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Verfahren zur Herstellung einer Durchführung für elektrische Geräte
Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Anmeldung Serial No.
798 307 vom 11. Februar 1969 beansprucht.
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Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung einer
Durchführung für elektrische Geräte unter Verwendung eines geschäumten Kunstharz
es.
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Die bisher üblichen Durchführungen bestehen im wesentlichen aus einem
stabförmigen Durchführungsleiter und einem diesen umgebenden Isoliermittel, das
nach außen von einem Isoliergehäuse begrenzt wird. Als Isoliermittel dienen z.B.
mit Öl getränktes Papier oder gießbare Kunstharze, die ausgehärtet werden. Ferner
benötigt man Dichtungsmittel, um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere der
Durchführung zu verhindern, sowie Befestigungsmittel zur Anbringung der Durchführung
an dem zugehörigen elektrischen Gerät, z.B. einem Transformator.
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Ferner ist eine elektrische Durchführung bekanntgeworden, bei der
sich in den Raum zwischen dem Durchführungsleiter und dem Isoliergchause als Isoliermittel
ein gesuha es Kunstharz, inbesunuere ein geschäumtes Polyurethanharz, befindet (britische
Patentschrift 929 579). Die Verwendung dieses Schaumes ermöglicht eine gegenüber
den zuvor beschriebenen Durchführungen vereinfachte Herstellung.
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Durch die Erfindung wird der Aufwand für die Abdichtung und Befestigung
elektrischer Durchführungen erheblich gesenkt. Die Erfindung befaßt sich mit einem
Verfahren zur Herstellung einer Durchführung für elektrische Geräte unter Verwendung
eines geschäumten Kunst harzes und ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: Ein
wetterfester Hohlkörper mit offenen Enden wird mit einem Ende 80 in die Öffnung
eines Gerätegehäuses eingesetzt, daß er um ein bestimmtes Maß durch die Öffnung
hindurchragt; der Durchführungsleiter wird koaxial in dem Hohlkörper derart angeordnet,
daß er beidseitig aus dem Hohlkörper herausragt; das obere Ende des Hohlkörpers
wird abgedichtet; eine an beiden Enden offene Gießform wird nit einem Ende konzentrisch
um den Durchführungsleiter auf der dem Hohlkörper gegenüberliegenden Seite der Öffnung
des Gerätegehäuses angeordnet, wobei die Gießform die Öffnung umgibt und wobei sich
der Durchführungsleiter genau passend durch das andere Ende der Gießform hindurch
erstreckt, und der Hohlkörper und die Gießform werden mit geschäumtem Kunstharz
gefüllt, das anschließend ausgehärtet wird. Auf diese Weise wird die Durchführung
hergestellt und zugleich mit dem zugehörigen elektrischen Gerät verbunden, ohne
daß Schwierigkeiten bei der Abdichtung entstehen. Ferner werden keine besonderen
Befestigungsmittel benötigt, weil das geschäumte Harz zugleich die Verbindung des
IIohlkörpers und der Gießform mit dem Gerätegehäuse übernimmt.
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Im Rahmen der Erfindung kann eine vorteilhafte Befestigung der Durchführung
dadurch erreicht werden, daß die Gießform die Öffnung in dem Gerätegehäuse mit Abstand
umgibt und der den Durchführungsleiter im Endzustand umgebende Isolierkörper zu
beiden Seiten der Wandung des Gerätegehäuses einen gröBeren Durcnnesser als die
Öffnung besitzt, wobei der Kunstharzschaum mit dem die Öffnung umgebenden Teil der
Wandung in fester Verbindung steht.
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Dadurch entsteht eine formschlüssige und kraftschlüssige Verbindung
der Durchführung mit dem zugehörigen Gerät. Es besteht deshalb auch die Möglichkeit,
die erwähnte Gießform nach dem
Aushärten des geschäumten Harzes
zu entfernen. Falls es jedoch erwünscht ist, den fertigen Isolierkörper gegen Einflüsse
aller Art zu schützen, kann die Gießform als Bestandteil der fertigen Durchführung
beibehalten werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist ein vorteilhaftes Verfahren zur
Herstellung einer Kondensatordurchführung vorgesehen, bei dem durch folgende Schritte
leitende Schichten zur Steuerung der Spannungsbeanspruchung in den Isolierkörper
eingebracht werden: Auf eine den Durchführungsleiter konzentrisch umgebende Schicht
ausgehärteten Schaumes wird ein leitfähiges, streichfähiges ltittel aufgebracht;
auf die leitfähige Schicht wird eine weitere konzentrische Isolierschicht aus geschäumtem
Harz aufgebracht, und das Bestreichen mit dem leitfähigen Mittel und die hufbrir.-gung
einer weiteren Isolierschicht wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Anzahl
von Isolierschichten und leitenden Schichten erreicht ist. Hierdurch werden die
bisher oft aufgetretenen Schwierigkeiten bei der Einbringung leitender Einlagen
in die IsolierkörFer von Durchführungen vermieden. Durch die abschnittsweise Herstellung
des zusammengesetzten Isolierkörpers ist sichergestellt, daß die leitenden Schichten
sich genau an der gewünschten Stelle befinden und somit die beabsichtigte Vergleichrnäßi
gung der Spannungsbeanspruchung zu+er'Kissig erreicht wird. Demgegenüber hat man
bisher Bleche, Folie oder Rohre verwendet, die durch besondere hilfsmittel während
des Einbringens des Isoliermittels, beispielsweise eines flüssigen Gie3harzes, abgestützt
werden mußten. Auch bei einem anderen bekanntgewordenen Verfahren zur Herstellung
einer Kondensatcrdurchführung mittels geschävntem Kunstharz (britische Paterftschrift
929 579) werden solche Hifsmittel benötigt.
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Die nach den vcrstehend beschriebenen Verfahrensschritten hergestellten
zusammengesetzten Isolierkörper körnern in der bereits dargelegten Weise zugleich
in ein Isoliergehäuse eingebaut und mit dem zugehörigen elektrischen Gerät verbunden
werden; jedoch
kann man die zusammengesetzten Isolierkörper auch
in einem üblichen Isoliergehäuse, z.B. einem Porzellanüberwurf, mittels geschäumtem
Harz oder auf andere Weise befestigen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die Figuren 1A bis 1D veranschaulichen die Verfahrensschritte zur
Herstellung einer Durchführung bei. gleichzeitiger Verbindung mit einem zugehörigen
elektrischen Gerät.
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Die Figuren 2A bis 2F dienen zur Erläuterung der Verfahrensschritte
bei der Herstellung einer Kondensatordurchführung.
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Die Fig. 1A ist eine zum Teil geschnittene Ansicht der Komponente,
die man zur Ausführung des ersten Schrittes des Verfahrens zum Bau der Durchführung
10 nach Fig. 1D benötigt. Ein Hohlkörper 12 und ein Durchführungsleiter 14 sind
zusammen mit einem Teil des Gehäuses des zugehörigen Gerätes vorgesehen, bei dem
es sich um die Abdeckung 16 eines Verteilungstransformators handeln kann, die eine
Öffnung 18 zur Aufnahme der Durchführung enthält. Der Hohlkörper 12 hat eine im
wesentlichen zylindrische, längliche Gestalt mit einem ersten Ende 20 und einem
zweiten Ende 22 sowie einem Innenraum 21 zwischen den Enden 20 und 22. In die äuEere
Oberfläche des Hohlkörpers 12 sind Schirme 24 eingeformt. Der Hohlkörper 12 ist
als ständiger Bestandteil der Durchführung 10 vorgesehen und demeRtsprechend aus
einem witterungsbeständigen Isoliermaterial hergestellt, z.B. aus einem synthetischen
Harz hoher Dichte wie Polyurethan, oder aus Porzellan ähnlich den üblichen Porzellanüberwürfen.
Das zweite Ende 22 des Hohlkörpers 12 ist rohrförmig gestaltet und so bemessen,
daß es genau in die Öffnung 18 paßt, wobei es sich von der Wetterseite der Abdeckung
16 her um ein besti.=mtes Maß durch die Öffnung 18 hindurch erstreckt. Der llohlkörper
12 kann in die Öffnung 18 leicht eingesetzt werden, indem sein zweites Ende 22 durch
die Öffnung 18 eingeführt und sein erster, dem Ende 22 benachbarter Wetterschirm
auf der Abdeckung 16 abgesetzt wird.
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Der Durchführungsleiter 14, der ein erstes Ende 26 und ein zweites
Ende 28 besitzt, kann aus jedem guten elektrischen Leiter hergestellt sein, wie
Kupfer oder Aluminium, und kann jede geeignete Konstruktion aufweisen. Z.B. kann
der Durchführungsleiter 14 bei Verwendung eines dünnwandigen Hohlkörpers 12 mit
einer metallischen Kappe 30 verbunden sein, die das Ende 20 des Hohlkörpers 12 umschließt,
wobei die Kappe zugleich Anschlußmittel 32 trägt, die so ausgebildet sind, daß ein
Leiter eines äußeren elektrischen Kreises daran anschließbar ist. Der Durchführungsleiter
14 kann nahe seinem Ende 28 mit einem Gewinde 33 für eine Mutter versehen sein,
oder er kann ein abgeflachtes Ende mit einer Öffnung darin aufweisen. Nachdem der
Hohlkörper 12 in die Öffnung 18 eingebracht ist, wird also der Durchführungsleiter
14 zusammen mit der Kappe 30 und den Anschlußmitteln 32 koaxial durch den Innenraum
des Hohlkörpers 12 geführt, bis der abwärts weisende Flansch der Kappe den sich
nach oben erstreckenden Endteil 20 des Hohlkörpers 12 umfaßt.
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Der nächste Schritt beim Bau der Durchführung 10 ist in Fig. 1B gezeigt,
und zwar besteht dieser darin, eine Gießform 34 vorzusehen, die im wesentlichen
kegelförmig ausgebildet ist und ein erstes Ende 36 sowie ein zweites Ende 38 aufweist,
zwischen denen sich ein Innenraum 40 befindet. Das erste Ende 36 der Gießform 34
ist offen, wobei die Öffnung am Ende 36 einen wesentlich größeren Durchmesser als
die Öffnung 42 am Ende 38 aufweist.
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Der Innenraum 40 verengt sich allmählich nach dem Ende 38 zu, dessen
Öffnung 42 so bemessen ist, daß sie den Durchführungsleiter 14 genau aufnimmt. Wie
Fig. 1B zeigt, befindet sich die Gießform 34 auf der dem Innenraum des zugehörigen
Gerätes zugewandten Seite der Abdeckung 16 und ist teleskopartig auf den Durchführungsleiter
14 gesetzt, wobei ihr Ende 36 die Abdeckung 16 berührt und die Öffnung 18 in gleichmäßigem
Abstand umgreift.
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Das Ende 28 des Durchführungsleiters 14 erstreckt sich durch die Öffnung
42, un eine Mutter 44 befindet sich in Eingriff mit dem Gewinde 33, um die Gießform
34 an der Abdeckung 16 zur dichten
Anlage zu bringen und gleichzeitig
den Hohlkörper 12 an der gegenüberliegenden Seite der Abdeckung 16 zu sichern, wobei
zugleich das Ende 28 des Durchführungsleiters 14 in die vorgesehene Stellung gelangt.
Falls das Ende 28 nicht mit einem Gewinde versehen ist, können andere geeignete
Mittel vorgesehen sein, um die Gießform 34 in der gewünschten Stellung zu halten.
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Dadurch, daß die Öffnung der Gießform 34 die Öffnung 18 in der Abdeckung
16 gleichmaßig umgreift, wird der Durchführungsleiter 14 automatisch in den Längsachsen
des Mohlkörpers 12 und der Gießform 34 fixiert. Die Öffnungen 21 und 40 des Hohlkörpers
12 bzw. der Gießform 34 bilden zusammen eine durchgehende Klammer zwischen dem Ende
20 des Hohlkörpers 12 und dem Ende 38 der Gießform 34. Am unteren Ende der Gießform
34 befindet sich eine Öffnung 46, durch die das iiarz zur Bildung eines den Durchführungsleiter
14 umgebenden Isolierkörpers eingeführt werden kann.
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Falls die Gießform 34 nicht als ständiger Bestandteil der Durchführung
10 beibehalten wird, kann sie aus Jedem geeigneten Material hergestellt sein, sowohl
aus metall oder Isolierstoff, und sollte an der Wandung, welche den Innenraum 40
begrenzt, mit einem geeigneten Tren=mittel für das Harz behandelt sein. Falls die
Gießform 34 als ständiger Bestandteil der Durchführung 10 beibehalten wird, empfiehlt
es sich, sie aus einem Isoliermaterial herzustellen, das eine feste Bindung mit
dem verwendeten Harzschaum eingeht.
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Der nächste Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Durchführung
10 ist in Fig. 1C dargelegt. Er umfaßt das Einführen des Harzes durch die Öffnung
46, das Aufschäumen des Kunstharzes, bis es die durch die Hohlräume 21 und 40 gebildete
Kammer vollständig ausgefüllt hat, sowie das Aushärten des geschäumten Kunstharzes
zu einem stabilen, festen Isolierkörperteil 50, das sich in gleichmäßiger Beschaffenheit
zwischen dem Ende 20 des Hohlkörpers 12 bis zum Ende 38 der Gießform 34 erstreckt.
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Es kann jedes geeignete geschäunte Harz, das die geforderten mechanischen
und elektrischen Festigkeitswerte besitzt, verwendet werden, wie ilarze auf der
Basis von Urethan, Epoxyd, Phenol oder Silikon; Jedoch haben sich die Polyurethanschäume
als besonders vorteilhaft erwiesen. Ihre Eignung beruht auf folgenden Eigenschaften:
Geringe Kosten, Aufschäumen an Ort und Stelle, gute haftung mit den Materialien,
aus denen der Hohlkörper 12 bestehen kann, einfach beeinflußbare Dichte, die zwischen
32 und 400 kg/m3 liegen kann, Verwendbarkeit von Fluorwasserstoffen, z.B. Freon,
zum Aufschäumen, wodurch man eine vorzügliche elektrische Festigkeit erzielt, Beständigkeit
gegen Wärmebeanspruchungen und chemische Einflüsse.
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Das geschäumt Kunstharz bleibt mit dem Durchführungsleiter und den
Wandungen der umgebenden Körper während des Aushärtens dank dem heißen uas in den
Zellen des geschäumten Harzes in Verbindung.
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Falls gewünscht, können besondere Isoliergase während des Schäumens
hinzugefügt werden, z.B. Schwefelhexafluorid, welches die geschlossenen Zellen füllt
und eine hohe dielektrische Festigkeit achafft.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist die Verwendung von
Polyurethansc'iaum vorgesehen, der 60 Minuten lang bei 80 bis 1250 C ausgehärtet
wird, wobei man einen festen Isolierkörper von zellartiger Struktur mit der angegebenen
Dichte erhält. Um eine gute Bindung zwischen den Schaum und der Wandung des Hohlkörpers
12 der Gießform 34 und der Abdeckung 16 zu erzielen, sollten diese Teile entfettet
und getrocknet werden.
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Die genaue Zuarnrnensetzung des geschäunten Harzes wird im folgendeii
Iiiciit weiter beschrieben, da nähere angaben über geeignete Kunststoffschäume,
ihre Zusammensetzung und Verfahren zu ihrer l1erstellung beispielsweise der U-S-Patentschrift
3 072 582 oder den Werk "wiandbuch der geschäumten Kunststoffe" von R.J. Bender,
Lake Publishing Corporation, Libertyville, Illinois (USA), 1965, entno:ninen werden
können.
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Falls die Gießform 34 als ständiger Bestandteil der Durchführung 10
beibehalten werden soll, ist die Durchführung 10 zusammen mit ihrer Befestigung
und Abdichtung nach dem Aushärten des geschäumten Harzes unter Bildung des Isolierkörpers
50 fertiggestellt.
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Wenn die Gießform 34 nach der Aushärtung des Schaumes entfernt werden
soll, erhält die Durchführung 10 die in Fig. 1D gezeigte Gestalt. In dieser Figur
ist schematisch ein Transfornator 52 gezeigt, als dessen 1ochspannungsdurchführung
die Durchführung 10 vorgesehen ist. Hierbei ist der Durchführungsleiter 14 an die
Hocspannungswicklug 54 des Transformators 52 angeschlossen.
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Die Sekundärwicklung 56 des Transformators 52 ist an Durchführungen
58, 60 und 62 angeschlossen, die ebenfalls in der beschriebenen Weise mit dem Transformatorgehäuse
durch Kunststoffschaum verbunden sein können. Die Durchführung 10 kann auch in den
Kessel des Transformators eingeschäunt sein statt in die Abdekkung 16, wie dies
beschrieben worden ist.
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In folgenden wird näher auf die lIerstellung einer Kondensatordurchführung
an Hand der Figuren 2A bis 2F eingegangen. Will man geschlossene Kondensatordurchführungen
herstellen, so müssen die dünnen metallischen Einlagen, welche die Kondensatorplatten
bilden, in einen Hohlkörper eingeführt und darin in der gewünschten Lage festgehalten
werden, während das Harz eingefüllt und gehärtet wird. Falls die leitenden Einlagen,
z.B. Röhren oder zylindrische Folien, während des Einfüllens und der Aushärtung
des Gießharzes bewegt werden, verschlechtern sich die Eigenschaften der Durchführung.
Es sind bereits zahlreiche methoden zur Halterung der Kondensatorplatten während
der Herstellung bekanntgeworden. In den meisten Fällen werden besondere Vorrichtungen
verwendet, die spater entfernt werden. Dies ist auch der Fall bei der Herstellung
einer Kondensatordurcniührung mil r, geschäuiatem Kunstharz nach der britischen
Patentschrift 929 579.
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Die Figuren 2A bis 2F zeigen die Schritte eines neuen Verfahrens,
welches die Herstellung von Kondensatordurchführungen vereinfacht und zugleich verhindert,
daß sich die Kondensatorplatten während
der Einführung des Kunstharz
es und dessen nachfolgender Aushärtung bewegen, verziehen oder brechen.
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Die Fig. 2A stellt den ersten Schritt des neuen Verfahrens dar, der
die Bereitstellung eines Durchführungsstabes 72 mit einem ersten Ende 74 und einem
zweiten Ende 76 umfaßt, der aus einem guten elektrischen Leiter, z.B. Kupfer oder
Aluminium, besteht.
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Der Durchführungsstab 72 kann nahe den Enden 74 und 76 mit Gewinde
78 bzw. 80 für Muttern zur Befestigung äußerer elektrischer Leitungen versehen sein,
oder die Enden 74 und 76 können zur Aufnahme anderer geeigneter Befestigungsmittel
ausgebildet sein.
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Der nächste Schritt, der in Fig. 2B gezeigt ist, schließt die Anordnung
des Durchführungsstabes 72 in einer nicht gezeigten Gießform und die Einführung
eines Harzes ein, das geschäumt und ausgehärtet wird, wodurch ein erster Isolierkörperteil
82 mit einer bestimmten Längsabmessung und einer bestimmten radialen Ausladung gebildet
wird.
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Der nächste Schritt, den Fig. 2C zeigt, besteht in dem Überziehen
eines bestimmten Teiles der äußeren Oberfläche des ersten Isolierkörperteiles 82
mit einem Überzug 84 eines leitenden Naterials, welches die erste Kondensatorplatte
bildet. Der Überzug 84 kann in jeder geeigneten Weise aufgebracht werden, z.B. durch
Aufstreichen oder -sprühen und kann elektrisch leitend sein wie Aluminium, teilweise
leitend wie Kohlenstoff oder halbleitend, d.h. mit spannungsabhängigem Widerstand,
wie z.B. eine Anstrichfarbe, die feinverteiltes Siliciumkarbid enthält.
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Falls zusätzliche Kondensatorplatten benötigt werden, wiederholt man
so oft wie erforderlich die Schritte des Schäumens von Isolierkörperteilen und deren
Beschichtung, wobei man das Schäumen zweckmäßig in einer Form ausführt, welche die
gewünschte Länge und radiale Ausladung für jeden Isolierkörperteil ergibt. Z.B.
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werden der Durchführungsstab 72 und der darauf geformte erste Isolierkörperteil
82 in einer Form angeordnet, und es wird ein
Harz eingeführt, geschäumt
und ausgehärtet, wodurch ein zweiter Isolierkörperteil 86 unmittelbar über dem beschichteten
ersten Isolierkörperteil 82 geschaffen wird, der ebenso dick wie der Isolierkörperteil
82 ist (Fig. 2D).
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Anschließend wird, wie in Fig. 2E gezeigt, ein bestimmter Teil der
äußeren Oberfläche des zweiten Isolierkörperteiles 86 mit einem überzug 88 aus demselben
Material wie der Überzug 84 beschichtet. Auf diese Weise entsteht eine zweite Kondensatorplatte,
die koaxial mit der ersten Kondensatorplatte (Überzug 84) und den Durchführungsstab
72 angeordnet ist.
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Nachdem die benötigte Anzahl von Kondensatorplatten durch Wiederpolung
der Schritte des Formens und Beschichtens radialer Isolierkörperteile erreicht ist,
kann der sich ergebende zusammengesetzte Isolierkörper in ein geeignetes wetterfestes
Gehäuse eingebracht werden, z.B. ein Gehäuse aus Porzellan oder synthetischem Harz.
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Der zusammengesetzte Isolierkörper kann innerhalb des in Fig. 2F gezeigten
Porzellangehäuses 90 dadurch befestigt werden, daß das Porzellangehäuse 90 als Gießform
benutzt und ein geschäumtes IIarz eingeführt wird, um eine stabile, geschäumt Isolierung
zwischen dem zusammengesetzten Isolicrkörperteil und dem Porzellangehäuse 90 zu
schaffen. Das Porzellangehäuse 90 kann einen Befestigungsflansch besitzen, um es
an dem zugehörigen elektrischen Gerät anzubringen. Andererseits kann das Gehäuse
von der in den Figuren 1A bis 1D gezeigten Art sein, wobei der zusamzengesetzte
Isolierkörperteil entsprechend dem an Hand dieser Figuren erläuterten Verfahren
zugleich in dem Gehause und ar dem elektrischen Gerät befestigt werden kann.
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Das gesnäu!nL Harz, aus dem die aufeinanderfolgend aufgebrachten Isolierkörperteile
der Durchführung 70 nach Fig. 2F geformt sind, kann dasselbe sein, wie zuvor bezüglich
der Figuren 1A bis 1D beschrieben worden ist, wobei sich Polyurethanschaum sowohl
wegen seiner charakteristischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften als
auch wegen seiner verhältnismäßig geringen Kosten auszeichnet.