一种模块化纤维增强塑料电线杆的制作方法

本发明涉及由增强聚合物（纤维增强塑料-frp）制成的电线杆、电线杆的生产方法以及电线杆作为模块化产品的用途。

背景技术：

增强聚合物属于复合材料的类别，并且是由聚合物和增强玻璃纤维或其它材料（芳族聚酰胺、碳等）以各种形式（纱、垫、毡、织物、网格）组成。

电线杆广泛用于架空配电线、电信传输线路支撑以及各种公用和私用用途（照明设备、道路标志、相机支架、旗杆等）。

架空公用事业线路、照明设备、电信等的最初应用是使用木电线杆进行的，因为通过采伐树木来生产比较容易且便宜。它们还具有绝缘的优点。因此，木电线杆是主导技术，并且时至今日仍然在全世界许多国家占据着安装电线杆的最大份额。

然而，由于其本质是木材（天然产品），木电线杆具有很大的缺点，诸如遭受昆虫、微生物以及天气条件的侵袭。因此，它们需要浸渍危险的农药，而农药的使用会受限制（例如，杂酚油-directives98/8/ec，2011/71/eu）。木电线杆还会引起火势蔓延，并且当用于配电线时发生显著的对地电流泄漏，降低网络效率。最终木电线杆成了需要季节性生产的非工业化产品，这并非总是可预见的，对可用性（需要保持大量库存）和价格造成负面影响。

出于这些原因，已开发了替代性电线杆技术和材料，诸如铁、增强混凝土以及增强聚合物（frp）。

-相比木材，铁提供了更高的强度。铁电线杆具有稳定的可用性，并且是中空的，有助于电缆通过（下降）。然而，铁电线杆会生锈所以需要保护。此外，铁是良好的电导体，因此它需要额外的部件（例如，绝缘体）以及特殊的工作条件和防护措施以避免事故发生。

-增强混凝土提供足够的强度和某种程度上的绝缘，但问题是这些电线杆重量大，不便于运输和安装。而且在车祸中离心混凝土电线杆的刚性性质非常危险（导致严重的交通事故）。此外，随时间推移混凝土会破裂，并且钢筋会暴露且生锈。

-由frp制成的电线杆结合了大量优点，诸如重量轻、凹形形状、对微生物和环境条件有抗性且使用性可靠。但是，它们的使用有限，因为相比其它解决方案它们的成本高。

另外，在以上所有情况（木材、铁、混凝土、frp）中，当前存在的电线杆都是以完整尺寸制造、销售、输送、运输以及安装的。这意味着使用者不可能购买到较小包装的电线杆并以个别部分（模块化产品）的形式输送，不能现场（在安装区域）安装，而如果可以则将对运输（通过使用较小的运输装置）和安装都有利，从而变得便宜。

技术实现要素：

本发明涉及一种由frp制成的电线杆，其由具有合适形状的个别部分组成，使得：

a.每个单独个别部分可以通过工业化的、自动或半自动的经济的frp生产方法生产，并且

b.电线杆可以由未经资格修饰的人员根据手册通过使用简单且轻便的工具以标准化的方式很容易地组装。

以上设计的结果是本发明的电线杆：

a.第一，具有稳定且可重复的（工业化）质量，生产周期短且容易获得，连同生产成本低，与由其它材料制成的电线杆直接抗衡，且生命周期成本甚至更低；

b.第二，可以作为成品（即，组装为单个物品）或作为模块化产品（即，组装之前的单独个别部分），连同现场安装和组装所必需的工具和完整手册一起提供给客户（公用事业公司、承包商或其它使用者）。

具体实施方式

具体地说：

本发明的电线杆由两个或更多个（取决于总高度和所需强度）具有恒定横截面（圆柱形、多边形、椭圆形等）的凹形（中空）部分（管）组成，所述部分通过在两侧具有周向凹槽的相应环形接头（连接器）连接。

具有恒定横截面的凹形部分（管）被成形来以最优方式满足客户的操作需求（例如，具有用于电缆支撑配件轻松安装的凹槽的截面区段（crosssection），具有加强肋的截面区段，具有用于电缆横越的沟槽的截面区段等）。它们还具有适当的壁厚以满足客户在电线杆的机械强度和刚度方面的要求。

每个环形接头连接两个连续凹形截面区段（管）并且被成形使得一侧适配上部区段而另一侧适配下部区段。接头的上侧具有周向凹槽，上部区段紧密插入其中并终止。类似地，接头的下侧具有周向凹槽，下部区段紧密插入其中并终止。以上接头设计使得可以利用简单的装置实现轻松且精确的组装。

施用粘合剂以便焊接接头与凹形区段，可以结合机械约束装置（例如，螺钉、插销、开口销、铆钉等），其可以是永久的或临时的（直到粘合剂聚合）且是可拆卸的。

粘合剂可以在将相应管（凹形部分）放置在接头的凹槽中之前通过简单地铺展到接头的每个凹槽中来施用。为了实现焊接，粘合剂还可以通过利用特殊的施用装置在放置相应凹形部分之前在接头的凹槽中注射来执行（如上所述），或者在放置相应凹形部分（管）之后在接头的凹槽中注射通过适当成形的孔来执行，从而使粘合剂进入间隙之中。

本发明的电线杆还具有盖帽，其适配在最后上部区段，并且放置在电线杆的顶部从而确保水密性。盖帽在其下侧具有周向凹槽，电线杆的最后上部区段紧密插入其中并终止。

此外，根据使用者的需求，本发明的电线杆可以包括另外的部件（环、插入件等）和构型（孔、沟槽等）。我们指示性地提及（但不限制）在电线杆中开放横向通孔，其中施用并附接有内部（增强和引导）管。这些孔是用于使部件、螺钉和电缆通过（例如，在电线杆顶部附近），或/和用于以规律间隔安装可拆卸台阶，从而允许技术人员攀爬并站立以便执行任务。

本发明的电线杆的生产方法具有对前述个别部分的两个生产步骤和一个组装步骤。前两个步骤是彼此独立的且可以并行地执行，需要专门的工业设备、人员和设施。相比之下，组装步骤被设计成使得其不需要专门的人员或设施。

具体地说：

本发明的电线杆的恒定横截面凹形部分（管）可以通过各种增强聚合物生产方法（树脂传递成型、触压成型、长丝缠绕等）生产，但是优选地通过拉挤成型方法生产，该方法是一种工业化的、自动化的、大容量的且具竞争力的方法，提供的产品具有可再生质量和尺寸精度。

环形接头和盖帽也可以通过各种增强聚合物生产方法（铸造、树脂传递成型等）生产，但是优选地通过压缩成形方法生产，该方法也具有同样的（如上所述的）特征，即工业化、自动化、大容量、具竞争力、可再生且在生产产品的尺寸方面精准。

如上所述（分别通过拉挤成型和压缩成形方法）生产的电线杆的这些个别部分（凹形区段、接头和盖帽）然后通过使用粘合剂和常规的（临时的或永久的）机械约束装置（螺钉、插销等）被组装在单个电线杆上。

本发明的电线杆用作模块化产品是可行的，因为通过其生产方法提供的电线杆的组装步骤在专业知识、设备、设施、工具等方面要求不高，因此可以由电线杆的最终使用者利用与电线杆一起输送的手册和材料执行，甚至在电线杆的最终安装场地执行。

具体地说：

本发明的电线杆或者以完全组装且备用于安装的形式输送（即，像现有常见的电线杆那样），或者呈模块化产品形式输送（即，个别部分分开）。

在上述第二种情况（模块化产品）中，现场组装所必需的工具、材料和手册连同电线杆的部分一起提供给使用者。

另外，本发明的电线杆的设计允许电线杆以模块化产品的形式包装，这种方式使得运输过程中需要的体积相比组装电线杆的体积成倍减小。方式为将具有较小横截面的零件（与对应的接头）放置在下一较大截面区段等中。

以此方式电线杆的运输得以易化且对应成本降低，尤其在电线杆必须安装在难达到的位置以及电线杆必须经过长距离运输（例如，出口）的情况下。

本发明的电线杆适用于各种各样的用途（配电、电信、照明等）。

利用本发明，相比（例如）木电线杆，由frp制成的电线杆的现有累积优点得以增强和扩大：

-可用性，非季节性生产

-极佳的机械强度和弹性，可预测的机械性质

-寿命长，不需要维护

-针对水分、环境攻击和可见光谱及uv辐射的抗性

-宽广的温度操作范围

-免除了浸渍农药以防范微生物的需要

-特性的可重复性、尺寸稳定性和对准

-将插入的螺母与电线杆设备的安装部分整合的能力

-重量轻，易于运输和安装

-电绝缘

-在车祸中表现更好，更安全，对车辆和网络损害更小

-电线杆不维持燃烧（阻燃）

-外观良好（更多美学选项）

-再循环

同时，相比替代性选项，最重要的优点（有竞争力的成本）也加大，因为本发明的电线杆具有：

1.低生产成本，归结于所使用的工业化生产方法；以及

2.甚至更低的生命周期成本（总使用成本，即生产成本加保持库存、运输、处理、安装、检查、维护等的成本的总和），原因在于其轻且模块化的结构使得运输更容易，因为庞大的个别部分可以彼此嵌套放置，需要的空间要小很多，并且利用更少的装置安装起来更快，特别是当安装必须在难达到的地方进行的时候。

这些促成了本发明的成功工业化应用。

对本发明的特征和操作、生产方法以及作为模块化产品的用途的充分展现和详细说明通过设计（图）完成，设计示出了由三个圆柱形管部分以及对应的接头和盖帽组成的本发明的电线杆。

然而，并不排除具有其它截面区段的电线杆的使用（例如，多边形、椭圆形、具有功能性凹陷和沟槽、具有加强肋等），也已添加了这些电线杆的代表性设计（图）。

对较小数量或较大数量的电线杆部分的选择也不排除在外，这取决于电线杆的高度、用途和所需强度。

由具有不同形状的恒定横截面的连续部分（例如，在底部的圆柱形部分是用于平均分配机械应力，而在顶部的多边形部分是用于更容易地安装电缆的臂和支撑部分）组成的电线杆的设计也不排除在外，方式为适当地调整相应接头的形状，以便适配不同的（上部和下部）区段。

图1示出本发明的电线杆的实例（透视图和侧视图），所述电线杆由通过接头连接的三个连续圆柱形部分组成。上部圆柱体具有盖帽。

在图2中，对上述电线杆的个别部分进行分析，个别部分以侧视图和截面图（b-b）来展示。

图3、4和5详细地示出电线杆的具有恒定圆柱形截面的三个个别部分（透视图、顶视图、侧视图和截面图）。下部部分（5）的横截面的尺寸较大，中间部分（4）的尺寸中等，上部部分（3）的尺寸较小。具有恒定横截面的所有部分都可以通过拉挤成型方法生产。

图6和7详细地（类似地）示出成对连接连续圆柱形区段的接头。这意味着下部接头（6）（较大的一个）连接电线杆的下部圆柱形部分和中间部分，而上部接头（7）（较小的一个）连接电线杆的中间圆柱形部分和上部部分。

每个接头被设计成在适当成形的周向凹槽（凹处）“接收”其连接的两个圆柱形区段（上部和下部），目的是：第一，通过粘合剂实现接头与区段之间的强粘合；第二，精准执行区段的组装（区段“终止”于接头的凹槽（凹处）中，而无需进行测量、调平等）。所有接头可通过压缩成形方法来生产。接头的设计确保连续区段在其长度的小部分上发生重叠，为的是连接能抗弯曲。

图8详细地（类似地）示出盖帽，其与上部圆柱形部分适配并且放置在本发明的电线杆的顶部。有关盖帽与圆柱形部分的连接、焊接、其组装和生产（压缩成形），皆与以上针对接头所述的完全相同。盖帽的设计确保了紧密型，不论粘合剂施用情况良好与否。盖帽的顶部是稍微弯曲的；但是，具有平的、圆锥形的或任何其它形状表面的盖帽都不排除在外，这取决于使用要求。

图9示出本发明的电线杆（透视图和截面图），其在距离其顶部不远处具有两个横向通孔用于部件、螺钉和电缆通过，并且在稍下高度处具有五个横向通孔（相较于之前的孔处于垂直方向）用于放置可拆卸的台阶（阶蹬）。适配的牢固内管被焊接在所有的孔处，使得：a.电线杆加固并且防止其在必须加紧螺纹配件、贯穿螺栓等的情况下震裂；b.引导筋条、电缆、缆绳等通过；以及c.防止孔与电线杆的内部连通，水、昆虫等进入。

图10示出本发明的电线杆的组装过程的连续步骤。所有组装步骤可在工厂（在电线杆作为成品被输送之前）抑或现场安装位置（在电线杆作为模块化产品被输送之后）进行。

在组装的第一步（a），通过施用粘合剂（k）接头和盖帽被焊接到对应的下部圆柱形区段。粘合剂的施用可以通过所有可能的方式（铺展、注入、注射等）实现，这取决于粘合剂的粘度以及接头和区段的特定设计。类似地，粘合剂施用设备的类型也各不相同（刮刀、具有静态混合器的压机等）。焊接还可以与机械约束装置（永久的或临时的）结合，直到粘合剂聚合（硬化）完成。

组装第一步（a）优选地在工厂（输送之前）进行，即使当电线杆作为模块化产品输送时亦是如此。部分原因是在第一步后，电线杆的个别部分可能仍然被彼此嵌套放置（以便运输起来容易且便宜），还因为通过在工厂执行第一步，在现场必须花费的劳力以及对应的电线杆安装时间得以减少。

在组装的第二步（b），通过施用粘合剂（k）接头被焊接到对应的上部圆柱形区段。以此方式第一步产生的个别组件被接合以形成最终电线杆（c）。关于粘合剂和机械约束装置的施用，与针对第一步所述的完全相同。当电线杆作为模块化产品输送时，第二步常常在现场执行。

图11是粘合剂施用的示意图，方式为通过使用压制装置在接头与圆柱形区段之间的间隙中进行注射。在此情况下，组装过程由以下各项组成：a.将圆柱形部分安装到位，可能结合永久的或临时的机械固定（例如，使用插销）；以及b.利用施用装置穿过孔施用粘合剂，使得材料填充间隙以便实现焊接。如果粘合剂具有两种组分，在施用装置的静态混合器中会发生混合，以避免错误。

图12、13和14示出另一个版本的具有八边形横截面的本发明的电线杆的个别部分。此版本的电线杆类似地由以下各项组成：具有恒定八边形横截面的连续区段、适配八边形区段的对应接头以及盖帽。

更具体地说，图12示出具有恒定八边形横截面的部分（透视图、顶视图、侧视图和截面图），图13（类似地）示出八边形接头，而图14（类似地）示出对应的盖帽。

另外图15示出八边形电线杆的对应组装步骤，这些步骤与上述对应圆柱形电线杆的组装步骤无实质性差别。

图16示出具有椭圆形截面区段的本发明的电线杆（透视图）。接头被设计成适配椭圆形截面区段，以确保所需重叠并牢固连接。图16a示出连接至接头的两个连续椭圆形截面区段，而图16b示出一个椭圆形截面区段。

图17示出具有复合截面区段的本发明的电线杆（透视图），该截面区段是圆柱形的，但是另外形成了有助于电缆通过和保护的内部沟槽。接头与上述完全相同，另外还实现了贯穿电线杆高度的内部沟槽的接触/连续性（参见图17d）。另外，图17a示出连接至接头的具有沟槽的两个连续区段，而图17c示出组装之前的相同部件（两个截面区段和一个接头）。最后，图17b单独示出具有沟槽的截面区段，而图17e单独示出接头。

图18示出具有复合截面区段的本发明的电线杆（透视图），该截面区段是圆柱形的，但是另外形成了用于固定沟槽、配件、分线盒、电缆等的凹槽。接头施用方式与上述完全相同。图18a和18e示出与接头连接的具有凹槽的两个连续区段。图18b单独示出截面区段，而图18c和18d单独示出每个接头。

图19示出本发明的电线杆（透视图），该电线杆由具有不同形状的恒定横截面的连续区段组成。具体地说，底部区段是圆柱形的，而上部区段是八边形的。图19a和19b示出连接至接头的两个连续区段（底部是圆柱形而顶部是八边形），而图19c示出组装之前的相同部件（两个截面区段和一个接头）。连接两个不同区段的接头（图19d，单独地）被设计成与两个区段适配，其具有在底侧的环形凹槽和在顶部的八边形凹槽。

以上所有图以及图20-21和22-26描述了对本发明的模块化电线杆进行组装、运输包装以及安装的三个阶段的所有步骤：从个别零件的生产到现场安装的完成。图20-21涉及在工厂进行的步骤，而图22-26涉及在电线杆安装位置（现场）进行的步骤。

图20示出电线杆的个别部分，即已通过拉挤成型方法生产的圆柱形部分以及已通过压缩成形方法生产的接头和盖帽，并且成对地描述了这些零件的第一组装步骤（参见图10-步骤a的说明，如上所述）（在工厂进行）。图20a和20b示出彼此分开的零件（三个区段、两个接头和一个盖帽）。图20c和20d示出在工厂进行的组装步骤a后获得的成对胶合的零件（下部圆柱体+下部接头，中间圆柱体+上部接头，上部圆柱体+盖帽）。图20e和20f示出上述相同的对，但是顺序相反（无其它变化），彼此可以嵌套放置。

图21示出彼此嵌套伸缩的部分组装的零件（对）的放置。以此方式包装在运送之前在工厂完成，以便减小模块化电线杆所占的长度和体积，从而有利于其运输并甚至有可能通过较小的车辆运输。图21a、21c和21e示出插入彼此之中时的对（侧视图和透视图），而图21b、21d和21f（类似地）示出以可能的最小尺寸完全包装的对。

图22示出运输到现场后，模块化电线杆的第一安装步骤（侧视图和透视图）。顶部已焊接了第一接头的下部圆柱形区段被放置、调平并锚定至电线杆将被放置的孔中。

图23示出了将粘合剂（k）施用到电线杆的第一压实部分的接头的步骤（侧视图和透视图），这将用于焊接下一圆柱形区段。

图24示出了将电线杆的第二圆柱形部分放置在第一接头的对应插槽的步骤（侧视图和透视图），其中已施用了粘合剂（k）。因为生产接头和圆柱形部分的压缩成形和拉挤成型生产方法分别在尺寸方面都是非常精确的并且接头与圆柱形部分之间的公差非常小，所以第二部分的放置是简单精准的且不需要新的测量和调平。

图25示出了将粘合剂（k）施用到电线杆的已放置的第二部分的接头的步骤（侧视图和透视图），这将用于焊接最后的已承载盖帽的上部圆柱形部分。

在图26（侧视图和透视图）中，通过将最后第三圆柱形部分放置在第二接头的对应插槽完成了电线杆的安装，其中已施用了粘合剂（k）。关于尺寸精度、公差和调平，与上述的完全相同（针对图24）。

如果粘合剂是通过施用装置注射到部分和接头的合适（针对此目的）插槽（孔）中来施用的，那么组装/安装的所有步骤都可提前（图22、24和26），跳过施用粘合剂的中间步骤（图23和25），在所有接头的末端施用粘合剂（根据图11）。

图27是本发明的电线杆的生产方法的示意图（流程图），包括：通过压缩成形（c）和拉挤成型（p）方法生产个别电线杆部分，这可以并行地且彼此独立地进行；然后利用粘合剂（k）或/和机械装置组装电线杆的个别部分，这可以在工厂完成或日后由使用者完成（就电线杆作为模块化产品使用而言）。

实施例1

图28以全部尺寸示出了准备工业化生产的本发明的电线杆的实例。

对形成该实施例的电线杆的零件的单独尺寸的确定是通过以下方式进行的：使用有限元软件包，首先考虑电线杆必须抵抗的机械应力和应变，其次考虑制成零件的增强聚合物的阻力以及这些阻力的方向（用于接头和盖帽的压缩成形各向同性材料和用于圆柱形部分的拉挤成型各项异性材料）。

该实施例的电线杆长7m，符合有关适用于在网络中安装的相应尺寸的电线杆的规格的要求。还符合相关国际标准（en50341、en50423）的要求。