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Rohrföriniger Körper und Verfahren zu seiner Herstellung Es ist bekannt,
ein schmiegsames zylindrisches Rohr aus geschichteten Faserstoffbahnen, insbesondere
für elektrische Isolierzwecke, aus unter Spannung übereinandergeschichteten, entweder
sich in ihrer wellenförmigen Struktur gegenseitig überkreuzenden Lagen oder sich
-in zueinander paralleler Struktur befindlichen. Lagen, zwischen denen jeweils
eine folienartige Lage angeordnet ist, herzustellen. Ein solcher rohrförmiger Körper
ist jedoch kein starres Gebilde und läßt sich daher für viele Zwecke nicht gebrauchen.
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Es ist ferner bekannt, in sich starre rohrförrnige Körper dadurch
herzustellen, daß man Lagen aus elastisch dehnbarem, entsprechend deformiertem Papier,
z. B. Kreppapier, derart aufeinanderschichtet, daß die Kreppung im aufgeschichteten
Zustand mindestens zum Teil erhalten bleibt, und diese Schichtung dann mittels eines
bei der Anwendung flüssigen, später fest werdenden Kunststoffes zu einem festen
Körper verfestigt. Hierbei können jedoch viskosere Gießharze oder Gießharze mit
Füllstoffen nicht verwendet werden, weil wegen der Verzahnung der Riffelung aufeinanderfolgender
Lagen ein dichter Wickelkörper entsteht und die zwischen den Lagen befindlichen
Kanäle teilweise einen recht kleinen Querschnitt besitzen.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren werden Durchführungen hergestellt,
deren Skelett aus Wellpapierrohren aufgebaut ist und bei denen die durchweg gleichen
Querschnitt aufweisenden Wellpapierkanäle durch Gießharz ausgefüllt werden. Diese
Körper haben jedoch den Nachteil, daß in ihnen häufig Risse oder Spalten auftreten,
die zumeist in Umfangsrichtung verlaufen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen festen rohrförmigen
und spaltenfreien Körper herzustellen, bei dem es möglich ist, auch viskosere Gießharze
oder Gießharze, die mit vorzugsweise mineralischen Füllstoffen, wie z.B. mit Quarzmehl,
vermengt sind, zu gebrauchen.
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Erfindungsgemäß ist ein rohrförmiger Körper aus unter Spannung übereinandergeschichteten,
entweder sich in ihrer wellenförmigen Struktur gegenseitig überkreuzenden Lagen
oder sich in zueinander paralleler Struktur befindlichen Lagen, zwischen denen jeweils
eine folienartige Lage angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen mit
wellenfönniger Struktur aus elastisch dehnbarem, entsprechend deforiniertem Papier,
z.B. Kreppapier, bestehen und die Hohlräume in an sich bekannter Weise mit Kunstharz
gefüllt sind.
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Auf diese Weise wird eine Verzahnung der Riffelungen von benachbarten
Schichten des deformierten Papiers vermieden. Die einzelnen Schichten bleiben unabhängig
voneinander in Umfangsrichtung beweglich. In jeder einzelnen Schicht kann ein Ausgleich
der möglicherweise an einzelnen Stellen auftretenden Unterschiede in der Vorspannung
der Krepppapierschicht erfolgen. Damit entstehen einerseits Kreppapiergebilde, die
eine bedeutend lockerere Struktur aufweisen als z. B. diejenige des dicht aufgeschichteten,
ineinander verzahnten Papierwickels. Die Aufschichtungen weisen bedeutend größere
Zwischenräume zwischen den aufeinanderfolgenden Schichten auf, so daß es möglich
ist, auch viskosere Gießharze oder Gießharze, die mit vorzugsweise mineralischen
Füllstoffen, wie z. B. mit Quarzmehl, vermengt sind, zu gebrauchen, wodurch sich
alle an sich bekannten Vorteile ergeben, die die Verwendung von Füllstoffen mit
sich bringt. Andererseits ergeben sich aber diese größeren Zwischenräume, ohne daß
die freie Beweglichkeit des deformierten Papiers und damit die vorteilhafte Eigenschaft
aufgegeben wird, sich den bei der Aushärtung des Kunststoffes gegebenenfalls auftretenden
Umfangsänderungen durch Rückfederung anzupassen. Diese Eigenschaft wird sogar noch
verbessert, weil
sich jede Schicht individuell diesen Umfangsänderungen
anpassen kann und über den gesamten Umfang eine etwa gleichmäßige Vorspannung besitzt.
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Wenn die Lagen des deformierten Papiers fortlaufend gewickelt werden,
ergibt sich erfindungsgemäß eine Vergleichmäßigung der Vorspannung in allen aufeinanderfolgenden
Lagen. Werden aber für die Aufschichtung einzelne, koaxiale, in sich geschlossene
Lagen verwendet, so erlaubt der erfindungsgemäße Vorschlag, jeder einzelnen Lage
eine zweckmäßig gewählte Vorspannung zu verleihen und somit eine gewünschte Verteilung
bzw. Abstufung der Vorspannungen innerhalb der Dicke des Umhüllungskörpers zu erzielen.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können auf verschiedene Weise bewerkstelligt
werden. So können z.B. die aufeinanderfolgenden Lagen des Krepppapiers so aufgeschichtet
werden, daß jeweils die Kreppungsrichtungen der aufeinanderliegenden Schichten quer
zueinander stehen (s. F i g. 3). Oder es können die Zwischenlagen zwischen
den aufeinanderfolgenden Papierlagen aus einem vorzugsweise saugfähigen, durch die
darüberliegenden Lagen nicht wesentlich deformierbaren Material bestehen (s. F i
g. 4).
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Wenn es sich um rohrfönnige Hüllkörper, insbesondere um Isolierkörper
von Hochspannungsdurchführungen handelt, die leitende, z. B. metallische Beläge
enthalten, kann man vorteilhafterweise die Zwischenlagen aus einer elektrisch leitenden,
vorzugsweise metallischen Folie bestehen lassen. Auf diese Weise werden die für
den mechanischen Spannungsausgleich erforderlichen Zwischenlagen gleichzeitig für
die Steuerung der elektrischen Feldverteilung benutzt. Die für die freie Verschiebbarkeit
der Papierlagen vorteilhafte glatte Oberfläche der Folie ist auch vom dielektrischen
Standpunkt aus sehr günstig, weil dadurch die sich sonst bei Verwendung von sehr
dünnen, sich dem Kreppapier eng anschmiegenden metallischen Belägen ergebenden Ungleichmäßigkeiten
in der Feldverteilung und die damit verbundenen starken örtlichen Beanspruchungen
in den einzelnen Lagen gänzlich vermeiden lassen.
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Als leitende Zwischenlagen eignen sich z. B. Al-Folien, AI-Folien
auf Papier kaschiert, feinmaschige Drahtgewebe, graphitiertes Papier, metallisierte
Papiere oder Folien. Es ist sehr empfehlenswert, die Ränder solcher leitenden Zwischenlagen.
mit sogenannten Schinnringen zu versehen, um die elektrischen Beanspruchungen am
Belagsrand herabzusetzen. Als Schirmringe können z. B. in an sich bekannter Weise
am Anfang und Ende zusammengeschlossene metallische Schraubenfedern kleinen Wickeldurchmessers
verwendet werden. Ferner können für diesen Zweck z. B. elastische Ringe mit abgerundeten
Rändern und mit leitender oder leitend gemachter Oberfläche benützt werden, wie
z. B. hitzebeständige leitende Gummiringe mit rundem Rand. Die Schlrinringelektroden
(»Strahlungsringe«) werden mit dem Belag elektrisch leitend verbunden, z. B. darauf
angeschweißt, angelötet oder mit einem leitenden Lack verklebt. Besonders sinnvoll
ist die Verwendung von aus Drahtfeder angefertigten Schirmringelektroden zusammen
mit aus feinmaschigem Drahtgeflecht bestehenden leitenden Einlagen.
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Die Aufschichtung des Krepp- oder kreppähnlichen Papiers kann auf
verschiedene Weise geschehen. Insbesondere kann man für die Aufschichtung einer
koaxialen Umhüllung, insbesondere des Isolierkörpers einer Hochspannungsdurchführung,
einzelne rohrartige Lagen aus deformiertem Papier für sich vorfertigen und diese
Lagen dann unter Vorspannung übereinanderschieben. Zwischen den einzelnen Lagen
können Zwischenschichten, z. B. aus einem glatten Papier, eingelegt werden, welche
die unabhängige Beweglichkeit der angrenzenden Kreppapierschichten erleichtern.
Zwischen die einzelnen Schichten können an den gewünschten Stellen die leitenden
Zwischenlagen angeordnet werden. Damit die elastische Rückfederung der einzelnen
Kreppapierlagen in keiner Weise beeinträchtigt wird, dürfen diese stützenden Zwischenlagen
nicht mit dem Kreppapier verklebt oder an diesem in irgendeiner anderen Weise befestigt
werden.
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Es ist ferner möglich, die Kreppapierlagen für die erfindungsgemäßen
rohrförmigen Körper aufzuschichten, ohne stützende Zwischenlagen zu verwenden. In
diesem Falle soll die Aufschichtung so vorgenommen werden, daß die Kreppungsrichtungen
der aufeinanderfolgenden Lagen quer zueinander stehen und damit die Verzahnung der
Riffelungen zweier benachbarter Lagen vermieden wird.
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Wenn es sich darum handelt, sehr lange bzw. eine gebogene Achse aufweisende
Gegenstände mit einem rohrförmigen Hüllkörper zu versehen, geschieht es zweckmäßigerweise,
indem verhältnismäßig schmale Bänder aus defornliertem Papier schraubenlinienförmig
auf den zu umhülIenden Gegenstand, z. B. einen Hochspannungsleiter, zu koaxialen
Schichten aufgewickelt werden. Wenn keine stützenden Zwischenlagen zwischen den
eizelnen Papierlagen vorgesehen sind, können vorteilhafterweise die aufeinanderfolgenden
Lagen zueinander gegenläufig aufgebracht werden, so daß keine Verzahnung der Riffelungen
auftritt. Bei der Umhüllung von gebogenen Leitern kann ferner das benutzte Band
entsprechend der Steigung der Schraubenlinie, dem Krümmungsradius und dem Durchmesser
in der Breite so vorgeschnitten werden, daß keine überlappungen entstehen (s. F
i g. 3). Bei dieser Art der Aufschichtung können auch stützende Zwischenlagen
bzw. metallische Einlagen mit eingewickelt werden. Bei der Herstellung von gebogenen
Stücken, z. B. gebogenen Durchführungen, werden diese zweckmäßigerweise ebenfalls
in Form von verhältnismäßig schmalen Bändern auf jede fertiggewickelte Lage aufgebracht.
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Die für die Herstellung der erfindungsgemäßen rohrförmigen Körper
verwendeten deformierten Papiere, z. B. Krepp- oder kreppähnliche Papiere, können
eine grobgeformte Struktur mit einer Wellenhöhe von 2 mm und mehr besitzen,
was das Einfüllen von viskosem Kunstharz oder von mit Füllstoffen versetztem Kunstharz
erleichtert. Des weiteren ist es empfehlenswert, die Zwischenlagen aus einer perforierten
und/oder Aussparungen aufweisenden Folie bestehen zu lassen und gegebenenfalls auch
das deformierte Papier selbst mit solchen Aussparungen zu versehen, um eine gleichmäßige
Verteilung des eingefüllten Kunstharzes, insbesondere in radialer Richtung, zu erleichtern.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt das deformierte
Papier einen hohen Kreppungsgrad und ist insbesondere gefältelt. Auf diese Weise
lassen sich Papierlagen mit verhältnismäßig hoher Vorspannung verwenden.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Fig. 1 zeigt ein Muster des Kreppapiers mit grober Struktur;
F i g. 2 zeigt ein Stück eines hochstreckbaren kreppähnlichen Papiers, dessen
Struktur im Vergleich zu einem Kreppapier mit grober Struktur bedeutend regelmäßiger,
symmetrischer ist. In bezug auf die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Eigenschaften,
vor allem im Hinblick auf die beträchtliche elastische Dehnbarkeit, verhalten sich
solche Papiere ganz ähnlich, wie die Kreppapiere. Dadurch lassen sie sich unter
Anwendung von Zug, d. h. vorgespannt, so aufschichten, daß ihre »Kreppung«
bzw. kreppähnliche, z. B. gefältelte Struktur im aufgeschichteten Zustand mindestens
zum Teil erhalten bleibt. Solche Papiere sind z. B. unter der Markenbezeichnung
»Carbion« bekannt.
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F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung
der spaltenfreien Umhüllung auf einem gebogenen Leiter 1. Krepp- oder kreppähnliches
Papier wird hier in Form von verhältnismäßig schmalen Bändern aufgebracht. In aufeinanderfolgenden
Lagen 2, 3 und 4 werden die Bänder gegenläufig zueinander gewickelt, so daß
die Riffelungsrichtungen des Kreppapiers in angrenzenden Lagen quer zueinander stehen.
Wenn Krepp- oder kreppähnliches Papier mit grober Struktur benutzt wird, soll zweckmäßigerweise
das Band für das Aufwickeln in dem Bereich des gebogenen Teiles der Durchführung
so in der Breite vorgeschnitten werden, daß keine überlappung des Bandes entsteht,
wie es in F i g. 3 der Zeichnung mit 5, 6, und 7 angedeutet
ist.
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F i g. 4 zeigt eine andere Art der Aufschichtung von Krepp-
oder kreppähnlichem Papier auf einem Leiter: hier werden auf jede fertiggewickelte
Lage 12, 13 und 14 zunächst glatte stützende Zwischenlagen 15, 16
aufgebracht, worauf die nächstfolgende Lage gewickelt wird. Die Zwischenlagen können
zugleich leitende Beläge sein und z. B. aus einer metallischen Folie bestehen; sie
können aber auch zur Stützung einer weiteren, elektrisch leitenden Zwischenlage
dienen. Sie können ferner in Form von einer breiten Bahn 15 auf die vorangehende
Schicht aufgebracht werden oder in Form von einem verhältnismäßig schmalen Band
16 aufgewickelt werden. Auch die Ausführungsart nach F i g. 4 eignet
sich zur Herstellung von spaltenfreien Umhüllungen für gebogene Schienen oder Durchführungen,
wobei betreffend die Umhüllung des gekrümmten Teiles dasselbe gilt, was bereits
betreffend die Ausführungsart nach F i g. 3 gesagt worden ist.
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Die spaltenfreien Umhüllungen im Sinne der vorliegenden Erfindung
lassen sich mit Hilfe einer großen Zahl von Kunststoffen herstellen. Hierzu gehören
Polykondensationsharze, wie Phenolformaldehyd-oder Kresolformaldehydharze, ungesättigte,
einfach polymerisierbare, sogenannte monomere oder oligomere Stoffe, wie Styrol
oder Methacrylsäureester, ferner Therinoplaste mit einer dem Kreppapier zuträglichen
Erweichungstemperatur. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung von sogenannten
härtbaren Gießharzen, wie z. B. von Epoxydharzen und ungesättigten Polyesterharzen,
insbesondere mit Füllstoffen vermengt.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren kommen auch andere Kreppapiere
in Betracht, die eine Prägung aufweisen. Diese haben den zusätzlichen Vorteil, im
aufgeschichteten Zustand größere Hohlräume zu bilden, wodurch die Verwendung von
dickflüssigeren bzw. mit Füllstoffen vermengten Harzen erleichtert wird. Solche
geprägten Kreppapiere sind z. B unter der Bezeichnung »PERLKREPP-Papiere« bekannt.
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Die erwähnten stützenden Zwischenlagen können so beschaffen sein,
daß sie, neben der Aufgabe, ohne wesentliche Deformation die darüberliegenden Schichten
zu tragen, die gesamte spaltenfreie Umhüllung »armieren«, d. h. ihr eine
zusätzliche mechanische Festigkeit verleihen. Solche Zwischenlagen können z. B.
aus Geweben, Glasfaser- oder Kunststoffgeweben, Vliesen oder Folien bestehen. Solche
armierenden Zwischenlagen können auch kombiniert mit den erwähnten stützenden Zwischenlagen
oder den leitenden Belägen angewandt werden. Beispiel 1
Zylindrische, geradachsige
Kondensatordurchführung Auf einem geradachsigen Kupferbolzen von 30 mm Durchmesser
und einer Länge von 1500 mm werden fünf Schichten eines Kreppapiers mit einer
Struktur gemäß F i g. 2 aufgebracht. Zwischen jeder Lage befindet sich eine
glatte leitende Einlage. Die leitenden Einlagen haben von Schicht zu Schicht von
innen nach außen abnehmende Länge, wie es bei Kondensatordurchführungen üblich und
bekannt ist. Die Trägerschichten sind auf jeder Seite etwa 5 mm länger als
die darüber angeordneten Einlagen. Das verwendete kreppähnliche Papier hat folgende
Eigenschaften: In gekrepptem Zustand ........ 330 g/M2 Dehnung
. # ................... 300% Dicke, gekreppt ...... » * * " « * * * «
3,8 mm Dicke, ungekreppt ............. 0,2 mm Das Kreppapier wird zu
rechteckigen Stücken zugeschnitten. Die I.Jnge der Stücke entspricht der Länge der
leitenden Einlagen und 10 mm Zugabe. Die Breite entspricht zwei Drittel des
berechneten Umfanges und 5 mm Zugabe. Die so zugeschnittenen
Stücke werden zu Rohren geformt, indem das Krepppapier auf einer Breite von
5 mm ineinander verzahnt wird. Die Rohre werden koaxial übereinandergeschoben.
Dabei wird das Kreppapier um etwa 500le der ursprünglichen Länge gedehnt. Zwischen
jede Lage wird ein Blatt eines glatten, graphitierten Kraftpapiers von
0,15 mm Dicke und 113 g7M2 angeordnet, so daß die einzelnen Kreppschichten
sich nicht berühren können. Die totale Schichtdicke beträgt 19,5 mm.
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Der nach der oben beschriebenen Methode umhüllte Leiter wird in eine
zylindrische Gießform von 75 mm Innendurchmesser zentrisch eingebaut. Die
Gießform ist unten geschlossen und oben mit einem Eingußtrichter versehen. Die Form
mit dem Wickel wird in einem heizbaren Vakuumgefäß bei 801 C und
0,5 mm Hg Druck während 6 Stunden getrocknet und entgast. Unter Vakuum
wird das Gießgemisch von 801 C oben in die Form gegeben, nach 30 Minuten
der Druck ausgeglichen und während 12 Stunden bei 901 C und 8 Stunden
bei 1201 C gehärtet. Nach dem Erkalten wird der
Gießling
entfonnt. Der äußerste leitende Belag wird durch eine leitende Verbindung an Erde
gelegt. Gießgemisch: 100 Gewichtsteile Epoxydharz auf Basis von p,p'-Dioxydiphenylpropan
mit einem Epoxydäquivalentgewicht von 185 bis 200 und einer Viskosität von
11000 bis 14000 eP bei 251 C.
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130 Gewichtsteile Dodecenylbernsteinsäureanhydrid.
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0,2 Gewichtsteile Methylbenzyldimethylamin. 350 Gewichtsteile
Quarzmehl, 325 Maschen pro Zoll (nach Tylor). Beispiel 2 Zylindrische, geradachsige
Kondensatordurchführung Ein geradachsiger Kupferstab von 40 mm Durchmesser und
1000 mm Länge wird wie im Beispiel 1
abwechslungsweise mit koaxialen
Schichten von Kreppapier und glatten Einlagen umhüllt. Das Krepppapier dient als
Stütz- und Distanzierungselement.
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Das hier verwendete kreppähnliche Papier hat folgende Eigenschaften:
In gekrepptem Zustand ........ 250 g/m2 Dehnung ..................... 30%
Dicke, gekreppt ............... 3,8 mm Dicke, ungekreppt .............
0,2 mm Das Kreppapier wird zu 30 mm breiten Bändern geschnitten und wendelförinig
um den Leiter gewickelt. Dabei wird das Kreppapier um 7 1% gestreckt. Auf
die erste Schicht Kreppapier folgt eine Lage eines glatten Kraftpapiers von
0,15 mm Dicke und einem Gewicht von 113 g/m2. Das glatte Papier wird
in Form eines viereckigen Blattes auf das Krepppapier gewickelt, so daß es dieses
über den ganzen Umfang deckt. über das glatte Papier folgt wieder eine Schicht Kreppapier,
darauf wird ein Band von 15 mm Breite aus sogenanntem Kabelpapier auf die
gewünschte Länge gewickelt. Kabelpapier ist eine auf Papier von 0,15 mm Dicke
kaschierte Aluminiumfolie von 0,008 mm Dicke. Folie und Papier sind mit Löchern
von 1 mm Durchmesser perforiert. (Die Länge der leitenden Schicht ist durch
die gewünschte Feldverteilung bedingt.) Die Isolation wird sukzessive weiter aufgebaut,
bis achtzehn Krepppapierschichten mit neun leitenden Einlagen den Kupferstab umhüllen.
Die Schichtdicke beträgt 20 mm. Der so umhüllte Leiter wird in eine zylindrische
Gießform von 85 mm Innendurchinesser zentrisch eingebaut. Die Gießforin ist
analog wie im Beispiel 1 aufgebaut. Ebenso erfolgen die nächsten Arbeitsgänge
wie in Beispiel 1.
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Das Gieß- und Imprägniergemisch hat folgende Zusammensetzung-100 Gewichtsteile
Epoxydharz (wie im Beispiel 1),
130 Gewichtsteile Dodecenylbernsteinsäureanhydrid,
0,2 Gewichtsteile Methylbenzyldimethylamin, 100 Gewichtsteile Dolomit gemahlen,
Komgröße 20 [t. Beispiel 3
Gebogene Kondensatordurchführung Ein Kupferstab
von 30 mm Durchmesser und 1600 mm Länge ist auf einen Winkel von 45'
mit einem Radius von 600 mm in der Mitte gebogen. Uni diesen Leiter werden
Streifen von 40 mm breiten Kreppapierbändern (Papier gemäß Beispiel 1) wendelförmig
gewickelt. In den geraden Teilen sollen sich die Papierkanten berühren, im Bogen
wird eine sogenannte Abwicklung geschnitten. Beim Aufwil,-keln wird das Kreppapier
um 50 % der ursprünglichen Länge gestreckt. Auf jede Schicht Krepppapier
wird wendelförmig eine Schicht aus sogenanntem Kabelpapier (gemäß Beispiel 2) von
15 mm Breite gewickelt. Die Wickelbreite der leitenden Schicht richtet sich
nach der gewünschten Feldverteilung. Vier Kreppschichten mit darüber angeordneten
leitenden Einlagen werden analog um den Leiter gewickelt. Die Kreppschichten sind
in der Länge entsprechend den leitenden Einlagen abgestuft.
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Der isolierte, gebogene Stab wird in eine entsprechende Gießform von
70 mm Innendurchmesser so eingebaut, daß der Abstand vom Isolierkörper zur
Forinwand überall gleich ist. Auf der einen Seite ist die Form geschlossen, auf
der andern befindet sich ein Eingußtrichter. Die Form wird in möglichst vertikaler
Lage in einen heizbaren Vakuumgießkessel eingebaut. Bei 40' C und
0,5 mm Hg wird während 12 Stunden getrocknet und entgast. Anschließend läßt
man unter Vakuum das Gieß- und Imprägniergemisch von 401 C in die Form fließen.
Nach 30 Minuten wird im Gießkessel der Druck ausgeglichen. Das Kunststoffgemisch
wird während 8 Stunden bei 801 C und 12 Stunden bei 1201
C ausgehärtet. Gieß- und Imprägniergemisch: 100 Gewichtsteile Rhodester
1108 R (der Firma Rhöne-Poulenc, Paris), Viskosität bei 251 C 300
eP, 1 Gewichtsteil Benzoylperoxyd, 150 Gewichtsteile Quarzmehl,
325 Maschen pro Zoll (nach T y 1 o r).