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Die Erfindung betrifft einen Isolierschlauch zum mechanischen, thermischen und insbesondere zum elektrischen Isolieren von Leitungen.
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Die
DE 41 00 265 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Glasseiden-/Silikon-Isolierschlauchs. Dabei wird ein Glasseidenschlauch mittels einer Vorrichtung durch verschiedene Arbeitsstationen geführt. In einer Arbeitsstation wird der Glasseidenschlauch mit Silikon beschichtet.
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Die
FR 2 702 994 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eine Verbundstoffes und dessen Anwendungen, insbesondere die Herstellung von Verbundstoffen aus mehreren Schichten, die keine wechselseitige Affinität aufweisen. Um eine ausreichende mechanische Verbindung zwischen den verwendeten Materialien herzustellen, wird eine Zwischenschicht aus einer Polymerverbindung vorgeschlagen, die zwischen den zwei Polymerverbindungen, die keine gegenseitige Affinität aufweisen, angeordnet wird, wobei die Zwischenschicht zu beiden Polymerverbindungen eine chemische Affinität aufweist.
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Die
DE 7 043 678 U beschreibt einen druckfesten Isolierschlauch, der insbesondere für Starkstromkabelendverschlüsse geeignet ist und einen durch Gewebeeinlagen verstärkten Schlauchkörper aufweist, welcher von einem auf diesen aufgeschrumpften Material umgeben ist. Zwischen dem Schlauchkörper und dem Mantel ist wenigstens eine dichtende und/oder haftvermittelnde Schicht angebracht.
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Die
EP 1 484 172 A1 betrifft einen Schlauch aus einer Sperrschicht aus einem thermoplastischen Fluorpolymer und einer an die Sperrschicht angrenzenden Kautschukschicht, die aus einem Elastomer aus Fluorkohlenstoffkautschuk, mindestens einem Säureaktzeptor, mindestens einem Diamin-Härter und mindestens einem Hydrotalkrit und/oder Trikalziumaluminathexahydrat besteht.
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Bekannte Isolierschläuche für elektrische Anlagen bestehen aus einem Glasseidenschlauch, der mit Polyurethan beschichtet ist. Zum Verbessern der mechanischen Festigkeit und elektrischen Isolierung wird auf der Polyurethanbeschichtung durch ein Tauchbad aus Tränkharz eine Harzschicht ausgebildet. So wird zum Beispiel die Phasenwicklung von elektrischen Anlagen, wie Elektromotoren oder Generatoren, mit derartigen Isolierschläuchen umgeben und die so isolierte Wicklung in einem Tauchbad mit dem Tränkharz versehen.
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Alternativ zur Polyurethanbeschichtung kann auf dem Glasseidenschlauch eine Silikonschicht ausgebildet werden, die eine hohe Durchschlagsfestigkeit und Temperaturbeständigkeit sicherstellt. Ein Nachteil einer Silikonbeschichtung ist jedoch, dass der Isolierschlauch nicht wie bei der Beschichtung mit Polyurethan in einem Harzbad angeordnet werden kann, da das Harz flüchtige Bestandteile aus dem Silikon lösen würde und dadurch das Harzbad und eventuell auch die Silikonschicht in ihren Eigenschaften negativ beeinflusst werden.
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Ein in dem Isolierschlauch angeordneter elektrischer Leiter, wie zum Beispiel ein Leiter einer Phasenwicklung, muss sowohl zur Vermeidung eines elektrischen Durchschlags als auch mechanisch vor dem Eindringen von Flüssigkeiten geschützt werden. Auch eine thermische Isolierung ist nötig, da zum Beispiel Phasenleiter im Betrieb hohe Temperaturen entwickeln, denen der Isolierschlauch standhalten muss.
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Silikon ist hinsichtlich Durchschlagsfestigkeit und Temperaturbeständigkeit dem Polyurethan überlegen, jedoch kann auf der Silikonbeschichtung nicht direkt eine Harzschicht angeordnet werden. Beim Schutz vor Flüssigkeiten, wie Transformatorenöl oder Lösungsmitteln, bietet Polyurethan Vorteile. Weiter kann auf dem Polyurethan eine Harzschicht ausgebildet werden, die die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Isolierschlauchs weiter verbessern kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Isolierschlauch und ein entsprechendes Herstellungsverfahren bereitzustellen, wobei durch die Anordnung einer Barriereschicht Eigenschaften verschiedener Materialien, insbesondere von Materialien deren direkter Kontakt nicht erwünscht ist, kombiniert werden können. Ein erfindungsgemäßer Isolierschlauch soll kostengünstig und flexibel einsetzbar sein.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
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Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die bisher nicht mögliche Verwendung mehrerer bekannter Isolierungen durch geeignete Materialkombination zu realisieren, um so die Vorteile der verschiedenen Isolierungen kombinieren zu können. Insbesondere ist die Kombination einer Silikonschicht mit einer Harzschicht auf einem Glasfaserschlauch wünschenswert.
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Erfindungsgemäß wird auf einer schlauchförmigen Wärmeschutzschicht eine erste Isolationsschicht ausgebildet. Um die Anordnung einer zweiten Isolationsschicht zu ermöglichen, die zum Beispiel mit der ersten Isolationsschicht in nicht akzeptabler Weise chemisch reagieren würde, ist auf der ersten Isolationsschicht eine Barriereschicht angeordnet. Diese Barriereschicht ist im wesentlichen undurchlässig für Materialien aus den beiden Schichten, die auf den beiden Seiten der Barriereschicht angeordnet sind. Auf der Außenseite der Barriereschicht ist die entsprechende zweite Isolationsschicht ausgebildet. Vorzugsweise ist die Barriereschicht imprägniert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Barriereschicht durch mehrere Teilschichten gebildet.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schichten kann der Isolierschlauch abhängig von den angestrebten Isoliereigenschaften hergestellt und insbesondere in diesen Eigenschaften optimiert werden. Die Eigenschaften können insbesondere mittels der Materialwahl beziehungsweise der jeweiligen Schichtdicke bestimmt werden.
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Der erfindungsgemäße Isolierschlauch wird durchgehend mit der zweiten Isolationsschicht beschrieben, die jedoch eine optionale Schicht ist, wie auch in den unabhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; es zeigen:
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1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Isolierschlauchs,
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2 einen Isolierschlauch gemäß 1 mit einer zweiten Isolationsschicht und
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3 einen Isolierschlauch gemäß 2 mit einer aus mehreren Teilschichten bestehenden Barriereschicht.
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Der in 1 gezeigte Isolierschlauch unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Isolierschlauch lediglich dadurch, dass der in 2 gezeigte Isolierschlauch zusätzlich eine zweite Isolationsschicht 5 aufweist. Die folgende Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber deshalb gleich auf 2.
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Der Isolierschlauch weist eine schlauchförmige Wärmeschutzschicht 1 auf, die einen sich in Axialrichtung erstreckenden Hohlraum 4 bildet, in dem Leitungen, zum Beispiel elektrische Leitungen, angeordnet werden können. Die Wärmeschutzschicht 1 gewährleistet eine hohe Wärmebeständigkeit und hat vorzugsweise eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Auf der Außenseite der Wärmeschutzschicht 1 ist eine erste Isolationsschicht 2 ausgebildet, worauf eine Barriereschicht 3 angeordnet ist. Auf der Barriereschicht 3 ist vorzugsweise eine zweite Isolationsschicht 5 ausgebildet.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung, insbesondere der Barriereschicht 3, ist es möglich, die Eigenschaften verschiedener Materialien in der ersten Isolationsschicht 2 und der zweiten Isolationsschicht 5 zu kombinieren, auch wenn diese nicht kompatible Materialien enthalten und daher nicht in direkten Kontakt kommen sollen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Isolationsschicht 2 Silikon, beispielsweise HTV (high temperature silicone rubber) oder LSR (liquid silicone rubber), und die zweite Isolationsschicht 5 ein Harz, insbesondere ein Tränkharz, auf. Dies ist vorteilhaft, da durch die Einstellung der Dicke der Silikonschicht die elektrische Durchschlagsfestigkeit festgelegt werden kann und die Harzschicht die elektrischen und mechanischen Eigenschaften weiter verbessert.
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Um einen direkten Kontakt der beiden Isolationsschichten 2 und 5 zu vermeiden, wird erfindungsgemäß dazwischen eine Barriereschicht 3 angeordnet. Die Barriereschicht 3 ist deshalb vorzugsweise so ausgebildet, dass sie für die Materialien der Isolationsschichten 2 und 5 eine im wesentlichen undurchlässige Barriere darstellt und so zum Beispiel flüchtige Bestandteile der ersten Isolationsschicht 2 mit der zweiten Isolationsschicht 5 nicht in Kontakt kommen. Zur Verbesserung der Eigenschaften der Barriereschicht 3 wird diese vorzugsweise imprägniert. Das Imprägniermittel wird abhängig von den verwendeten Materialien der ersten Isolationsschicht 2 und der zweiten Isolationsschicht 5 gewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Barriereschicht 3 mit Polyurethan, Acryl oder einem für Tränkharze geeignetem Mittel imprägniert.
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Eine als Harzschicht ausgeführte zweite Isolationsschicht kann die Durchschlagsfestigkeit und die mechanische Beständigkeit des Isolierschlauchs weiter verbessern. Vorzugsweise gewährleistet zumindest die zweite Isolationsschicht eine gute Beständigkeit gegen Transformatorenöl sowie verschiedene Lösungsmittel, wie zum Beispiel Styrol, Xylol, Ethanol oder Trichlorethan.
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Vorzugsweise sind die Wärmeschutzschicht 1 und/oder die Barriereschicht 3 ein Gewirke, wie aus der Textilindustrie bekannt, aus mindestens einem Material. Ein solches Gewirke kann ein Geflecht bzw. Gestrick bzw. Gewebe aus Fasern sein. Besonders bevorzugt weisen die Wärmeschutzschicht 1 und/oder die Barriereschicht 3 Glasseide und/oder Aramid auf. Die zumindest teilweise Verwendung von Glasseide ist vorteilhaft, da wegen der hohen Temperaturbeständigkeit auch bei Überhitzung keine Kohlenstoffreste verbleiben und eine Verglasung einsetzt, wodurch ein isolierender Glasstab mit Kieselsäure entsteht, der eine Notisolierung bildet.
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Die erste Isolationsschicht 2 ist vorzugsweise, zum Beispiel mittels eines Klebers, auf der Wärmeschutzschicht 1 fixiert. Die Barriereschicht 3 ist vorzugsweise auf der ersten Isolationsschicht 2 nicht fest angeordnet. Unter einer nicht festen Anordnung wird dabei verstanden, dass die Barriereschicht 3 gegenüber der ersten Isolationsschicht 2 in Schlauchlängsrichtung verschiebbar bzw. um die Schlauchachse rotierbar ist, um zum Beispiel die Flexibilität des Schlauches zu erhöhen.
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Besonders bevorzugt ist die erste Isolationsschicht 2, beispielsweise mittels eines Additivs, hitzestabilisiert. Die erste Isolationsschicht 2 kann vorzugsweise Einsatztemperaturen von 150°C bis 500°C standhalten. Die Isolationsschicht 2 weist vorzugsweise Silikon auf, da Silikon sowohl eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit als auch eine hohe Temperaturbeständigkeit gewährleistet. Die Schichtdicke der Isolationsschicht 2 ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 mm bis 5 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 3 mm und besonders bevorzugt 1 mm. Je dicker die Isolationsschicht 2 ausgebildet ist, desto höher ist die elektrische Durchschlagsfestigkeit des gesamten Isolierschlauchs.
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Auch die nicht direkt zur Isolierung gedachten Schichten haben vorzugsweise elektrisch, mechanisch und thermisch isolierende Eigenschaften, um eine möglichst gute Gesamtisolierung zu erreichen.
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Gemäß der vorhergehenden Beschreibung der Ausführungsform nach 1 und 2 besteht die Barriereschicht 3 vorzugsweise aus einer Materialschicht, die vorzugsweise imprägnierten ist, zum Beispiel aus einem imprägnierten Glasseidenschlauch.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann, wie in 3 dar gestellt, die Barriereschicht 3 aus mehreren Barriereteilschichten 31, 32 gebildet werden, die zusammen einen zur Barriereschicht 3 der ersten Ausführungsform im wesentlichen gleichen Effekt erzielen. Zum Beispiel kann eine Teilschicht 31 aus einem Glasseidenschlauch und die auf diesem außen aufgebrachte Teilschicht 32 aus Polyurethan beziehungsweise Acryl bestehen.
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Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Isolierschlauchs wird der Isolierschlauch zum Ausbilden der zweiten Isolationsschicht in einem Bad mit Tränkharz angeordnet bzw. durchgezogen. Hier kann an den Schnittkanten des Isolierschlauchs das Silikon mit dem Tränkharz in Kontakt kommen, was aber aufgrund der geringen Oberfläche des Silikons an der Schnittkante keine wesentliche nachteilige Auswirkung auf das Tränkharz und den Isolierschlauch hat.
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Die folgenden Tabellen geben beispielhaft eine Übersicht der bevorzugten Materialien der verschiedenen Schichten für die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen. Die Materialien der verschiedenen Schichten können vorzugsweise beliebig miteinander kombiniert werden.
| Schicht | Nr. | Material |
| Wärmeschutzschicht | 1 | Glasseide |
| Erste Isolationsschicht | 2 | Silikon, z. B.
– HTV (high temperature silicone rubber)
– LSR (liquid silicone rubber) |
| Barriereschicht | 3 | Glasseide, vorzugsweise imprägniert mit Polyurethan und/oder Acryl |
| Zweite Isolationsschicht | 5 | Harz bzw. Tränkharz |
Tabelle 1: bevorzugte Materialien der verschiedenen Schichten gemäß einer ersten Ausführungsform
| Schicht | Nr. | Material |
| Wärmeschutzschicht | 1 | Glasseide |
| Erste Isolationsschicht | 2 | Silikon, z. B.
– HTV (high temperature silicone rubber)
– LSR (liquid silicone rubber) |
| Erste Barriereteilschicht | 31 | Glasseide |
| Zweite Barriereteilschicht | 32 | Polyurethan und/oder Acryl |
| Zweite Isolationsschicht | 5 | Harz bzw. Tränkharz |
Tabelle 2: bevorzugte Materialien der verschiedenen Schichten gemäß einer zweiten Ausführungsform
