolatoren auf den Markt, die Salzablagerungen (Bild 34) [24] und starke Verschmutzungen durch Industrieluft (Bild 35 und Bild 36) [24], [53] beherrschen sollten.

Bild 34: Stützen-Isolator für Gegenden mit Salzablagerungen

Bild 35: Stützen-Isolator für starke Industrie-Luftverschmutzung

 Bild 36: Amerikanischer Stützen-Isolator für Industrie-Luftverschmutzung ("Fog type")

Zum Schutz von Stützen-Isolatoren vor Lichtbögen, die nach Überschlägen durch Blitzeinschläge in die Freileitung am Isolator entstehen können, wurde 1909 von L. C. Nicholson erstmals an der Stütze eines Stützen-Isolators ein metallischer Schutzring angebracht (Bild 37) [67], [68], [315]. Dadurch erfolgt der Durchschlag der Luftstrecke mit nachfolgendem Lichtbogen vom Isolierkörper entfernt, zwischen Schutzring und Leiterseil.

 Bild 37: Schutzring für Stützenisolatoren nach Nicholson (1909)

1910 brachte die Porzellanfabrik Rosenthal einen neuartigen Stützen-Isolator auf den Markt, der im wesentlichen nur aus einem Pozellandach und einem einzigen, die Stahlstütze umgebenden Porzellanmantel bestand (Bild 38) [65].

 Bild 38: Stützen-Isolator von Rosenthal (1910)

Auf einer 25-kV-Freileitung in der Nähe von Genua (Italien) traten 1907 schwierige Isolationsbedingungen mit normalen Stützen-Isolatoren auf [69]. Feine Wasserteilchen, die der Wind von der Seeseite heranblies, blieben auf den Isolatoren haften. Nach Trocknung entstand ein feinkristalliner Überzug, auf dem Staub und Ruß haften blieb. Diese Schicht wuchs in 2 Monaten bis zu 1 mm Dicke, bildete sich jedoch nicht auf den dem Regen ausgesetzten Flächen.

Zur Lösung des Problems schlug Anfosi [65], [69] einen Isolator vor, der nur aus einem flachen Dach und einer Hülse um die Stütze bestand (Bild 39).

Einen völlig anderen Zweck sollte dagegen der Stützen-Isolator von Ginori [65] erfüllen (Bild 40): Das Leiterseil bzw. der Leitungsdraht ist unterhalb eines Daches aus Porzellan angebracht. Durch dieses Dach werden die darunterliegenden Porzellanteile bei Regen trocken gehalten.

Bild 39: Stützen-Isolator von Anfosi (1907)

Bild 40: Stützen-Isolator von Ginori (1910)

 Bild 41: Amerikanischer Stützen-Isolator für 75 kV (1910)

Für eine 75-kV-Freileitung wurde 1910 von der Edison Electric Company (USA) ein 4-teiliger Stützen-Isolator nach Bild 41 [70] eingesetzt.

Eine Verbesserung der Isoliereigenschaften brachte der 1910 von der Porzellanfabrik Hermsdorf für Spannungen bis 25 kV hergestellte Metallschirm-Isolator [71]. Er unterscheidet sich von den Delta-Isolatoren dadurch, dass der oberste Porzellanmantel durch einen leichten Metallschirm ersetzt wurde (Bild 42).

Bild 42: Metallschirm-Isolator der Porzellanfabrik Hermsdorf (1910)

Der weitausladende gepreßte feuerverzinkte Metallschirm sollte bei Regen die direkte Benetzung der darunterliegenden Pozellanteile verhindern.

Ähnliche Eigenschaften hat der von der Porzellanfabrik Rosenthal entwickelte Kammer-Isolator [82], [83], der 1910 für eine 66-kV-Freileitung der Hidro-electrica Espanola Madrid verwendet wurde (Bild 43).

 Bild 43: Kammer-Isolator der Porzellanfabrik Rosenthal (1910)

1918 analysierte Gilchrest die in den amerikanischen Hochspannungs-Freileitungsnetzen sehr zahlreich aufgetretenen Störungen an mehrteiligen Stützen-Isolatoren und zog daraus für die richtige Konstruktion solcher Isolatoren folgende Schlußfolgerungen:

 * Die Oberfläche des Isolierkörpers soll den elektrischen Feldlinien folgen.

 * Die Umrisse der Regendächer sollen den Äquipotentiallinien folgen.

 * Die Linien der mechanischen Beanspruchung sollen parallel zu den elektrischen Feldlinien verlaufen.

 * Der Oberflächenwiderstand jedes Porzellanteiles soll annähernd gleich sein oder nach der Stahl-Stütze zu etwas abnehmen.

 * Die Kapazität jedes Porzellanteiles soll annähernd gleich sein.

Bild 44 zeigt einen nach diesen Gesichtspunkten konstruierten Isolierkörper für einen Stützen-Isolator [72], der als Faradoid-Isolator bezeichnet wurde.

Bild 44: Von Gilchrest vorgeschlagene Idealform eines mehrteiligen Isolierkörpers für Stützen-Isolatoren (1918, Faradoid-Isolator)

Seit 1918 beschäftigte sich ein Ausschuss des VDE mit der Bewertung und Normung von Porzellan-Isolatoren. 1920 entstanden die ersten Entwürfe für eine deutsche Norm über Freileitungs-Isolatoren [29], [30]. In den Normentwürfen wurde darauf hingewiesen, dass bei Stützen-Isolatoren Maßnahmen vorzusehen sind, die das Entstehen von Rißbildungen im Isolierkörper ausschließen.

Insbesondere sind bei zusammengekitteten Isolierkörpern

 * die Kittflächen kalottenförmig auszubilden,

 * scharfe Biegungen, Krümmungen und Kanten zu vermeiden und

 * die Kittschicht und das Kittmittel mit Sorgfalt auszuwählen.

Die Befestigung der Stützen-Isolatoren auf den Mastkonstruktionen geschah in den USA zunächst mittels Holz-Stützen [28], [73]. So wurden beispielsweise 1904 Holz-Stützen

 * aus Eukalyptus-Holz, die ausgekocht, getrocknet und in heißem Leinöl getränkt wurden oder

 * aus Bergakazie oder Eichenholz, die nach Trocknung 6 bis 12 Stunden in heißes Paraffin getaucht wurden,

hergestellt [38], [74]. Beim mehrjährigen Betrieb derartiger Freileitungen zeigte sich jedoch, dass die Holz-Stützen durch die Einwirkung von Glimmentladungen und Ladeströmen allmählich verkohlten, bzw. direkt verbrannten. Sie wurden deshalb durch rohrförmige Stahl-Stützen ersetzt. Der Isolierkörper wurde direkt auf das Gewinde der Stahl-Stütze oder durch Zwischenlegen eines Bleifadens aufgedreht [74].

Für eine 60-kV-Freileitung am Niagarafall wurden für 3-teilige Stützenisolatoren gußeiserne Stützen mit einer breiten Grundplatte verwendet (Bild 45).

Bild 45: Gußeiserne Stütze (USA, 1906)

Bild 46: Rohrförmige Stahlstütze in Holztraverse eingelassen (1908)

Auch rohrförmige Stahl-Stützen, die direkt in die Holztraverse eingesteckt wurden, kamen zur Anwendung, wie 1908 auf einer 35-kV-Freileitung in Neuseeland (Bild 46) [77].

Stahl-Stützen bewährten sich gut. Man brachte aber dadurch das Erdpotenzial in das Innere des Isolierkörpers und bis auf wenige Zentimeter an das Hochspannungspotenzial heran.

Später wurde die Befestigung der Stützen-Isolatoren generell mit geraden oder gebogenen massiven Stahl-Stützen vorgenommen, die je nach Umbruchkraft des Isolators unterschiedlich ausgeführt und weitgehend normalisiert wurden (Bild 47 bis 49) [28], [29], [78].

Für die Normung der Stützen galt zunächst der Gesichtspunkt:

Für die verschiedenen Isolierkörperarten von Stützen-Isolatoren sollen möglichst gleiche Stützen verwendet werden.

Bild 47: Gerade Stützen

Bild 48: Gebogene Stützen für NS-Stützen-Isolatoren

 Bild 49: Gebogene Stützen für HS-Stützen-Isolatoren

Nach Vorentwürfen [28], [78] entstand 1922 eine VDE-Norm, in der festgelegt war:

 * Die Stützen sind den jeweiligen Stützen-Isolatoren zugeordnet und tragen zur Kennzeichnung ein "S". Für Niederspannungs-Isolatoren ein "NS..." und für Hochspannungs-Isolatoren ein "HS...".

 * Für gerade Stützen gibt es 3 Ausführungsformen:I = zylindrische Stützen,II = mittelstarke Stützen undIII = stärkste Stützen.

* Für gebogene Stützen sind 2 Ausführungsformen vorgesehen:

IV = bis 500 V (NS) und

V = über 500 V (HS).

Außerdem gab es in der Norm Stützen, deren Länge aus Rücksicht auf den Vogelschutz größer festgelegt war (mindestens 250 mm).

Bei der Bearbeitung dieser Norm wurde der ursprünglich geltende Gesichtspunkt einer Vereinheitlichung der Stützen verlassen. 1930 wurde die VDE-Norm weiter zergliedert. Es entstanden folgende DIN-VDE-Normen [63]:

Für Stützen-Isolatoren der Reihe HD:

DIN VDE 8040/1.30: Gerade Stützen HDS,

DIN VDE 8041/1.30: Gebogene Stützen HDS.

Für Stützen-Isolatoren der Reihe HW:

DIN VDE 8042/1.30: Gerade Stützen HWS,

DIN VDE 8043/1.30: gebogene Stützen HWS.

Für Stützen-Isolatoren der Reihen VHD und VHW:

DIN VDE 8044/1.30: Gerade Stützen VHS,

DIN VDE 8045/1.30: gebogene Stützen VHS.

Außerdem entstanden Normblätter für die Stützen von NS-Stützen-Isolatoren.

Es wurde empfohlen, die geraden Stützen entsprechend Bild 51 auf der Traverse zu montieren. Damit sind sie gemeinsam mit dem Isolierkörper in der Lage, große Leitungszugkräfte aufzunehmen. Gebogene Stützen kommen dagegen nur für geringe Leitungszugkräfte in Frage, da sie meist direkt in die Holzmaste eingeschraubt werden. Bei Kreuzungsfeldern sind an Holzmasten Stützen mit durchgehendem Gewinde (Stütze zum Durchstecken) vorgeschrieben (Bild 50).

 Bild 50: Stütze zum Durchstecken für Holzmaste in Kreuzungsfeldern

In der Schweiz wurden für eine 65-kV-Freileitung veränderte gebogene Stützen, sog. "von-Roll-Stützen" für Weitschirm-Isolatoren verwendet (Bild 52).

Wichtig war bei den geraden Stützen die Festlegung, dass der Bund nicht angeschweißt, sondern gestaucht werden und dass die Bundunterfläche rechtwinklig zur Stützenachse liegen muß. Der Schaft der Stützen war meist ohne Gewinde und nur mit Aufhieben versehen. Die Stützen waren allgemein noch nicht feuerverzinkt.

Die übliche Befestigung der Isolierkörper auf der Stütze war anfangs

* die Verwendung von Teerwerg,

* das Vergießen mit einer Mischung aus Pech und Schwefel und

* das Vergießen mit Blei.

Bild 51: Befestigung von geraden Stützen an Masttraversen (1920)

 Bild 52: Gebogene Stützen nach von Roll (Schweiz)Die ersten deutschen Sicherheitsvorschriften für den Freileitungsbau von 1904 [39] empfahlen dagegen:Zur Befestigung der Isolierkörper auf den Stützen dienen Hanf mit Leinöl, Mennige oder Asphalt. Sogenannte Stützenkitte, wie Bleiglätte mit Clycerin (Postlerit, Isolit usw.) sowie Metallkitte haben sich nicht bewährt. Auch auf die Stahlstütze aufgegossene Bleiköpfe, die außen ein dem Porzellangewinde entsprechendes Gewinde besaßen und ohne Zwischenlagen in den Isolierkörper eingeschraubt wurden, kamen zur Anwendung [28], [81].1907 wurde vorgeschlagen, die Befestigung mittels 4 bis 5 über die Stütze gestülpter, fester, pergamentartiger, in einer ölhaltigen Isoliermasse getränkter Papierhülsen ("Schrödersche Papierhülsen") vorzunehmen, auf die der Isolierkörper aufgeschraubt wurde (Bild 53) [80].Bild 53: Papierhülsen zur Befestigung des Isolierkörpers von Stützen-Isolatoren (1907), links: vor dem Aufschrauben des Isolierkörpers, rechts: nach dem Aufschrauben und anschließender DemontageWegen Hanfmangels während des II. Weltkrieges wurde diese Technologie von der Porzellanfabrik Hermsdorf später nochmals angewandt.Wie auch bei den Stützen-Isolatoren wurde in Deutschland Anfang der 1940er Jahre bei den Stützen eine durchgreifende Typeneinschränkung durchgesetzt: Es gab nur noch je eine Ausführungsform der geraden und der gebogenen Stützen für Hochspannungs-Isolatoren. Dabei entstanden die neuen NormenblätterDIN 48 044/4.44 für gerade Stützen undDIN 48 045/4.44 für gebogene Stützen.Nach einer weiteren Überarbeitung der Normen wurden 1959 folgende Stützen festgelegt (DIN 48 044/9.59 und DIN 48 045/9.59):* Gerade Stützen: SGZ (mit zylindrischem Schaft, bisher VHS..A),SGK (mit kegeligem Schaft, bisher VHS..B).* Gebogene Stützen: SBE (zum Einschrauben, bisher VHS..E), SDD (zum Durchstecken, bisher VHS..F).Die Befestigung der Stützen im Isolierkörper der Stützen-Isolatoren war weiterhin ein weltweites Problem.Bereits 1919 wurde von der Canadian Porcelain Co. zur Verbindung zwischen Stahl-Stütze (mit Gewinde) und Isolierkörper (mit Innengewinde) eine Hülse aus Zink verwendet (Bild 54).Bild 54: Gerade Stahl-Stütze mit Zinkhülse1931 wurde von Lapp Insulator (USA) und später von Ohio Brass (USA) zur Befestigung der Stahl-Stütze im Isolierkörper eine Gewindehülse aus Zink ("Fingerhut", thimble) in die Bohrung des Isolierkörpers einzementiert (Bild 55 und Bild 56) [52], [53]. In diese Zink-Gewindehülsen werden die mit Gewinde versehenen Stahl-Stützen eingeschraubt (Bild 57).Werden kleinere Stahl-Stützen mit Gewinde oder mit einem von der Norm abweichenden Gewinde in die Isolierkörper eingeschraubt, sind Adapterstücke zwischen Zink-Gewindehülse und Stahl-Stütze vozusehen (Bild 58) [53].Bild 55: Stützen-Isolator mit einzementierter Zink-Hülse ("Zink-Fingerhut")Bild 56: Zink-Gewindehülse ("Zink-Fingerhut")Bild 57: Stahlstützen mit Außengewinde, für die Montage mit Zink-GewindhülsenBild 58: Adapterstücke für die Stützenmontage mit Zink-GewindehülsenZur Befestigung (Einzementierung) der Zink-Gewindehülse wurde von Ohio Brass (USA) eine Methode entsprechend Bild 59 angewendet [52].Bild 59: Einzementierung der Zink-Gewindehülse im IsolierkörperDabei werden auf den Flächen der Bohrung des Isolierkörpers Porzellankörner aufglasiert, die danach mit einem dünnen Glasurüberzug versehen sind. Dann erfolgt die Einzementierung des "Fingerhutes". Am Boden der Isolierkörper-Bohrung wird kein Zement verwendet, sondern zwischen "Fingerhut" und Porzellan wird eine Filzscheibe eingelegt. Außerdem befindet sich am Boden des "Fingerhutes" ein KorkpolsterNGK (Japan) übernahm diese Befestigungstechnik für die Stütze und bot dafür die im Bild 60 dargestellten Varianten an [84].Bild 60: Befestigungstechnik zwischen Stütze und Isolierkörper von NGK (Japan)Die Fertigmontage des Stützen-Isolators, d. h., die Befestigung der Stahl-Stützen im Isolierkörper, erfolgt überwiegend durch die bauausführende Firma, zumeist direkt vor Ort. Dieser Tätigkeit muß besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, um den Isolierkörper nicht zu beschädigen und auch für den späteren Betrieb sichere Verhältnisse zu schaffen.Allgemein galten 1923 in Deutschland für die Montage des Isolierkörpers mit den Stützen folgende Richtlinien [85]:* Grundsätzlich sind nur elastische Verbindungsmittel zwischen Stütze und Isolierkörper einzubringen. Zement ist dafür ungeeignet.* Bewährt hat sich Hanf, der in dünnen, flachen Strähnen gleichmäßig und zylindrisch auf den Schaft der Stütze von oben nach unten aufzuwickeln ist. Es ist soviel Hanf zu verwenden, bis sich der Isolierkörper ohne größeren Kraftaufwand auf die Stütze aufschrauben läßt.* Um eine zu harte Berührung der Stütze mit dem Lochboden des Isolierkörpers beim Aufschrauben zu verhindern, sollten- über die Stirnseite der Stütze mehrfache Kreuzwickel aus Hanf oder- 2 bis 3 Pappscheiben als Polster an der Stirnseite angebracht werden.* Günstig ist auch, den Isolator nach erfolgtem Aufschrauben 1/2 Gang zurückzuschrauben, um sicher zu sein, dass zwischen Stützenende und Lochboden des Isolierkörpers keine Pressung stattfindet.* Das ins Innere des Isolierkörpers ragende Stützenende muß einen glatten Schaft besitzen, an dem an 4 Seiten Einkerbungen angebracht sind, die dem vorgesehenen Hanfwickel genügend Halt geben. Ein Gewinde auf dem Schaft ist überflüssig. Denn wenn das Gewinde nicht genau zum Gewinde im Inneren des Isolierkörpers paßt und das ist bei den Toleranzen bei der Herstellung des Isolierkörpers immer so, kann es zur Sprengung des Porzellans kommen.Das Aufdrehen der Isolierkörper auf der Baustelle führte jedoch immer wieder zur Zerstörung der Porzellanteile. Deshalb wurde verbreitet zur Fertigstellung des kompletten Stützen-Isolators im Herstellerwerk übergegangen [47].In Deutschland gab es seit etwa 1957 Vorschläge, zur Befestigung der Isolierkörper der NS-Stützen-Isolatoren auf den Stützen Kunststoffkappen zu verwenden. Bei diesen Kappen, die außen mit dem gleichen, wie im Isolierkörper befindlichen Gewinde versehen sind, muß sich bei der Montage der Stütze das Isolatorengewinde fest in den Kunststoff eindrücken. Als Werkstoff wurde Niederdruck-Polyäthylen verwendet.Die Kunststoffkappe bringt im Gegensatz zum Hänfen immer einen geraden und festen Sitz des Isolierkörpers auf der Stütze. Um die Paßfahigkeit dieser Kunststoffkappen gleichmäßig zu gewährleisten, entstand die NormDIN 48 016/11.70 für Gewindekappen GK (Bild 61).Bild 61: Kunststoff-Gewindekappe GK zum Befestigen von Stützen von Stützen-Isolatoren nach DIN 48 016Ähnliche Vorschläge von 1963 benutzten für die Kunststoffkappen Hochdruck-Polyäthylen (Bild 62).Bild 62: Kunststoffkappen zum Befestigen von Stützen (1963)Bei der Montage werden diese Kunststoffkappen mit Hilfe eines Hartholzstempels in das Isolierkörperloch gedrückt. Danach wird der Isolierkörper auf die Stütze aufgesetzt und dieser mit einem Gummihammer auf die Stütze aufgeschlagen.Zur Befestigung des Leiterseiles am Stützen-Isolator sind an diesem Kopf- und Halsrillen oder auch nur Halsrillen angebracht (Bild 63 und 64) [87], [88].Bild 63: Stützen-Isolator mit Kopf-und HalsrilleBild 64: Stützen-Isolator nur mit HalsrilleIn diesen Rillen wird das Leiterseil mit Drahtbunden, deren Drähte von Einzeldrähten des Leiterseiles stammen, befestigt.Die deutschen Sicherheitsvorschriften von 1904 [39] legten dazu fest:"Es ist darauf zu achten, dass die Leitungsdrähte an den Isolatoren sicher und unverrückbar befestigt werden und das die Befestigungsvorrichtungen keine scheuernde oder schneidende Wirkung auf sie ausüben."Es wurde damals empfohlen, Drahtbunde zu verwenden, da über andere Befestigungsvorrichtungen keine ausreichenden Erfahrungen vorlagen.Bei Tragmasten mit geradliniger Leitungsführung wurde die Befestigung des Leiterseiles in der Kopfrille mittels Kopfbund empfohlen, da dann das in der Rille liegende Seil die Vertikalkraft direkt und axial auf den Isolator überträgt und auch Windkräfte gut abgefangen werden können. Dieser Bund muß dann nur noch eventuelle Verschiebungskräfte in Leiterseilrichtung aufnehmen. Der Kopfbund benutzt zum Tragen des Leiterseiles die Kopfrinne und zur Seilbefestigung die Halsrille (Bild 65).Bild 65: Verschiedene Arten von KopfbundenSpäter wurde von den Anwendern den Isolatorenherstellern empfohlen, die Kopfrille (Scheitelrille) bei allen Stützen-Isolatoren wegzulassen, da bei der Leitungsverlegung der Kopfbund wenig benutzt wurde und durch Wegfall der Kopfrille eine gleichmäßigere Wanddicke des Porzellans am Isolatorkopfes erzielt wird [29].Bild 66: Verschiedene Arten von HalsbundenAlle Bunde werden von Hand, ohne Zuhilfenahme von Zangen oder anderem Werkzeug, angefertigt. Dabei muß darauf geachtet werden, dass keine Einschnürungen an den Einzeldrähten des Leiterseiles durch den Bindedraht auftreten.Bei Abweichungen der Freileitung von der Geraden, ist das Leiterseil stets so zu legen, dass der Bund nicht auf Zug beansprucht wird.Bei Abspannmasten von NS-Freileitungen wird nur die Halsrille zur Abspannung des Leiterseiles benutzt. Dazu wird ein sog. Endbund oder Schlußbund verwendet (Bild 67) [89], [90].Bild 67: Verschiedene Arten von Endbunden mit SchraubklemmenEndbunde können ebenfalls mit Bindedraht hergestellt werden. Dabei wird bei Aluminiumseilen im Bereich des Endbundes das Leiterseil mit Wickelband umwickelt und anschließend mit Aluminium-Bindedraht der Endbund entsprechend Bild 68 hergestellt [91]. Die Drahtwickel müssen straff und dicht aneinandergelegt werden und die Drahtenden sind zweckmäßigerweise miteinander zu verdrillen [90].Bild 68: Gewickelter EndbundZumeist fanden jedoch zur Ausführung von Endbunden spezielle Endbundklemmen oder Schraub- bzw. Nietverbinder Anwendung (Bild 69 und 70).Bild 69: Einfache Abspannung von Aluminiumseilen mit EndbundklemmenBild 70: Doppel-Abspannung (links) von Aluminiumseilen mit Endbundklemmen und Nietverbindem (I WH) [92]Frühzeitig wurde vorgeschrieben, dass Abspannungen an Stützen-Isolatoren eine Bruchkraft haben müssen, die- mindestens dem 2,5fachen Höchstzug des Leiterseiles,- jedoch nicht mehr als 90 % der Nennlast des Leiterseiles aufweisen müssen.Nicht alle diese Endbundklemmen, z. B. die sog. Greifklemmen (Bild 71) [93], [94] bewährten sich, da am Auslauf des Leiterseiles aus der Klemme eine Knickung auftrat.Bild 71: Greifklemme für EndbundeBei den "Finax"-Endbundklemmen von IWH (mittlere Klemme in Bild 67) wird die unerwünschte Schrägstellung der Klemme unter der Leiterseilzugkraft und damit die Knickung des Leiterseiles am Klemmenauslauf durch eine besondere Anordnung der Seilrillen in den Klemmenteilen vermieden (Bild 72).Bild 72: Seilrillen-Anordnung in der "Finax"-Endbundklkemme (IWH)1924 brachte IWH einen Konusschlußbund für Kupfer- und Aluminiumseile bis 150 mm2 auf den Markt (Bild 73) [93] bis [95].Bild 73: Konusschlussbund von IWH (1924)Er besteht aus einem Klemmkörper, in den ein Konus, der das Leiterseil aufnimmt, eingeführt und mit einer Druckschraube in den Klemmkörper eingepreßt wird. Eine U-förmige Seilschlinge mit Halbkugeln an den Enden, dient zur Abspannung in der Halsrille des Stützen-Isolators. Sie wird seitlich in entsprechende Vertiefungen des Klemmkörpers eingeführt. Die Verbindung zwischen den Schlußbunden bzw. einer Abzweigung erfolgte durch ein Zusatzseil, welches mit Kabelschuh und Klemmschraube am Klemmkörper befestigt ist (Bild 74).Bild 74: Montierter KonusschlussbundIn Deutschland ist die Leiterseilabspannung an Stützen-Isolatoren nur in Niederspannungs-Freileitungen zulässig.Nach der Einführung der Aluminiumseile im Freileitungsbau wurde zum Schutz der Einzeldrähte der Seile an den Befestigungspunkten die Anwendung von Wickelband, 10 mm breit, 1 mm dick, welches auf das Seil aufgewickelt wird, generell vorgeschrieben. Außerdem schützte eine längere Umwicklung des Leiterseiles mit Wickelband das Seil in der Nähe des Isolators vor Lichtbogeneinwirkung. Bei Schäden kann das Wickelband schnell ausgewechselt werden, das Leiterseil bleibt jedoch unbeschädigt.Um das Abwickeln des Wickelbandes von der Rolle und das Aufwickeln auf das Leiterseil zu erleichtern, gab es für diesen Vorgang spezielle Wickelvorrichtungen (Bilder 75 und 76) [96], [97].Bild 75: Wickelvorrichtung für Wickelbänder (IWH)Bild 76: Wickelvorrichtung in ArbeitsstellungDie Wickelvorrichtung kann durch Veränderung des Anstellwinkels entsprechend einer angebrachten Markierung für Leiterseil-Querschnitte von 25 mm2 bis 300 mm2 verwendet werden. Die Bandage muß straff auf dem Seil aufliegen und die Windungen müssen dicht aneinanderliegen.Die Befestigung des Leiterseiles in der Kopfrille konnte sich nicht durchsetzen und wurde bald verlassen. Man betrachtete die Befestigung von Aluminiumseilen in der Halsrille eines Stützen-Isolators für sicherer, als die in seiner Kopfrille.Als besonders zuverlässig für die Befestigung von Aluminiumseilen an Tragpunkten wurden* der einfache Kreuzbund (Bild 77),* der verstärkte Kreuzbund (Bild 78) und* der Seilbügelbund (Bild 82) angesehen.Beim einfachen und beim verstärkten Kreuzbund erfolgt die Leiterseilbefestigung durch einen Drahtbund, der kreuzweise verschlungen ist [87], [98].Bild 77: Einfacher KreuzbundBild 78: Verstärkter KreuzbundDas Wickelband darf nicht mehr als 1 Windung aus dem Bund herausragen, da sonst die Gefahr besteht, dass es auf dem Leiterseil hämmert und scheuert.Nach kurzer Zeit stellte man verstärkt Schwingungsschäden am Leiterseil bei Verwendung des einfachen Kreuzbundes fest. Bewährt hat sich dagegen der verstärkte Kreuzbund, bei dem diese Schäden nicht auftraten [100].1915 führte die AEG für Stützen-Isolatoren an Tragmasten Leiterseilbefestigungen mit einem Beiseil ein, welches durch Wickelband mit dem Leiterseil und dem Isolatorkopf verbunden wurde (Bild 79) [41].Bild 79: Leiterseil-Befestigung am Stützen-Isolator mit einem Beiseil (AEG)Eine andere Art der Anwendung eines Beiseiles wurde von IWH empfohlen (Bild 80) [87]. Das eingesetzte lange Beiseil wurde durch Umwickeln mit Wickelband mit dem Leiterseil verbunden und an den Enden mit einer speziellen Klemme befestigt (Bild 81). Beide bewickelte Seile, Beiseil und Leiterseil, wurden mit einem Seilbügelbund nach Bild 82 in der Halsrille des Stützen-Isolators festgemacht.Bild 80: Leiterseil-Befestigung mit Beiseil und Seilbügelbund (IWH)Bild 81: Primodur-Klemme zur Beiseilbefestigung (IWH)Beim Seilbügelbund wird das Leiterseil durch einen mit Drahtbunden befestigten Bügel gehalten. Der Bügel wird aus einem Stück des gleichen Leitungsseiles hergestellt, das im Durchmesser der Halsrille angepaßt ist (Bild 82) [101]Bild 82: SeilbügelbundAuch verstärkte Seilbügelbunde (Bild 83) fanden Anwendung [89].Bild 83: Verstärkter SeilbügelbundSpäter ersetzte man den Seilbügel durch einen massiven vorgefertigten Bügel aus Aluminium-Runddraht, in der Schweiz "Bögli"-Bund genannt [102].Bild 84: Massiv-BügelbundDieser Massivbügel kann auch bei Verlegung des Leitungsseiles in der Kopfrille als zweiteiliger Bügel eingesetzt werden (Bild 85) [85].Bild 85: Massivbügelbund bei Leiterseilverlegung in der KopfrilleIn Frankreich verwendete man 1924 zur Befestigung von Aluminiumseilen in der Halsrille von Stützen-Isolatoren spezielle Flach-Wickelstäbe aus Aluminium (lien d'amarrage) [103]. Diese Stäbe waren im Mittelteil rund (Durchmesser im Bereich 5 mm bis 12 mm) und an beiden Enden flachgewalzt. Sie wurden mit den flachen Enden auf das vorher mit Wickelband versehene Leiterseil aufgewickelt (Bild 86).Bild 86: Wickelstäbe zur Leiterseilbefestigung in der Halsrille von Stützen-IsolatorenHandgefertigte Bunde sind anfällig gegen Lösen infolge verschiedener Kräfte und Bewegungen, die durch Seilschwingungen ausgelöst werden. Sind sie locker, bilden Bunde eine Quelle für Seilabrieb und Einzeldrahtbeschädigungen. Fabrikmäßig gefertigte Bunde, von denen einige in den Bildern 88 bis 98 dargestellt sind, geben dagegen eine größere Sicherheit [104].Die feste Verbindung des Leiterseiles mit dem Stützen-Isolator wurde oftmals als nachteilig empfunden. Statt das Leiterseil festzubinden, kann es z. B. durch eine S-förmige Öse (Bild 87) [105] geführt werden, die mittels eines Bandringes am Hals des Isolators befestigt ist. Zahlreiche industriell hergestellte Bundarten für die Leiterseilbefestigung in der Halsrille von Stützen-Isolatoren wurden angeboten. Vorgefertigte Bügelbunde mit Hilfsarmaturen entstanden, so auch der Bügelbund mit S-Klemmen von Siemens (Bild 88). Der Bügel bestand aus Federstahl und die S-Klemmen aus Aluminium [37], [98], [106].Bild 87: S-förmige BefestigungsöseBild 88: Bügelbund mit S-Klemmen (Siemens-Schuckertwerke)In Frankreich war man früher (1919) der Ansicht, dass der Leiter (Draht oder Seil) am Stützen-Isolator so befestigt werden muß, dass jede Reibung am Porzellan ausgeschlossen werden kann. Insbesondere galt das für große Spannweiten. Dafür entwickelte man einen Leitungsbund entsprechend Bild 89 [108].Bild 89: Französische Leiterbefestigung am Stützen-IsolatorWeitere Konstruktionen von Leitungsbunden waren die 1920 von IWH angebotenen- Scharnierbunde (Bild 90),- Hakenbunde ( mit Verbesserungen 1955, Bild 91 und 92)und- die Bügelbunde aus Runddraht mit Seilklemmen (Bild 93) [110]Bild 90: Scharnierbund von IWH (1920)Bild 91: Hakenbunde von IWH (1920)Beim Hakenbund sind die Zughaken als Seilmulden ausgebildet, die das Leiterseil zur Hälfte umfassen, es aber nicht festklemmen. Beim Anziehen der Zughaken entsteht eine 3-Punkt-Verspannung des Leiterseiles, die im Normalbetrieb die erforderliche Seilrutschkraft gewährleistet (Bild 92) [111].Bild 92: Montierter HakenbundBild 93: Bügelbund von IWH (1920)Ein dem Bild 93 ähnlicher Bügelbund wurde später von Volpato (Italien) hergestellt (Bild 94) [112].Bild 94: Bügelbund von Volpato (Italien)Auch von F & G wurde ein ähnlicher Bügelbund angeboten (Rundaluminium-Bügel mit Aluminium-Blechschellen), der als zusätzliches Bauteil eine Schutzhülse für das Leiterseil besaß (Bild 95) [91], [98], [113].Bild 95: Bügelbund von F & GEin aus gepreßten Stahlblechteilen hergestellter Bügel, der Stahlblech-Bügelbund, fand ebenfalls Anwendung (Bild 96) [89], [114].Bild 96: Stahlblech-BügelbundStotz bot 1921 einen Bügellbund mit besonderen Seilklemmen unter der Bezeichnung "System Stadler" (Stadlerbund) für Aluminiumseile an (Bild 97) [98], [115].Bild 97: Seilbügelbund System "Stadler"Dieser Bund besteht aus einem Stück Aluminiumseil, dessen Enden fest mit Aluminiumklemmen verbunden sind. Das Bundseil wird so um die Halsrille des Stützen-Isolators gelegt, dass es sich unterhalb des Leiterseiles kreuzt und dann mittels der Klemmen mit dem Leiterseil fest verschraubt wird.Eine weitere Ausführung zeigt Bild 98. Ein Seilbügel wird um den Isolatorkopf geschlungen und mit speziellen Seilklemmen am Leiterseil befestigt.Bild 98: Seilbügelbefestigung mit SpezialklemmenViele weitere Bundarten wurden im Laufe der Zeit entwickelt [116], [117]. Erstaunlich ist, dass sich insgesamt die industriell hergestellten Bunde nicht durchsetzen konnten, obwohl die geringere Montagezeit für sie sprach und sich nach umfangreichen Untersuchungen schwingungstechnisch keine Bedenken gegen deren Anwendung ergaben [114].Zusätzlich zur generellen Anwendung von Wickelband oder Seilschutzhülsen wurde von einigen Anwendern das Fetten des Leitungsseiles und des Bundes an der Befestigungsstelle mit einem neutralen Fett vorgesehen [90].Zur Verbesserung der Auflage des Leiterseiles in der Halsrille von Stützen-Isolatoren wurde 1937 von den Porzellanwerken Köppelsdorf das Anbringen einer Arbeitsleiste, der sog. VKP-Rinne, am oberen Schirm des Isolierkörpers (neben der Halsrille) vorgeschlagen (Bild 99) [118], [119].Bild 99: VPK-Rinne am oberen Schirm von Stützen-Isolatoren (schwarz hervorgehoben)Über diese VPK-Rinne, die keramisch fest mit dem Isolierkörper verbunden war, kann das Leiterseil ohne weitere Hilfsmittel ausgezogen werden.Seit 1927 wurde in den deutschen Vorschriften für den Bau von Freileitungen mit erhöhter Sicherheit vorgeschrieben, dass bei Anwendung von Stützen-Isolatoren* eine Doppel-Aufhängung (Bild 100) [37], [87] oder* ein Sicherheitsbügel (Bild 101) [87], [120] oder* die Verwendung von Stützen-Isolatoren der nächst höheren genormten Betriebsspannung, in Verbindung mit verstärkten Seilbunden und verstärkten Stützenvorzusehen ist. Darüberhinaus galten besondere Vorschriften für die Anwendung von Stützen-Isolatoren- bei Bahnkreuzungen (VDE 0217/1930),- bei Freileitungen über Postleitungen (VDE 0223/1924) und- bei Kreuzungen von Wasserstraßen (VDE 0218/1927).Bild 100: Doppel-AufhängungBild 101: SicherheitsbügelBei der Doppel-Aufhängung wird das verwendete Beiseil nur um den 2. Stützen-Isolator herumgeschlungen und nicht befestigt.Der Sicherheitsbügel besteht dagegen aus einem lose über den oberen Teller des Stützen-Isolators auf der Mastseite gelegtem Seilstück, das aus dem gleichen Baumaterial wie das des Leiterseiles besteht und mit dem Leiterseil so befestigt ist, dass bei Bruch des Isolators das Leiterseil durch den Sicherheitsbügel gehalten wird und die Leitung dann von der Traverse aufgefangen wird. Das Leiterseil ist normal mit einem Bund am Isolator festgemacht. Die Verbindung zwischen Beiseil und Leiterseil muß beiderseits des Stützen-Isolators mindestens die Höchstzugkraft des Leiterseiles halten.Für die Auflage des Sicherheitsbügels nach Bild 101 auf dem oberen Schirm des Stützen-Isolators wurden 1937 vom Porzellanwerk Köppelsdorf ein sog. VPK-Abfänger vorgesehen (Bild 102) [118], um eine Verringerung der Überschlagspannung durch ein lose liegendes Beiseil zu verhindern.Bild 102: VPK-Abfänger für Sicherheitsbügel (schwarz hervorgehoben)Diese Abfänger sind keramisch fest mit dem oberen Schirm verbunden. Durch die Öse wird der Sicherheitsbügel hindurchgesteckt. Dadurch wird auch eine eventuelle Berührung mit dem Hauptseil verhindert. Bei Bruch des Hauptseiles hält der Abfänger den Sicherheitsbügel am Isolator fest. Dabei muß allerdings die Verbindungsstelle mit dem Beiseil zugfest ausgeführt sein .1943 erfolgte in Deutschland eine radikale Einschränkung der genormten Isolatoren durch Herausgabe der VDE 0294/VI.43. Bei Stützen-Isolatoren gab es nur noch die Ausführung mit dem Isolierkörper VHD (verstärkter Stützen-Isolator) nach DIN 48 004/12.40.Eine Überarbeitung der DIN 48 004 begann 1953 und endete nach Zwischenschritten in der neuen DIN 48 004/9.69. Dabei- erhielt der Isolierkörper eine neue Bezeichnung durch das Kurzzeichen "St" an Stelle von "VHD",- es wurde die Benennung "Stützen-Isolator mit Innenbefestigung" eingeführt und- es wurde die Kopfrille am Isolierkörper weggelassen (Bild 103).Bild 103: Stützen-Isolator St mit Innenbefestigung nach DIN 48 004/9.69Da in DIN 48 004 keine ausreichenden Angaben zu den Anschlußmaßen der Verbindung zwischen Isolierkörper und Stütze enthalten waren, wurden diese später in der DIN 48 138/7.82 konkret angegeben (Bild 104). Dabei wurde davon ausgegangen, dass das Stützenloch hülsenförmig mit einer Blei-Antimon-Legierung ausgegossen wird und die dann vorhandene Hülse ein Rundgewinde nach DIN 405, Teil 1 aufweist.Bild 104: Isolierkörper mit hülsenförmigen Blei-Antimon-AusgußDie USA-Firma Indiana Steel Wire bot 1947 für den Schutz des Leiterseiles am Stützen-Isolator (bei Befestigung mit Kopfbund) vorgeformte Stäbe für Schutzspiralen (armor rods, line guards) an (Bild 105 und 106) [121]. Dabei war die Ausführung der Stäbe an die Werkstoffe der Leiterseile angepaßt (feuerverzinkter Stahl, Al-Legierungen, Bronze).Bild 105: Schutzspirale (armor rods) bei Kopfbund-BefestigungBild 106: Kopfbund mit SchutzspiraleDas Aufbringen dieser Schutzspiralen ist in Bild 107 dargestellt [122]. Der Kopfbund wird nach der Montage der Spirale angebracht.Erfunden wurde das System der vorgeformten Stäbe von T. F. Peterson. Basierend auf der Idee eines gedrillten Drahtes mit einem Innendurchmesser kleiner als der Leiterseildurchmesser, auf den dieser Draht aufgelegt wird, konnte mit den Stäben eine hohe Haltekraft erreicht werden. 1947 wurde die Firma Preformed Line Products Co. (USA), kurz PLP genannt, gegründet, um die sich aus dieser Idee ergebenden Produkte zu vermarkten [123].Bild 107: Ablauf der Montage der SchutzspiralenNeben den Schutzspiralen wurden von PLP auch Spiralbunde zur direkten Befestigung des Leiterseiles durch vorgeformte Spiralen entwickelt [159]. Es sind das:* einteilige Kopfbund-Spiralen mit Neoprenschlauch-Einlage (DT, Bild 108) [122],* zweiteilige Kopfbund-Spiralen (TGT),* Doppelkopf-Bundspiralen (DDT) und* einteilige Halsbund-Spiralen, mit oder ohne Neoprenschlauch-Einlage (ST, Bild 109).Bild 108: Kopfbund-Spirale DT mit Neoprenschlauch-EinlageBild 109: Halsbund-Spirale ST (Seitenbund-Spirale)Obwohl alle diese Spiralen normal ohne Hilfswerkzeug montierbar sind, wurden für die Montage von Halsbund-Spiralen unter Spannung von der SAAE (Frankreich) isolierte Spezialwerkzeuge entwickelt, deren ringförmiger Greifer das Aufwickeln der Spiralen auf das Leiterseil auf Hochspannungspotential ermöglicht (Bild 110) [124], [125].Bild 110: Werkzeug zur Montage von Halsbund-Spiralen unter Spannung1947 wurden von Ohio Brass (USA) Stützen-Isolatoren mit Kopfklemme (Tragklemme) angeboten (Bild 111) [52].Bild 111: Stützen-Isolator mit Kopfklemme (USA)Bild 112: Tragmulde der KopfklemmeDie Tragmulde dieser Klemme (Bild 112) ist auf Zapfen eines fest mit dem Isolatorkopf verbundenen Bockes gelenkig gelagert und besitzt einen Wendedeckel mit Seilrillen für unterschiedliche Seildurchmesser.Pfisterer brachte 1959 schwingende- Trag-Kopfklemmen [665] und- Auslöse-Kopfklemmenauf den Markt.Diese waren fest auf dem Kopf des Stützen-Isolators aufgekittet oder konnten mit einem Bügel auf ihm befestigt werden. Beide hatten die bewährten Eigenschaften einer Mulden-Tragklemme. Die Auslöse-Kopfklemme sollte darüberhinaus die Verdrehfestigkeit der Maste gewährleisten.1965 wurden von NGK (Japan) ebenfalls Stützen-Isolatoren mit gelenkigen Tragmulden (clamp-top type) bis 70 kV für die USA hergestellt (Bild 113 und 114) [84].Bild 113: Stützen-Isolator mit Kopfklemme (Japan)Bild 114: Tragmulde der Kopfklemme nach Bild 113Die Tragmulde der Kopfklemme mit Wendedeckel war einseitig auf den Zapfen eines fest mit dem Isolator verbundenen Tragbockes gelagert, während auf der anderen Tragbockseite ein Gewindezapfen eingeschraubt wird.Mit der Ausbreitung des Rundfunkempfanges ab ca. 1910 spielten Rundfünkstörungen (HF-Störpegel), verursacht durch elektrische Entladungen an Isolatoren, eine zunehmend ärgerliche Rolle [32].Ein HF-Störpegel geht von den Isolatoren mit ihren Bunden am Leiterseil dann aus, wenn durch- ihre Konstruktion,- ihren Aufbau oder- durch Fehlstellen im Inneren des Isolierkörpersdie Vorausetzungen für das Entstehen von Glimm- und Kippentladungen gegeben sind [150]. Kritische Stellen für Kippentladungen an Stützen-Isolatoren sind nach Obenaus (Bild 115):* Die Berührungsstellen des Leiterseiles mit den Bundrillen (enge Luftspalten zwischen Leiterseil und Isolierkörper-Oberfläche).* In der Kittung oder Hanfung im Stützenloch.* In den Kittfugen von mehrteiligen Isolierkörpern.Solange der Zementkitt feucht ist (kurze Zeit nach der Isolatorenherstellung), haben eventuell im Kitt eingeschlossene Luftblasen keinen nachteiligen Einfluß.Ist der Zement jedoch trocken, wird er zum elektrischen Nichtleiter und in den Luftblasen entstehen Glimmentladungen mit geringer Wärmeentwicklung.Das elektrische Feld (Feld- und Äquipotentiallinien) an einem fertig montierten mehrteiligen Stützen-Isolator mit einem Leiterseil in der Halsrille ist in Bild 116 dargestellt.Bild 115: Kritische Stellen für KippentladungenBild 116: Elektrisches Feld am Stützen-IsolatorAus Bild 116 ist zu erkennen, dass die elektrische Feldstärke in der Umgebung des Leiterseiles und am Rand des oberen Schirmes am größten ist und dort unter Spannung Glimmentladungen zuerst auftreten können.Um Entladungen am Bund in der Halsrille zu vermeiden, schlug die Porzellanfabrik Rosenthal 1936 vor [42], [126], eine Schutzkappe aus Aluminiumblech auf den Kopf von Stützen-Isolatoren aufzusetzen (Bild 117).Bild 117: Glimmschutz-Kappe für Stützen Isolatoren (Porzellanfabrik Rosenthal)Als weitere Maßnahmen, Entladungen und damit den vom Stützen-Isolator ausgehenden HF-Störpegel zu unterdrücken, wurde vorgeschlagen [127], [128]:* Den Bindedraht nicht unmittelbar in die Halsrille zu legen, sondern auf eine Metallblecheinlage, die um die Halsrille gelegt wird.* Die Halsrille und das Stützenloch zu metallisieren und zwischen Stützenloch und Metallisierung des Stützenloches nach der Kittung eine leitende Verbindung durch Bleiausguß herzustellen (Bild 118) [126].* Metallisierung des gesamten Isolierkörperkopfes bis an den Rand des oberen Schirmes.* Metallisierung des gesamten Stützenloches, sogar bis auf die Mitte des unteren Schirmes.Die zur Metallisierung angewendeten Methoden waren wenig ausgereift. Oftmals hielt die aufgebrachte Schicht sehr schlecht und verlor nach kurzer Zeit ihre Wirkung. Messungen ergaben, dass die oben aufgezählten Maßnahmen meistens keine ausreichende Wirkung zeigten [130].Bild 118: Metallisierung von Halsrille und Stützenloch des Isolierkörpers++++++ = MetallisierungOhio Brass (USA) brachte 1947 einen "radiostörungsfreien" Stützen-Isolator, den sog. "Silentyp", auf den Markt (Bild 119) [52].Bild 119: Stützen-Isolator "Silentyp"Auf die Glasur am Kopf (Seilauflage in der Kopf- und Halsrille), an den Enden der Zementierung zwischen den Isolierkörper-Teilen und am Übergang der Zementierung des "Fingerhutes" zum Isolierkörper wurde eine halbleitende Glasur aufgebracht (halbleitend randglasiert), die elektrische Entladungen verhindern sollte.Halbleitende Glasuren steuern an Elektrodenrändern das elektrische Feld (Randfeldglasuren). Sie können z. B. nach der sog. "Engobe-Technik" hergestellt werden. Dabei liegt die halbleitende Glasur unter der Normalglasur, um das mechanische Verhalten des Isolierkörpers nicht zu stören. Der Wärmeausdehnungskoeffizient muß hierbei in der gleichen Größenordnung wie bei der Normalglasur liegen [131].Halbleitende Glasuren bestehen aus einer Glasurmasse, in die halbleitende Materialien eingebettet sind. Früher war es Eisenoxid, heute wird Titania (TiO2) verwendet, welches wesentlich besser geeignet ist. Titania-Unterglasuren erhalten ihre Leitfähigkeit beim Normalbrand des Isolierkörpers. Die halbleitende Glasur am Kopf des Isolators wurde zur besseren Unterscheidung dieser Stützen-Isolatoren zu anderen Isolatoren in der Farbe "schwarz" ausgeführt [132].1960 stellte die Porzellanfabrik Langenthal ebenfalls einen "radiostörfreien" Stützen-Isolator vor [133], der durch entsprechende Ausbildung im Isolierkörper-Kopf (Hohlraum im Isolierkörper, durch Metallkappe abgeschlossen), ohne halbleitende Glasur entladungsfrei sein sollte (Bild 120).Bild 120: "Radiostörfreier" Stützen-IsolatorZur Vermeidung von Entladungen an den Stützen-Isolatoren bereits bestehender Freileitungen schlug McMillan 1934 vor, den Zwischenraum zwischen Stütze und Stützenloch sowie das Leiterseil am Isolatorkopf mit einer Asphalt-Emulsion zu bestreichen [134]. Rojahn brachte 1938 den Vorschlag, zwischen Isolierkörper und Leiterseil bzw. Bindedraht an bereits montierten Stützen-Isolatoren halbleitende, leicht verformbare Füllstoffe in Form von Profilschnüren um die Befestigungsstelle am Kopf des Isolators zu wickeln [135].Überschläge durch Überspannungen (Blitzeinschlag) gehen beim Stützen-Isolator je nach verwendeter Stütze in verschiedener Weise vor sich [136]. Bei der gebogenen Stütze erfolgt der Überschlag vom Leiterseil bzw. vom Halsbund zur Stütze, ohne wesentliche Beeinflussung des Isolierkörpers (Bild 121). Diese Anordnung wurde deshalb als "gewittersicher" bezeichnet.Bild 121: Überschlag am Stützen-Isolator mit gebogener StützeBei Isolatoren mit gerader Stütze entsteht der Überschlag entlang des Isolators und der nachfolgende Lichtbogen umfaßt den Stützen-Isolator. Dabei kann es zu Beschädigungen (Glasurabschmelzungen, Schirmabbrüche) kommen (Bild 122) [136].Bild 122: Überschlag am Stützen-Isolator mit gerader StützeZum Schutz der Stützen-Isolatoren mit geraden Stützen vor Lichtbögen wurden zahlreiche Lösungen vorgeschlagen. So wurden neben dem Vorschlag von Nicholson von 1909 (siehe Bild 37) 1922 u. a.- Isolatoren mit Metallschirm und Schutzring (Bild 123) und- spezielle Kopfklemmen (mit starrer Befestigung des Leiterseiles) mit Schutzhörnern (Bild 124) entwickelt.Bild 123: Stützen-Isolator mit Metallschirm und Schutzring (1922)Bild 124: Stützen-Isolator mit Kopfklemme und Schutzhörnern (1922)1930 wurden von der Porzellanfabrik Rosenthal allgemeine Gesichtspunkte über Lichtbogen-Schutzarmaturen für Stützen-Isolatoren formuliert [137]:- Lichtbogenbeschädigungen an Stützen-Isolatoren sind verhältnismäßig selten.- Häufiger kommt das Abbrennen des am Isolatorkopf befestigten Leiterseiles durch den Lichtbogen vor. Zu dessen Schutz könnenbeispielsweise* U-förmige Schutzhülsen aus Stahl von ca. 2 m Länge, die beiderseits vom Isolator um das Leiterseil gebogen sind, angebracht (Bild 125)oder* zusätzlich zu diesen Schutzhülsen, Schutzhörner vorgesehen werden (Bild 126).Bild 125: Stützen-Isolator mit Schutzhülse am LeiterseilBild 126: Stützen-Isolator mit Schutzhülse und Schutzhörner- Zum Schutz des Isolierkörpers im unteren Bereich läßt sich an der Stütze ein Ring (ähnlich Bild 123) oder ein gebogenes Horn anbringen.- Durch die Schutzvorrichtungen werden die Kosten erheblich erhöht.Es wurde deshalb empfohlen, auf Grund der Seltenheit von Lichtbogenbeschädigungen auf Lichtbogenschutzvorrichtungen zu verzichten und für besonders gefährdete Anlagen größere Isolatoren zu verwenden [138].Zum Schutz des Leiterseiles vor abwandernden Lichtbögen wird von der EdF (Frankreich) auf die Enden von Halsbund-Spiralen ein zweiteiliger, oben offener feuerverzinkter Stahl-Schutzkonus (arc stopper) nach Bild 127 und Bild 128 aufgeschraubt [124].Bild 127: Schutzkonus der EdF (Frankreich)Bild 128: Einbauanordnung der Schutzkonen nach Bild 127Anfang der 1950er Jahre wurden in Deutschland bei MS-Freileitungen Weitspannsysteme mit Spannweiten von 180 m und mehr eingeführt. Außerdem wurden dafür Al/St-Leitungsseile größerer Querschnitte an Stelle der bisher verwendeten Al-Leitungsseile angewendet. Diese Bauweisen stellten neue Anforderungen an die Stützen-Isolatoren und Armaturen, da der Halsbund mit Bindedraht und der starre Bügelbund den Bedingungen nicht mehr gewachsen waren. Neue Lösungen wurden von den Isolatoren- und Armaturen-Herstellem erwartet [139].Zunächst wurde der VHD-Isolator (Bild 23) zum sog. "Querbund-Isolator" abgeändert. Der Kopf des Isolators erhielt eine tiefe Seilrille und ein Querloch, in dem ein Kopfbund hindurchgeführt wurde [150].Die Weiterentwicklung dieses Isolators führte zum "Längsbund-Isolator" und später zum "Mittelbund-Isolator" [140]. Bei diesen Stützen-Isolatoren liegt das Leiterseil in einer tiefen Kopfrille satt auf. Es wird durch Beiseile, die durch Bohrungen im Isolatorenkopf hindurchgesteckt werden, gehalten. Spezielle Klemmen verbinden die Beiseile mit dem Leiterseil.Von RIBE wurden für Beiseilbefestigungen verschiedene Klemmentypen vorgeschlagen [141], die entsprechend den Anforderungen auch für Lösungen mit erhöhter Sicherheit oder zusätzlichem Schwingungsschutz eingesetzt werden können. Es waren:- Gleitklemmen mit begrenzter Haltekraft, die ein Durchrutschen des Leiterseiles ab einer bestimmten Zugkraft gestatten und- Haftklemmen, die das Durchrutschen des Leiterseiles begrenzen oder verhindern können [142].Bei Längsbund-Isolatoren werden 2 Beiseile beiderseits der Kopfrille durch den Isolator geführt (Bild 129 und Bild 130) [24], [140].Bild 129: Längsbund-Stützen-IsolatorDie beiden Beiseile sind vor der Montage vorzuformen. Das Leiterseil ist im Bereich der Auflage am Isolatorkopf mit Wickelband zu umwickeln. Das Wickelband darf nicht bis unter die Klemmen reichen [142].Bild 130: Leiterseilbefestigung am Längsbund-Stützen-IsolatorBei der Montage sind die Beiseile durch die Kopfbohrungen durchzustecken und durch die Klemmen mit dem Leiterseil zu verbinden (Bild 131).Bild 131: Montierter LängsbundDie nach unten gebogenen Enden der Beiseile wirken gleichzeitig als Lichtbogenschutz. Für schwingungsgefährdete Strecken sind längere Beiseile mit 4 Beiseilklemmen zu verwenden. Geeignete Beiseilklemmen für Längsbunde sind in den Bildern 132 bis 134 dargestellt.Bild 132: U-Bügelklemme als GleitklemmeBild 133: Bügelschraubklemme als HaftklemmeBild 134: Deckelklemme als HaftklemmeMittelbund-Isolatoren besitzen nur eine Bohrung unterhalb der Kopfrille zur Aufnahme eines Beiseiles (Bild 135 und Bild 136) [142], [144], [145].Bild 135: Mittelbund-Stützen-IsolatorBild 136: Leiterseil-Befestigung am Mittelbund-Stützen-IsolatorBild 137: "Schwingungssichere" Befestigung am Mittelbund-StützenisolatorFür die Beiseilbefestigung am Mittelbund-Isolator sind die in den Bildern 138 und 139 dargestellten Klemmen geeignet.Bild 138: Klemmen für die Mittelbundbefestigung oben: Gleitklemme unten: HaftklemmeBild 139: Zahnklemme für die MittelbundbefestigungDie Vorteile des Längsbund- und des Mittelbund-Isolators sind:* Das Leiterseil ist nicht fest mit dem Isolatorkopf verbunden. Es kann frei schwingen.* Es gibt keine Metallteile, die fest am Isolatorkopf befestigt sind.* Das lange Beiseil übernimmt den Schutz des Leiterseiles vor Lichtbögen und vor Seilschwingungen.Für Winkeltragmaste wurde der Mittelbund-Isolator als sog. Schrägbund-Isolator ausgeführt. D. h., die tiefe Seilrille und die Bohrung durch den Isolatorkopf wurden so ausgeführt, dass eine Führung des Leiter- und des Beiseiles ohne Knicke und scharfe Kanten im Winkel der Leitungstrasse möglich ist (Bild 140).Bild 140: Kopf des Schrägbund-Stützen-IsolatorsDie Haltekraft und die Anordnung der Klemmen kann bei allen Beiseilen so gestaltet werden, dass* eine Verhinderung oder Begrenzung des Durchrutschens des Leiterseiles,* eine begrenzte Haltekraft oder* das Durchgleiten des Leiterseiles bei Seilbruch, Baumsturz oder bei abnormalen Differenzzügen (ungleiche Eislast)erreicht wird. Die Beiseile bieten außerdem einen zusätzlichen Schutz des Leiterseiles vor Lichtbogeneinwirkungen.Diese neuen Stützen-Isolatoren erfüllten zunächst in Verbindung mit den dafür ausgebildeten Leiterseilbefestigungen durch Seilklemmen die Anforderungen.Die Befestigung mit begrenzter Längsverschiebbarkeit bewährte sich jedoch bei dynamischen Beanspruchungen nicht besonders gut. Es kam zu Traversen- und Mastumbrüchen. 1970 durchgeführte umfangreiche Untersuchungen [145] ergaben, dass die Leiterseil-Befestigung mit Spiralen auf Grund der mit diesen Armaturen erreichbaren beachtlichen dämpfenden Wirkung, die geeignetste Befestigungs-Methode ist.Die Spiralen ermöglichen eine zuverlässige und elastische Befestigung des Leiterseiles am Stützen-Isolator [146]. Für Längsbund- und Mittelbund-Befestigung wurden dazu unterschiedliche Bund-Spiralen entwickelt (Bild 141 und 142).Bild 141: Längsbund-SpiraleBild 142: Mittelbund-SpiraleJe nach Isolatorenbauart werden die Bund-Spiralen als- vorgeformte Einzelstäbe oder als- Stabbündelgeliefert. Sie lassen sich ohne Hilfswerkzeug montieren.1982 bringt die USA-Firma Lindsey eine Kopfklemme (Tragklemme) auf den Markt, die für das nachträgliche Aufschrauben auf den Kopf von Stützen-Isolatoren und Freileitungs-Stützern geeignet ist (Bild 143) [150].Die unter der Bezeichnung UNICON angebotene Kopfklemme mit schwingender Mulde besteht aus einer Aluminium-Legierung und hat den Vorteil, dass sie mit nur 1 Schraubbolzen montiert werden kann.Bild 143: UNICON-Kopfklemme (Lindsey)Eine ähnliche Konstruktion mit schwingender Tragmulde entwickelte Dalekovod (Bild 144) [152].Bild 144: Kopfklemme von DalekovodDie gleichen Tragmulden können auch für Stützen-Isolatoren mit am Kopf aufgekitteter Metallkappe verwendet werden.Das Porzellanwerk RWI bot 1985 einen Stützen-Isolator als Schwingklemmen-Stützen-Isolator an (Bild 145) [143], [147], [148].Bild 145: Schwingklemmen-Stützen-IsolatorZu diesem gehören Gleitklemmen, die für die gängigsten Leiterseil-Querschnitte lieferbar sind. Die Bohrung des Isolierkörpers ist mit einem Bleigewinde nach DIN 405, Teil 1 (Rundgewinde) versehen. Der Isolierkörper kann mit geraden oder gebogenen Stützen mit Rundgewinde montiert werden.Ende der 1980er Jahre kamen Stützen-Isolatoren mit einer sehr großen Kopfrille auf den Markt (Bild 146), in die zur Aufnahme des Leiterseiles eine oben offene Kunststoffhülse aus Thermoplast eingelegt wurde (Bild 146 und Bild 147) [144].Bild 146: Stützen-Isolator mit großer KopfrilleBild 147: Montierte KunststoffhülseDie Isolierkörper-Bohrung für die Aufnahme der Stütze war bei diesen Isolatoren* mit einer Polyester-Hülse versehen oder* mit Blei-Antimon-Gewinde ausgerüstet.Außerdem konnten die Isolatoren mit einer bis zum 1. Schirm reichenden halbleitenden Glasur des Kopfes geliefert werden.In zunehmendem Maße werden seit einigen Jahrzehnten für Stützen-Isolatoren die Isolierkörper wieder aus Glas hergestellt, wobei, wie bereits 1900 erprobt (Bild 14), vorgespanntes Glas eine besondere Rolle spielt. Bekannt sind die Glas-Stützen-Isolatoren der Firma Sediver (Frankreich), die unter der Bezeichnung "FIXRAP" mit einer Kopfkappe aus Metall und einer Schnellverschluß-Kopfklemme versehen sind [153].Aus Spanien sind vor Jahren ebenfalls ein- und mehrteilige Glas-Isolatoren bekannt geworden [154] (Bild 148).Bild 148: Mehrteiliger Glas-Isolator (Spanien)Obwohl auch schon seit vielen Jahren versucht wurde, Kunststoffe für die Herstellung von Stützen-Isolatoren einzusetzen, sind zufriedenstellende Lösungen erst seit ca. 30 Jahren zu verzeichnen. In England wurden von Hendrix seit 1970 Stützen-Isolatoren aus Polyäthylen für Spannungen von 15 kV bis 35 kV hergestellt [151]. Die Vorteile gegenüber Pozellan-Isolatoren sind:- widerstandsfähiger gegen Vandalismus (Beschuß mit Schrotflinten und Gewehren, Steinwurf),- höhere Durchschlagfestigkeit,- resistent gegen UV-Strahlung,- bessere Selbstreinigungseigenschaften ("Wetterwäsche"),- bequemere Handhabung bei Transport und Montage durch geringere Masse.Gegenwärtig werden von Hendrix (England) Stützen-Isolatoren für 15 kV bis 35 kV mit 2 Kopfformen hergestellt:* Bundkopf-Isolatoren (tie-top insulators, Bild 149) und* "Schraubstock"-Isolatoren (vise-top insulators, Bild 150).Bild 149: Polyäthylen-Bundkopf-Isolator (tie-top)Bild 150: "Schraubstock"-Isolator (vise-top) aus PolyäthylenDer Bundkopf-Isolator ist mit den amerikanischen ANSI-Kopfausführungen (neck) C oder F versehen (siehe Bild 157). Er wird mittels feuerverzinkter Stahlstützen am Mast montiert (Bild 151) [155], [156].Die Leiterseilbefestigung an diesem Isolator wird mit Hilfe einer 8-förmigen Ringschleife (ring tie) aus EPDM-Gummi mit einem speziellen Montagewerkzeug vorgenommen (Bild 152) [155]. Mit diesem Werkzeug aus Kunststoff wird die Ringschleife über Leiterseil und Bundkopf geschlungen.Der Schraubstock-Isolator (Bild 150) wird für Aluminium-Seile mit Aluminium-Einlagen in den Backen und für isolierte Freileitungsseile mit Nylon-Einlagen geliefert. An diesem Isolator kann für den Seilzug ein zweiteiliges Werkzeug (Bild 153) eingespannt werden, wobei dann auf andere Hilfsmittel (z. B. Seilrollen) verzichtet werden kann.Bild 151: Montierter Bundkopf-Isolator aus KunststoffBild 152: Ringschleife aus EPDM-Gummi zur Leiterseilbefestigung am Bundkopf-IsolatorBild 153: Hilfswerkzeug für den Seilzug, Anbringung am Vise-top-Isolator nach Bild 1501988 entwickelte EMC Stützen-Isolatoren aus cycloalipatischem Kunststoff für Spannungen bis 33 kV (Bild 154) [157].Bild 154: EMC-Stützen-Isolator aus KunststoffDiese Isolatoren können mit Innengewinde für die Aufnahme von Stahlstützen mit "Zink-Fingerhut" oder mit bereits im Isolierkörper befindlicher Zinkhülse geliefert werden.1999 kommt ein weiterer Stützen-Isolator aus einem cycloalipatischen Epoxidharz auf den Markt, der auch für hohe Spannungen einsetzbar ist (Bild 155) [149].Bild 155: Kunststoff-Stützen-IsolatorBild 156: Stützen-Isolator mit GFK-IsolierstützeIn den USA werden für besondere Fälle zusätzlich zum Porzellan-Stützen-Isolator Isolier-Stützen verwendet (Bild 156) [158]. Als isolierender Teil der Stütze wird ein massiver Glasfaserstab (GfP) eingesetzt, der an den Enden in Aluminium-Gußkappen gefaßt ist.Während in Deutschland ab 1929 die Formen und die Abmessungen für den Kopf des Isolierkörpers der Stützen-Isolatoren bis auf wenige Konstruktionsmaße in DIN VDE-Normen vorgeschrieben wurden, waren solche Festlegungen in den USA erst später in den ASA-Standards (ASA = American Standards Association) ASA C 29.5 und ASA C 29.6 enthalten. Diese ASA-Standards wurden nach 1961 umbenannt und erhielten die Bezeichnung ANSI-Standards (ANSI = American National Standards Institute), mit identischem Inhalt [277], [278].Die Kopfausführungen (neck) nach ANSI wurden mit Buchstabenbezeichnungen A, C, F, J, K und N versehen, die auch heute noch gelten (siehe Bild 157 und Bild 158).Bild 157: C-, F- und J-Neck nach ANSI C 29.5,Klasse 55-2 bisKlasse 55-7, fürNS- und MS-Stützen-IsolatorenBild 158: J- und K-Neck nach ANSI C 29.6,Klasse 56-1 bisKlasse 56-5, fürHS-Stützen-IsolatorenDas Innengewinde der Isolierkörper ist nach ANSI C 29.6 festgelegt.Für Freileitungs-Stützer aus Porzellan für Hochspannungszwecke wurden die Kopfabmessungen im Standard ANSI C 29.7 vorgegeben und erhielten die Bezeichnung "N-Neck" oder "F-Neck" (Bild 159).Bild 159: N-Neck nach ANSI C 29.7 Klasse 57-4 und 57-6 für Freileitungs-StützerDie Kopfabmessungen nach Bild 159. finden auch bei Stützen-Isolatoren Anwendung, insbesondere bei solchen aus Kunststoff.1974 wurde von der IEC beschlossen, mit der internationalen Standardisierung der Kopfabmessungen zu beginnen und die amerikanischen Festlegungen in eine lEC-Norm zu überführen. Nach einem 1980 veröffentlichten Entwurf wurde 1981 die IEC 720 verbindlich [282].

 1.1.2. Freileitungs-Stützer

Bei Freileitungs-Stützern wird der Isolierkörper heute als

 * Einstoff-System (Vollkern) oder

 * Mehrstoff-System (Verbund) ausgeführt [159].

Die nach dem Einstoff-System aufgebauten Vollkern-Freileitungs-Stützer besitzen einen Isolierkörper, der aus

 * Keramik (Porzellan, Steatit) oder

* Gießharz-Formstoffen (meist Epoxidharz, dessen Eigenschaften über den Gehalt an Füllstoffen eingestellt werden)

bestehen kann. Charakteristisch für diesen Isolator ist, dass seine mechanischen und elektrischen Funktionen nur von einem Werkstoff übernommen werden.

Isolierkörper für Verbund-Freileitungs-Stützer, sind als Mehrstoff-Systeme aufgebaut und bestehen aus mindestens 2 Werkstoffkomponenten, die eine Aufteilung zwischen mechanischen und elektrischen Funktionen aufweisen. Die klassische Ausführung des Isolierkörpers eines Verbund-Isolators ist

 * der faserverstärkte Harzkern (Glasfasern, die mit einer Polymermatrix verbunden sind) und

 * ein darüber angebrachter polymerer Mantel (Umhüllung mit Schirmen).

1.1.2.1. Vollkern-Freileitungs-Stützer

Um die teilweise aufgetretenen elektrischen Probleme mit den durchschlagbaren Stützen-Isolatoren zu beseitigen, entwickelte die AEG 1924 einen durchschlagsicheren Massiv-Stütz-Isolator aus Porzellan mit einer kappenartigen Fußarmatur (Bild 160). Dieser Isolator ist der 1. bekanntgewordene deutsche Vollkern-Freileitungs-Stützer [20].

Bild 160: AEG-Vollkern-Freileitungs-Stützer (1924)

Er war allerdings auf Grund der Konstruktion der Fußarmatur nur für geringe seitliche Zugbelastungen geeignet und wurde deshalb auch nur für Tragmaste eingesetzt [24].

Becker entwickelte 1936 auf der Basis des durchschlagsicheren Vollkern-Freileitungs-Isolators Freileitungs-Stützer, bei denen der Durchschlagweg durch das Porzellan etwa gleich dem Überschlagweg außen um den Isolator herum war.

Hescho Hermsdorf bietet 1941 eine Serie von neuartigen Freileitungs-Stützern aus Porzellan in 6 Größen für Nennspannungen von 10 kV bis 35 kV an (Bild 161) [160], [161]. Die Befestigung dieser Isolatoren am Mast erforderte gegenüber der der Stützen-Isolatoren weniger Aufwand: Es mußte dazu lediglich 1 Bolzen in die Fußarmatur eingeschraubt werden.

 Bild 161: Hescho-Freileitungs-Stützer (1941)

Als Hauptmerkmale dieses Hescho-Freileitungs-Stützers wurden damals genannt:

* vollwandige Ausführung (Vollkern),

 * kräftige Schirme,

 * großer Kriechweg,

 * hohe Überschlagsicherheit und

 * steinwurfsicher.

Die Freileitungs-Stützer besaßen eine ähnliche Kopfausführung mit Hals- und Kopfrille wie die Stützen-Isolatoren. Deshalb konnten für die Leiterseilbefestigung am Isolator die gleichen, vom Stützen-Isolator her bekannten Methoden bzw. Armaturen, wie Drahtbunde, Seilbügel- und Massivbügelbunde, Hakenbunde, Kopf- und Halsbundspiralen usw. übernommen werden.

Bewährte Verfahren solcher Leiterseilbefestigungen zeigen die Bilder 162 und 163 [152].

Bild 162: Kopfbund mit Wickelband

Bild 163: Kopfbund mit Schutzspirale

Obwohl die Hescho-Freileitungs-Stützer seit Jahrzehnten bekannt waren, wurden sie im Freileitungsbau wenig angewandt. Die Vorteile gegenüber den Stützen-Isolatoren, wie

 * Aufnahme höherer Umbruchkräfte,

 * hohe Widerstandsfähigkeit gegen Lichtbogeneinwirkungen und

 * völlig durchschlagsicher,

wurden nur wenig genutzt, obwohl eine ständige Weiterentwicklung dieser Isolatoren erfolgte. Dabei wurden auch die Fußarmaturen verbessert, um günstigere Befestigungsmöglichkeiten der Freileitungs-Stützer am Mast zu schaffen. Neben

 * der außen auf dem Isolierkörper aufgekitteten Kappe mit Keilbolzen-Befestigung (Bild 164 und 165) [143], [162], wurde

 * die innen im Isolierkörper eingekittete Plattenstütze mit zylindrischem oder konischem Schaft (Bild 166 und 167) [143], [147], [162] eingeführt.

Bild 164: Keilbolzen

Bild 165: Keilbolzenbefestigung am Freileitungs-Stützer

Bild 166: Plattenstützen

 Bild 167: Freileitungs-Stützer mit Plattenstütze

Die Ausführungen der Plattenstützen wurden später genormt in

DIN 48 046-1/07.90 und DIN 48 046-2/07.90.

Um die Austauschbarkeit aller Typen von Plattenstützen-Isolatoren unabhängig von ihrer Ausführungsform zu sichern, wurden die Anschlußmaße des Stützenloches für diese Isolatoren in DIN 48 139/7.82 genormt (Bild 168). Der Stützenloch-Ausguß besteht dabei aus Blei-Antimon-Legierung und besitzt Rundgewinde nach DIN 405 Teil 1.

 Bild 168: Plattenstützen-Freileitungs-Stützer, Anschlußmaße nach DIN 48 139

1947 brachte Ohio Brass (USA) eine Serie von Freileitungs-Stützern, die auf den Grundlagen der früheren Hescho-Konstruktionen aufbauten, auf den Markt (Bild 169) [52].

Bild 169: Freileitungs-Stützer von Ohio Brass (1947)

Parallel dazu und im gleichen Jahr bietet diese Firma auch Freileitungs-Stützer für höhere Spannungen an, mit der von den Stützen-Isolatoren her bekannten Kopfklemme für das Leiterseil (Tragklemme siehe Bild 112). Diese Isolatoren besaßen eine spezielle Hohlkonstruktion (Bild 170) [52].

 Bild 170: Freileitungs-Hohl-Stützer (Ohio Brass, 1947)

A = Keramik-Sperre B = Isolierkörper C = Anglasierung D = kleine Bohrung E = Korkpfropfen F = Bitumen-Dichtungsmasse

Der Hohlraum im Isolierkörper war mit Edelgas gefüllt. Um das zu erreichen, wurde während des Brandes eine vorher getrennt gefertigte Keramik-Sperre (A) an den Isolierkörper anglasiert. Nach Abkühlung wurde diese Sperre mit einer kleinen Bohrung (D) versehen, durch die das Edelgas in den Hohlraum gefüllt werden konnte. Anschließend wurde die Bohrung mit einem Korkpfropfen (E) verschlossen und mit einer Bitumen-Dichtungsmasse (F) abgedichtet.

Klay stellte 1948 einen Freileitungs-Stützer für die horizontale Montage am Mast vor, den sog. "Zapfen-Isolator", benannt nach seiner Ähnlichkeit mit einem Tannenzapfen (Bild 171).

Bild 171: "Zapfen-Isolator" nach Klay (1948)

Der Kern des Isolierkörpers dieses Isolators ist parabelförmig gestaltet. An diesem sind auseinanderstrebende Schirme angeordnet. Dadurch kann der Regen die gesamte Oberfläche benetzen und nach unten abtropfen. Es können sich keine zusammenhängenden Wasserfaden in Richtung des Überschlagweges bilden. In den Kern eingelassen sind metallische Befestigungselemente, die außer zur Befestigung der Leiterseilarmatur und der Befestigung am Mast, auch zur Verbesserung der elektrischen Feldverhältnisse dienen.

Seit 1951 liefert die Firma Lapp (USA) eine Vielzahl von Porzellan-Freileitungs-Stützern, deren Kopfausführungen (neck) den Abmessungen der USA-Standards ANSI C 29.6 und ANSI C 29.7 entsprechen (Bild 172).

 Bild 172: Lapp-Freileitungs-Stützer nach ANSI C 29.6 und C 29.7

Freileitungs-Stützer fanden erst Mitte der 50er Jahre in den Regelbauweisen für 10-kV- und 20-kV-Mittelspannungs-Freileitungen der deutschen EVU's Eingang [163]. Grund dafür war vor Allem die Einführung von Weitspannsystemen, bei denen die Forderung nach verbesserten Stütz-Isolatoren auftrat. Dadurch entstanden auch neue Forderungen an die Isolatoren- und Armaturenhersteller.

Nachdem sich Karl [62] in der Nachkriegszeit mit der Konstruktion verschiedener Längsbund- und Mittelbund-Isolatoren befaßt hatte, stellte die Porzellanfabrik Rosenthal 1953 Längsbund-Freileitungs-Stützer, mit dem vom Stützen-Isolator her bekanntem Kopf (Bild 129) und 1954, als Weiterentwicklung, den K-Mittelbund-Freileitungs-Stützer, mit dem ebenfalls bereits vom Stützen-Isolator bekanntem Kopf, her (Bild 173) [164].

Vorteilhaft gegenüber dem Längsbund-Freileitungs-Stützer ist beim Mittelbund-Freileitungs-Stützer die vereinfachte Montage, da nur ein gerades Beiseil, gegenüber 2 vorgebogenen Beiseilen, verwendet wird (siehe Bild 130). Der Längsbund-Freileitungs-Stützer aus Keramik ist deshalb auch kaum noch handelsüblich [165]. Er wird nur noch für bestehende Anlagen verwendet.

 Bild 173: Mittelbund-Freileitungs-Stützer

Ergänzt wurde später die Konstruktion des Mittelbund-Freileitungs-Stützers, wie schon bei den Stützen-Isolatoren (Bild 140) durch den Schrägbund-Freileitungs-Stützer (Bild 174) [162], der für Winkelmaste eingesetzt wird.

Bild 174: Schrägbund-Freileitungs-Stützer

Ebenfalls wie beim Stützen-Isolator (Bild 145) wurde ein Schwingklemmen-Freileitungs-Stützer auf den Markt gebracht (Bild 175) [162]. Die dazugehörigen Gleitklemmen sind für die gängigen Leiterseil-Querschnitte lieferbar [143], [147].

Bild 175: Schwingklemmen-Freileitungs-Stützer

In Ostdeutschland wurde mit der Einführung des MS-Weitspannsystems Mitte der 60er Jahre ein Vollkern-Freileitungs-Stützer mit Aluminium-Kopf und Temperguß-Fußarmatur für die Spannungen 10 kV bis 30 kV eingeführt (Bild 176) [166].

Bild 176: Freileitungs-Stützer StV (1966, Ost-Deutschland)

Die Fußarmatur besitzt einen quadratischen Sockelansatz, der die Verwendung eines Maulschlüssels bei der Montage des Isolators auf der Masttraverse gestattet. Die Befestigung des Leiterseiles in der Kopfrille wurde

 * durch einen Bügelbund mit Bindedraht (Bild 177) oder

 * durch einen Spiralbund (Bild 178)vorgenommen, wobei in beiden Fällen das Leiterseil an der Auflage am Aluminium-Kopf mit Wickelband zu schützen ist [167].Bild 177: Bügelbund mit Binddraht am StV-Isolator

Bild 178: Spiralbund am StV-Isolator

Später wurde für diesen Freileitungs-Stützer ein Bundspiralen-Satz entwickelt, der aus einer

 * dreiteiligen Schutzspirale (innen gesandet) und einer

 * zweiteiligen, in der Mitte ausgeformten Befestigungsspiralebesteht (Bild 179) [168].

Bild 179: Bundspirale für den StV-Isolator oben: Aufbrigen der Schutzspirale, unten: fertig montierte Bundspirale

Jede Teilspirale besteht aus mehreren vorgeformten Stäben, die miteinander verleimt sind. Mit diesem Spiralensatz ist ein fester, jedoch nicht starrer Sitz des Leiterseiles am StV-Isolator gewährleistet.

Mit den StV-Freileitungs-Stützern realisierte Freileitungs-Bauweisen (Tragmaste) zeigen die Bilder 180 und 181.

Bild 180: StV-Isolatoren an Stahlprofil-Traverse

Bild 181: StV-Isolatoren am Spannbetonmast mit Beton-Traverse

Am Spannbetonmast mit Betontraverse der Bauart nach Bild 181, ist eine symmetrische Anordnung der StV-Isolatoren nur schwer möglich. Deshalb wurde der mittlere StV-Isolator seitlich versetzt an der Traverse angebracht und das mittlere Leiterseil im Zickzack entlang der Freileitung geführt.

Mitte der 60er Jahre wurden von NGK (Japan) neben Stützen-Isolatoren (siehe die Bilder 113 und 114) auch Freileitungs-Stützer mit Kopfklemmen (clamp-top type) hergestellt (Bild 182) [84], [275].

Bild 182.: Freileitungs-Stützer mit Kopfklemme (Japan, 1965)

Die mit Portlandzement aufgekittete Fußarmatur und die Kappe der Kopfklemme sind aus Temperguß, die Tragmulde aus Aluminium oder Temperguß, je nach Leiterseil-Werkstoff. Diese Isolatoren werden nach ANSI C 29.7 [279] und IEC 720 [282] für 3 Bauweisen angeboten:

 - für vertikale Anordnung, Klasse 57-11 bis 57-16 (Bild 183),

 - für horizontale Anordnung, Klasse 57-21 bis 57-26 (Bild 184) und

 - für schräge Anordnung, Klasse 57-31 bis 57-35 (Bild 185), wobei für diese spezielle Fußarmaturen für die Befestigung am Mast erforderlich sind.Bild 183: Vertkal-Anordnung des StützersBild 184: Horizontal-Anordnung des Stützers

Bild 185: Schräganordnung des Stützers

Die Tragmulden der Kopfklemme (Bild 186) besitzen einen Wende-Deckel, um unterschiedliche Durchmesser der Leiterseile in einer Mulde klemmen zu können [169]. Ursprünglich wurde die Tragmulde mit einem Gewindezapfen (Bild 187) lose drehbar im Tragbock der Kopfklemme montiert (Bild 188) [84], [190]. Dabei entstanden jedoch nach längerer Betriebszeit durch Korrosionsprodukte in den mechanisch relativ gering belasteten Gelenken elektrische Impulsentladungen, die zu Rundfunk- und Fernsehempfangs-Störungen führten. Es wurden deshalb in eine der Zapfenbohrungen der Tragklemme Kegelfedem (RIV-clip) eingelegt, die eine dauerhafte galvanische Verbindung zwischen Mulde und Kopfklemme sichern (Bild 186).

Bild 186: Tragmulde der Kopfklemme

Bild 187: Gewindezapfen

Bild 188: Montage der Tragmulde in der Kopfklemme

Die Fußarmatur mit Zubehör gestattet die Montage dieser Freileitungs-Stützer an Holzmasten und an Stahlprofil-Trägem (Bild 189) [84, [279].

Bild 189: Fußarmatur

Im Laufe der Weiterentwicklung dieser Isolatoren entstanden weitere Kopfklemmen. So die UNICON-Klemmen von Lindsey (USA), u. a. für die Verlegung von Leiterseilen mit großem Durchmesser an Freileitungs-Stützern in Horizontal-Anordnung (Bild 190) oder in Schräganordnung (Bild 191) [171]. Beide haben den Vorteil, dass sie mit nur 1 Schraubbolzen montiert werden können.

Bild 190: Kopfklemme für große Leiterseildurchmesser

 Bild 191: Kopfklemme für Schräganordnung des Stützers

Lapp (USA) fertigt Vollkern-Freileitungs-Stützer aus Porzellan für Nennspannungen bis 345 kV, die zur Montage an Holz-, Spannbeton- und Stahlgitter-Masten geeignet sind. Für diese Spannungen sind sie zweiteilig ausgeführt und werden u. a. auch mit Kopfklemmen für vertikale Zweiseil-Bündelleiter geliefert. Die Schräganordnung des Stützers wird dabei mit einem Winkel von 5° ausgeführt (Bild 192) [172].

Bild 192: Freileitungs-Stützer für 135 kV mit Kopfklemme für Zweiseil-Bündelleiter

Ebenfalls können an Freileitungs-Stützern ohne Kopfklemmen nachträglich die zum UNICON-System von Lindsey (USA) gehörenden Kopfklemmen nach Bild 143 aufgeschraubt werden.

1965 begann bei Ohio Brass (USA) die Herstellung von Vollkern-Freileitungs-Stützern aus Kunststoff auf der Basis von cycloaliphatischen Epoxidharzen.

Diese Isolatoren waren mehr als 20 Jahre in einer 35-kV-Freileitung eingebaut, ohne das Beanstandungen auftraten [173]. Die ständige Weiterentwicklung auf diesem Gebiet führte auch zu Formen, die durch EMC entwickelt wurden und in den Bildern 193 und 194 dargestellt sind [157].

Bild 193: EMC-Freileitungs-Stützer aus Kunststoff

 Bild 194: EMC-Schrägschirm-Freileitungs-Stützer aus Kunststoff

Ein Einbau-Beispiel für den Schrägschirm-Stützer zeigt Bild 195.

Bild 195: Schrägschirm-Freileitungs-Stützer, Einbau-Beispiel

Verschiedene Firmen boten in den 90er Jahren die unterschiedlichsten Konstruktionen von Kunststoff-Vollkem-Stützern für Freileitungen an. U. a. auch Ausführungen für hohe Nennspannungen nach Bild 196 [149].

 Bild 196: Kunststoff-Freileitungs-Stützer1.1.2.2. Verbund-Freileitungs-Stützer

Verbund-Freileitungs-Stützer bestehen aus einem zylindrischen massiven Isolierkern zur Aufnahme der äußeren mechanischen Belastung, der durch eine aus elastomeren Werkstoff gefertigte Umhüllung, die mit Schirmen versehen ist, geschützt ist [175]. Die Krafteinleitung in den Kern erfolgt durch Metallarmaturen, die auf diesen aufgepresst sind.

Verbund-Freileitungs-Stützer werden häufig in verstrebten Tragwerken (Isoliertraversen, braced line post assemblies) eingesetzt, deren Geometrie in Abhängigkeit von der Ausführung der Freileitung sehr unterschiedlich sein kann.

Für die Konstruktion solcher Isolatoren gelten folgende allgemeinen Empfehlungen [176]:

 * Verwendung von kriechstromfesten Kunststoffen mit ausgeprägter hydrophober Charakteristik,

 * Kriechwegauslegung entsprechend den vorhandener Erfahrungen,

 * Vermeidung bzw. Entfernung von Gießtrennnähten an der Umhüllung,* Vorsorge gegen Teilentladungen.

Als Vorteile von Verbund-Freileitung-Stützem gegenüber anderen Freileitungs-Stützern können genannt werden:

 * geringe Masse bei hoher mechanischer Festigkeit und Bruchsicherheit,* große dynamische Festigkeit,

 * hohes Isoliervermögen,

 * Vandalismusbeständigkeit,

 * wartungsfreier Betrieb,

 * Kompaktlösungen sind möglich.

1983 wurden von der Firma K-Line (Kanada) hergestellte Verbund-Freileitungs-Stützer für Nennspannungen von 15 kV bis 46 kV bekannt, die aus einem Kern aus glasfaserverstärktem Epoxidharz (GfK) mit Silikonumhüllung (3 bis 6 Schirme), entweder

 - mit Bundkopf (tie-top) mit C- oder F-Neck (Bild 197, links) oder

 - mit einer Kopfklemme mit Tragmulde (Bild 197, rechts und Bild 198) nach ANSI C 29.18

bestehen [169], [279], [280].

Bild 197: Vertikale Verbund-Freileitungs-Stützer links: mit Bundkopf (tie-top), rechts: mit Kopfklemme für Tragmulde (clamp-top)

Außerdem wurde für diese Isolatoren eine neue Klemmenausführung entwickelt, die sog. "K-Klemme", die aus Aluminium hergestellt ist (Bild 199) [169], [177]. Es ist eine fest am Kopf sitzende Klemme mit trompetenförmigen Seilrillenauslauf.

 Bild 198: Horizontaler Verbund-Freileitungs-Stützer nach ANSI C 29.18

 Bild 199: Verbund-Freileitungs-Stützer mit fester Kopf-Klemme (K-clamp)

Die metallischen Kopf- und Fußarmaturen sind mit einem zylindrischen Ansatz versehen, der in seinem Inneren den GfP-Kern aufhimmt. Auf diesen Ansatz werden bei der Stützer-Herstellung Preßwerkzeuge aufgesetzt, die diesen radial auf den Kern drücken. Bei richtiger Ausführung entsteht dabei eine Preßverbindung, die die Glasfasern des Kernes nicht zerstört, aber den Kern ohne Rutschen in axialer und in Umfangsrichtung festhält.

Die K-Klemme nach Bild 199 kann mit Hilfe von Spezialwerkzeugen auch für die Leiterseilmontage unter Spannung eingesetzt werden. Zusätzlich können am Kopf dieser Klemme Hilfseinrichtungen angebracht werden, die den Seilzug direkt ohne Rollengehänge ermöglichen.

K-Line liefert komplette Traversenkonstruktionen mit Vollkern-Freileitungs-Stützern, die auf Holzmaste aufgesetzt werden können (Bild 200) [174].

 Bild 200: Verbund-Freileitungs-Stützer an Stahltraversenkonstruktionen

1979 wurden Freileitungs-Stützer für 15 kV bis 132 kV von SEDIVER (Frankreich) bekannt, die als Umhüllungs- und Schirmwerkstoff EPDM-Gummi und dann später auch Silikon-Gummi aufweisen [178], [179], [180]. Diese Isolatorenserie wurde unter dem Namen "Armourlite" bzw. "Armorsil" bekannt (Bild 201).

 Bild 201: Armorlite-Freileitungs-Stützer von SEDIVER Frankreich (1979)

Umhüllung und Schirme wurden in einem Fertigungsschritt auf den GfP-Kern aufgespritzt (injection moulding). Die Endarmaturen und der GfP-Kern sind durch radiale Pressung mittels Preßwerkzeug mit 8 Preßbacken verpreßt. Bild 202 zeigt am Beispiel der Kopfarmatur eines horizontalen Freileitungs-Stützers die Verpressung.

 Bild 202: Armorlite-Stützer mit aufgepreßter Kopfarmatur

Die Fußarmatur wurde in verschiedener Ausführung geliefert:

 * Für vertikale und horizontale Anordnung der Freileitungs-Stützer mit Stehbolzen- oder Sockelbefestigung (Bild 203 und 204).

 * Für schräge Anordnung der Freileitungs-Stützer mit Sockelbefestigung und speziellem Anpassungsstück für Holzmaste (Bild 205).

Außer der Ausführung der Kopfarmatur für die Aufnahme von Tragmulden, lieferte SEDIVER auch Kopfarmaturen mit laschenartigem Anschluß. Die Ausführung mit Einloch-Lasche ist für die Aufhängung des Leiterseiles mittels einer normalen Tragklemme vorgesehen. Die Zweiloch-Lasche ermöglicht u. a. die Gestaltung von Isolier-Traversen (braced line post assemblies, Bild 207) [180].

Bild 203: Fußarmatur mit Stehbolzen-Befestigung

 Bild 204: Fußarmatur mit Sockel-Befetigung

 Bild 205: Sockel-Befestigung mit Anpassungsstück für Holzmaste

 Bild 206: Kopfarmaturen mit Einlochlasche (links) und Zweilochlasche (rechts)

Bild 207: Armourlite-Stützer für Isoliertraversen (braced line post insulators)

Während SEDIVER ursprünglich die Umhüllung des Kernes abschließend an der Kopf- und Fußarmatur auf den GfP-Kern aufgespritzt hat (Bild 201), wurde später die Umhüllung über die verpreßten Ansätze der Kopf- und Fußarmatur hinaus gespritzt (Bild 208) [179].

Bild 208: Verbesserte Umhüllung an Armourlite-Freileitungs-Stützern

Gegenüber Keramik-Freileitungs-Stützem zeigen die Verbund-Freileitungs-Stützer ein sehr elastisches Verhalten bei ungleicher Leiterseil-Zugkraft. Sie haben daher auch eine große dynamische Festigkeit und sind besonders gut für MS-Weitspannsysteme geeignet (Bild 209) [180].

Bild 209: Elastisches Verhalten des Verbund-Freileitungs-Stützers bei ungleicher Leiterseil-Zugkraft

Mit dem Armourlite-System von SEDIVER ist es möglich, Kompaktleitungen bis zu sehr hohen Spannungen zu bauen [180]. Die Vorteile solcher Kompaktleitungen sind besonders:

 * geringerer Phasenabstand,

 * einsetzbar für Holz-, Stahl- und Betonmaste,

 * einfache Möglichkeiten zur Nachrüstung,

 * minimale Störung der Umgebung (einfache Ansicht),

 * mehr Publikumsakzeptanz.

Beispiele solcher Kompaktleitungen zeigen die Bilder 210 bis 213.

Bild 210: Horizontale Leiterseil-Anordnung

 Bild 211: Delta-Leiterseil-Anordnung

Bild 212: Vertikale Leiterseil-Anordnung

 Bild 213: Vertikale Leiterseil-Anordnung, Doppelsystem

In den USA wurden bis 1990 bereits mehr als 60 % der Freileitungen mit Verbund-Freileitungs-Stützern ausgerüstet.

Ab ca. 1990 werden weltweit Verbund-Freileitungs-Stützer bis 500 kV hergestellt:

 * Ohio Brass (USA) unter der Bezeichnung "Veri-Lite" [181] und "Hi-Lite".

 * Lapp (USA) unter der Bezeichnung "CLP" (Composite Line Post Insulator) [183].

 * Dulmison (USA) [185], Maclean Power Systems (Kanada), NGK (Japan) usw.

Die von Ohio Brass (USA) gefertigten Hi-Lite-Verbund-Freileitungs-Stützer für 66 kV bis 345 kV sind mit leiterseitigen Aufpreß-Endarmaturen

 * für horizontale Anordnung mit Kopfklemme nach ANSI C 29.7 (mit Hilfsbohrung, Bild 214),

 * für vertikale Anordnung mit Kopfklemme nach ANSI C 29.7 (Bild 215) oder

 * für horizontale Anordnung mit Zweiloch-Anschlußlasche für Isoliertraversen mit Tragklemmen-Aufhängung des Leiterseiles (Bild 216 und Bild 207)versehen [182], [185], [279].

 Bild 214: Kopfklemme, horizontale Anordnung

 Bild 215: Kopfklemme, vertikale Anordnung

Bild 216: Zweilochlasche, horzontale Anordnung

Dazu werden von dieser Firma für die Isoliertraversen für hohe Spannungen Potentialringe für horizontale Freileitungs-Stützer angeboten (Bild 217) [182]. Die Öffnung der Ringe sind dabei so groß, dass eine nachträgliche Montage auf der Aufpreß-Endarmatur möglich ist.

 Bild 217: Potentialringe für Freileitungs-Stützer in horizontaler Anordnung oben: für 230 kV unten: für 345 kV

NGK (Japan) startet 1994 ebenfalls mit der Herstellung von Verbund-Freileitungs-Stützem und stellt diese für Nennspannungen bis 500 kV her [186]. Die Umhüllung mit Schirmen besteht aus Silikon-Gummi und wird in einem Arbeitsgang auf den GfP-Kern aufgespritzt. Besondere Aufmerksamkeit wurde bei der Entwicklung dieser Isolatoren der Verbindung zwischen GfP-Kern und Umhüllung am Übergang zur Endarmatur gewidmet (Bild 218).

 Bild 218: Verbundzone am NGK-Freileitungs-Stützer

Der Übergang besteht aus einem Silikongummi-Kissen am Ende der Umhüllung, auf das zwei O-Ringe aufgebracht sind. Der Abschluß zwischen Endarmatur und Umhüllung erfolgt mittels eines Silikon-Dichtungsmittels (RTV Silicone Sealant).

1999 wird aus Ungarn ein Verbund-Freileitungs-Stützer für 24 kV bekannt, den die Hersteller als Hybrid-Isolator bezeichnen (Bild 219) [187].

Bild 219: Hybrid-Freileitungs-Stützer (Ungarn, 1999)

Dieser Isolator wird in Bahn- und Verteilungsnetzen eingesetzt. Auf einen runden Metallkern, mit einem Gewindeansatz für die Mastbefestigung, wird ein zylindrischer Epoxidharzkem aufgebracht, der eine Umhüllung mit Schirmen aus Silikongummi erhält.

Ebenfalls einen Hybrid-Freileitungs-Stützer bis 25 kV, mit der Bezeichnung "Raybowl", bringt tyco Electronics im Jahre 2003 auf den Markt [188]. Der Isolator besteht aus einem Pozellankern mit eingekitteter Fußarmatur, auf dem ein Silikon-Gehäuse mit achsenparalellen Schirmen befestigt ist (Bild 220). Der Kopf des Porzellankernes ist mit Kopf- und Halsrille versehen.

Bild 220: "RaybowP-Hybrid-Freileitungs-Stützer (2003)

Der Isolator ist für Gebiete mit hoher Verschmutzung vorgesehen und hat gegenüber einem nur aus Porzellan bestehendem Isolierkörper die Vorteile, dass er

 - die besten Eigenschaften von Porzellan und Silikon in sich vereint,

 - leichter ist und

 - Schutz gegenüber Vandalismus bietet.

1.2. Ketten-Isolatoren

Zu den Ketten-Isolatoren zählen alle Isolatorenbauarten, die in einzelnen oder mehreren Gliedern, meist im Zusammenhang mit Zubehörteilen für die Aufhängung und Abspannung von Leitungsseilen benutzt werden.

Es wird unterschieden in:

Schlingen-Isolatoren (Hewlett insulators). Das sind scheiben- bzw. glockenförmige Isolatoren, deren Isolierkörper zwei im Inneren kreuzweise angeordnete Durchführungskanäle aufweisen. Durch diese Kanäle sind metallene Seilschlingen geführt, die eine Verwendung der Isolatoren einzeln oder in mehreren Gliedern in Trag- oder Abspannlage gestatten.

Der Isolierkörper der Schlingen-Isolatoren wird nur auf Druck beansprucht.

In elektrischer Hinsicht zählen diese Isolatoren zu den durchschlagbaren Isolatoren (Typ B).

Sie werden vorwiegend für Nennspannungen >1 kV einzeln oder in Ketten aus mehreren Gliedern verwendet.

Kappen-Isolatoren (cap and pin insulators). Es sind teller- oder glockenförmige, mit einem oder mehreren Schirmen versehene Isolatoren. Eine über ihrem Isolierkörper befestigte Metallkappe (Isolatorenkappe) und ein in das Innere des Isolierkörpers ragender Metallbolzen (zumeist ein Isolatorenklöppel), gestatten ihre Verwendung einzeln oder in mehreren Gliedern in Trag- oder Abspannlage. Kappen-Isolatoren werden auf Zug beansprucht, wobei der Isolierkörper je nach seiner inneren Bauart mehr oder weniger auf Druck und Scherung beansprucht wird.

In elektrischer Hinsicht zählen Kappen-Isolatoren zu den durchschlagbaren Isolatoren (Typ B).

Kappen-Isolatoren werden für Nennspannungen >1 kV einzeln oder in Ketten aus mehreren Gliedern verwendet.

Vollkern-Isolatoren sind Isolatoren, deren Isolierkörper aus einem Vollzylinder (Vollkern) mit einem oder mehreren Schirmen oder auch mit Rippen besteht. An den Enden des Isolierkörpers sind Metallkappen (Isolatorenkappen) befestigt, die eine Verwendung einzeln oder in mehreren Gliedern in Trag- oder Abspannlage gestatten.

Vollkern-Isolatoren werden auf Zug beansprucht.

In elektrischer Hinsicht zählen sie zu den nicht durchschlagbaren Isolatoren (Typ A).

Diese Isolatoren werden vorwiegend für Nennspannungen >1 kV und nur selten unter 1 kV verwendet.

Langstab-Isolatoren (long rod insulators). Das sind Isolatoren, deren Isolierkörper aus einem langen Vollzylinder (Vollkern) mit zahlreichen Schirmen besteht. An beiden Enden des Isolierkörpers sind baugleiche Metallarmaturen (Isolatorenkappen) angebracht, die eine Verwendung der Isolatoren einzeln oder in mehreren Gliedern in Trag- oder Abspannlage zulassen.

Langstab-Isolatoren werden auf Zug beansprucht.

In elektrischer Hinsicht gehören sie zu den nicht durchschlagbaren Isolatorenbauarten (Typ A).

Sie werden ausschließlich für Nennspannungen >1 kV verwendet.

Verbund-Isolatoren (composite insulators) sind Isolatoren, deren Isolierkörper aus einem langen zylindrischen, massiven Isolierkern (Vollkern) zur Aufnahme der äußeren mechanischen Belastungen besteht, der durch eine aus elastomeren Werkstoff gefertigte Umhüllung, die mit Schirmen versehen ist, geschützt wird. Die Krafteinleitung in den Isolierkern erfolgt an beiden Enden durch unterschiedliche oder gleiche hülsenförmige Metallarmaturen, die auf den Isolierkem aufgepresst sind. Der Isolierkern besteht üblicherweise aus Glasfasern, die mit einer Polymermatrix verbunden werden.

Verbund-Isolatoren können einzeln oder in mehreren Gliedern in Trag- oder Abspannlage eingesetzt werden. Sie werden auf Zug beansprucht.

In elektrischer Hinsicht gehören sie zu den nicht durchschlagbaren Isolatoren (Typ A). Sie werden ausschließlich für Nennspannungen >1 kV eingesetzt.

* * *

Zur Entwicklungsgeschichte der Ketten-Isolatoren:

Für höhere Nennspannungen ist die Verwendung von Stützen-Isolatoren und Freileitungs-Stützern in der Regel begrenzt, da bei diesen

 * für die modernen Bauweisen der Freileitungen die Mindestbruchkräfte nicht mehr ausreichen,

 * die Überschlagspannungen mit der Vergrößerung der Abmessungen nicht im gleichen Verhältnis zunehmen und

 * die eintretende große Zunahme des Isolatorengewichtes Grenzen setzt.

Bedingt durch neue Forderungen beim Ausbau der Freileitungsnetze durch

 - Erhöhung der Betriebsspannungen,

 - Vergrößerung der Leiterseilquerschnitte und

 - Vergrößerung der Spannweiten,

erreichte der Stützen-Isolator schnell seine Grenzen. Es begann Mitte der 20er-Jahre in den Freileitungen mit Spannungen über 30 kV eine Verdrängung der Stützerbauweise durch die Hängerbauweise mit "Ketten-Isolatoren". Das Prinzip der starren Befestigung des Isolators am Mast wurde verlassen.

Stütz-Isolatoren besitzen gegenüber den Ketten-Isolatoren einige entscheidende Nachteile, die ihre Anwendung für Hochspannungs-Freileitungen moderner Bauart in Frage stellen:

 * Die feste Verbindung des Leiterseiles mit dem Isolator und die des Isolators mit dem Mast, bildet ein starres System, welches Isolator, Seil, Mast und Gründung zusätzlich belastet.Durch das elastische System der Ketten-Isolatoren wird eine höhere Betriebssicherheit gegenüber äußeren Einwirkungen, wie Sturm und ungleiche Eislast erreicht, da insbesondere die aus Ketten-Isolatoren gebildeten Tragketten durch Ausweichen die Belastungen auf mehrere Spannfelder verteilen können.

 * Die mehrscherbigen, zusammengesetzten Stützen-Isolatoren brachen nach einer Reihe von Jahren durch Kräfte, die infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Zement-Kittung und Porzellan zwischen den Einzelteilen des Isolatores entstanden. Der einheitliche keramische Aufbau der Ketten-Isolatoren vermeidet dieses Problem.

 * Den Größenabmessungen der Stützen-Isolatoren waren aus technischen und fabrikatorischen Gründen Grenzen gesetzt. Die Herstellungskosten für Stützen-Isolatoren für höhere Spannungen stiegen in viel stärkerem Maße, als die Spannung, die zu isolieren war. Die maximal mögliche Betriebsspannung, für die Stützen-Isolatoren noch hergestellt werden konnten, lag bei 75 kV[22].Bei Ketten-Isolatoren kann im Gegensatz dazu durch Aneinanderreihung von Einzelgliedem die jeweils gewünschte Isolation und Betriebsspannung erreicht werden. Durch Einfügung weiterer Einzelglieder läßt sich leicht die elektrische Sicherheit der Isolation erhöhen.

 * Die Sicherheit der Bunde zur Seilbefestigung am Stütz-Isolator ist sehr von den handwerklichen Fähigkeiten der Monteure abhängig. Die Befestigung des Leiterseiles an Isolatorketten aus Ketten-Isolatoren geschieht dagegen mittels Klemmen (Trag- und Abspannklemmen), deren Haltekraft wesentlich weniger von der Montage-Qualität abhängt.

Aus diesen Gründen entschied man sich bereits 1910 bei der Projektierung der ersten europäischen 110-kV-Freileitung von Lauchhammer nach Riesa für den Einsatz von Ketten-Isolatoren [22].

Auch die 1924 einsetzende Entwicklung des Freileitungs-Stützers konnte die oben genannten Nachteile der Stützen-Isolatoren für Freileitungen mit Nennspannungen über 100 kV nicht beseitigen. Erst die Entwicklung der Ketten-Isolatoren, mit denen durch Aneinanderreihung von einzelnen Isolatoren, die durch Metallteile verbunden werden, beliebig lange Isolierstrecken hergestellt werden konnten, brachte den entscheidenden Fortschritt im Hochspannungs-Freileitungsbau.

1936 sah man die Hauptvorteile der Ketten-Isolatoren in folgenden Punkten [42]:

 * leichte Lagerhaltung,

 * Unterteilung der Spannung auf mehrere Isolatoren,

 * hohe Überschlags- und Durchschlagsicherheit,

 * geringe Überbrückungsmöglichkeiten durch Zweige und Vögel,

 * Ermöglichung großer Spannweiten,

 * leichte Auswechselmöglichkeit beschädigter Einzelglieder,

 * das Leiterseil ist nicht unmittelbar am Isolator befestigt.

1.2.1. Schlingen-Isolatoren

Aus der Forderung heraus, Porzellan mechanisch nur auf Druck zu beanspruchen, führte die Entwicklung von Ketten-Isolatoren zunächst zu Isolatorenformen, die auf dem Grundprinzip des "Isolier-Eies" beruhten (Bild 221) [189].

Bild 221: Grundprinzip des Isolier-Eies

Die ersten brauchbaren Isolatoren nach diesem Prinzip entstanden 1907 in den USA in Form der "Hewlett-Isolatoren" [22], in Deutschland "Schlingen-Isolatoren" genannt (Bild 222 und 223). Sie wurden zuerst von der General Electric Co. (USA) hergestellt und bereits bei der 110-kV-Freileitung Grand Rapids Muskegon eingesetzt [65], [274].

Bild 222: Original-Hewlett-Hängeisolator

Bild 223: Original-Hewlet-Abspannisolator (link strain typ)

Edward M. Hewlett erfand gemeinsam mit Harold W. Buck diesen Isolator, der in der ganzen Welt lange Zeit den Freileitungsbau beherrschte [20], [190], [191]. So wurden u. a. auch

 - die erste kanadische 110-kV-Freileitung zwischen den Niagara-Fällen und Detroit (ca. 500 km) 1908 mit 5-gliedrigen Isolatorenketten aus Hewlett-Isolatoren [192],

 - ein System der Freileitung Lauta-Gröditz (Sachsen) und auch

 - die Freileitungen des Bayernwerkes der 1. Ausbaustufe damit ausgerüstet.

In Deutschland wurde der Schlingen-Isolator in 2 "normalisierten" Ausführungen hergestellt [88]:

 - als Hängeisolator (Bild 224 ) und

 - als Abspannisolator (Bild 225).

Die einzelnen Isolierkörper wurden dabei zunächst mit doppelt geführten Seilen, die durch einfache Doppelklemmen geklemmt waren, verbunden [20], [190] und später dann mit Seilschlingen aus Stahl- oder Kupferseil (Querschnitt 35 qmm oder 50 qmm) kettengliederartig umschlungen, so dass bei Bruch eines Isolierkörpers das Leiterseil nicht herabfallen konnte [203].

 Bild 224: Hewlett-Hängeisolator, normalisierte deutsche AusführungBild 225: Hewlett-Abspannisolator, normalisierte deutsche Ausführung

Die offenen Seilschlingen der Form "O" (Bild 227) [195], die an den Enden mit Halbkugeln versehen waren, wurden bei der Montage zur Isolatorkette mit Schlingenverbindem verbunden (Bild 226), wobei sich in Deutschland der Schlingenverbinder nach Bay (AEG) [193], [194] besonders bewährte (Bild 226).

Bild 226: Seilschlingen und Schlingenverbinder am Hewlett-Isolator

Bild 227: Seilschlinge für Hewlett-Isolatoren (Form "O")

Die mit einer durchgehenden Bohrung versehenen Halbkugeln an den Schlingenenden, wurden durch kleine Konen mit dem Schlingenseil verbunden.

Bild 228: Schlingenverbinder (System Bay) zum Schließen von Seilschlingen der Form "O"

Der Bay-Schlingenverbinder besteht aus 2 gleichgeformten Schalen zur Aufnahme der Halbkugeln der Seilschlingenenden. Diese Schalen werden beidseitig durch übergeschobene Halbschalen zusammengehalten und durch Splinte gesichert (Bild 229) [193].

Ein weiterer Schlingenverbinder war die Konuskupplung der AEG [20].

Seilschlingen der "O-Form" wurden zunächst nicht nur zur Verbindung der Einzelglieder angewandt, sondern mit Hilfe von Rollen auch zur Verbindung mit den Kettenzubehörteilen an den Enden der Isolatorkette (Bild 229 bis 231) [88].

Bild 229: Doppel-Abspannkette mit Hewlett-Isolatoren und Seilschlingen Form "O"

Bild 230: Einfach-Tragkette mit Hewlett-Isolatoren und Seilschlingen Form "O"

 Bild 231: Doppel-Tragkette mit Hewlett-Isolatoren und Seilschlingen Form "O"

Diese Bauweise führte zu sehr langen Isolatorketten. Zu deren Verkürzung wurden deshalb Seilschlingen der Form "U" (Bild 232) entwickelt, die in Verbindung mit sog. "Hänge-Seilschlössem" (Bild 233 und 234), die End-Isolatoren der Ketten direkt mit dem Mast bzw. den Trag- oder Abspannklemmen verbinden konnten [52], [195].

Bild 232: Seilschlinge Form "U"

Bild 233: Seilschlösser mit Ösen-bzw. Klöppelanschluß für Seilschlingen der Form "U"

 Bild 234: Fertig montierte Seilschlingen der Form "U" mit Hänge-Seilschlössern

Eine weitere Verbesserung an Hewlett-Isolatorketten wurde durch die Einführung von Seilschlingen der Form "S" und deren Verbindung mit Kreuz-Schlingenverbindem (Bild 235) erreicht [88], [203].

Bild 235: Seilschlinge Form "S" mit Kreuz-Schlingenverbinder

Die Porzellanfabriken Hermsdorf und Freiberg hatten dazu 1921 einen Kreuz-Schlingenverbinder geschaffen [196], [204], dessen 2 gleiche Schalen sich einfach zusammenschieben ließen und sich deshalb durch eine leichte Handhabung auszeichneten (Bild 236).

Bild 236: Schlingen-Isolatoren mit Kreuzschlinge (Seilschlinge Form "S") und Schalen-Schlingenverbinder

Durch die S-Form und die Führung der Seilschlinge durch die Mitte des Kreuz-Schlingenverbinders, konnte das Rutschen der Seilschlingen im Isolierkörper und das Anschlagen der Schlingenverbinder am Isolierkörper verhindert werden. Außerdem trat durch die Kreuzung der Seile

 * eine Verkürzung der Isolatorketten,

 * eine ca. 15 % ige Erhöhung der Trockenüberschlagspannung und

 * eine ca. 10 % ige Erhöhung der Regenüberschlagspannung ein. Nachteilig wirkte sich die Seilkreuzung jedoch auf die Bruchkraft der Isolatorkette aus, die um ca. 15 % sank.

Einfach-Tragketten mit verschiedenen Seilschlingen zeigen die Bilder 237 und 238 [88].

Bild 237: Einfach-Tragkette mit Hewlett-Isolatoren und Seilschlingen Form "O" und Form "U"

 Bild 238: Einfach-Tragkette mit Hewlett-Isolatoren und Seilschlingen Form "S" und Form "U"

Das elektrische Feld entlang einer 7-gliedrigen Einfach-Tragkette aus Hewlett-Isolatoren ist in Bild 239 dargestellt [197].

 Bild 239: Elektrisches Feld einer Tragkette aus Hewlett-Isolatoren

Besonders interessant ist dabei die elektrische Feldstärke im Bereich der Glieder der Isolatorkette in der Nähe der Befestigung des Leiterseiles (Bild 240).

 Bild 240: Elektrisches Feld am leiterseitigen Kettenende einer Hewlett-Isolatorkette

Aus Bild 239 und 240 läßt sich an Hand der eingezeichneten Äquipotentiallinien die ungleiche Spannungsverteilung entlang der Isolatorkette erkennen. Für die Isolatorketten mit Hewlett-Isolatoren wurden auch Lichtbogenhörner entwickelt [196], [274], die neben dem Schutz der Kette vor Lichtbögen, zur Verbesserung der Spannungsverteilung beitragen sollten.

Der Bruch eines Isolierkörpers in Isolatorketten aus Schlingen-Isolatoren bedeutete den Ausfall der elektrischen Isolierfähigkeit eines Kettengliedes, die mechanische Festigkeit der Kette blieb jedoch erhalten.

Beim Betrieb der Freileitungen mit Schlingen-Isolatoren, ergaben sich mit der Zeit entscheidende Nachteile [194]:

 - Durch das ständige Scheuern der Seilschlingen in den Kanälen des Isolierkörpers und den dadurch verursachten Abrieb des Seiles sank die Festigkeit der Seilschlingen.

 - Die Seilschlingen und auch die Schlingenverbinder waren nicht schwingungsfest und es kam zu deren Bruch, verbunden mit Kettenabstürzen [99].

 - Bei einem Lichtbogen über der Isolatorkette konnten die Seilschlingen durchbrennen, da sie für hohe Lichtbogenströme nicht ausreichend bemessen waren [205].

 - Der Durchschlagweg des Isolierkörpers ist sehr klein, wodurch nur ein geringes Isoliervermögen des Einzelgliedes vorliegt. Dadurch werden die Isolatorketten sehr lang und haben insgesamt nur eine geringe mechanische und elektrische Sicherheit.

An Stelle der Seilschlingen verwendete man später in Deutschland auch Metallbänder, was in mechanischer Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt darstellte (Bild 241) [198]. Die Kanäle im Isolierkörper der Schlingen-Isolatoren wurden dabei rechtwinklig ausgeführt (Porzellanfabrik Rosenthal) [20].

 Bild 241: Schlingen-Isolator für flache Metall-Verbindungsbänder

Derartige Isolatoren fanden u. a. 1911 auf der 60-kV-Leitung Dessau-Bitterfeld Anwendung.

Die Herstellung der Isolierkörper der Schlingen-Isolatoren war schwierig. Sie erfolgte entweder durch Drehen oder Gießen [206].

Beim Drehen wird der Porzellanmassehubel von Hand aufgedreht und mittels Formen und Schablonen in eine geeignete Form gebracht. Danach werden die gekreuzten Kanäle in den Drehkörper eingebracht, wobei die dazu angewandten Verfahren von den einzelnen Herstellern geheim gehalten wurden, da hierin der schwierigste Punkt der Herstellung lag. Das Drehen ergibt pozellantechnisch das dichteste und rißfreieste Porzellan. Durch das Einbringen der Kanäle wird jedoch die homogene Struktur erheblich gestört und verletzt.

Beim Gießen wird flüssige Porzellanmasse (Schlicker) in eine Gipsform, in der die Kanäle schon vorhanden sind, gegossen. Der Schlicker ist so angesetzt, dass ein gutes Fließen in der Form und danach ein rasches Trocknen eintritt. Dieses Herstellungsverfahren ist wesentlich einfacher, als das Drehen. Die gegossenen Isolierkörper haben aber bei weitem nicht die Dichte, wie die gedrehten. Im Inneren befinden sich meist Schlieren und Hohlräume.

Ähnliche Entwicklungen von Ketten-Isolatoren, die nach dem Grundprinzip des Isolier-Eies 1924 in England entstanden, die sog. "Interlink Insulator Discs" (Bild 242), verwendeten an Stelle der Seilschlingen geschmiedete Stahlbügel (Schäkel), die die Nachteile der Seilschlingen verminderten.

 Bild 242: Englische Kettenisolatoren, nach dem "Isolier-Ei"-Prinzip

1920 wurden von der Porzellanfabrik Hermsdorf Schäkel-Isolatoren für Trag-und Abspannketten entwickelt, die kreuzweise mit Laschenpaaren verbunden wurden und damit das Isolierei-Prinzip verwirklichten (Bild 243) [28].

Bild 243: Isolatorkette aus Schäkel-Isolatoren

Durch die Anordnung des Mittelbolzens und eine den Isolierkörper umfassende Schelle ergibt sich eine hohe Bruchsicherheit, selbst bei völliger Zerstörung des Isolierkörpers. Eingefügte Bleihülsen um den Mittelbolzen sollten alle punkt-und linienförmigen lokalen Druckstellen beseitigen.

1927 berichteten Montandon und Le Moigne [200] über die Lösung schwieriger Isolationsprobleme auf einer 70-kV-Freileitung an der Küste von Marokko: Hoher Salzgehalt, bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit. Normale Hewlett-Isolatoren in 4-gliedrigen Ketten versagten. Es wurden daher die Abspannisolatoren mit einer nahezu geschlossenen Höhlung versehen, die vor einem Salzniederschlag fast völlig schützt (Bild 244). Für die Tragketten fanden Isolatoren mit einer topfartigen, nach oben gerichteten Höhlung, die mit Öl gefüllt wurde, Anwendung. Um das Eindringen von Regenwasser zu verhindern, waren diese Isolatoren an ihrer Unterseite mit einem weit ausladenden Metallschirm versehen, der den darunterliegenden Isolator schützte (Bild 245) [200]. Zur Verbindung der Einzelglieder der Isolatorkette fanden U-Bügel mit speziellen Verbindungsarmaturen (Schlössern) Anwendung. 1931 waren ca. 49 000 solcher Isolatoren in Tragketten eingebaut [202].

Bild 244: Hewlett-Abspannisolatoren für Verschmutzung durch Meeressalz

 Bild 245: Hewlett-Hängeisolatoren für Verschmutzung durch Meeressalz

Nach 1930 sind in Deutschland die Schlingen-Isolatoren vom Markt verschwunden. Sie wurden für Leitungsneubauten nicht mehr eingesetzt [207]. Ihr Ersatz in bestehenden Freileitungen durch andere Typen von Kettenisolatoren erfolgte nach und nach (siehe Bild 429).

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