Glasfaser. Die Erfindung bezieht sich auf eine Glas faser aus nichtalkalischem Glas, welches sich leicht schmelzen und gut verarbeiten lässt und Produkte liefert, die gegen hohe Tem peraturen, gegen die Einwirkung von Feuch tigkeit und Chemikalien beständig sind und einen hohen elektrischen Widerstand be sitzen.
Der verwendete Ausdruck "nichtalka lisches" Glas soll im Sinne der Erfindung nicht nur alkalifreies, sondern auch gegebe nenfalls alkaliarmes Glas umfassen.
Gemäss der Erfindung besteht die Faser aus einem Glas, welches 10-43 % Erdalkali- oxyde, 7-307, Aluminiumoxyd und 40 bis <B>67%</B> Siliziumoxyd enthält.
Die üblichen Gläser werden aus einer Mi schung von Alkalien, Kalk oder andern Erd alkalien und Silikaten hergestellt. Die Zu sammensetzungen haben sich im Laufe der Zeit durch Berechnungen und Erfahrungen ergeben und richten sich zum Teil nach dem Verwendungszweck der aus ihnen herzustel lenden Gegenstände sowie nach den Kosten, die hierfür aufgewendet werden dürfen. Diese Gläser haben sich für eine grosse An zahl von Gebrauchszwecken als zufrieden stellend erwiesen und bewährt.
Kommt es jedoch auf einen hohen Grad von Dauerhaftigkeit an, dann sind diese ge wöhnlichen Gläser ungeeignet. Dieses ist z. B. der Fall, wenn aus dem Glas Fasern für Isolier- und Textilzwecke hergestellt werden sollen. Solche Fasern besitzen eine aussergewöhnlich grosse spezifische Ober fläche. Das auf oder nahe der Oberfläche liegende Alkali des Glases macht die Ober fläche hygroskopisch. Aus der Atmosphäre absorbiertes Wasser löst das Alkali auf und die entstehende Lösung greift das Silikat an und leitet einen Prozess ein, der zur Zerstö rung der Faser führt. Im Falle der Verwen dung für elektrische Isolierungszwecke be steht durch die Anwesenheit von Alkali die Gefahr, dass das Glas selbst leitend wird, be sonders bei höheren Temperaturen.
Das lös liche Alkali auf der hygroskopischen Ober fläche lässt auch eine Ionenleitung eintreten. Bei Glas in Faserform ist die Wirkung des Allmlis besonders schädlich, weil die Oberfläche der Fasern im Verhältnis zu ihrer Masse sehr gross ist.
Durch das Weglassen des Alkalis aus dem Glas ergibt sich eine bedeutende Ver besserung bezüglich der Dauerhaftigkeit und des elektrischen Widerstandes, jedoch ist dieses äusserst schwer durchzuführen. Nicht alkalische Gläser, bei welchen das Alkali beispielsweise durch alkalinische Erden er setzt worden ist, sind selbst mit starken Flussmitteln, wie Calciumfluorid, im allge meinen äusserst temperaturbeständig. Obschon sie geschmolzen werden können, ist die Ge schwindigkeit, mit welcher die Lösung der Rohmischung vor sieh geht, so langsam,
dass übermässig viel Zeit und hohe Temperaturen für eine wirtschaftliche Verarbeitung erfor derlich sind. t berdies haben solche Gläser nicht die übliche physikalische Stabilität von Alkaligläsern und kehren leicht in den kri stallinischen Zustand zurück. Die betreffen- den Gläser haben auch nur eine enge Tem peraturspanue, innerhalb welcher sie die zur Formgebung, z.
B. zum Ausziehen von Fasern, geeignete Viskosität besitzen. Da der Verarbeitungsbereich enger ist und bei Tem peraturen liebt, bei welchen Wärmeverluste mit hoher Geschwindigkeit eintreten, ist es schwierig, die Herstellung eines solchen Glases ohne beträchtliche Änderungen der Einrichtungen und der Arbeitsweise durch- e5 zuführen. . Nichtalkalische Gläser sind bezüglich der zulässigen Grenzen, in welchen die einzelnen Bestandteile gewählt werden können, äusserst: kritisch.
Schon geringe Xnderungen in der Zusammensetzungsformel rufen bedeutende Änderungen in dem Glas hervor.
Die erfindungsgemäss zur Herstellung der Fasern verwendeten nichtalkalischen Gläser lassen sich innerhalb einer verhältnismässig kurzen Zeit, beispielsweise der gewöhnlich für Alkaligläser benötigten Zeit, leicht schmelzen. Die Zusammensetzung des Glases ist derart, dass es der Entglasung erfolgreich widersteht, d. h. eine hohe Viskosität besitzt und sieh im geschmolzenen Zustande nur träge bewegt. Auch findet bei dem neuen Glas während des Schmelzens keine über mässige Scliauinliildung statt.
Das Glas lässt sieh auch gut verarbeiten, d. li. es besitzt eine genügend ausgedehnte Viskositätskurve, um aus ihm brauchbare Produkte herstellen zu können. Auch ist das Glas bezüglich seiner Viskositäts- und Temperaturkurve nicht. zu kritisch, uni die Arbeitsverhältnisse hin reichend kontrollieren und beeinflussen zil können. Das nichtalkalische Glas kann an statt farbig oder schwarz auch klar und glän zend hergestellt werden.
Insbesondere kommen für die Glasfasern solche Zusammensetzungen des nichtalkali schen Glases, welche als in einem kritischen Eutektikumbereieli liegend gefunden wurden, in Frage. Dabei kann man Alkali-Flussmittel vermeiden, ohne die notwendigen Verarbei tungseigenschaften zu opfern, und trotzdem die besonders erwiinschten Eigenschaften der Dauerhaftigkeit und eines hohen elektrischen -\'i'iderstaiides erzielen. Der Grundmischung können hilfsweise Flussmittel zugesetzt wer den, ohne dass diese das Verhalten der Be standteile der Grundmischung zueinander ändern.
Die Grundmischung des Glases besteht aus Erdalkalioxyden, Aluminiumoxyd und Siliziumoxyd. Wenn diese Bestandteile in den erfindungsgemäss vorgesehenen Zusam mensetzungen genommen werden, ergibt: sich ein Glas, welches eine besonders gute Form barkeit besitzt. Die Mischung schmilzt bei mässigen Temperaturen und widersteht der Entglasung in hohem Masse.
Die Grund mischung kann in einem durch die nach stehenden Grenzen innerhalb des Bereiches der eingangs angegebenen erfindungsge- inässen Zusammensetzung bestimmten Eu tektikum liegen: Ca0 16 bis 30 Mg0 7 bis 1 % A1203 17 bis 7 ö Si0-> 67 bis 53% Bei einer solchen Mischung sind die nach stehenden engeren Grenzen zu bevorzugen:
Ca0 18 bis 28 Mg0 7 bis 1 A1;;03 17 bis 9'0 SiO2 65 bis 55 % Die am leichtesten zu schmelzende Mi schung hat etwa folgende Zusammensetzung: Ca0 27 Mg0 4 A120 9 Si02 60 Aus den vorstehenden Angaben ist. zu ersehen, dass das vorherrschende Eutektikum nicht in der Mitte der angegebenen Mengen bereiche, sondern nahe der obern Grenze der Kalkmenge und der untern Grenze des Alu miniumoxyds liegt. Ein solches Glas ist, am besten zur Herstellung billiger Produkte, wie z. B.
Glaswolle, geeignet. Wählt man bei der zugesetzten Menge Aluminiumoxyd die obere Grenze, so ergeben sich andere er wünschte Eigenschaften, z. B. bessere Vis- kositätskurven, und solche Gläser sind am besten zur Herstellung von Textilfasern ge eignet.
Einige grundlegende Beispiele für Glas zusammensetzungen gemäss der Erfindung sind:
EMI0003.0021
1. <SEP> 2. <SEP> 3.
<tb> Ca0 <SEP> 20,0% <SEP> 23,4 <SEP> % <SEP> 27,5
<tb> 11Ig0 <SEP> <B>510% <SEP> 3,8%</B> <SEP> 4,1%
<tb> A1203 <SEP> <B>15,0% <SEP> 12,5%</B> <SEP> 11,9
<tb> SiO;; <SEP> <B>60,0% <SEP> 60,3% <SEP> 56,5%</B> Das Glas Nr. 1 ist besonders für hoch wertige Textilfasern geeignet. Die Gläser Nr. 2 und 3 lassen sich mit Vorteil zur Her stellung von für Isolierungen bestimmten Fasern verwenden. Das Glas Nr. 1 ist. etwas schwerer zu schmelzen, besitzt aber die meisten erwünschten Eigenschaften, Das Glas Nr. 3 lässt sich am leichtesten schmel zen.
Grundsätzlich sind jedoch alle diese Gläser leicht zu schmelzen und besitzen einen hohen Widerstand gegen Entglasung.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass es mitunter wünschenswert ist, die Grund mischungen zu ändern, indem man einen Zu satz von Flussmitteln in Mengen bis zu etwa <B>10%</B> vornimmt. Der Zusatz von Flussmitteln stört jedoch nicht das gegenseitige Verhalten der Bestandteile der Grundmischung. Sie wirken nur als Hilfsstoffe, welche das Schmelzen und Verarbeiten des Glases er leichtern.
Beispiele solcher Hilfsflussmittel sind B203, CaF2, P20zi, oder gegebenenfalls eine kleine Menge Alkali, wie Na-20, K20 oder Lithiumoxyd. Der Zusatz an Lithium- oxyd kann in einigen Fällen bis zu 5 % steigen.
Diese Flussmittel haben die Wirkung, den Viskositätsbereich zu vergrössern und/oder die Schmelztemperatur herabzusetzen, die zum Schmelzen erforderliche Zeit zu ver kürzen und den Erweichungspunkt herabzu setzen. Durch die Verwendung der Flussmit- tel lassen sich die Eigenschaften der Grund mischung in Anpassung an die durch den Betrieb und die Wirtschaftlichkeit bedingten Verhältnisse für eine grosse Anzahl von Pro dukten regeln.
Einige Beispiele von Gläsern mit Zu sätzen von Hilfsflussmitteln sind:
EMI0003.0042
1. <SEP> 2. <SEP> 3. <SEP> 4. <SEP> 5.
<tb> Ca0 <SEP> <B>18,0% <SEP> 16,0%</B> <SEP> 20,4% <SEP> <B>19,3%</B> <SEP> 24,8
<tb> Mg0 <SEP> 4,5% <SEP> 4,5% <SEP> 3,4% <SEP> <B>3,5%</B> <SEP> 6,1
<tb> A1203 <SEP> <B>15,0% <SEP> 15,0% <SEP> 10,0% <SEP> 10,5%</B> <SEP> 11,2%
<tb> SiO2 <SEP> <B>53,0% <SEP> 53,0%</B> <SEP> 54,2% <SEP> 54,7% <SEP> <B>51,5%</B>
<tb> <I>B203</I> <SEP> 9,5% <SEP> 9,5% <SEP> 9,0% <SEP> 6,9% <SEP> 4,0%
<tb> CaF2 <SEP> <B>0,0%</B> <SEP> 2,0% <SEP> <B>3,0%</B> <SEP> 2,0% <SEP> 0,0
<tb> <B>N</B>a2<B>O <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 3,1%</B> <SEP> 2,4 Erweichungstemperaturen: 845' C,<B>816'</B> C, 800<B>0</B> C, 772<B>0</B> C, 771<B>0</B> C.
Die unter der Linie angeführten Substan zen können als Hilfsflussmittel angesehen werden. Die Gläser Nr. 1 und 2 sind beson- ders für Textilzwecke geeignet. Die Gläser Nr. 3 und 4 sind besonders für Isolierwolle und dergl. geeignet. Falls ein billiges Pro dukt mit hohem elektrischem Widerstand her gestellt -,werden soll, kann das Natriumoxyd in den Gläsern Nr. 4 und 5 durch Flussspat ersetzt werden.
Die angeführten Gläser sind vielfach in Tonnenladungen in Tagwannen erzeugt worden, ohne dass in einer 24-Stun- denschicht eine Temperatur von 770 C über schritten wurde. Bei niedrigeren Tempera- turen und auch bei Mischungen mit höherem Siliziumoxydgehalt geht die Absorption des Siliziumoxydes der Mischung gelegentlich langsamer vor sich, jedoch können in dieser Hinsicht die gewünschten Ergebnisse durch einen Zusatz von 1 oder 2 % Flussspat erzielt werden.
Auch Sulfate fördern die Lösung des Siliziumoxydes, jedoch haben sie das Be streben, das Glas mit Schaum zu überziehen, der oft schwierig zu brechen ist. Bei den Schmelztemperaturen zeigt sich kein unge wöhnlicher Angriff an den feuerfesten Wän den der Wanne.
Eine zur Herstellung von zum Beispiel für elektrische Isolierungen bestimmten Glasfasern geeignete Mischung, die ein Glas mit einem verhältnismässig hohen Erwei- chungspunkt und einem hohen Dielektrizi- tätswert ergibt, ist:
EMI0004.0024
Alkalimetalloxyd <SEP> 0 <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> % <SEP> (vorzugsweise <SEP> 0 <SEP> % <SEP> )
<tb> Erdalkalioxyd <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 40
<tb> Aluminiumoxyd <SEP> 15 <SEP> bis <SEP> 30 <SEP> %
<tb> Siliziumoxyd <SEP> 40 <SEP> bis <SEP> 65 Bei diesen Zusammensetzungen können auch 0 bis 7 % Fluor an Stelle eines Teils des Sauerstoffes verwendet werden, d. h. die ver schiedenen Metalle können teilweise als Fluoride anstatt vollständig als Oxyde vor handen sein.
Die Alkalimetalle werden nur zur Er höhung des Flüssigkeitsgrades oder der Schmelzeigenschaften, wenn unbedingt erfor derlich, verwendet; sie sollen aber am besten überhaupt nicht benutzt werden. Es können auch noch andere geringe Zusätze, wie Oxyde von Bor, Zinn, Zirkonium, Wismut, Eisen usw. gemacht werden, ohne dass sie den Charakter des Glases merklich ändern. Die Zusätze können im allgemeinen bis zu 5 % betragen. Es soll möglichst wenig oder kein Eisen wegen seiner hohen Wirkung als Flussmittel und, weil es das Glas brüchig macht, verwendet werden.
Für zum Beispiel als elektrische Isolie rungen zu verwendende Glasfasern sind die nachstehenden Glaszusammensetzungen ge eignet, z. B.:
EMI0004.0033
S'02 <SEP> 58
<tb> A1,03 <SEP> 12%
<tb> B,03 <SEP> 53ö
<tb> Mg0 <SEP> 12
<tb> CaO <SEP> <B>11,5%</B>
<tb> Li,0 <SEP> <B>0,5%</B>
<tb> Fluoride <SEP> als <SEP> CaF.1,0
<tb> SiO, <SEP> <B>60%</B>
<tb> A1,03 <SEP> <B>15%</B>
<tb> 111g0 <SEP> + <SEP> Ca0 <SEP> 10
<tb> Li,0 <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Fluoride <SEP> als <SEP> CaF, <SEP> <B>10%</B>
<tb> S'0, <SEP> 55,4%
<tb> A1,03 <SEP> 12,9%
<tb> Mg0 <SEP> <B>12,9%</B>
<tb> Ca0 <SEP> <B>9,9%</B>
<tb> B,03 <SEP> 3,95
<tb> Fluoride <SEP> als <SEP> CaF, <SEP> 4,
95% Der Erweichungspunkt dieser Gläser ist höher als derjenige von gewöhnlichen Na- tronkalgläsern, aber die Viskositätskurve steigt bei ihnen schärfer an als bei den letz- teren, so dass der Flüssigkeitszustand bei den Verarbeitungstemperaturen ungefähr der gleiche ist.
Weitere geeignete Zusammensetzungen, die wegen Fehlens von Bor billiger sind, be stehen aus: Si02 50,9% Mg 0 11,8 A1;:0; 21,7% Fluoride <B>15,6%</B> SiO-, 52,4 Ca0 9,1 Mg0 12,1 A1,03 22,4 Fluoride 4,0 Durch die Verwendung der Fluoride wird der Schmelzvorgang gefördert und die Viskosität verringert, ohne die chemische Widerstandsfähigkeit der aus solchen Glä sern erzeugten Fasern zu beeinträchtigen.
Weitere Glaszusammensetzungen, die Fasern mit den gewünschten Eigenschaften liefern, sind:
EMI0005.0014
I <SEP> <B>il</B> <SEP> III
<tb> SiO, <SEP> 53,6 <SEP> % <SEP> <B>50% <SEP> 60%</B>
<tb> r11,0; <SEP> 17,0% <SEP> <B>25,0%</B> <SEP> 18,0%
<tb> Ca0 <SEP> l3,0% <SEP> 10,0% <SEP> 8,0%
<tb> 1X180 <SEP> <B>13,0% <SEP> 10,0% <SEP> 8.0%</B>
<tb> B,03 <SEP> 3,4% <SEP> <B>0,0%</B> <SEP> 0,0
<tb> Na,0 <SEP> <B>0,0%</B> <SEP> 2,5% <SEP> 0,0
<tb> Be0 <SEP> <B>0,0% <SEP> 2,5%</B> <SEP> 0,0
<tb> Ba0 <SEP> <B>0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 6,0%</B> Wie schon erwähnt, ist eine wesentliche Eigenschaft der Gläser gemäss der Erfindung ihr hoher elektrischer Widerstand.
Dieses konnte durch Vergleichsversuche von aus Fasermaterial hergestellten Isolierbändern festgestellt werden, die 48 Stunden lang einer 90 % igen Feuchtigkeit ausgesetzt, in destilliertem Wasser gewaschen und bei 38 C den Proben unterworfen wurden. Der Widerstand in Megohm von nichtalkalischem Glas gemäss der Erfindung beträgt 410 Meg- ohm. Der Widerstand von reinen Alkali- gläsern ist dagegen in der Regel nur 3,2 Meg- ohm und von Asbest etwa 0,2 Megohm.
Die Rohmischung schmilzt leicht und ist etwas leichter zu bearbeiten als Alkaligläser. Der Temperaturbereich für das Ausziehen des neuen Glases liegt etwa zwischen<B>1100</B> und 1300 C. Unter normalen Verhältnissen ist eine Entglasung fast ausgeschlossen.
Für die Erzeugung von Fasern aus den nichtalkalischen Gläsern sind die verschie denen bekannten Verfahren, vor allem das Blasverfahren, aber auch die mit mecha nischem Ausziehen arbeitenden Verfahren geeignet. Es lassen sich Fasern von äusserst feinem Durchmesser, der z. B. zwischen 0,0025 und 0,0075 mm liegt, erzeugen. Aus den Fasern lassen sich Faserbänder, Matten, Garne, Zwirne sowie gewebte, gestrickte oder gewirkte Waren herstellen. Solche Waren be sitzen einen hohen elektrischen Widerstand und sind gegen Feuchtigkeit und chemische Einflüsse in hohem Grade beständig.
Wenn Fasern gemäss der Erfindung 48 Stunden lang der Einwirkung von Dampf ausgesetzt werden, eine Behandlung, welche Fasern aus Alkaliglas zerstört, zeigen sich bei ersteren keine wahrnehmbaren Angriffe. Wenn Fasern des nichtalkalischen Glases bis auf<B>300'</B> C erhitzt \werden, so nimmt ihre Zugfestigkeit um etwa 20% zu, während Fasern aus Alkaliglas in diesem Falle etwa den gleichen Prozentsatz an Zugfestigkeit verlieren.
Die Fasern aus nichtalkalischem Glas lassen sich mit besonderem Vorteil für elek trische Isolierungen verwenden.
Weitere Zwecke und Vorteile der Erfin dung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung in Verbindung mit den anliegen den Zeichnungen, welche verschiedene Bei spiele für elektrische Isolierungen aus nicht alkalischen Glasfasern gemäss der Erfindung veranschaulichen.
In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 ein elektrisches Heizelement, wel ches insbesondere für Heizkissen geeignet ist, Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht eines Heizkissens mit isolierten Heizdrähten, Fig. 3 ein an einem Trabseil aufgehängtes Hochspannungskabel, Fig. 4 eine. schlauchförmige Glasfase.r- isolierung.
Fig. ä einen isolierten elektrischen Leiter, Fig. 6 eine elektrische Leitungsisolierung anderer Ausführung, Fig. 7 eine weitere Ausführung eines mit Glasfasern isolierten elektrischen Leiters, Fig. 8 eine weitere Ausfizhrtmg eines elektrisch isolierten Leiters, Fig. 9 eine elektrisch isolierte Saininel- schiene,
Fig. 10 einen Elektromotor mit isolierten elektrischen Drähten, Fig. 11 ein biegsames Kabel für Tele- phonschnüre oder der-j., Fig. 12 eine weitere Ausführung eines elektrisch isolierten Kabels, Fig. 13 bis 16 verschiedene weitere Aus führungen von isolierten Kabeln und Fig. <B>17</B> einen elektrischen Leiter, der mit einer Gruppe von Glasgarnen uinn icli:elt ist.
Das elektrische Heizelement gemäss Fig. 1 besteht aus einer Seele aus Glasfasergarn 20, zu dessen Herstellung nichtalkalisches Glas der oben angegebenen Zusammensetzungen benutzt. worden ist. Uni diese Seele ist ein elektrischer Widerstandsdraht 21 spiralig gewickelt, so dass er auf kleinen Raum eine grosse Oberfläche bietet und im übrigen zu verlässig in seiner Lage gehalten wird.
Um die Seele 20 mit Heizdraht 21 kann noch eine Hülle aus Glasfasergarilen 22 ge wickelt werden, obschon dies in der Regel nicht notwendig ist.
Ein derartiges elektrisches Heizelement ist vollständig feuersicher und widersteht lange Zeit hohen Temperaturen ohne zu ver kohlen und brüchig zu werden oder Kurz- schluss herbeizuführen.
Das elektrische Heizelement gemäss Fig. 1 ist zur Verwendung in Heizkissen gemäss Fig. 2 geeignet. In letzterer ist das Heiz element mit 23 bezeichnet und ist schlangen artig im Innern des Kissens verlegt. Es kann mit quer verlaufenden Glasgarnen verwebt und durch diese in Stellung gehalten werden. Das Kissen besitzt einen geeigneten Überzug 24, der zweckmässig aus einem Glasfaser gewebe besteht, welches lange Zeit hindurch hohen Temperaturen und Feuchtigkeit stand hält.
Gemäss Fig. 3 ist ein elektrisches Hoch spannungskabel 26 mit einer Isolierhülle<B>27</B> versehen, die aus erfindungsgemässen Fasern aus nichtalkalischem Glas entweder in Form eines geflochtenen Schlauches oder einer Spiralwicklung voll Glasgarnen besteht.
Die Hülle ist vorzugsweise mit einer geeigne- teil Substanz, wie Asphalt, Glyptolharz, Gummi, Harnstofformaldehyd, Phenolalde- hyd, Harzen, Vinylit oder andern plastischen Substanzen imprägniert.
Zum Tragen des Kabels ist ein Seil 28 aus verseilten Glasgarnen vorgesehen. Ein solches Seil ist äusserst stark, weher-, wärme und kältebeständig. Es ist elektrisch nicht leitend, so dass es die vollkommene Wirkung des stromführenden Kabels 26 nicht beein trächtigt. Durch geeignete Hängeglieder 29 kann das Kabel 26 all dem Seil 28 aufge hängt sein.
Der Isolierschlauch gemäss Fig. 4 besteht aus ge-%vebten oder geflochtenen Garneil aus erfindungsgemässen alkalifreien Glasfasern. Ein solcher Schlauch lässt sich in bekannter Weise auf einem Rundwebstuhl herstellen. Bei einer solchen Webart verlaufen die Kettfäden in der Längsrichtung des Schlau ches, so dass ein solcher sich nicht so leicht streckt und ausser Form zieht wie Flecht- oder Wirkwaren mit spiralig angeordneten Garnen.
Gemäss Fig. 5 ist ein Leiter 21 mit einer Hülle von Glasgarnen 32 aus Glasfasern ge mäss der Erfindung versehen, die spiralig um den Leiter gewickelt sind. Auf diese '\Vick- lung ist ein Schlauch 33 ähnlich dem in Fig. 4 gezeigten Schlauch aufgebracht. Wenn die Isolierung des Leiters 31 wasserfest ge macht werden soll, so wird der Schlauch 33 mit einem der oben angeführten Stoffe im prägniert.
Fig. 6 zeigt einen Leiter 34 aus einer Mehrzahl voll einzelnen Drähten, welche ,grosse Strommengen hoher Spannung führen sollen und deshalb eine stark dielektrische Isolierung verlangen. Diese kann von einem ffl <B>01</B> immergebundenen, spiralig um den Leiter 34 gewickelten Band 35 gebildet sein. Um diese Hülle wird eine weitere Hülle 36 an gebracht, die aus einem Glasfaserstreifen be steht, dessen Fasern aus dem angegebenen nichtalkalischen Glas bestehen. Gegebenen falls kann noch eine weitere Hülle 37 eben falls aus Band nichtalkalischer Glasfasern vorgesehen sein.
Die beiden Bänder sind zweckmässig in entgegengesetzten Richtun gen spiralig gewickelt. Die beiden Glasfaser- Bänder 36 und 37 verleihen der Leitung nicht nur die erforderliche dielektrische Stärke, sondern geben der Isolierung auch den nöti gen Schutz und die nötige physikalische Festigkeit. Die Glasfaserisolierung gemäss Fig. 7 be steht aus einer Schicht von erfindungs gemässen nichtalkalischen Glasfasern 38, mit welcher ein Leiter 39 umgeben ist. Die Schicht 38 ist zweckmässig mit einem ge eigneten dielektrischen Bindemittel, wie Asphalt, Lack, Kunstharz oder dergl. imprä gniert.
Vorzugsweise verwendet man Fasern von sehr grosser Feinheit, damit der Draht sich biegen kann, ohne dass die Isolierung sich an den Biegestellen von dem Draht entfernt.
Gemäss Fig. 8 ist ein elektrischer Leiter 40 mit einer Lage von miteinander ver schlungenen erfindungsgemässen nichtalkali schen Glasfasern 41 umgeben. Die Lage 41 kann aus Vorgarnen oder Faserbändern be stehen, welche den Leiter 40 abdecken. Die Schicht kann aber auch direkt um den Draht herum von einer Trommel oder einem Kegel, durch welchen der Draht während der Er zeugung der Fasern hindurchgeht, auf den Draht aufgebracht werden. Die Faserschicht 41 ist von einer Hülle 42 umgeben, die aus einem Band oder lackiertem Cambric besteht, welches spiralig um die Schicht 41 gewickelt ist. Das Band kann aus einem imprägnierten Gewebe oder einer imprägnierten Matte aus nichtalkalischen Glasfasern oder dergl. be stehen.
Gemäss Fig. 9 ist eine Sammelschiene 45 mit einer Wicklung von sich halb über lappenden Cambricstreifen aus imprägnierten nichtalkalischen Glasfasern gemäss der Er findung umwickelt. Auf dem Cambric be findet sich eine Hülle eines ebenfalls mit Überlappung gewickelten Glasfaserbandes 47, für welches ebenfalls nichtalkalische Glas fasern verwendet werden können. Das lackierte Cambric bildet die primäre Isolie rung, welche für die hohen Spannungen, die durch die Sammelschiene gehen, erforderlich ist.
Die Lage aus dem Glasfaserband 47 wirkt vor allem als physikalischer Schutz und bildet ausserdem eine zusätzliche Isolie rung für die Sammelschiene.
Fig. 10 zeigt einen Motor, in welchem nichtalkalische Glasfasern gemäss der Erfin dung zur Isolierung der Leitungen benutzt werden sollen. Er besteht aus dem Gehäuse 50 mit einer Feldwicklung 51 und dem auf der Welle 53 sitzenden Anker 52 mit den Wicklungen 54. Sowohl die Anker- wie die Feldwicklungen können aus Drähten be stehen, welche mit nichtalkalischen Glas fasern in Band-, Litzen- oder Cambrieform isoliert sein können. Zwischen den Kommu- tatorsegmenten 55 können imprägnierte Schichten aus entsprechenden Glasfasern in Matten- oder gewebter Form vorgesehen sein.
Das in Fig. 11 gezeigte Element ist be sonders für biegsame Kabel, wie Telephon schnüre, bestimmt. Es besteht aus einer Seele 57 aus Litzen oder Garnen aus nichtalkali- sehen Glasfasern gemäss der Erfindung, um welche mehrere Einzelleitungen 58 gewickelt sind. Jede dieser Leitungen besteht aus einer Seele aus einer Glasfaserlitze oder einem Glasfasergarn 59, um welche spiralig ein Kupferdraht 60 gewickelt ist. Dieser Kupfer draht bildet einen die Seele umgebenden Schlauch, welcher sehr biegsam und gegen Abnutzung widerstandsfähig ist.
Um das Ganze kann als Isolierung und als physikali scher Schutz für die Drähte eine Hülle aus Isolierstoff 61 vorgesehen sein. Eine Mehr-
EMI0008.0001
zahl <SEP> dieser <SEP> Elemente <SEP> kann <SEP> nebeneinander <SEP> in
<tb> einer <SEP> geeigneten <SEP> Umkleidung <SEP> angeordnet
<tb> werden.
<tb> Gemäss <SEP> Fig. <SEP> 12 <SEP> sind <SEP> mehrere <SEP> Leiter <SEP> 65 <SEP> in
<tb> nichtalkalischen <SEP> Crlasfasern <SEP> gemäss <SEP> der <SEP> Er findung <SEP> in <SEP> Form <SEP> von <SEP> Litzen, <SEP> Vorgarnen,
<tb> blatten <SEP> oder <SEP> Bändern <SEP> 66 <SEP> eingebettet, <SEP> die
<tb> dazu <SEP> dienen. <SEP> die <SEP> Leiter <SEP> auseinanderznhallen
<tb> und <SEP> gegeneinander <SEP> zti <SEP> isolieren.
<SEP> Um <SEP> die <SEP> G1as fasermasse <SEP> 66 <SEP> kann <SEP> eine <SEP> j@"icklung <SEP> atis
<tb> einem <SEP> Band <SEP> oder <SEP> laekiertetn <SEP> Cambrie <SEP> 67 <SEP> vor gesehen <SEP> sein, <SEP> welrlie <SEP> dem <SEP> Material <SEP> die <SEP> nötige
<tb> Stärke <SEP> verleiht <SEP> und <SEP> dasselbe <SEP> zusammenhält.
<tb> Das <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 7.3 <SEP> gezeigte <SEP> Kabel <SEP> besteht
<tb> aus <SEP> mehreren <SEP> miteinander <SEP> verseilten <SEP> Leitern
<tb> 70 <SEP> und <SEP> einem <SEP> Füllstoff <SEP> ans <SEP> erfindungs gemässen <SEP> niehtalkalisehen <SEP> Glasfasern <SEP> 71, <SEP> wel ehe <SEP> die <SEP> Räume <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> Leitern <SEP> aus füllen.
<SEP> Um <SEP> die <SEP> Leiter <SEP> 70 <SEP> ist <SEP> als <SEP> Isolierung
<tb> ein <SEP> Band- <SEP> oder <SEP> Canibiiestreifen <SEP> 72 <SEP> aus <SEP> nicht alkalischen <SEP> Glasfasern <SEP> vorgesehen. <SEP> Um <SEP> diese
<tb> befindet <SEP> sieh <SEP> eine <SEP> Wicklung <SEP> aus <SEP> entsprechen den <SEP> Glasfasergarnen <SEP> 73, <SEP> welche:
<SEP> mit <SEP> einem
<tb> geeigneten <SEP> Mittel <SEP> wie <SEP> Asphalt, <SEP> Gummi,
<tb> Harzstoff <SEP> oder <SEP> dergl. <SEP> getränkt <SEP> ist. <SEP> Zur
<tb> Festigung <SEP> und <SEP> Panzerung <SEP> des <SEP> Kabels <SEP> kann
<tb> eine <SEP> Hülle <SEP> aua <SEP> einem <SEP> Stahl- <SEP> oder <SEP> sonstigen
<tb> Metallband <SEP> 74 <SEP> vorgesehen <SEP> sein. <SEP> Vher <SEP> dieses
<tb> kann <SEP> man <SEP> dann <SEP> noch <SEP> einen <SEP> Mantel <SEP> aus <SEP> ge flochtenen <SEP> oder <SEP> gewebten <SEP> (1l <SEP> isgarnen <SEP> 75 <SEP> an bringen, <SEP> die <SEP> ebenfalls <SEP> aus <SEP> nichtalkalischem
<tb> Glas <SEP> hergestellt <SEP> sein <SEP> können.
<tb> Ein <SEP> geeignete; <SEP> Panzerkabel <SEP> zeigt;
<SEP> auch
<tb> die <SEP> Fig. <SEP> 14. <SEP> Bei <SEP> dieser <SEP> sind <SEP> ein <SEP> oder <SEP> mehrere
<tb> Leiter <SEP> 78 <SEP> mit <SEP> je <SEP> einer <SEP> Hülle <SEP> aus <SEP> spiralig <SEP> ge wundenem <SEP> Cambric <SEP> oder <SEP> Band <SEP> 79 <SEP> aus <SEP> ge webten <SEP> niehtalkalisehen <SEP> Glasfasern <SEP> gcmäl3
<tb> der <SEP> Erfindung <SEP> versehen. <SEP> Darüber <SEP> befindet
<tb> sieh <SEP> ein <SEP> gewebter <SEP> oder <SEP> geflochtener <SEP> Sehlauch
<tb> 80 <SEP> aus <SEP> entsprechenden <SEP> Glasfasern, <SEP> und <SEP> tim
<tb> diesen <SEP> kann <SEP> eine <SEP> weitere <SEP> Hülle <SEP> ans <SEP> spiralig
<tb> ge-,Viekeltem <SEP> Glasfaserband <SEP> 81. <SEP> vorgesehen
<tb> sein.
<SEP> Um <SEP> die <SEP> einzelnen <SEP> Leitungen <SEP> zusammen
<tb> in <SEP> eine <SEP> runde <SEP> Quersehnittsforin <SEP> ztt <SEP> bringen,
<tb> kann <SEP> man <SEP> auf <SEP> die <SEP> Bandwicklungen <SEP> 81 <SEP> Fül lungen <SEP> von <SEP> niehtalkalisehen <SEP> Glasfasern <SEP> in
<tb> geeigneter <SEP> Form <SEP> aufbringen. <SEP> Dann <SEP> kann
<tb> um <SEP> die <SEP> Leitungen <SEP> ein <SEP> weiteres <SEP> niehtalkali- sches Glasfaserband 82 gewickelt werden. Hierauf kann dann ein Geflecht aus Asbest oder Glasfasern folgen, welches einen weite ren Schutzmantel und eine zusätzliche Isolie rung bildet.
Zum Schluss ist eine mehr drähtige Wicklung aus Stahldrähten 84 als Panzer für das Kabel vorgesehen. Dieser kann auch noch, falls gewünscht, mit einem weiteren Gewebe bekleidet sein.
Fig. 15 zeigt ein zur Verlegung in Ge- l.,änileii geeignetes Kraftstromkabel. Es be- .stelit aus einem elektrischen Leiter 86 mit einer Isolierhülle aus erfiniItinbsgeinässern niebtalkalisahem Glasfasergarn 87 und einer weiteren Hülle 88 aus einem geflochtenen Schlauch oder dergl. von imprägnierten nichtalkalischen
Glasfasern.
Fig. 16 stellt ein Unterwasserkabel dar. Es besteht aus einer Mehrzahl von einzelnen Leitern 90, von denen jeder mit einer zur Isolierung dienenden Lage eines Bandes 91 aus nichtalkalischen Glasfasern gemäss der Erfindung umgeben ist. Die so isolierten Leiter 90 können durch Füllungen aus entsprechenden Glasfasern in Form von Bändern, Vorgarnen, Garnen, Matten 92 oder dergl. voneinander getrennt in bestimmten Abständen gehalten werden. Dann wird eine Wicklung 93 aus einem Glasfaserband an gebracht.
Das Band 93 ist zweckmässig mit Asphalt oder andern harzigen oder plasti schen Stoffen der oben erwähnten Art im- prägniert. Um das imprägnierte Band 93 kann ein Bleimantel 94 vorgesehen sein. Der Bleimantel 94 ist mit einer Wicklung 95 aus ,isphalt-iniprä,gniertem Garn versehen, wel- ehes eine Bettung für den darüber liegenden Panzer 96 bildet, welcher beispielsweise aus Stahldrähten besteht. Um diesen Panzer be findet sieh eine Aussenhülle aus schwerem Asphaltgarn 97.
Bei der Leitung nach Fig. 17 ist ein Lei ter 100 mit einer Isolierung 101 versehen, die aus einer Gruppe von nebeneinander ge wickelten Garnen 102 aus nichtalkalischen Glasfasern gemäss der Erfindung besteht. Um das Wickeln zu erleichtern, können auf gelegte Streifen aus Zellulosefolien, Papier oder dergl. verwendet werden. Um die Schlüpfrigkeit zu verringern, kann man während des Wickelvorganges einen Überzug von Paraffin oder einer andern halbplasti schen Substanz aufbringen. Durch das gleich zeitige Wickeln einer Mehrzahl paralleler Garne um den Leiter 100 kann die @Vickel- arbeit stark verkürzt werden.
Diese Isolie- rungsart eignet sich insbesondere für Magnet drähte. Auch hier kann die Isolierung wie oben angegeben imprägniert werden.
Die erfindungsgemässen Glasfasern sind auch geeignet für ölgefüllte Hochspannungs kabel. In das<B>01</B> kann man Glasfasern ein bringen, um die gewünschte dielektrische Festigkeit zu erzielen. Auf diese Weise lassen sich Spannungen von 180 000 Volt ohne Schwierigkeit übertragen.
Glass fiber. The invention relates to a glass fiber made of non-alkaline glass, which melts easily and is easy to process and delivers products that are resistant to high temperatures, the effects of moisture and chemicals and have a high electrical resistance.
The term "non-alkaline" glass used in the context of the invention is intended to include not only alkali-free but also, if appropriate, low-alkali glass.
According to the invention, the fiber consists of a glass which contains 10-43% alkaline earth oxides, 7-307% aluminum oxide and 40 to <B> 67% </B> silicon oxide.
The usual glasses are made from a mixture of alkalis, lime or other alkaline earths and silicates. The compositions have emerged over the course of time through calculations and experience and are based in part on the intended use of the objects to be manufactured from them and the costs that may be incurred for this. These glasses have proven and proven to be satisfactory for a large number of uses.
However, if a high degree of durability is important, then these ordinary glasses are unsuitable. This is e.g. B. the case when fibers for insulation and textile purposes are to be made from the glass. Such fibers have an exceptionally large specific surface. The alkali lying on or near the surface of the glass makes the surface hygroscopic. Water absorbed from the atmosphere dissolves the alkali and the resulting solution attacks the silicate and initiates a process that leads to the destruction of the fiber. When used for electrical insulation purposes, the presence of alkali creates the risk that the glass itself becomes conductive, especially at higher temperatures.
The soluble alkali on the hygroscopic surface also allows ion conduction to enter. With glass in fiber form, the effect of the universal is particularly harmful because the surface of the fibers is very large in relation to their mass.
By omitting the alkali from the glass, there is a significant improvement in terms of durability and electrical resistance, but this is extremely difficult to carry out. Non-alkaline glasses, in which the alkali has been set, for example by alkaline earths, are generally extremely temperature-resistant, even with strong fluxes such as calcium fluoride. Although they can be melted, the speed with which the solution of the raw mixture proceeds is so slow,
that an excessive amount of time and high temperatures are necessary for economical processing. In addition, such glasses do not have the usual physical stability of alkali glasses and easily revert to the crystalline state. The glasses in question also only have a narrow tem peraturspanue, within which they are used for shaping, e.g.
B. for drawing fibers, have a suitable viscosity. Since the processing range is narrower and tends to be at temperatures at which heat loss occurs at high speed, it is difficult to carry out the manufacture of such a glass without considerable changes in equipment and operation. . Non-alkaline glasses are extremely: critical with regard to the permissible limits within which the individual components can be selected.
Even small changes in the composition formula produce significant changes in the glass.
The non-alkaline glasses used according to the invention for the production of the fibers can be easily melted within a relatively short time, for example the time usually required for alkaline glasses. The composition of the glass is such that it successfully withstands devitrification; H. has a high viscosity and is only sluggishly moved in the molten state. In the case of the new glass, there is also no excessive formation of scales during melting.
The glass is also easy to work with, i. left it has a sufficiently extended viscosity curve to be able to manufacture usable products from it. The glass is also not in terms of its viscosity and temperature curve. too critical to be able to adequately control and influence the working conditions. The non-alkaline glass can also be made clear and glossy instead of colored or black.
In particular, those compositions of the non-alkaline glass which have been found to be in a critical eutectic range are suitable for the glass fibers. Alkali fluxes can be avoided without sacrificing the necessary processing properties, and the particularly desirable properties of durability and high electrical resistance can still be achieved. As an alternative, fluxes can be added to the basic mixture without changing the behavior of the constituents of the basic mixture in relation to one another.
The basic mixture of the glass consists of alkaline earth oxides, aluminum oxide and silicon oxide. If these components are taken in the compositions provided according to the invention, the result is a glass which is particularly easy to shape. The mixture melts at moderate temperatures and is highly resistant to devitrification.
The basic mixture can be in an eutectic determined by the following limits within the range of the composition according to the invention given at the outset: Ca0 16 to 30 Mg0 7 to 1% A1203 17 to 7 Si Si0-> 67 to 53% in such Mixture, the following narrower limits are to be preferred:
Ca0 18 to 28 Mg0 7 to 1 A1 ;; 03 17 to 9'0 SiO2 65 to 55% The easiest mixture to melt has approximately the following composition: Ca0 27 Mg0 4 A120 9 Si02 60 From the above is. it can be seen that the predominant eutectic is not in the middle of the stated quantity ranges, but rather near the upper limit of the amount of lime and the lower limit of the aluminum oxide. Such a glass is best for making cheap products such as B.
Glass wool, suitable. If you choose the upper limit of the added amount of aluminum oxide, there are other properties you want, e.g. B. better viscosity curves, and such glasses are best suited for the production of textile fibers ge.
Some basic examples of glass compositions according to the invention are:
EMI0003.0021
1. <SEP> 2. <SEP> 3.
<tb> Ca0 <SEP> 20.0% <SEP> 23.4 <SEP>% <SEP> 27.5
<tb> 11Ig0 <SEP> <B> 510% <SEP> 3.8% </B> <SEP> 4.1%
<tb> A1203 <SEP> <B> 15.0% <SEP> 12.5% </B> <SEP> 11.9
<tb> SiO ;; <SEP> <B> 60.0% <SEP> 60.3% <SEP> 56.5% </B> Glass No. 1 is particularly suitable for high-quality textile fibers. The glasses no. 2 and 3 can be used with advantage for the manufacture of fibers intended for insulation. The glass # 1 is. slightly harder to melt, but has the most desirable properties. Glass No. 3 is the easiest to melt.
In principle, however, all of these glasses are easy to melt and have a high resistance to devitrification.
In practice it has been shown that it is sometimes desirable to change the basic mix by adding fluxes in quantities of up to about <B> 10% </B>. However, the addition of flux does not interfere with the mutual behavior of the components of the basic mixture. They only act as auxiliaries, which facilitate the melting and processing of the glass.
Examples of such auxiliary fluxes are B203, CaF2, P20zi, or optionally a small amount of alkali such as Na-20, K20 or lithium oxide. The addition of lithium oxide can in some cases increase by up to 5%.
These fluxes have the effect of increasing the viscosity range and / or lowering the melting temperature, shortening the time required for melting and lowering the softening point. By using the flux, the properties of the basic mixture can be regulated for a large number of products in adaptation to the conditions caused by operation and economic efficiency.
Some examples of glasses with additives of auxiliary fluxes are:
EMI0003.0042
1. <SEP> 2. <SEP> 3. <SEP> 4. <SEP> 5.
<tb> Ca0 <SEP> <B> 18.0% <SEP> 16.0% </B> <SEP> 20.4% <SEP> <B> 19.3% </B> <SEP> 24 ,8th
<tb> Mg0 <SEP> 4.5% <SEP> 4.5% <SEP> 3.4% <SEP> <B> 3.5% </B> <SEP> 6.1
<tb> A1203 <SEP> <B> 15.0% <SEP> 15.0% <SEP> 10.0% <SEP> 10.5% </B> <SEP> 11.2%
<tb> SiO2 <SEP> <B> 53.0% <SEP> 53.0% </B> <SEP> 54.2% <SEP> 54.7% <SEP> <B> 51.5% < / B>
<tb> <I> B203 </I> <SEP> 9.5% <SEP> 9.5% <SEP> 9.0% <SEP> 6.9% <SEP> 4.0%
<tb> CaF2 <SEP> <B> 0.0% </B> <SEP> 2.0% <SEP> <B> 3.0% </B> <SEP> 2.0% <SEP> 0 , 0
<tb> <B> N </B> a2 <B> O <SEP> 0.0% <SEP> 0.0% <SEP> 0.0% <SEP> 3.1% </B> <SEP > 2.4 Softening temperatures: 845 'C, <B> 816' </B> C, 800 <B> 0 </B> C, 772 <B> 0 </B> C, 771 <B> 0 </ B> C.
The substances listed under the line can be viewed as auxiliary fluxes. Glasses no. 1 and 2 are particularly suitable for textile purposes. Glasses no. 3 and 4 are particularly suitable for insulating wool and the like. If a cheap product with high electrical resistance is to be produced, the sodium oxide in glasses 4 and 5 can be replaced with fluorspar.
The glasses listed have often been produced in barrel loads in day tubs without a temperature of 770 C being exceeded in a 24-hour shift. At lower temperatures and also with mixtures with a higher silicon oxide content, the absorption of the silicon oxide in the mixture is occasionally slower, but in this respect the desired results can be achieved by adding 1 or 2% fluorspar.
Sulphates also promote the dissolution of silicon oxide, but they tend to cover the glass with foam, which is often difficult to break. At the melting temperatures, there is no unusual attack on the refractory walls of the tank.
A mixture suitable for the production of glass fibers, for example for electrical insulation, which results in a glass with a relatively high softening point and a high dielectric value is:
EMI0004.0024
Alkali metal oxide <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 5 <SEP>% <SEP> (preferably <SEP> 0 <SEP>% <SEP>)
<tb> alkaline earth oxide <SEP> 10 <SEP> to <SEP> 40
<tb> aluminum oxide <SEP> 15 <SEP> to <SEP> 30 <SEP>%
<tb> silicon oxide <SEP> 40 <SEP> to <SEP> 65 In these compositions, 0 to 7% fluorine can also be used in place of some of the oxygen, i.e. H. some of the various metals can be present as fluorides instead of completely as oxides.
The alkali metals are only used to increase the degree of liquid or the melting properties, if absolutely necessary; but it is best not to use them at all. Other small additions, such as oxides of boron, tin, zirconium, bismuth, iron, etc., can also be made without noticeably changing the character of the glass. The additives can generally be up to 5%. As little or no iron as possible should be used because of its high effect as a flux and because it makes the glass brittle.
For example, as electrical insulation ments to be used glass fibers, the following glass compositions are ge suitable, for. B .:
EMI0004.0033
S'02 <SEP> 58
<tb> A1.03 <SEP> 12%
<tb> B, 03 <SEP> 53ö
<tb> Mg0 <SEP> 12
<tb> CaO <SEP> <B> 11.5% </B>
<tb> Li, 0 <SEP> <B> 0.5% </B>
<tb> Fluoride <SEP> as <SEP> CaF.1,0
<tb> SiO, <SEP> <B> 60% </B>
<tb> A1,03 <SEP> <B> 15% </B>
<tb> 111g0 <SEP> + <SEP> Ca0 <SEP> 10
<tb> Li, 0 <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Fluoride <SEP> as <SEP> CaF, <SEP> <B> 10% </B>
<tb> S'0, <SEP> 55.4%
<tb> A1.03 <SEP> 12.9%
<tb> Mg0 <SEP> <B> 12.9% </B>
<tb> Ca0 <SEP> <B> 9.9% </B>
<tb> B, 03 <SEP> 3.95
<tb> Fluoride <SEP> as <SEP> CaF, <SEP> 4,
95% The softening point of these glasses is higher than that of ordinary soda lime glasses, but the viscosity curve rises more sharply with them than with the latter, so that the liquid state at the processing temperatures is roughly the same.
Further suitable compositions, which are cheaper due to the lack of boron, are made up of: SiO2 50.9% Mg 0 11.8 Al: 0; 21.7% fluoride <B> 15.6% </B> SiO-, 52.4 Ca0 9.1 Mg0 12.1 A1.03 22.4 fluoride 4.0 The use of fluorides promotes the melting process and reduces the viscosity without affecting the chemical resistance of the fibers produced from such glasses.
Other glass compositions that provide fibers with the desired properties are:
EMI0005.0014
I <SEP> <B> il </B> <SEP> III
<tb> SiO, <SEP> 53.6 <SEP>% <SEP> <B> 50% <SEP> 60% </B>
<tb> r11,0; <SEP> 17.0% <SEP> <B> 25.0% </B> <SEP> 18.0%
<tb> Ca0 <SEP> l3.0% <SEP> 10.0% <SEP> 8.0%
<tb> 1X180 <SEP> <B> 13.0% <SEP> 10.0% <SEP> 8.0% </B>
<tb> B, 03 <SEP> 3.4% <SEP> <B> 0.0% </B> <SEP> 0.0
<tb> Well, 0 <SEP> <B> 0.0% </B> <SEP> 2.5% <SEP> 0.0
<tb> Be0 <SEP> <B> 0.0% <SEP> 2.5% </B> <SEP> 0.0
<tb> Ba0 <SEP> <B> 0.0% <SEP> 0.0% <SEP> 6.0% </B> As already mentioned, an essential property of the glasses according to the invention is their high electrical resistance.
This could be determined by comparative tests of insulating tapes made of fiber material, which were exposed to 90% moisture for 48 hours, washed in distilled water and subjected to the samples at 38.degree. The resistance in megohms of non-alkaline glass according to the invention is 410 megohms. The resistance of pure alkali glasses, on the other hand, is usually only 3.2 megohms and that of asbestos around 0.2 megohms.
The raw mix melts easily and is a little easier to work with than alkali glasses. The temperature range for pulling out the new glass is approximately between <B> 1100 </B> and 1300 C. Under normal conditions, devitrification is almost impossible.
For the production of fibers from the non-alkaline glasses, the various known processes, especially the blowing process, but also those working with mechanical exhaustion are suitable. It can be fibers of extremely fine diameter, z. B. between 0.0025 and 0.0075 mm, generate. The fibers can be used to produce slivers, mats, yarns, threads and woven, knitted or knitted goods. Such goods have a high electrical resistance and are highly resistant to moisture and chemical influences.
When fibers according to the invention are exposed to steam for 48 hours, a treatment which destroys fibers made of alkali glass, the former show no noticeable attack. If fibers of the non-alkaline glass are heated to <B> 300 '</B> C, their tensile strength increases by about 20%, while fibers made of alkali glass lose about the same percentage of tensile strength in this case.
The fibers made of non-alkaline glass can be used with particular advantage for elec tric insulation.
Further purposes and advantages of the inven tion emerge from the following description in conjunction with the attached drawings which illustrate various examples for electrical insulation made of non-alkaline glass fibers according to the invention.
In the drawings: FIG. 1 shows an electrical heating element which is particularly suitable for heating pads, FIG. 2 shows a diagrammatic view of a heating pad with insulated heating wires, FIG. 3 shows a high-voltage cable suspended from a trotting rope, FIG. 4 shows a. tubular glass bevel.r insulation.
1 shows an insulated electrical conductor, FIG. 6 shows an electrical line insulation of a different embodiment, FIG. 7 shows a further embodiment of an electrical conductor insulated with glass fibers, FIG. 8 shows a further embodiment of an electrically insulated conductor, FIG. 9 shows an electrically insulated Saininel rail ,
10 shows an electric motor with insulated electrical wires, FIG. 11 shows a flexible cable for telephone cords or the like, FIG. 12 shows a further embodiment of an electrically insulated cable, FIGS. 13 to 16 show various further embodiments of insulated cables and Fig. 17 shows an electrical conductor that is covered with a group of glass yarns.
The electrical heating element according to FIG. 1 consists of a core made of glass fiber yarn 20, for the manufacture of which non-alkaline glass of the compositions given above is used. has been. At this core, an electrical resistance wire 21 is spirally wound, so that it offers a large surface in a small space and is otherwise reliably held in its position.
Around the core 20 with heating wire 21, a sheath made of fiberglass cords 22 can be wrapped, although this is usually not necessary.
Such an electrical heating element is completely fire-safe and withstands high temperatures for a long time without charring and becoming brittle or causing a short circuit.
The electrical heating element according to FIG. 1 is suitable for use in heating pads according to FIG. In the latter, the heating element is designated by 23 and is laid like a snake inside the pillow. It can be interwoven with transverse glass yarns and held in place by them. The pillow has a suitable cover 24, which is expediently made of a fiberglass fabric, which withstands high temperatures and moisture for a long time.
According to FIG. 3, an electrical high-voltage cable 26 is provided with an insulating sheath 27, which consists of fibers according to the invention made of non-alkaline glass either in the form of a braided tube or a spiral winding full of glass yarns.
The casing is preferably impregnated with a suitable substance such as asphalt, glyptol resin, rubber, urea formaldehyde, phenol aldehyde, resins, vinylite or other plastic substances.
A rope 28 made of stranded glass yarns is provided to carry the cable. Such a rope is extremely strong, resistant to pain, heat and cold. It is not electrically conductive, so that it does not impair the full effect of the current-carrying cable 26. By means of suitable hanging links 29, the cable 26 can be suspended from all of the rope 28.
The insulating tube according to FIG. 4 consists of a woven or braided piece of yarn made from alkali-free glass fibers according to the invention. Such a hose can be produced in a known manner on a circular loom. With such a type of weave, the warp threads run in the longitudinal direction of the hose, so that it does not stretch and pull out of shape as easily as braided or knitted goods with spirally arranged yarns.
5, a conductor 21 is provided with a sheath of glass yarns 32 made of glass fibers according to the invention, which are spirally wound around the conductor. A hose 33 similar to the hose shown in FIG. 4 is applied to this Vicking. If the insulation of the conductor 31 is to be made waterproof, the hose 33 is impregnated with one of the substances listed above.
FIG. 6 shows a conductor 34 made up of a plurality of fully individual wires which are intended to carry large amounts of high voltage and therefore require a strong dielectric insulation. This can be formed by a ffl <B> 01 </B> always tied band 35 spirally wound around the conductor 34. To this shell another shell 36 is brought, which is made of a glass fiber strip be, the fibers of which consist of the specified non-alkaline glass. If necessary, a further sheath 37 can also be provided from a band of non-alkaline glass fibers.
The two bands are expediently spirally wound in opposite directions. The two glass fiber tapes 36 and 37 not only give the line the required dielectric strength, but also give the insulation the necessary protection and the necessary physical strength. The glass fiber insulation according to FIG. 7 BE consists of a layer of non-alkaline glass fibers 38, with which a conductor 39 is surrounded. The layer 38 is expediently impregnated with a suitable dielectric binder such as asphalt, paint, synthetic resin or the like.
Fibers of very great fineness are preferably used so that the wire can bend without the insulation moving away from the wire at the bending points.
According to FIG. 8, an electrical conductor 40 is surrounded by a layer of non-alkaline glass fibers 41 according to the invention which are looped together. The layer 41 can be made of rovings or slivers which cover the conductor 40. However, the layer can also be applied to the wire directly around the wire by a drum or a cone through which the wire passes during the generation of the fibers. The fiber layer 41 is surrounded by a sheath 42, which consists of a tape or lacquered cambric, which is wound spirally around the layer 41. The tape can be made of an impregnated fabric or an impregnated mat made of non-alkaline glass fibers or the like. Be.
According to FIG. 9, a busbar 45 is wrapped with a winding of half-overlapping Cambric strips made of impregnated non-alkaline glass fibers according to the invention. On the Cambric be there is a shell of a glass fiber tape 47, also wound with an overlap, for which non-alkaline glass fibers can also be used. The painted cambric forms the primary insulation required for the high voltages that go through the busbar.
The layer of fiberglass tape 47 acts primarily as physical protection and also forms additional insulation for the busbar.
Fig. 10 shows a motor in which non-alkaline glass fibers according to the invention are to be used to insulate the lines. It consists of the housing 50 with a field winding 51 and the armature 52 seated on the shaft 53 with the windings 54. Both the armature and the field windings can be made of wires, which are made of non-alkaline glass fibers in tape, stranded or cambric form can be isolated. Impregnated layers of appropriate glass fibers in mat or woven form can be provided between the commutator segments 55.
The element shown in Fig. 11 is especially designed for flexible cables such as telephone cords. It consists of a core 57 made of strands or yarns made of non-alkaline glass fibers according to the invention, around which several individual lines 58 are wound. Each of these lines consists of a core made of a glass fiber strand or a glass fiber yarn 59, around which a copper wire 60 is spirally wound. This copper wire forms a hose that surrounds the core and is very flexible and resistant to wear.
A sheath made of insulating material 61 can be provided around the whole as insulation and as physical protection for the wires. A multiple
EMI0008.0001
number <SEP> of these <SEP> elements <SEP> can <SEP> next to each other <SEP> in
<tb> a <SEP> suitable <SEP> casing <SEP> arranged
<tb> be.
<tb> According to <SEP> Fig. <SEP> 12 <SEP>, <SEP> several <SEP> conductors <SEP> 65 <SEP> are in
<tb> non-alkaline <SEP> Crlas fibers <SEP> according to <SEP> of the <SEP> invention <SEP> in <SEP> form <SEP> of <SEP> strands, <SEP> roving,
<tb> sheets <SEP> or <SEP> ribbons <SEP> 66 <SEP> embedded, <SEP> die
<tb> serve for <SEP>. <SEP> split the <SEP> ladder <SEP> apart
Isolate <tb> and <SEP> from one another <SEP> zti <SEP>.
<SEP> To <SEP> the <SEP> glass fiber compound <SEP> 66 <SEP> can <SEP> a <SEP> y @ "wrapping <SEP> atis
<tb> a <SEP> tape <SEP> or <SEP> laekiertetn <SEP> Cambrie <SEP> 67 <SEP> intended <SEP>, <SEP> welrlie <SEP> the <SEP> material <SEP> die <SEP> necessary
<tb> Strength <SEP> gives <SEP> and <SEP> the same <SEP> holds together.
<tb> The <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 7.3 <SEP> shown <SEP> cable <SEP> exists
<tb> from <SEP> several <SEP> <SEP> conductors stranded together <SEP>
<tb> 70 <SEP> and <SEP> a <SEP> filler <SEP> on the <SEP> according to the invention <SEP> non-alkali see <SEP> glass fibers <SEP> 71, <SEP> before <SEP> the <SEP> Fill in the spaces <SEP> between <SEP> the <SEP> ladders <SEP>.
<SEP> To <SEP> the <SEP> conductor <SEP> 70 <SEP> is <SEP> as <SEP> insulation
<tb> a <SEP> tape <SEP> or <SEP> canibial strip <SEP> 72 <SEP> made of <SEP> non-alkaline <SEP> glass fibers <SEP> provided. <SEP> To <SEP> this
<tb> is <SEP> see <SEP> a <SEP> winding <SEP> from <SEP> corresponds to the <SEP> glass fiber yarns <SEP> 73, <SEP> which:
<SEP> with <SEP> a
<tb> suitable <SEP> means <SEP> such as <SEP> asphalt, <SEP> rubber,
<tb> Resin <SEP> or <SEP> the like <SEP> is soaked <SEP>. <SEP> To
<tb> Strengthening <SEP> and <SEP> armoring <SEP> of the <SEP> cable <SEP> can
<tb> a <SEP> cover <SEP> aua <SEP> a <SEP> steel <SEP> or <SEP> other
<tb> Metal band <SEP> 74 <SEP> provided <SEP>. <SEP> Vher <SEP> this
<tb> can <SEP>, <SEP> then <SEP> or <SEP> a <SEP> jacket <SEP> made of <SEP> braided <SEP> or <SEP> woven <SEP> (1l <SEP> is yarn Attach <SEP> 75 <SEP>, <SEP> the <SEP> also <SEP> from <SEP> non-alkaline
<tb> glass <SEP> manufactured <SEP> can be <SEP>.
<tb> A <SEP> suitable; <SEP> shows armored cable <SEP>;
<SEP> too
<tb> the <SEP> Fig. <SEP> 14. <SEP> With <SEP> this <SEP> are <SEP> one <SEP> or <SEP> several
<tb> Head <SEP> 78 <SEP> with <SEP> each <SEP> a <SEP> cover <SEP> made of <SEP> spiral <SEP> wound <SEP> Cambric <SEP> or <SEP> tape < SEP> 79 <SEP> made of <SEP> woven <SEP> low-alkali see <SEP> glass fibers <SEP> gcmäl3
<tb> of the <SEP> invention <SEP> provided. <SEP> Above <SEP> is located
<tb> see <SEP> a <SEP> woven <SEP> or <SEP> braided <SEP> tube
<tb> 80 <SEP> made of <SEP> corresponding <SEP> glass fibers, <SEP> and <SEP> tim
<tb> this <SEP> can <SEP> a <SEP> further <SEP> cover <SEP> on the <SEP> spiral
<tb> gekeltem <SEP> glass fiber tape <SEP> 81. <SEP> provided
<tb> be.
<SEP> To <SEP> the <SEP> individual <SEP> lines <SEP> together
<tb> bring a <SEP> round <SEP> cross section forin <SEP> ztt <SEP> into <SEP>,
<tb> <SEP> you can <SEP> on <SEP> the <SEP> tape windings <SEP> 81 <SEP> fillings <SEP> of <SEP> non-alkaline <SEP> glass fibers <SEP> in
Apply <tb> suitable <SEP> form <SEP>. <SEP> Then <SEP> can
<tb> around <SEP> the <SEP> lines <SEP> an <SEP> further <SEP> non-alkaline glass fiber tape 82 must be wound. This can then be followed by a mesh made of asbestos or glass fibers, which forms a wide protective sheath and additional insulation.
Finally, a more stranded winding of steel wires 84 is provided as armor for the cable. This can also be covered with another fabric, if desired.
FIG. 15 shows a power cable suitable for laying in Gelderland, Germany. It consists of an electrical conductor 86 with an insulating sheath made of inventively non-alkaline glass fiber yarn 87 and a further sheath 88 made of a braided hose or the like of impregnated, non-alkaline
Fiberglass.
16 shows an underwater cable. It consists of a plurality of individual conductors 90, each of which is surrounded by a layer of a tape 91 made of non-alkaline glass fibers according to the invention for insulation. The conductors 90 insulated in this way can be kept separated from one another at certain intervals by means of fillings made of corresponding glass fibers in the form of tapes, rovings, yarns, mats 92 or the like. Then a winding 93 made of fiberglass tape is attached.
The belt 93 is expediently impregnated with asphalt or other resinous or plastic substances of the type mentioned above. A lead jacket 94 may be provided around the impregnated tape 93. The lead jacket 94 is provided with a winding 95 made of isphalt-inipreed, gnated yarn, which forms a bedding for the armor 96 lying above, which consists for example of steel wires. Around this tank there is an outer shell made of heavy asphalt yarn 97.
In the line according to FIG. 17, a Lei ter 100 is provided with an insulation 101 which consists of a group of yarns 102 made of non-alkaline glass fibers according to the invention, wound next to one another. To make winding easier, strips of cellulose film, paper or the like can be used. To reduce the slipperiness, you can apply a coating of paraffin or some other semi-plastic substance during the winding process. By wrapping a plurality of parallel yarns around the conductor 100 at the same time, the @ Vickel work can be greatly reduced.
This type of insulation is particularly suitable for magnet wires. Here, too, the insulation can be impregnated as indicated above.
The glass fibers according to the invention are also suitable for oil-filled high-voltage cables. Glass fibers can be inserted into the <B> 01 </B> in order to achieve the desired dielectric strength. In this way, voltages of 180,000 volts can be transmitted without difficulty.