DE2142638A1 - Rucklauftransformatoranordnung - Google Patents

Description

25, Aug.

MATSUSHITA ELECTRIC IEDUSTRIAL CO., LTD.
Osaka, Japan

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rücklauf transformatoranordnung zur Verwendung in Fernsehempfängern und insbesondere auf deren inneren Aufbau und auf die für eine solche Rücklauftransformatoranordnung verwendeten Materialien.

Die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigegebenen Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Rücklauf transformator»

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen der aus der Koronaentladung im Isolieröl resultierenden
Ladungsmenge und der Lebensdauerverkürzung»

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Messung der aus der Koronaentladung im Isolieröl resultierenden Ladungsmenge )

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Hg. 4 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen der Lebensdauerverkürzung und dem dielektrischen "Verlust im Isolieröl» und

Figo 5 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rücklauftransformators.

Ss sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher der Grundaufbau der die Erfindung verkörpernden Eücklauftransfοrmatoranordnung gezeigt ist, wobei mit der Bezugszahl 1 ein hermetisch abgedichteter Metallbehälter bezeichnet ist, in den ein Transformator 2 aufgenommen ist, der beim Aufdrücken eines von außen zugeführten Eingangs an einem Elederspannungsanschluß 3 eine Hochfrequenz-Hochspannung liefert. Die so erzeugte Hochfrequenz-Hoch spannung wird durch eine Hochspannungsdiode 4 gleichgerichtet und dann über einen Ober Spannungsanschluß 5 entnommen, um einer Bildröhre 6 zugeführt zu werden. Der Innenraum des hermetisch abgedichteten Behälters istvöllig vakuumfrei mit Isolieröl ausgefüllt, wie dies bei 7 angedeutet ist, so daß in dem Behälter keine Gasanteile vorhanden sind.

Der Rücklauftransformator 2 besteht aus einem Kern 2a, einer Primärspule (Primärwicklung) 2c und einer Oberspannungswicklung (Sekundärwicklung) 2b, wobei die NiederSpannungsanschlüsse 3 und der Oberspannungsanschluß 5 Leiter 3a bzw. 5a einbegreifen, die eine Verbindung zwischen dem Behälterinneren und der Außenseite vermitteln.

Bei der Micklauftransformatoranordnung mit dem obenbeschriebenen Aufbau ist die dielektrische Festigkeit durch das Vorhandensein des Isolieröls stark erhöht, so daß die für Isolierungszwecke vorzusehenden Abstände klein bemessen sein können, was einer Ausführung der Bücklauf transf ο rmato rano rdnung· in Kleinstbauweise wirksam entgegenkommt. Hinsichtlich der Stabilität, der Sicherheit bei langer Lebensdauer usw. ergeben sich indessen schwerwiegende Probleme, die nicht dadurch gelöst werden können, daß man lediglich die dielektrische Festigkeit erhöht. Auf die Hauptprobleme soll untenstehend näher eingegangen werden.

(l) Das Ölisoliersystern gestattet zwar eine Verringerung der zwischen den verschiedenen feilen innerhalb der Bücklaufträns-

fο rma to rano rdnung

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formatoranordnung zu I soIierzwecken vorzusehenden Abstände, so daß die Vorrichtung als solche sehr klein ausgebildet sein kann? doch besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit dafür, daß es in dem Cl an den Leiterflächen, an denen die Eochspannuiigs-Rü cklaufimpulse zugeführt werden, zu einer Koronaentladung kommt, und darüber hinaus ist auch die aus der Koronaentladung in dem Öl resultierende Ladungsmenge sehr groß im Vergleich zu der üblichen Rücklauftransfοrmatoranordnung, die so aufgebaut ist, daß der isolierende Zwischenraum zwischen dem Transformator und dem metallischen Abschirmungsgehäuse groß genug ist. Bei einer Hücklauftransfοrmatoranordnung mit Ölschutz muß dem Auftreten von Koronaentladungen in dem Öl gründlich vorgebeugt werden, da sich die Geschwindigkeit der Ölalterung mit der Zunahme der aus solchen Entladungen resultierenden Ladungsmenge erhöht, wohingegen bei einer herkömmlichen Vorrichtung mit Luftisolierung die Diffusion der Luft selbst dann, wenn in einem gewissen Umfang Koronaentladungen auftreten, verhindert, daß eine solche Entladung zur Zerstörung des gesamten Durchgangs führt, und dieses Froblem ist daher bisher übersehen worden. Bei einer Rücklauftransfo rmato rano rdnung mit Ölisolierung ist es daher wesentlich, daß Vorkehrungen getroffen werden, die eine Ausführung der Vorrichtung in Kleinstbauweise gestatten, indem zu diesem Zweck der Alterung des Isoliermittels infolge Koronaentladung entsprechend entgegengewirkt wird.

(2) Da das Isolieröl eingeschlossen ist, besteht bei einer Erhitzung der Vorrichtung oder bei äußerer Flammeneinwirkung die luöglichkeit, daß sich das Isolieröl thermisch ausdehnt oder verdampft, so daß das Öl entweder in flüssiger Form oder als Gas ausströmt, worauf sich das ausströmende Öl dann entzünden kann.

(3) Da das Isolieröl auch den Eaum zwischen den den Rücklauftransformator bildenden Wicklungen und dem Behälter ausfüllt, ist die hier auftretende Streukapazität der Dielektrizitätskonstante des Isolieröls proportional. Im Vergleich zur herkömmlichen Rücklauftransformatoranordnung ist die Streukapazität wegen des geringeren Abstanües zwischen diesen Wicklungen und dem Behälter sogar noch erhöht. Dies muß sich natürlich insofern ungünstig auf die Arbeitsweise der Rücklauftransfοrmatoranordnung auswirken, als dies'

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zur Folge hat, daß sich die Breite des Rücklaufimpulses vergrößert, daß die gedämpfte Schwingung nahe an die Grund schwingung heranrückt usw. So besteht beispielsweise eine Tendenz dahingehend, daß das Bild einer stärkeren Verzerrung und/oder Störung unterliegt, daß in dem Rücklauftransformator mehr Färme erzeugt wird usw.

Nachstehend-sollen konkrete Methoden zur Lösung der obigen Probleme erörtert werden.

(l) Verhinderung der Koronaentladung in dem Öl

Bei einem Bücklauftransformator, der dank der Anwendung eines ölisoliersystems in Kleinstbauweise ausgeführt ist, tritt an den Oberflächen der Drähte der Oberspannungswicklungen, denen die Hochspannungs-fiücklaufimpulse zugeführt werden, an deren Ableitungsdrähten sowie an den Ableitungsdrähten der Hochspannungsdiode ein äußerst intensives elektrisches Feld auf, da diese Drähte sämtlich einen kleinen Durchmesser haben, und es besteht daher die Wahrscheinlichkeit, daß es dort zu einer Koronaentladung kommt. Will man dies vermeiden, so kann man die Wölbung jener Teile vergrößern, an denen ein starkes elektrisches Feld auftritt, beispielsweise indem man Drähte von größerem Durchmesser verwendet oder indem man die Drähte mit gerundeten Leitern von größerem Durchmesser überzieht, um so das elektrische Feld zu schwächen. In fertigungstechnischer oder konstruktiver Einsicht stößt man jedoch auf Schwierigkeiten, wenn man versucht, dieses Prinzip auf alle Teile zu übertragen. (Benutzt man beispielsweise einen V/icklungsdraht mit größerem Durchmesser so wird der Rücklauf transformator entsprechend größer und der Gesamtaufbau wird sperrig). Die im obigen umrissenen Probleme sind also auf diesem Wege nur schwer zu lösen.

Eine rationelle und wirtschaftliche Konstruktionsweise läßt sich verwirklichen, wenn man Isolieröl mit einer hohen Anfangsspannung der Koronaentladung und mit einer hohen Koronabeständigkeit verwendet und außerdem an denjenigen Teilen, an denen dies möglich ist, die obenbezeichneten Gegenmaßnahmen trifft. Die Bestimmung der Anfangs spannung der Koronaentladung im Hochspannungsladungsbereich ist jedoch problematisch, da sie von der Empfindlichkeit'der Hilfsmittel zum Feststellen einer Koronaentladung, von der Konstruktion

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tion und vom Zustand der Elektroden usw. abhängt. Zur Messung der aus der Koronaentladung resultierenden Ladungsmenge bedient man sich daher einer solchen Elektrodenanordnung und legt eine solche Spannung an, daß eine leicht meßbare Koronaentladung eintritt, und es hat sich gezeigt, daß eine sehr enge Wechselbeziehung zwischen der so gemessenen Ladungsmenge und dem jeweiligen Ergebnis eines mit einer Hücklauftransformatoranordnung vorgenommenen Lebensdauer-Sehne 11 Versuchs besteht, wenn man hierbei Isolieröl der gleichen Art verwendet, wie es im Hahmen der Erfindung vorgesehen ist. In der graphischen Darstellung der Hg. 2 ist dieser Befund festgehalten und es ergibt sich daraus, daß sich die Lebensdauer bei einer aus Koronaentladungen resultierenden Ladungsmenge von etwa 100 Pikocoulomb (pC) als Grenzwert abrupt ändert, wenn eine Spannung von 15 kYp (Rücklaufimpuls) angelegt wird. In üg. 5 ist eine Elektrodenanordnung gezeigt, die so aufgebaut ist, daß die Neigung zum Auftreten von Koronaentladungen in dem Isolieröl unschwer gemessen werden kann, wobei hier mit der Bezugszahl 10 ein Isolierrohr aus alkaliarmem Glas mit einem Innendurchmesser von etwa 30 mm bezeichnet ist, in das ein Verschluß 11 eingepaßt ist, durch den sich ein Leiter 12 hindurcherstreckt, an dessen oberem Ende eine flache Elektrode 13 vorgesehen ist. In Gegenüberstellung zu der flachen Elektrode 13 ist in einem Abstand von 5 ³^ eine Spitzenelektrode I4 vorgesehen. Der Raum, in dem sich diese Elektroden befinden, ist mit dem zu prüfenden Isolieröl gefüllt. Der Leiter 12 ist geerdet und der Spitzenelektrode I4 wird über eine Hochspannungszuleitung I5 der Hochspannungs-Rücklaufimpuls von 15 kVp zugeführt, wobei diese Elektrode gleichzeitig auch mit einer Vorrichtung zur Messung der aus der Koronaentladung herrührenden Ladungsmenge verbunden ist. Die Spitzenelektrode ist so bearbeitet, daß ihr zugespitztes Ende einen Krümmungsradius von 20 11m hat»

Bei dem hier angeführten Beispiel wurde die aus der Koronaentladung herrührende Ladungsmenge bei Zuführung eines Rücklaufimpulses von 15 kVp gemessen. Hierbei zeigte sich, daß die besten Resultate mit Mineralöl, Silikonöl und mit Alkylbenzol erzielt wurden. Dies ist auch in jeder Rücklauftransformatoranordnung zu beobachten. Der Grund dafür ist der, daß es sich bei dem auf das Isolieröl in

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der Rücklauftränsfο rmato rano rdnung einwirkenden elektrischen Feld mit Ausnahme eines Teilbereichs um ein elektrisches Feld von hoher Frequenz in Form eines Rücklauf impulses handelt und daß sich das Öl daher gänzlich anders verhält als das üblicherweise in Geräten für technische Frequenzen benutzte Isolieröl.

Es konnte festgestellt werden, daß bei Verwendung eines nichtentflammbaren Isolieröls (Diphenylchlorid-Gruppe), wie man es heute weitgehend beispielsweise in Leistungstransformatoren oder dgl. einsetzt, die Ölalterung in der erfindungsgemäßen Rücklauftransformatoranordnung rascher eintritt als bei Verwendung von SLIikonöl als Isolieröl. Der Umstand, daß dieser Befund zu verzeichnen ist unbeschadet der Tatsache, daß die aus der Kugelfunkenstrecke eines solchen nichtentflammbaren Isolieröls zu ermittelnde Kurzzeit-Zerstörungsspannung um 20 bis 30 Prozent höher liegt.als beispielsweise beim Silikonöl, läßt die besondere Eigenart der für die erfindungsgemäße Rücklauftransformatoranordnung erforderlichen Eigenschaften erkennen. Für den Fall, daß ein elektrisches Feld von hoher Frequenz angelegt wird, beispielsweise in Form eines Rücklaufimpulses, setzt die Koronaentladung in einem Isolieröl, das einem solchen elektrischen Feld ausgesetzt ist, bei einer niedrigeren Feldstärke ein als beim Anlegen eines elektrischen Feldes von einer technischen Frequenz. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Alterungsoder Abbaugeschwindigkeit des Isolieröls infolge der Abnormität des Spannungeverlaufs und der dielektrischen Aufheizung stärker fortschreitet als das Frequenzverhältnis! für den Fall, daß sich die Folgefrequenz auf 15,75 kHz beläuft, liegt die Grundwellenfrequenz bei annähernd 35 bis 45 kHz. Da die Frequenz der dem Rücklaufimpuls überlagerten gedämpften Schwingung drei- bis fünfmal so hoch ist wie die der Grundwelle, beläuft sich die Frequenz der gedämpften Schwingungen im obengenannten Fall auf 100 bis 200 kHz.

Ferner tritt in einem verschwindend kleinen Anteil des Isolieröls, der einem elektrischen Hochfrequenzfeld ausgesetzt ist, ein dielektrischer Verlust (tga) auf, und bei seiner Zunahme erhöht sich in diesem Teil auch die dielektrische Verlustdichte (W/cm ), so daß dieser Anteil des Isolieröls, mag er auch äußerst klein sein, auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, was zur Folge hat, daß es hier zu

einer

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einer theradschen Zersetzung, zur Verdampfung, zur Abgabe von gelöstem Gas oder zu ähnlichen Erscheinungen kommt. In dem Öl bildet sich also ein sehr kleines Bläschen, wodurch eine Koronaentladung ausgelöst werden kann. Fig. 4 zeigt die Beziehungen zwischen dem dielektrischen Verlust in Isolierölen verschiedener Art bei 25 C und dem Ergebnis von Lebensdauerschnellversuchen, die in ähnlicher Weise Torgenommen wurden, wie dies obenstehend unter Bezugnahme auf Hg, 2 beschrieben ist. Hieraue geht hervor, daß es erwünscht ist, daß sich der dielektrische Verlust des zur Verwendung vorgesehenen

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Isolieröls in einem Frequenzbereich von 10 bis 2 χ 10 Hz bei weniger als 1 χ ΙΟ"¹ hält.

(2) Hichtentflammbarkeit

Me Verwendung eines nichtentflammbaren Öls der DiphenylchIorid-Gruppe als Isolieröl zur Erhöhung der Geräte sicherheit entspricht einer allgemein bekannten und weiterhin in Anwendung gebrachten Methode} aus dem weiter oben Gesagten geht jedoch hervor, daß es ia Fall des erfindungsgemäßen Bücklauftransformators nicht angebracht ist, mit einem solchen nichtentflammbaren Isolieröl zu arbeiten. Bei der erfindungsgemäßen Hiicklauftransformatoranordnung besteht keine töglichkeit, daß es zu einer Kurzschluß- oder Entladungserscheinung kommt, die ein Gasen oder Abbrennen nach sich ziehen könnte, wie dies mitunter bei einem herkömmlichen Rücklauftrocken transfοrmator mit Wachsfüllung oder dgl. der Fall sein kann. Doch kann auch die Verwendung von Mineralöl, Alkylbenzol oder ähnlichen Stoffen als Isolieröl nicht als ideal angesehen werden, wenn man die ilöglichkeit in Betracht zieht, daß der Rücklauf transformator infolge unvorhergesehener Umstände oder beim Ausbrechen eines Feuers am Aufstellungsort des Fernsehempfängers, in den die Rücklauftransfo rmato rano rdnung eingebaut ist, einer Flammeneinwirkung ausgesetzt oder von außen her überhitzt werden könnte.

Silikonöl kann als solches nicht als unentflammbar gelten» doch hat sich gezeigt, daß Silikonöl bei Verwendung als Isolieröl in der erfindungsgemäßen Rücklauftransformatoranordnung nichtentflammbaren Isolierölen anderer Art insofern überlegen ist, als es auch bei äußerer Flammeneinwirkung sehr beständig ist, nicht gast

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usw. Die Flammfestigkeit der erfindungsgemäßen Eücklauftransformatoranordnung wird also durch Verwendung von Silikonöl als Isolieröl wesentlich verbessert.

(3) Dielektrizitätskonstante

Im Hinblick auf die konstruktive Auslegung der Rücklauftransformatoranordnung ist es natürlich erwünscht, daß die Dielektrizitätskonstante eines für die Verwendung im Eahmen der Erfindung geeigneten Isolieröls (gemessen bei der Frequenz der Grundwelle oder der gedämpften Schwingung des Rücklauf impulses) nahe bei eins liegt. Andererseits ist es im Eahmen der Erfindung aber von größter Wichtigkeit, daß man die Wahl des Isolieröls unter Berücksichtigung der Möglichkeit des Auftretens von Koronaentladungen trifft. Dies bedeutet, daß die Eücklauftransformatoranordnung so aufgebaut sein muß, daß sie unabhängig vom Wert der Dielektrizitätskonstante des verwendeten Isolieröls verbesserte Eigenschaften zeigt. Liegt die Dielektrizitätskonstante des zu verwendenden Isolieröls bei einem Wert bis 4s so lassen sich befriedigende Eigenschaften der Eücklauftransformatoranordnung konstruktiv dadurch erzielen, daß man die Zahl der Yftcklungswindungen, die Außendurchmesser der Wicklungen und die wechselseitige Stellung der Primärspule (Primärwicklung) und der Oberspannungswicklung (Sekundärwicklung) entsprechend ändert, obwohl die Erfordernisse je nach dem Abstand zwischen dem hermetisch abgedichteten Behälter und den Spulenoberflächen in einem gewissen Umfang unterschiedlich sein können. Verwendet man ein Isolieröl, dessen Dielektrizitätskonstante höher ist als der vorgenannte Wert, so hat sich gezeigt, daß in diesem Fall annehmbare Eigenschaften ohne weiteres erzielt werden können, indem man die Größe des abgedichteten Behälters erhöht, indem man eine größere Beschichtungsstärke der Spulendrähte vorsieht usw. und indem man die Eücklauftransformatoranordnung so ausbildet, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Im folgenden soll nun auf Fig« 5 Bezug genommen werden, in der die Bezugszahlen 1 bis 7 Elemente bezeichnen, die jeweils den betreffenden Elementen in Fig. 1 entsprechen, während mit der Bezugszahl 8 ein Füllteil bezeichnet ist, das aus einem Material mit niederer Dielektrizitätskonstante wie beispielsweise Polypropylen oder dgl. ausgeformt ist. Das Füllteil 8 ist zwischen den abgedichteten

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dichteten Behälter 1 und den Rücklauftransformator 2 eingefügt und dient zur Verringerung der dazwischen auftretenden Streukapazität sowie zur Herabsetzung der erforderlichen Isolierölmenge, wodurch gleichzeitig auch erreicht wird, daß die temp era turabhängi gen Volumänderungen in der Ausdehnung und Kontraktion des Öls geringer ausfallen.

Bei einer solchen Anordnung können die meisten der heute üblicherweise benutzten Isolieröle ohne eine Beeinträchtigung der Betriebseigenschaften der Rücklauftransfonaatoranordnung verwendet werden.

Me durch die Erfindung vermittelten Vorteile sind obenstehend bereits aufgeführt und zur Vermeidung von Wiederholungen seien im folgenden daher nur die Hauptvorteile zusammengefaßt.

(i) Die erfindungsgemäße Riicklauftranefo rmato rano rdnung läßt in der Ausführung stark verkleinerte Abmessungen zu, so daß ihr Raumbedarf nur etwa ein Fünftel des Raumbedarfs für eine herkömmliche Vorrichtung dieser Art beträgt.

(il) Es läßt sich ein hoher Grad der Betriebssicherheit erzielen.

(ill) Es läßt sich eine hohe Zuverlässigkeit der elektrischen Isolierung erzielen und es ist die Gewähr für eine hohe Lebensdauer gegeben.

(IV) Falls SLlikonöl als Isolieröl verwendet wird, kann durch die zusätzliche Anbringung des obenerwähnten Füllteils eine Einsparung in der erforderlichen Menge der hochwertigen SLlikonflüssigkeit erreicht werden. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient ron Silikonöl um etwa 10 Prozent höher liegt als bei anderen Arten von Isolieröl, kann der in Anbetracht der in der Rücklauftransformatoranordnung auftretenden Temperaturschwankungen für den abgedichteten Metallbehälter erforderliche Grad der Respiration auch dadurch verringert werden, daß man die Menge des verwendeten Silikonöls entsprechend gering hält.

Patentansprüche

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Claims (2)

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   Patentansprüche

   Rücklauftransformstüranordnung, bestehend aus einem hermetisch abgedichteten Metallbehälter und aus einem Rücklauftransformator und einer Hochspannungsdiode, die in diesen hermetisch abgedichteten Metallbehälter aufgenommen sind, wobei dem Rücklauftransformator von außen her eine elektrische Leistung zuführbar ist und wobei ein durch Gleichrichten der in dem Rücklauf transformator auftretenden Hochspannungsimpulse verfügbarer hoher GIe ich Spannungsausgang entnehmbar ist, gekennzeichnet durch die Einfüllung von Isolieröl in den Gesamtraum des hermetisch abgedichteten Ketallbehälters (l) einschließlich aller kleinen Zwischenräume, wobei die aus einer Koronaentladung zwischen einer Spitzenelektrode (14) und einer flachen Elektrode (lj) bei Eintauchung in dieses Isolieröl (bei einem Krümmungsradius des zugespitzten Endes der Spitzenelektrode von 20 Jim sowie bei einem Abstand zwischen den beiden Elektroden von 5 mm) herrührende Ladungsmenge sich bei Zuführung eines Rücklaufimpulses von 15 kVp zu der Spitzenelektrode (I4) auf 100 Pikocoulomb (pe) oder weniger beläuft.
2. 2. Rücklauftransformatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolieröl vorgesehen ist, dessen dielektrischer Verlust sich in einem Frequenzbereich von 10 bis 2 χ 10 Hz bei 25°C auf weniger als 1 χ 10 beläuft.

   3· Rücklauf trän sfarma türanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolieröl Silikonflüssigkeit vorgesehen ist.

   4· Rücklauftransformatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenraum zwischen dem hermetisch abgedichteten Metallbehälter (l) und dem in den Metallbehälter (1) aufgenommenen Rücklauftransformator (2) ein itormteil oder Füllteil (8) eingefügt ist, wobei die Menge des Isolieröls um ein dem Volumen des ibrmteils (8) entsprechendes Volumen geringer bemessen ist.

   5· Rücklauf transformatoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeiohnet, daß als Isolieröl Silikonflüssigkeit vorgesehen ist.

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