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Isolier- und Schutzüberzug für Glas-, Keramik-, Kunststoff-und ähnliche
Gefäße, Rohre, Apparate u. dgl.
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Apparaturen und Rohrleitungen aus Glas, Keramik und Kunststoffen
führen eich in der Industrie, insbesondere in der chemischen Industrie immer mehr
ein, weil sie korrosionsbeständig und leicht zu installieren sind. Besonders interessant
sind für die chemische Industrie Apparaturen aus Geräteglas, z. B. aus Geräteglas,
wie es unter den Handelsnamen Jenaer Glas, Pyrexglas, Geräteglas 20, Duranglas 50
und anderen bekannt tat.
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Ein besonderer Nachteil dieser Gläser oder auch keramischer Apparaturenteile
ist ihre besondere Schlagempfindlichkeit, die den Einsatz dieser wertvollen Konatruktionsmaterialien
in vielen Fällen verhindert. Die Verwendung von Glas-und Keramikrohren u. dgl. im
chemischen Apparatebau ist daher nach dem heutigen Stand der Technik auf die Fälle
beschränkt, wo eine Schlag-und Stoßeinwirkuns ausgeschlossen ist.
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Es war daher wünschenswert, eine Möglichkeit zu finden, Rohre und
apparateteile aus Glas, Keramik und harten, schlagempfindlichen
Kunststoffen
in einfacher Weise gegen Schlag und Stoß zu schützen und sie nötigenfalls gleichzeitig
thermisch zu isolieren.
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In vielen Fällen war dies möglich durch Bandagierung oder Isolierung
dieser apparateteile mit Glasgewebe, Asbest- oder Baumwollbandagen, die mit Teer,
Leimen oder Kunstharzmassen abgebunden waren. Diese Art des Schutzes hatte jedoch
drei schwerwiegende Nachteile: a) Die Bandagierung war in vielen Fällen nicht elastisch
genug, so daß ein schwerer Schlag trotzdem die Apparatur zerstört hat. b) Die Bandagierung
war nicht wärmebeständig genug, so daß viele Reaktionen, die z. in einer Glasapparatur
ohne weiteres hätten ausgeführt werden können, infolge der zu geringen Wärmebeständigkeit
des mechanischen Schutzes nicht durchgeführt werden konnten. c) Die Bandagierung
war nicht transparent bzw. durchsichtig, eo daß ein Hauptvorteil des Glases, nämlich
die Becbachtugnsmöglichkeit der in den Gefässen sich abspielenden Vorgänge, in Fortfall
kam.
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Ferner werden bekannterweise Schutzbeläge auf Glaskörpern und Keramikkörpern
aus Polyester mit Glasfaserverstärkung aufgebracht.
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Das Aufbringen dieser Schutzschicht besteht meist darin, daß man ein
Glasfasergewebeband, welches mit Polyester durchtränkt ist,
aufwickelt.
Dieser Schutz macht die Körper gegen Stoß zwar unempfindlicher, jedoch verlieren
die derart umwickelten Glaskörper gleichfalls ihre Durchsichtigkeit.
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Alle bekannten Schutzmittel lösten somit nicht die Aufgabe, einen
elastischen Belag zu finden, der mit einer möglichst großen Vorspannung auf dem
Apparatekörper sitzt, so daß bei Überdrücken in einer Apparatur oder in einer Rohrleitung
die in der Rohrwand entstehenden Zugspannungen abgebaut werden. Das ist besonders
für sprödes Material, wie Glas oder Keramik, wichtig. Von großer Bedeutung ist auch
für Glasapparaturen, daß diese durch die Schutznicht schicht ihre Durchsichtigkeit
oder Transparenz/verlieren und die Schutzschicht die oft erforderliche Hitzebeständigkeit
aufweist.
| Erfindungsgemäß wurde die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, |
daß man als oberflächlichen Schutzüberzug für Apparaturen und deren Teile aller
Art Schutzschichten aus natürlichen oder synthetischen Elastomeren benutzt, die
guaanielastisohe Eigenschaften aufweisen.
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Dieser neue Erfindungsgedanke läßt sich in zahlreichen Modifikationen
bezüglich der chemischen Zusammensetzung und der Anwendungsform durchführen.
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In chemischer Hinsicht lassen sich beispielsweise als Elastomere
die zahlreichen heiß-und kaltvulkanisierenden bzw.-härtenden Kautsohukarten sowie
Produkte mit Kautschukoharakter, wie z. B. folgende benutzen; A) Naturkautschuk
B) Organische Kunstkautsohuke, wie z. B.
1) Butylkautschuke ;
| 2) Butadien-Aorylnitril-Miachpolymerisate, bekannt unter der |
| Bezeichnung"Buna N"und unter dem Handelanamen"Butaprene" |
der US-Firma Firestone ; 3) Polychlorbutadiene, z. B. aus 2-Chlor-1, 3-butadien,
wie
| Ohloroprenkautaohuk, und deren Mieohpolymeriaate, vor allem |
| der unter dem Handelanamen"Neopren"der US-Pirma Du Pont |
| bekannte Kautschuk ; |
| 4) Acrylkautschuke, d. h. Mischpolymerisate auf Grundlage von |
| Aorylaäurealkylester, bekannt z. B. unter den Handelsnamen |
| war 4021 n (mit Betaohloräthylvinyläther) der US-Firma |
| Goodrich,"Aorylon Rubber BA-5 und BA-12" (mit Acrylnitril) |
| der US-Pirma Monomer Corp. und"Vyram"der US-Firma Konaanto |
| ChemioalWo. ; |
| 5)ohloraulfoniertes Polyäthylen ; vgl. z. B. daa Handelaprodukt |
| "malon 8-20"der Du Pont ; |
| 6) Fluorelaatomere, wie z. B. |
| a)Niachpolymeriaate von Trifluormonoohloräthylen und |
Vinylidenohlorid, bekannt unter dem Handolanamen"Kel P Elastomer"der US-rirma Kellogg
; b) Fluoraorylkautschuke, wie Poly-1,1-dihydroperfluorbutylacrylat, bekannt unter
dem Handelenamen "Poly-FBA" der US-Firma Minnesota Mining & Manufacturing Co.;
o) Mischpolymeriaate von Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, vgl. das Handelsprodukt
"Viton A" der Du Pont;
0) Silikonkautschuke, vor allem solche, die
selbstklebend bzw. selbstverschweißend wirken ; D) Weichgemachte Thermoplasten mit
gummielastisohem Charakter, wie z. B.
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1) Weich-Polyvinylchlorid 2) Polyisobutylen, bekannt unter dem Handelsnamen
"oppanol" der BASF 3) Weich-Polymethacrylate.
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Während die mieten organischen Natur- und Kunatkautschuke bis zu
einer Dauertemperatur von etwa 130°C eingesetzt werden können, lassen sich die Fluorelastomers
und Silikonkautschukt bei weit höheren Temperaturen (200 - 250°) verwenden. Die
Fluorelastomere wie "Viton A" sind auch chemisch ganz hervorragend widerstandsfähig.
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Wie bereits betont, haben einen besonderen Vorteil für ihre Anwendung
als Sohutzüberzug diejenigen Elastomere, die klar durchsichtig sind. Diese Forderung
hinsichtlich der Transparenz erfüllen weitgehend die chlorsulfonierten Polyäthylene.
Völlig klare Durchsichtigkeit zeigen dagegen die Silikonkautechuke, die in dieser
Beziehung sich daher am besten für den erfindungsgemäßen Zweck eignen.
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Von den Silikonkautechuken eignen sich besonders die selbstverschweißendenSilikonkautschuke
der Anmelderin, deren Herstellung
| Gegenstand der Patente (Anmeldungen |
| W 25 074, W 25 075 und W 25 076 IVb/39b) ist. Gleichfalls geeignet |
sind die in USA unter der Bezeichnung "Silastic S 6538" der US-Firma Dow Corning
Corporation (D. C.) im Handel befindlichen
selbstklebenden Silikonkautschuke,
die Gegenstand der Patente ................. (Anmeldungen D 29 365 IVb/39b und D
30 704 VIIId/ 21c) sind. Die Herstellung der genannten Silikonkautschuke zeichnet
sich dadurch aua, daß sie in Gegenwart von Borverbindungen erfolgt.
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In Betracht kommen ferner auch Silikonkautschuk-Typen, wie nie z.
B. in USA unter folgenden Bezeichnungen bekanntgeworden sind : 1)"Fuaible Silicone
Rubber"der US-Firma Union Carbide Co.
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2)"Silicone Rubber K 1605 R" " " " " " 3) fluorierter silikonkautschuk
"Silastio LS 53" der D. C.
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4)"Silaatio Type K Interlayer"der D. C.
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5) Mischungen von Silikon- und Nitrilkautschuk der US-Firma General
Eleotrio Co. (G. E.) 6) Einseitig klebende, druckempfindliche Silikonkautschuk-Bänder
nach US-Patent 2 854 698 der D. C.
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Schließlich ist auch der sogenannte "hüpfende Kitt" ("bouncing putty")
in seinen verschiedenen Formen anwendbar, wenn man ihm das Fließvermögen durch geeignete
Füllstoffzusätze, z. B. durch einen hohen Gehalt an dem hochdispersen Kieselsäureprodukt
"Aerosil" der Degusaa, nimmt oder über dem Überzug ein Gewebe zum Schutz
| gegenüber Weglaufen anbringt. Die"hüpfenden Kitte"werden her- |
| gestellt z. B. nach dem US-Patent 2 541 851 der G. E. oder
nach |
den deutschen Patenten von Helmut Jedlicka (vgl. in Kl. 22i, 2 z. B. die Patente
954 446 und 1 016 870 sowie in Kl. 39b, 22/10 z.B. das Patent 1 045 092).
Anwendungstechnisoh
kommen erfindugnsgemäß z. B folgende Auf-
| bringungsverfahren in Frage : |
| I) Anwendung in Form von flächenartigen Gebilden, wie Bändern, |
| Folien u. dgl. t |
| Aus Naturkautschuk, Chloropren und Butylkautschuk, aus Butadien- |
| Acrylnitril-rundVinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Mischpolymeri- |
saten sowie aus Silikonkautschuken lassen sich flächenförmige elastische Gebilde
herstellen, die zusammen mit geeigneten Klebern verarbeitet werden können. Aue Naturkautschuk,
Chloropren und den selbstverschweißenden Silikonkautschuken ist es zudem möglich,
Bänder herzustellen, die ohne Anwendung eines Klebers mit sich selbst verschweißen,
wenn den Kautschuken geeignete Weichmacher und Klebehilfsmittel zugefügt werden.
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Bei der Anwendung von Folien, Bändern u. dgl. als Sohutsüberzug kommt
eine unerwartete Eigenschaft der Silikonkautschuke zur Geltung, die für den erfindungsgemäßen
Zweck von wesentlicher Bedutung ist, Dank ihrer starken Elastizität lassen sich
die Bänder, Folien usw. aus Silikonkautschuk mit besonderem Vorteil unter Vorspannung
aufbringen, die auch in der Hitze bestehen bleibt. Es lassen sich zwar auch alle
anderen Elastomere unter Vorspannung aufbringen. Jedoch bleibt bei anderen Elastomeren
außer Silikonkautschuk die Vorspannung infolge der hohen bleibenden Verformung in
der Wärme nicht genügend erhalten ; ebenfalls durch eine hohe bleibende Verformung
zeichnen sich die fluorierten Synthese-Elastomere aus, so daß dies auch für diese
Stoffe gilt. Silikonkautschuk hat somit auch hier einen entschiedenen Vorteil gegenüber
allen anderen Elastc eren.
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Bekannterweiae wird ein zylindrisches Rohr bei innerem Überdruck
in radialer Richtung doppelt so hoch belastet als in axialer Richtung so daß der
Auegang des Bruches immer nur auf Zugspannungen zurückzuführen ist, die in Umfangsrichtung
der Rohrwand liegen. Bringt man also einen Gummibelag mit einer Vorspannung von
beispielsweise 3 Atmosphären auf und belastet das Rohr mit 4, 5 Atmosphären Überdruck,
so entspricht die in Umfangsrichtung der Rohrwandung liegende Zugspannung nur einem
inneren Überdruck von 1,5 atü.
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Da die Dehnung von Silikonkautschuk mehr als 200 % beträgt, so kann
das Band außerordentlich straff aufgewickelt werden ; wie erwähnt, bleibt diese
Straffheit der Aufwicklung auch in der Hitze erhalten. Die Glaskörper sind dann
sehr hoch vorgespannt und können weit größere innere Überdrücke aufnehmen, als es
ohne diese Umwicklung möglich wäre. Auch die Transparenz der Glaskörner und Glasrohre
geht bei diesem Verfahren nicht verloren.
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Ein weiterer Vorteil bei der Anwendung von Silikonkautschukhänderr
besteht darin, daß Silikonkautschuk seine Klastizität bis zu einer Betriebstemperatur
von 20000 voll behält. Das genügt vollauf, da ja die zur Zeit für Glasapparaturen
verwandten Borailikatgläaer ebenfalls nur bis zu 200°C belastet werden dürfen. Die
vorgenannten Eigenschaften von Silikonkautsohukbändern u. dgl. machen deren Anwendung
zu einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Umwicklung besteht auch darin,
daß sie bei Brüohen von Glasteilen während des Betriebes einen wirkungsvollen Splittersohutz
darstellt. Diese Eigenschaft kann man durch Einlagerung von Armierungsdrahten oder
dgl. in die Bänder erhöhen.
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Ferner ist als Vorteil anzusehen, daß bei Überwicklung von flanschverbindugnsfugen
absolute Vakuumdiohtheit zu erreichen ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, solche bänder zu verwenden, die eine
im Querschnitt dreieckige Form aufweisen. Das hat den Vorteil, daß trotz Überlapptwicklung
der entstehende rautenähnliche Überzug eine glatte Außenoberfläche aufweist. Die
Anwendung derartiger Dreiecksprofilbänder aus selbstklebendem Silikonkautschuk für
andere Zwecke ist Gegenstand des Patentes ............. (Anmeldungen D 30 704 VIIId/2Tc
und D 18 333/21o Gm) Y Die erfindungsgemäß anzuwendenden Bänder können auch wellenförmig
oder in beliebiger anderer Weise geformt bzw. nachträglich geprägt, geschnitten
oder in sonstiger Weise in ihrer Gestaltung und/oder Oberfläche verändert sein.
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Die erflndungsgemäß benutzten Elastomerbänder u. dgl. lassen sich
in verschiedener Hinsicht modifizieren : a) Wendet man an Stelle von massivem Silikongummiband
ein Silikonsohaumgummiband an, welches nur einseitig aus massivem Gummi besteht,
so erhält man gleichzeitig eine sehr wirksame Wärmeisolierung ; dieses Verfahren
kann auch zweistufig, d. h. zuerst mit einem massiven und dann mit einem Sohaumgummiband
durchgeführt werden. b) Auch lassen sich in die Silikongummibänder Heizdrähte oder
andere elektrisch leitende Körper wie beispielsweise Graphit oder Metallpulver einbringen.
Anwendbar sind z. B. die von den Herstellern oder Verbrauchern "leitfähig" gemachten
Silikonkautschuke, wie die Typen "RKS 6" und "RKS 7" der Anmelderin oder die Type
"X
1516"der U. C. C. C. In diesen Fällen kann man den Belag der Glaskörper gleichzeitig
mittels elektrischer Leistung als Heiz-oder Warmhaltebelag verwenden. Die ZufUhrung
der elektrischen Leistung kann dann mittels Hochfrequenz oder aber auch als direkte
Wideratandsheizung mittels Niederfrequent vorgenommen werden. c) Führt man die Umwicklung
schlauchartig aus, so kann eine Beheizung der Glasteile mittels Heißwasser oder
Dampf erfolgen, wenn die Temperatur des Heizmediums 200°C nicht übersteigt ; in
gleicher Weise kann eine Kühlung der Apparate bewirkt werden.
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II. Anwendung in Form von Lösungen oder Dispersionen : Statt die
Apparate usw. mit Elastomerbändern zu umwickeln, kann man auf die Apparate Schutzüberzüge
aufbringen, indem die Apparatoberfläohen mit Lösungen oder Dispersionen der Elastomere,
z. B. mit Lösungen von kalthärtenden Silikonkautschuk, behandelt werden, wodurch
auch sehr dünne Überzüge erzeugt werden. Die Überzüge können zudem mehrschichtig
aufgetragen und hierdurch eine beliebige Schichtdicke erreicht werden. Das Auftragen
des Überzugs erfolgt in üblicher Weise durch Aufstreichen oder Aufspritzen. Zwischen
den Schichten können Armierungsdrähte oder Heizdrähte eingebettet werden.
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Sowohl die vorgenannten Überzüge wie auch die aufgewickelten Bänder
können durch Aufspritzen mit einer geschäumten Schicht z. B. aus Naturkautschuk,
z. B. einem geschäumten Latex oder einem Polyurethan-Schaum, versehen werden. Auch
kann man die erfindungsgemäßen Überzüge mit einer Sohaumgummisohicht in Bandform
überziehen.
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Wie vorstehend dargelegt, ist für den erfindungsgemäßen Zweck von
allen bekannten Elastomeren Silikonkautschuk am geeignetsten, und zwar insbesondere
fertig vulkanisiert Bänder aus heißgehärtetem Silikonkautschuk.
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Es war völlig überraschend, daß eine Beschichtung bzw. Bandagierung
von Glas-, Keramik-und Kunststoffapparaturen mit selbstverschweißenden Bändern oder
Folien aus den nach den genannten Patenten hergestellten Silikonkautschuktypen einen
wirksamen Schutz dieser Apparatur herbeiführt, ohne die bisher auftretenden Nachteile
aufzuweisen. Bänder oder Folien aus diesen Silikonkautschuktypen können hoch transparent
und durchsichtig hergestellt werden, sie können leicht um den Apparaturteil herumgewickelt
werden und verschweißen bei Berührung mit sich selbst zu einem homogenen Jackett,
das sich durch hohe RUckprallelastizität und besonders hohe Wärme-und Alterungsbeständigkeit
auszeichnet. Bei der Anwendung dieser Bänder und Folien sind keine Kleber und keinerlei
Wärmeeinwirkung nötig, so daß sie leicht und mühelos selbst an unzugänglichen Stellen
angebracht werden können.
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Die erfindungsgemäß bevorzugt angewandten Silikonkautschuktypen können
in kunststoff-oder gummiverarbeitenden Betrieben auf Extrudern oder Kalandern in
Bänder-oder Folienform gebracht werden und in vulkanisierter Form auf Rollen geliefert
werden. Der Schutz der Glas-, Keramik-und Kunstatoffapparaturen erfolgt dann einfach
an Ort und Stelle durch halb überlappendes Wickeln dieser Bänder und Folien über
den zu schützenden Apparateteil. Das Überraschende und Unvorgesehene dabei ist,
daß selbst eine Schicht von nur 0,5-0, 8 mm Stärke infolge der hohen Elastizität
der Schutzschicht
| völlig ausreicht, um diese Apparaturen vor Schlag und Stoß
zu |
schützen. Schläge und Stöße bei dieser Art von Apparaturen entstehen meistens durch
Herabfallen von Werkzeugen aller Art während der Montage oder während der Reparatur.
Die erfindungsgemäßen Silikonkautsohuktypen haben nun die überraschende Eigenschaft,
eine umso höhere Rückprallelastizität zu besitzen, je heftiger der Schlag oder Stoß
ist. Diese Eigenschaft haben sie gemeinsam mit dem oben erwähnten"hupfenden Kitt",
mit dem sie auch chemisch verwandt sind.
1) Ein Glasrohr aus"Duranglas 50"der Fa. Jenaer Glaawerk Schott & Gen., Mainz,
wird mit einem selbstverschweißenden Stillkonkautschuk-Isolierband, hergestellt
nach einem der oben genannten Patente, so bewickelt, daß die Dicke der aufgetragenen
Silikonkautschukschicht 1,2 mm beträgt. Trotz der Bewicklung kann man durch den
transparenten Silikonkautschuk durch das Glasrohr hindurchsehen. Wenn man nach der
Bewicklung einen 500 g schweren Hammer aus 2 m Höhe auf das Glasrohr fallen läßt,
bleibt sowohl
die Schutzschicht als auch das Glasrohr unzerstort. Das gleiche Ergebnis erzielt
man, wenn man Schutzschicht und Glasrohr vor diesem Versuch 200 Stdn. bei 2500 altert.
Das ungeschützte Glasrohr gleicher Qualität wird durch den herabfallenden Hammer
völlig zerstört.
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2) Ein vulkanisiertes oder ein halbvulkanisiertes Band bzw. eine
Folie aus gewöhnlichem, nicht selbstklebendem Silikonkautschuk wird mit einer Silikonkautschukklebelösung
bestrichen und dann gewickelt.
Diese Klebelösung kann z. B. eine
kaltvulkanisierende Lösung sein. Es kann auch ein Zweikomponenten-Kleber sein, der
| Kaltkautschuk enthält ; eine Komponente enthält z. B. das Dibutyl- |
| zinndilaurat als Katalysator, die andere Komponente enthält
z. B. |
| Polyorganowaaseretoffsiloxan al8 Vernetzer. Man wUrde also
die |
Glasoberfläche z. B. mit der Komponente, die das Dibutylzinndilaurat enthält, einstreichen,
anschließend das Kautschukband mit der Komponente imprägnieren, die das H-Siloxan
enthält, und anschließend auf den Glaskörper aufweickeln, worauf innerhalb von 5
Minuten eine Verfestigung erfolgt.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Glaskörper durch Bestreichen
oder Tauchen mit Hilfe einer Silikonkautschuklösung, die entweder heiß-oder kaltvulkanisierend
sein kann, zu überziehen. Vorzugsweise würde man mit einer 30% igen Lösung einer
kaltvulkanisierenden Streichmasse arbeiten, die zur Topfzeitverlängerung Butanol
enthält und mit Tetraäthylsilikat und Dibutylzinndilaurat gehärtet wi ? d.
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Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der
Erfindung.
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Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Einfachwicklung eines
| Röhrkörpern mit einem Silikonkautaohukband, das ein Dreiecksprofil |
aufweist ; durch die Verformung beim Ziehen aus dem Dreiecksprofil entsteht ein
rautenähnlichea Gebilde.
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Fig. 2 zeigt die Aus echt einer Einfachwioklung mit einem Dreiscksprofilband.
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Fig. 3 zeigt eine Doppelweicklung mit Dreiecksprofilband im Längsschnitt.
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Pig. 4 zeigt eine Doppelwicklung mit eingelassenen Heizleitern, ebenfalls
im Längsschnitt.