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Isolierband für elektrische Leiter Bänder auf Grundlage von Organopolysiloxan-Elastomeren
besitzen bekanntlich isolierende Eigenschaften. Bei der Anwendung derartiger Bänder
können jedoch Hohlräume, -die beim Bewickeln der Leiter entstehen und Luft
eingeschlossen enthalten, zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Isoliereigenschaften
führen. Diese nachteilige Wirkung vergrößert sich naturgemäß mit zunehmender Spannung
des elektrischen Leiters. Die Luft in diesen Hohlräumen wird von dem vorhandenen
elektrischen Feld angeregt, so daß die Luftmoleküle gegen die Wände der Luftblasen
innerhalb der Isolierung prallen und diese Wände allmählich in Richtung des elektrischen
Feldes erodieren.
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Die Hohlräume in einer elektrischen Isolierung treten an den Stellen
auf, an denen zwei Bandschichten aufeinatidertreffen oder an denen eine Bandschicht
den elektrischen Leiter berührt. Während die bisher benutzten Klebemittel zwar dazu
dienten, die verschiedenen Arten der auftretenden Hohlräume zu füllen, waren sie
nicht genügend kontrollierbar, um zuverlässig zu sein. Somit stellte die erste Verbesserung
in Verbindung mit elektrischen Isolierbändern die Verwendung eines klebenden Organopolysiloxan-Elastomeren
dar. Dieses ist jedoch schwer zu handhaben, da es an sich selbst, an dem elektrischen
Leiter und an der damit arbeitenden Person in stets gleichen Maße klebt. Eine beträchtliche
Verbesserung stellt daher ein selbstklebendes Band aus Organopolysiloxan-Elastomeren
dar, wie es an anderer Stelle vorgeschlagen ist.
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Der Ausdruck »selbstklebend« bedeutet, daß das Elastomere an sich
selbst, nicht aber an anderen Stoffen, wie Metall oder Keramik, klebt. Weiterhin
bedeutet er, daß die Klebeflächen des Streifens ineinanderzufließen suchen, so daß
die Grenzen zwischen aufeinanderfoIgenden Schichten praktisch verschwinden.
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Diese selbstklebenden Bänder erleichtern zwar Isolierungen bei elektrischen
Leitern unter Anwendung von Organopolysiloxan-Elastomeren im Hinblick auf ihre vorteilhaften
Klebeigenschaften; sie er= fordern aber gleichzeitig größere Sorgfalt beim Bewickeln,
um die Menge an eingeschlossener Luft möglichst gering zu halten, wenn sie in Form
der bekannten flachen, rechtwinkligen Streifen aufgebracht werden. Auch ihre Anwendung
in elliptischer oder linsenförmiger Gestalt, wie sie für Gewebebänder bekannt ist,
liefert keine von Hohlräumen freie Isolierung, da durch die bei dieser Form erforderliche
beträchtliche Verwindung des Bandes während der Bewicklung äußerst leicht Luft eingeschlossen
wird. Die Erfindung betrifft daher ein Isolierband für elektrische Leiter aus selbstklebenden
Organopolysiloxan-Elastomeren, insbesondere solchen, die bis zu 1 Gewichtsprozent
Bor in Form von Borsäure oder eines beliebigen, davon abgeleiteten organischen Borats
enthalten, das um den Leiter so gewickelt werden kann, daß sich die aufeinanderfolgenden
Windungen ohne Bildung von Hohlräumen überlappen oder daß zwei Schichten des Bandes
ohne Schwierigkeit aufgebracht werden können, wobei in beiden Fällen eine einheitliche,
von Hohlräumen freie Isolierung erhalten wird.
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Das Isolierband aus selbstklebenden Organopolysiloxan-Elastomeren
ist erfindungsgemäß durch drei oder vier ebene Flächen begrenzt, von denen jede
einen spitzen Innenwinkel mit mindestens einer anstoßenden Fläche bildet, und zwar
auf solche Weise, daß der Führungsrand der dem Leiter zugekehrten Bandseite der
Scheitel eines spitzen Innenwinkels und der darauffolgende Rand dieser Bandfläche
der Scheitel eines stumpfen oder spitzen Winkels ist.
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Der, Bandquerschnitt hat somit innerhalb der angegebenen Grenzen die
Form eines Parallelogramms, wie sie neben anderen Formen für Isolierbänder aus Papier
oder ähnlichen dünnen Stoffen bereits bekannt war, oder eines Trapezoids oder eines
Dreiecks. Vorzugsweise beträgt der Winkel am Führungsrand des Bandes weniger als
35°. Wenn man das Band somit um einen elektrischen Leiter wickelt, kann ohne Schwierigkeit
eine Überlagerung der einzelnen Bandlagen
erreicht werden. Diese
Überlagerung kann mittels einer Schicht oder durch zwei aufeinanderfolgende Schichten
zustande kommen. Ist der Innenwinkel des folgenden Bandrandes jeweils spitz, so
kann die entstehende Isolierschicht eine fortlaufende Überlagerung aufweisen oder
kann so beschaffen sein, daß eine darauffolgende, umgekehrt aufgebrachte Isolierschicht
sich genau in die Einbuchtunaen der ersten Isolierschicht einfügt.
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Das Isolierband der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen deutlicher
veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt einen isometrischen Querschnitt der Anwendung eines dreieckförrriigen
Bandes auf einem elektrischen Leiter; Fig.2 zeigt einen isometrischen Querschnitt
der Anwendung eines selbstklebenden Organopolysiloxan-Elastomer-Bandes mit der Querschnittsform
eines Parallelogramms; Fig. 3 zeigt einen isometrischen Querschnitt eines Abschnittes
eines elektrischen Leiters, der mit einem Band von anderer Dreieckform umwickelt
wird, wobei eine doppelte Isolierschicht erforderlich ist; Fig. 4 stellt ein Beispiel
eines geeigneten trapezoidförmigen Bandes dar, welches eine Modifizierung eines
dreieckigen Bandes ist; Fig. 5 schließlich zeigt mitels eines isometrischen Querschnitts
ein anderes"Verfahren zum Aufbringen eines dreieckförmigen Bandes auf einen elektrischen
Leiter; dieses Verfahren unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 und 3.
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In Fig. 1 wird ein selbstklebendes Band 11 unter Spannung um einen
Leiter 12 gewickelt. Der Führungsrand 13 des Bandes ist der Scheitel eines
spitzen Innenwinkels, während der folgende Rand 14 der Scheitel eines großen stumpfen
Winkeis ist. Jede Bandumdrehung wird so durchgeführt, daß der folgende Rand jeweils
den Führungsrand der vorhergehenden Windung berührt. Dies kann durch eine unterschiedliche
Farbe - des Randes 14 vereinfacht werden. Die Spannung auf dem Band dehnt
die breiteste Fläche 13 des Bandes so weit aus, daß eine geschwungene Fläche entsteht,
wodurch jede Windung des Bandes sich fest gegen die vorherige Windung anlehnt und
auf diese Weise alle Hohlräume vermieden werden. Die mit dieser Wicklungsart erhaltene
Isolierung ist sehr regelmäßig.
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In Fig. 2 wird ein Band lfi von parallelogrammförnügern Querschnitt
auf einen elektrischen Leiter 12 aufgebracht. Auch hier stellt der Führungsrand
13 den Scheitel eines spitzen Innenwinkels dar, während der darauffolgende Rand
14 dem Scheitel eines stumpfen Innenwinkels entspricht. Jede Windung des Bandes
erfolgt so, daß der darauffolgende Rand der nächsten Windungen sich mit dem Führungsrand
der vorhergehenden Windungen in einer Ebene befindet. In diesem Falle ist keine
Verformung des Bandes erforderlich, um zu einem von Hohlräumen freien Überzug zu
gelangen. Die erhaltene überzugsschicht ist glatt und gleichmäßig.
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Gemäß Fig. 3 wird ein Band 17 um einen elektrischen Leiter
12 gewickelt. Hierbei sind jedoch sowohl der Führungsrand 13 als auch der darauffolgende
Rand 14 Scheitel von spitzen Innenwinkeln. Auch hier wird jedoch jede Windung
so aufgebracht, daß der darauffolgende Rand in einer Ebene mit dem Führungsrand
der vorhergehenden Windung liegt. Nachdem eine vollständige Schicht aufgebracht
ist, ist es erforderlich, das Band umzukehren und den Vorgang zu wiederholen, wobei
eine zweite Schicht 18 entsteht, die sich in die Zwischenräume zwischen den Windungen
der ersten Schicht einfügt. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß der Winkel 19
gegenüber der Bandseite, welche dem Leiter zugekehrt ist, ein spitzer, stumpfer
oder rechter Winkel sein kann.
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In Fig. 4 ist ein trapezoidförmiges Band im Querschnitt dargestellt,
welches in gleicher Weise wie das dreieckige Band gemäß Fig. 1 verwendet werden
kann. Dies ist möglich, weil die trapezoide Form in Wirklichkeit nur eine Abkürzung
der dreieckigen Form des Bandes 11 in Fig. 1 darstellt.
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In Fig. 5 wird ein elektrischer Leiter 12 mit einem dreieckförmigen
Band 11 auf solche Weise umwickelt, daß die breiteste Bandfläche 20 sowohl einerseits
die festhaftende Überlagerung bildet als auch andererseits mit dem elektrischen
Leiter in Kontakt kommt.
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Bei Organopolysiloxan-Elastomeren wird die. selbstklebende Eigenschaft
dadurch erzielt, daß man bis zu 1 Gewichtsprozent Bor in Form von Borsäure oder
eines beliebigen; davon abgeleiteten organischen Borats einverleibt.
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Das Band kann aus reinem Organopolysiloxan-Elastomeren bestehen oder
kann durch ein darin eingebettetes Material, wie Glasgewebe oder eine andere biegsame
Substanz, verstärkt sein. Jedes nicht dehnbare Verstärkungsmaterial kann jedoch
Nachteile mit sich bringen, wenn die Bandform z. B. derjenigen gemäß Fig. 1 entspricht,
bei der eine Dehnung (Formänderung) des Bandes erforderlich ist, um eine einwandfreie
Abdichtung zu erhalten. " Gewebe oder andere biegsame Verstärkungsmaterialien können
auch an der Außenseite des Bandes, d. h. beispielsweise dem nach außen gekehrten,
frei bleibenden 'Teil def Seite 15 in Fig. 1 oder nett Außenflächen in Fig. 2; 3
und 4 entsprechend Fläche 18
in Fig. 3, aufgebracht werden. Vorzugsweise sind
derartige Gewebe mit der selbstklebenden Organopoiysiloxan-Masse überzogen, damit
sie eine gute Haftfestigkeit aufweisen. Diese Gewebe auf den frei bleibenden Flächen
verleihen der Isolierung einen gewissen Schutz gegen Abnutzung und können als Untergrund
für weitere Überzüge, beispielsweise solche; die lösungsmittelbeständig sind, dienen.
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Das Verstärkungsgewebe kann mit einer halbleitenden Verbindung vorbehandelt
werden, so daß das behandelte Gewebe elektrische Spannungen auf der Isolationsoberfläche
auflöst. Wird kein Gewebe in das Band eingearbeitet, so können zur Ausgleichung
elektrischer Spannungen selbstverständlich ebenfalls Halbleitende Fäden oder Streifen
einverleibt werden. Diese leitenden Fäden oder Streifen können aus Organopolysiloxan-Elastomerem
bestehen, das einen leitenden Füllstoff, beispielsweise Gasruß, Zinnoxyd oder Metallpulver,
enthält.
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Das Band kann gekennzeichnet werden, indem man dem fertigen Produkt
einen Streifen zufügt oder indem man verschieden eingefärbte Organopolysiloxan-Elastomere
zusammen strangpreßt. Beispielsweise kann ein farbiges Stück am Scheitel des dreieckförmigen
Bandes gemäß Fig.5 mit eingepreßt werden, um eine genaue Überlagerung beim Wickeln
zu erleichtern. Ein derartiger mitgepreßter Streifen kann aus halbleitendem Material
sein und somit auch zum Ausgleichen elektrischer Spannungen dienen.
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Das Band kann entweder von Hand oder mittels einer Maschine aufgebracht
werden. Der isolierte Gegenstand
hat einen einheitlichen Querschnitt
und eine glatte Außenfläche.
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Ein weiterer Vorteil des Bandes nach der Erfindung liegt darin, daß
eine ausreichend schwere Isolationsschicht auf einen elektrischen Leiter aufgebracht
werden kann, selbst wenn nur eine Schicht Isolierband verwendet wird, weil man mit
Hilfe des vorliegenden Verfahrens ohne weiteres dickere Bänder anwenden kann, als
dies bisher der Fall war.
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Wichtig ist, daß die Oberfläche des aufzubringenden Bandes ein Minimtim
an Verunreinigung, z. B. Staub, aufweist, denn eine derartige Verunreinigung führt
zu einem »Durchschlagszentrum« in der fertigen Isolierung. Die Wirkungskraft einer
Verunreinigung auf dem Band kann jedoch dadurch verringert werden, daß man die Länge
der sich überlagernden Teile der Bandwindungen so weit vergrößert, daß der potentielle
Durchschlagsweg am Bandsaum so lang wird, daß er sich vergleichsweise von selbst
verbietet.
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Das erfindungsgemäße Band kann um einen einzelnen Leiter wie auch
um eine Gruppe von Leitern gewickelt werden, die ihrerseits gegebenenfalls einzeln
gewickelt werden können.
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Eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme bei der Anwendung des erfindungsgemäß
geformten Bandes besteht darin, daß man ein zeitweiliges Vakuum um den frisch isolierten
Leiter anwendet, um gegebenenfalls eingeschlossene Luft zu entfernen. Der fertige
isolierte Gegenstand kann bei Raumtemperatur oder durch Erhitzen gehärtet werden.
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Beispiel Das verwendete selbstklebende Band wurde nach einem an anderer.
Stelle vorgeschlagenen Verfahren hergestellt aus einem Stock folgender Zusammensetzung:
| Gewichtsteile Material |
| 100 Mischpolymeres aus 0,142 Molprozent Me- |
| thylvinylsiloxan, 715 Molprozent Phenyl- |
| methylsiloxan und 92,358 Molprozent Di- |
| methylsiloxan; das Mischpolymere hatte |
| eine Plastizität von 0,045 bis 0,055 |
| 55 pyrogen in der Gasphase gewonnene Kiesel- |
| säure |
| 14 flüssiges Dimethylsiloxan mit einer Viskosi- |
| tät von 30 cStd/25° C und mindestens |
| 3,11/o siliciumgebundenen Hydroxylgruppen |
| 2 hochviskoses Dimethylpolysiloxan (Plasti- |
| zität 0,060) |
| 2 Eisenoxyd |
| 1.,8 flüssiges Dimethylpolysiloxan mit einer |
| Viskosität von etwa 300 cSt/25° C |
| 1,2 Dichlorbenzoylperoxyd |
| 0,9 Triäthylborat |
| 0,2 Äthylen- lykol |
Das Band wird stranggepreßt mit einem Querschnitt eines stumpfen gleichschenkligen
Dreiecks einer Grundbreite von 4,8 cm und eine Höhe von 2,28 mm.
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Eine Schicht dieses Bandes wird unter Dehnung um Aluminiumstäbe von
6,35 - 19,05 mm, wobei die breiteste Fläche des Bandes dem Stab am nächsten ist,
gewickelt, so daß aufeinanderfolgende Windungen des Bandes sich übereinanderlegen,
und zwar um die Hälfte der Bandbreite. Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Die Außenfläche
ist glatt und sehr ebenmäßig. Im Verlauf des Wickelns wird die Dicke des Bandes
durch die Dehnung verringert.
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Nach beendetem Wickeln wird auf einen der behandelten Gegenstände
vorübergehend ein Vakuum von 1 mm Hg angewandt, um etwaige eingeschlossene Luft
zu entfernen. Diesen Stab A läßt man sodann 6 bis 8 Stunden bei Raumtemperatur unter
Luftzufuhr liegen; während dieser Zeit wird aus dem gewickelten Band eine einheitliche
Masse. Ein zweiter, ähnlich isolierter Stab B wird 6 bis 8 Stunden unter Luftzufuhr
bei Raumtemperatur liegengelassen, damit die einzelnen Windungen des Bandes sich
miteinander verbinden können, und wird sodann 50 Stunden bei 150° C erhitzt. In
jedem Falle wurde die Isolation sodann durch den folgenden Versuch auf ihre Durchschlagsspannung
untersucht.
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Ein etwa 5 cm breites Stück Aluminiumfolie wird um den zu prüfenden
Gegenstand gewickelt und derselbe bei 23°C in öl getaucht, um einen Oberschlag zu
vermeiden. Sodann wird zwischen den Stab und die Folie eine allmählich zunehmende
Spannung aufgebracht, bis innerhalb der Isolierung ein Durchschlag erfolgt, der
sich durch Stromdurchgang bemerkbar macht.
| Tabelle I |
| Isolierung Dicke Durchschlags- Volt/ |
| auf dem Stab der Isolierung spannung |
| 0,0.5 mm |
| (mm) (kV) |
| A 1,85 19,4 262 |
| A 1,85 22,2 300 |
| B 2,05 23,4 286 |
| B 2,05 22,8 278 |
Die Durchschlagszonen waren willkürlich verteilt. Eine Querschnittsprüfung der Isolierung
ergab keine Nahtstellen beim Zusammenfließen des selbstklebenden Bandes und keine
sichtbaren Hohlräume in der Isolierung.
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Zum Vergleich wurde ein selbstklebendes Band der gleichen Zusammensetzung
in rechtwinkliger Form hergestellt. Dieses Band war zwangläufig nur 0,5 mm dick,
damit das Ausmaß der Zwischenräume sich verringerte, die sich bildeten, wenn sich
das Band beim Umwickeln des stabfötlnigen Leiters übereinanderlegte. Aluminiumstäbe
wurden mit vier Schichten dieses Bandes umwickelt. Die erhaltene Isolierung, die
eine unebenmäßige Oberfläche hatte, ließ man aushärten. Die anschließende Prüfung
auf Durchschlagsspannung ergab folgende Werte:
| Tabelle II |
| Dicke der Isolierung Durchschlags- |
| spannung Volt/0.025 mm |
| (mm) (kV) |
| 1,80 17,0 236 |
| 1,77 19,1 269 |
| 1,82 18,9 259 |
Da zur Erzielung einer Isolierung, deren Dicke annähernd einer Schicht eines dreieckförmigen
Bandes entspricht, vier Schichten des rechtwinkligen Bandes erforderlich waren,
dauerte die Aufbringung
im letzteren Fall viermal so lange. Somit
erzielte man mit Hilfe des Bandes nach der Erfindung einen gleichmäßigeren Überzug
in einem Viertel der Zeit, wobei die Durchschlagsspannung in Volt/0,025 mm mindestens
derjenigen der vorher verwendeten Bänder entsprach. Mit dem Band der Erfindung wird
eine Isolierung geschaffen, welche vollständig frei von Hohlräumen ist, was mit
den bekannten rechtwinkligen oder linsenförmigen Bändern nicht erreicht werden konnte.