Selbstklebendes Kautschukband und Verwendung des Bandes zum Herstellen einer elektrischen Isolation auf einem elektrischen Leiter Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein selbstklebendes Kautschukband und die Verwendung des Bandes zum Herstellen einer elektrischen Isola tion auf einem elektrischen Leiter.
Kautschukbänder aus organischem Kautschuk oder Silikonkautschuk sind wegen ihres Isolierver- mögens beliebte Isoliermaterialien. Sie werden ohne oder mit Klebepasten mit grossem Erfolg verwendet. Es wurde jedoch beobachtet, dass Hohlstellen, z. B. Lufteinschlüsse, in der Isolation das Isoliervermögen der verwendeten Materialien stark vermindern. Die ser Effekt tritt um so stärker in Erscheinung, je grösser die Ladung des elektrischen Leiters ist.
Die in diesen Hohlstellen eingeschlossene Luft wird durch das elektrische Feld erregt, so dass erstens die Luft moleküle die Wände der Hohlstellen im Innern der Isolation bombardieren und diese Wände im Laufe der Zeit in der Richtung des elektrischen Feldes all mählich erodieren und zweitens der Sauerstoff in Ozon übergeführt wird, der bekanntlich auf die meisten Kautschuke, insbesondere die organischen Kautschuke, zersetzend wirkt.
Hohlstellen in elektrischen Isolationen treten dort auf, wo zwei Lagen Isolierband aneinandergrenzen oder wo eine Lage Isolierband den elektrischen Leiter berührt. Wohl kann man behelfsmässig Klebstoffe ver wenden, um die verschiedenen möglichen Arten von Hohlstellen auszufüllen.
Die zu diesem Zweck bisher verwendeten Klebstoffe sind jedoch nicht genügend zuverlässig. Die erste Verbesserung auf dem Gebiete der elektrischen Isolierbänder war die Verwendung von Klebekautschukbändern. Diese Bänder bereiten jedoch bei der Manipulierung Schwierigkeiten, da sie nicht nur an sich selbst, sondern auch an den zu isolierenden Leitern und an den Händen des damit arbeitenden Personals kleben.
Eine weitere Verbesse rung auf dem Gebiete der Isolierbänder stellt das in der französischen Patentschrift Nr. 1204 897 beschrie bene selbstklebende Silikonkautschukband dar.
Selbstklebebänder, das heisst Bänder, die nur an sich .selbst kleben, vereinfachen das Aufbringen einer Kautschukisolation auf elektrischen Leitern. Ander seits muss man beim Aufbringen dieser Bänder eine grössere Sorgfalt walten lassen, damit möglichst wenig Luft zwischen den Schichten eingeschlossen wird, ins besondere wenn flache Bänder mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden. Es wurden ferner Bän der mit elliptischem oder linsenförmigem Querschnitt entwickelt.
Auch die mit solchen Bändern erzeugten Isolationen sind jedoch nicht völlig hohlstellenfrei.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaf fung einer Isolation auf einem elektrischen Leiter; bei welcher durch Verwendung von speziell pro filierten selbstklebenden Kautschukbändern hohl stellenfreie Isolationen erhalten werden.
Das erfindungsgemässe Kautschukband ist da durch gekennzeichnet, dass sein Querschnitt nicht mehr als vier gerade Seiten aufweist, von denen jede mit mindestens einer angrenzenden Seite einen spitzen Innenwinkel bildet.
Die erfindungsgemässe Verwendung des Bandes zum Herstellen einer elektrischen Isolation auf einem elektrischen Leiter besteht darin, dass man auf den Leiter das selbstklebende Kautschukband derart auf wickelt, dass die eine Kante der den Leiter berühren den Bandfläche im Querschnitt den Scheitel eines spitzen Innenwinkels und die andere Kante der ge nannten Bandfläche den Scheitel eines von 90 ver- ,schiedenen Winkels bildet,
wobei aufeinanderfolgende Windungen des Bandes sich gegenseitig dermassen überlappen, dass eine gleichmässige, hohlstellenfreie Isolation entsteht.
Es lassen sich leicht auch zwei oder mehrere Lagen von Bandwicklungen auf den Leiter aufbringen. Auch in diesem Fall wird eine einheitliche hohlstellenfreie Isolation erhalten.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Bandes nach der Erfindung und dessen Verwendung zum Herstellen einer elektrischen Isolation auf einem elektrischen Leiter anhand der beiliegenden Zeich nung erläutert, in welcher Fig. 1 ein isometrischer Querschnitt ist, der das Aufbringen eines Bandes mit dreieckigem Querschnitt auf ein Stück eines elektrischen Leiters veranschau licht, Fig. 2 ein isometrischer Querschnitt ist, der das Aufbringen eines Kautschukbandes mit parallelo- grammförmigem Querschnitt veranschaulicht,
Fig. 3 einen isometrischen Querschnitt eines Lei- terstückes darstellt, das mit einem Band von drei eckigem Querschnitt, der das Aufbringen von zwei Isolierschichten nötig macht, umhüllt ist, Fig.4 einen Querschnitt durch ein Band mit trapezoidalem Querschnitt, dessen Grundform ein Dreieck ist, darstellt, und Fig. 5 ein isomertischer Querschnitt ist,
der eine von den durch die Fig. 1 und 3 veranschaulichten Methoden verschiedene Methode zum Aufbringen eines Bandes von dreieckigem Querschnitt veran schaulicht.
Das in Fig. 1 gezeigte Selbstklebeband<B>11</B> wird in gespanntem Zustand auf einen Leiter 12 gewickelt. Die Leitkante 13 bildet im Bandquerschnitt den Scheitel eines spitzen Innenwinkels, während die auf die Leitkante folgende Kante 14 den Scheitel eines grossen stumpfen Winkels bildet. Das Band wird derart aufgewickelt, dass die auf die Leitkante fol gende Kante jeder Windung die Leitkante der vor angehenden Windung berührt. Das Aufwickeln kann durch farbiges Markieren der Kante 14 vereinfacht werden.
Dadurch, dass das Band in gespanntem Zu stand aufgewickelt wird, krümmt sich die Ober fläche der breitesten Seite 15 des Bandes, so dass jede Windung des Bandes sich eng an die vorange hende Windung anschmiegt und keine Hohlstellen entstehen. Die auf diese Weise gewickelte Isolation ist sehr regelmässig.
Bei der durch Fig. 2 veranschaulichten Arbeits weise, wird ein Band 16 mit parallelogrammförmigem Querschnitt auf einen elektrischen Leiter 12 aufge bracht. Auch in diesem Fall ist die Leitkante 13 im Querschnitt der Scheitel des spitzen Innenwinkels, während die auf die Leitkante folgende Kante 14 den Scheitel eines stumpfen Innenwinkels bildet. Die ein zelnen Windungen des Bandes werden derart aufge bracht, dass die nachfolgende Kante von aufeinander folgenden Windungen die Leitkante der vorangehen den Windung berührt. In diesem Fall ist keine Defor mation des Bandes erforderlich, um einen hohlstellen- freien Überzug zu erhalten. Die erhaltene Isolier schicht ist glatt und ebenmässig.
In Fig. 3 ist eine weitere Variante des Verfahrens zum Aufbringen von Isolierband auf einen elektri schen Leiter veranschaulicht. In dieser Figur ist das Isolierband mit 17 und der elektrische Leiter mit 12 bezeichnet. In diesem Fall sind jedoch die Leitkante 13 und die auf diese folgende Kante 14 Scheitel von spitzen Innenwinkeln. Auch hier werden die einzel nen Windungen derart aufgebracht, dass die auf die Leitkante folgende Kante die Leitkante der vorange henden Windung berührt. Nachdem eine vollständige Schicht aufgebracht worden ist, muss man das Band umkehren und das Aufwickeln wiederholen, um eine zweite Schicht 18 zu bilden, die die Zwischenräume zwischen den Windungen der ersten Schicht aus füllt.
Der der Basis des dreieckigen Querschnitts gegenüberliegende Winkel 19 kann ein spitzer, ein stumpfer oder ein rechter Winkel sein.
Fig. 4 zeigt einen trapezoidalen Bandquerschnitt. Ein Band dieser Art kann in der gleichen Weise wie das dreieckige Band gemäss Fig. 1 verwendet werden. Es ist dies darum möglich, weil die trapezoidale Form in Wirklichkeit nur eine gekürzte Form des dreieckigen Querschnitts des in Fig.l gezeigten Bandes 11 ist.
Bei der in Fig. 5 veranschaulichten Ausführungs- form der Verwendung des Bandes wird ein elektri scher Leiter 12 mit einem Band 11 von dreieckigem Querschnitt derart umwickelt, dass die breiteste Band seite 20 sowohl zur Erzielung der überlappungsver- bindung als auch zum Bedecken des elektrischen Leiters dient. Die chemische Zusammensetzung des Bandes stellt an sich keinen kritischen Faktor dar. Voraussetzung ist nur, dass das Band die Eigenschaft besitzt, an sich selber klebfähig, das heisst selbstklebend zu sein.
Im Fall von Silikonkautschukbändern kann man die Bän der dadurch selbstklebend machen, dass man ihnen bis zu 1 Gew.0lu Bor in Form von Borsäure oder von davon abgeleiteten organischen Boraten einverleibt.
Das Kautschukband kann unverstärkt oder durch eingebettetes Material, wie z. B. Glasgewebe oder ein anderes biegsames Verstärkungsmaterial, verstärkt sein. Nicht streckbare Verstärkungsmaterialien sind in jenen Fällen, in welchen das Band zweck Erzielung einer fehlerlosen und fugenfreien Isolierschicht defor miert werden muss, wie z. B. im Fall des in Fig. 1 gezeigten Bandes, unbrauchbar. Ein Gewebe oder ein anderes biegsames Verstärkungsmaterial kann auf der Oberfläche des Bandes aufgebracht werden, z. B.
auf den freiliegenden Teil der Bandseite 15 in Fig. 1 oder auf die nach aussen gekehrten Oberflächen bei den in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten Bändern. Solche Verstärkungsgewebe werden zweckmässigerweise .mit dem selbstklebenden Kautschukmaterial appretiert, um eine gute Bindung zu erzielen. Die auf den frei liegenden Oberflächen aufgebrachten Gewebe schüt zen die Isolierschicht gegen Abrieb und können ferner als Träger für weitere überzüge, z. B. lösungsmittel beständige überzöge, dienen.
Das Verstärkungsgewebe kann mit einem halb leitenden Stoff vorbehandelt werden, damit es die elektrische Beanspruchung der Isolieroberfläche her absetzt. Statt eines Gewebes kann man halbleitende Fäden oder Streifen in der Bandoberfläche einbetten, um elektrische Ladungen zu zerstreuen. Diese lei tenden Fäden oder Streifen können aus Silikonkau- tschuk, dem ein leitender Füllstoff, wie z. B. Gasruss, Zinnoxyd oder Metallpulver, einverleibt ist, bestehen.
Das Band kann markiert werden, indem das fer tige Band mit einem Streifen versehen oder verschie den pigmentierte Kautschuke miteinander strang- gepresst werden. Man kann beispielsweise durch Strangpressen an der Scheitelkante des in Fig. 5 ge zeigten Bandes von dreieckigem Querschnitt einen gefärbten Wulst erzeugen, um beim Aufwickeln ein genaues überlappen zu erzielen.
Ein solcher strang- gepresster Streifen kann halbleitend sein, um gleich zeitig die elektrische Belastung der Isolation herab zusetzen.
Das Band kann entweder von Hand oder maschi nell aufgebracht werden. Der isolierte Gegenstand weist einen gleichmässigen Querschnitt und eine glatte Aussenfläche auf.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass man mit einer einzigem Lage von Windungen auf einem elek trischen Leiter eine genügend dicke Isolierschicht erzielen kann. Es ist dies darum möglich, weil man dickere Bänder verwenden kann, als dies bisher üblich war.
Die Bandoberfläche, die beim Wickeln zur Er zeugung der Verbindung dient, muss möglichst wenig Verunreinigungen, z. B. Staub, aufweisen, da solche Verunreinigungen in der fertigen Isolation Durch schlagszentren bilden.
Die Wirkung von Verunrei- nigungen auf der Bandoberfläche kann dadurch her- abgesetzt werden, dass man die Breite der Grenzfläche zwischen den Windungen des Bandes vergrössert, so dass der potentielle Durchschlagsweg an den Fugen des Bandes so lang wird,' dass ein Durchschlag prak tisch verunmöglicht wird.
Das Isolierband kann auf einzelne Leiter oder eine Gruppe von Leitern aufgewickelt werden, wobei gegebenenfalls jeder einzelne Leiter getrennt umhüllt werden kann.
Als weitere Vorsichtsmassnahme kann man den frisch isolierten Leiter während kurzer Zeit der Ein wirkung eines Vakuums unterwerfen, um möglicher weise eingeschlossene Luft zu vertreiben. Der fertig isolierte Gegenstand kann bei Raumtemperatur oder durch Erhitzen ausgehärtet werden.
<I>Beispiel</I> Das in diesem Beispiel verwendete Selbstklebe- band wurde aus einem Kautschuk folgender Zusam- mensetzung hergestellt:
EMI0003.0048
Gew: <SEP> Teile
<tb> Mischpolymer <SEP> aus <SEP> 0,142 <SEP> Mol% <SEP> Methyl vinylsiloxan, <SEP> 7,5 <SEP> Mol9/o <SEP> Phenyhnethyl siloxan <SEP> und <SEP> 92,358 <SEP> Molo/o <SEP> Dimethyl siloxan;
<SEP> Plastizität <SEP> des <SEP> Mischpolymers:
<tb> 0,045-0,055 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 100
<tb> Siliziumdioxyd <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 55
<tb> Flüssiges <SEP> Dimethylpolysiloxan <SEP> mit <SEP> einer
<tb> Viskosität <SEP> von <SEP> 30 <SEP> Cp. <SEP> bei <SEP> 25 <SEP> C <SEP> und
<tb> einem <SEP> Gehaltvonmindestens <SEP> 3,1 <SEP> Gew.o/o
<tb> von <SEP> an <SEP> Silizium <SEP> gebundenen <SEP> Hydroxyl gruppen <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 14
<tb> Dimethylpolysiloxangummi <SEP> mit <SEP> einer
<tb> Plastizität <SEP> von <SEP> 0,060 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .. <SEP> 2
<tb> Eisenoxyd <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 2
<tb> Flüssiges <SEP> Dimethylpolysiloxan <SEP> mit <SEP> einer
<tb> Viskosität <SEP> von <SEP> etwa <SEP> 300 <SEP> Cp. <SEP> bei <SEP> 25 <SEP> C <SEP> 1,8
<tb> Dichlorbenzoylperoxyd <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,2
<tb> Triäthylborat <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,9
<tb> Äthylenglykol <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,2 Aus dieser Masse wurde durch Strangpressen ein Band hergestellt, das im Querschnitt die Form eines gleichzeitigen, stumpfwinkligen Dreiecks mit einer Basis von 38,1 mm und einer Höhe von 2,4 mm aufwies.
Dieses Band wurde auf Aluminiumstäbe von 6,35 X 19,05 mm aufgewickelt, um eine einschich- tige Lage von Windungen zu erhalten. Dabei wurde die breiteste Seite des Bandes dem Stab zugekehrt und das Wickeln derart durchgeführt, dass sich auf- einanderfolgende Windungen des Bandes um die Hälfte der Bandbreite überlappten.
Es entspricht dies der in Fig. 5 veranschaulichten Arbeitsweise. Die Aussenfläche der Isolierschicht war glatt und sehr ebenmässig.
Der eine der auf diese Weise umhüllten Alumi niumstäbe wurde kurzzeitig der Einwirkung eines Vakuums von 1 mm Hg unterworfen, um möglicher weise eingeschlossene Luft zu vertreiben. Dieser Stab A wurde während 6 bis 8 Stunden an der Luft bei Raumtemperatur stehen gelassen.
Nach dieser Behandlung hatten sich die Windungen des Bandes zu einer einheitlichen Masse verschmolzen. Ein ande- rer, in ähnlicher Weise isolierter Stab (B) wurde während 6-8 Stunden bei Raumtemperatur an der Luft stehen gelassen, um eine Verschmelzung der Windungen zu bewirken, und anschliessend während 50 Stunden bei 150 C erhitzt.
Die Isolationen wur den dann nach der nachstehend beschriebenen Prüf- methode auf ihre Durchschlagfestigkeit geprüft.
Der Prüfling wurde mit einem 50,8 mm breiten Stück Aluminiumfolie umwickelt und in Öl von 23 C eingetaucht, um das Überschlagen zu verhindern. Dann wurde zwischen dem isolierten Metallstab und der Folie ein elektrisches Potential erzeugt, das all- mählich erhöht wurde, bis ein am Stromdurchgang erkennbarer Durchschlag der Isolation erfolgte.
EMI0004.0001
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Isolation <SEP> Isolation <SEP> Durchschlags auf <SEP> Dicke <SEP> spannung <SEP> Volt/0,025 <SEP> mm
<tb> Metallstab <SEP> (mm) <SEP> (kV)
<tb> A <SEP> 1,880 <SEP> 19,4 <SEP> 262
<tb> A <SEP> <B>1</B>,880 <SEP> 22,2 <SEP> 300
<tb> B <SEP> 2,083 <SEP> 23,4 <SEP> 286
<tb> B <SEP> 2,083 <SEP> 22,8 <SEP> 278 Die Durchschlagstellen waren regellos verteilt. Bei der Untersuchung von Querschnitten der Isola tion wurden nach der Verschmelzung der Windungen des selbstklebenden Bandes keine Fugen und keine sichtbaren Hohlstellen festgestellt.
Zu Vergleichszwecken wurde aus dem gleichen Kautschukmaterial durch Strangpressen ein selbst klebendes Band mit recheckigem Querschnitt herge stellt. Dieses Band wies notgedrungen eine Dicke von nur 0,5 mm, auf, um die Grösse der Hohlräume, die sich beim Aufwickeln des Bandes auf einen stab- förmigen Leiter in Form von sich gegenseitig über lappenden Windungen bilden, zu reduzieren.
Alumi niumstäbe wurden mittels dieses Bandes mit vier Lagen Windungen umhüllt. Die auf diese Weise erhaltene Isolation, die eine unebene Oberfläche auf wies, wurde erhärten gelassen und dann auf ihre Durchschlagsfestigkeit geprüft. Die erzielten Ergeb nisse sind in der folgenden Tabelle zusammen gestellt.
EMI0004.0016
<I><U>Tabe</U>lle <SEP> 1I</I>
<tb> Isolation <SEP> Durchschlags Dicke <SEP> spannung <SEP> Volt/0,025 <SEP> mm
<tb> (mm) <SEP> (kV)
<tb> 1,829 <SEP> 17,0 <SEP> 236
<tb> <B>1</B>,803 <SEP> 19,1 <SEP> 269
<tb> 1,854 <SEP> 18,9 <SEP> 259 Da mit dem rechteckigen Band vier Lagen auf gebracht werden mussten, um eine Schichtdicke zu erzielen, die angenähert gleich derjenigen einer ein zigen Lage von Windungen eines dreieckigen Bandes war, wurde zum Aufbringen der Isolation 4mal mehr Zeit benötigt.
Somit wurde bei Anwendung des erfin- dungsgemässen Isolierverfahrens ein gleichmässigerer Überzug in ? der Zeit erzeugt, wobei die Durch schlagsfestigkeit mindestens gleich derjenigen des mit dem rechteckigen Band erzeugten Überzuges war. Mit dem vorliegenden Verfahren können hohlstellen- freie Isolationen erhalten werden, was bisher weder mit Bändern von rechteckigem Querschnitt noch mit solchen von linsenförmigem Querschnitt möglich war.