DE2443398A1 - Kabel, dessen isolierung aus vielen schichten papierband besteht - Google Patents
Kabel, dessen isolierung aus vielen schichten papierband bestehtInfo
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Description
Patentanwälte
Dipl.-Ing. Helmut Missling * Giessen 5.9-1974
K a o ,, Bismarckstrasse 43
Dipl.-Ing. Richard Schlee Telefon: (0641) 71O19
Dr.-Ing. Joachim Boecker Boe/MK 12.207
Aktiebolaget Västeras/Schweden
Kabel, dessen Isolierung aus vielen Schichten Papierband besteht
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kabel, dessen Isolierung aus vielen Schichten Papierband besteht.
Bei der Herstellung von Hochspannungskabeln mit einer Isolierung
aus Papier (Zellulose) wird das Papier in Form von Bändern in einer großen Anzahl von Schichten um den Leiter
gewickelt. Die Bänder haben normalerweise eine Breite von 10 - 15 mm. Das Wickeln erfolgt spiralförmig, wobei in jeder
Schicht zwischen zwei benachbarten Windungen ein Spalt freigelassen wird und in der darauffolgenden Schicht das Band
die freigelassenen Spalte der darunterliegenden Schicht überdeckt. Es ist üblich, für verschiedene radiale Bereiche (Kreis-
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ringe im Querschnitt des Kabels) Papierband unterschiedlicher Dicke zu verwenden. Man verwendet oftmals in der am
nächsten am Leiter liegenden Schicht, wo die elektrische Beanspruchung am größten ist, ein dünneres Papierband als
im übrigen Teil der Isolierung. Auch in den äußeren Schichten wird in vielen Fällen ein dünneres Papierband als in
den direkt darunterliegenden Schichten verwendet. Bei Kabeln für sehr hohe Spannungen kann die Dicke der Papierisolierung
bis etwa 20 - 30 mm betragen. Mit den Papierdicken, die in der Praxis benutzt werden und die ungefähr 50 - 150
yum betragen, in gewissen Fällen darunter, entsprechen der
genannten Isolierungsdicke somit mehreren hundert Schichten Papierband.
Nach dem Aufbringen des Papierbandes wird der papierisolierte Leiter in unimprägniertem Zustand auf Trommeln gewickelt
oder in Körbe gelegt und dadurch gebogen. Während eines späteren Stadiums in der Kabelherstellung wird die Isolierung
nach dem Trocknen unter Vakuum mit Öl oder einer anderen isolierenden Flüssigkeit imprägniert. Die genannte Biegung, und
in gewissen Fällen auch ein Biegen des fertigen imprägnierten Kabels, können Falten in der Isolierung verursachen, die zu
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Rissen in einzelnen Teilen der Isolierung führen können. Es
ist bekannt, daß das Papier verhältnismäßig dick sein und einen hohen Elastizitätsmodul in Querrichtung haben muß, damit
Papierbänder in angrenzenden Schichten beim Biegen im Verhältnis zueinander gleiten können und dadurch Schaden der beschriebenen
Art nach Möglichkeit vermieden werden. Auch das Wickeln der Papierbänder auf den Leiter wird erleichtert, wenn das Papier
verhältnismäßig dick ist. Aus mechanisch-technologischen und herstellungstechnischen Gründen ist es somit von Vorteil,
wenn das Papier dick ist.
Es ist auch bekannt, daß die Durchschlagsfestigkeit für ölimprägniertes
Papier mit abnehmender Dicke des Papierjis stark zunimmt. Vom Gesichtspunkt der elektrischen Isolierung ist es
daher wünschenswert, daß das Papier dünn ist.
Die mechanisch-technologischen und die elektrischen Forderungen an das Papier widersprechen sich somit.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher, die Aufgabe zugrunde,
ein Kabel der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die Isolierung einerseits dank guter elektrischeijEigenschaften
dünn sein kann und andererseits dank guter mechanischer Eigen-
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schäften die Gefahr von Beschädigungen der Isolierung infolge
von Biegung und anderen mechanischen Belastungen sehr gering ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kabel der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches die im kennzeichnenden Teil des
Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Fasern in den einzelnen Schichten bestehen vorzugsweise aus Zellulosefasern. Die Fasern, über welche die benachbarten
Schichten des zusammengesetzten Papierbandes miteinander/verbunden
sind, sind entweder in den benachbarten Schichten oder an deren Oberfläche verankert. Diese Verankerung kann dadurch erreicht
werden, daß die betreffenden Fasern mit Fasern in den Schichten zusammengefilzt sind und/oder daß sie ohne Bindemittel
nur an den Oberflächen der Schichten haften. An anderen Stellen der Schichtoberflächen im zusammengesetzten Papferband
als dort, wo sie punkt- oder stellenweise miteinander verbunden sind, sind die Schichten frei voneinander, so daß beim
Imprägnieren der Isolierung das Öl oder eine andere isolieren-
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de Flüssigkeit Filme zwischen den Oberflächen der Schichten bilden kann. Durch diesen Aufbau des Papiers erhält man ein
Material, dessen für die Kabeltechnik wesentlichen mechanischen Eigenschaften denen eines homogenen Papiers von gleicher
Dicke wie das zusammengesetzte Papierband nahezu entsprechen und dessen elektrischen Eigenschaften denen eines Papiers
von gleicher Dicke, wie eine eiizelne Schicht in dem zusammengesetzten
Papierband, nahezu entsprechen. Der Teil der Oberfläche einer Schicht, der von den punkt- oder stellenweisen Verbindungen
eingenommen ist, soll zweckmäßigerweise 3 - 25 % der gesamten Oberfläche betragen.
Die Dicke einer jeden Schicht in dem zusammengesetzten Papferband
ist zweckmäßigerweise 10 - 50 /um, vorzugsweise 15-40 /um.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein Papierband, das aus mehreren Schichten zusammengesetzt ist, die durch Leimen stellenweise
miteinander verbunden sind, nicht die für die Kabelisolation gleichzeitig erforderlichen elektrischen und mechanischen
Eigenschaften besitzt.
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Durch die Erfindung erhält man eine Kabelisolierung von hoher
elektrischer Festigkeit und geringer Anfälligkeit gegen mechanische Beanspruchungen. Darüberhinaus erreicht man eine
Reihe praktischer Vorteile. Das Wickeln des Papierbandes auf den Leiter wird erleichtert, da die Anzahl der zu wickelnden
Windungen geringer ist. Die der Umgebung zugängliche Papierfläche wird kleiner, was die Gefahr einer Verunreinigung des
Papiers und damit eine Verschlechterung dessen elektrischer Eigenschaften verringert.
Eine Analyse der materialtechnischen Eigenschaften des Papiers zeigt,daß u.a. der Elastizitätsmodul eines Papierbandes
in der QuerrRichtung von großer Bedeutung für den Herstellungsprozeß
der Papierisolation und für die weitse Handhabung des Kabels ist. Um den Elastizitätsmodul des zusammengesetzten
Papiers in Querrichtung und somit dessen Schubmodul zu erhöhen, ist es deshalb vorteilhaft, das zusammengesetzte
Band mit mindestens einer Schicht aufzubauen, in der die darin enthaltenen Fasern zumindest im wesentlichen in Längsrichtung
des Papierbandes orientiert sind sowie mit mindestens einer Schicht, in der die darin enthaltenen Fasern zumindest im wesentlichen
in Querrichtung des Papierbandes orientiert sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält
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das zusammengesetzte Papierband mindestens drei Schichten, von denen zumindest die zwei äußeren Schichten Fasern haben,
die zumindest im wesentlichen in Längsrichtung des Papierbandes orientiert sind und zurdndest eine zwischen den äußeren
Schichten beliegende innere Schicht, deren Fasern wenigstens im wesentlichen in Querrichtung des Papierbandes orientiert
sind. Wenn das genannte Band aus drei Schichten besteht, sind gemäß dieser Ausführungsform somit die Fasern der beiden äußeren
Schichten im wesentlichen in Längsrichtung des Bandes
die
und/der inneren Schicht im wesentlichen in Querrichtung des Bandes orientiert. Dadurch erhält man einen symmetrischen Aufbau des Bandes, was unabhängig von der Anzahl Schichten wichtig ist, damit es die gewünschtaimechanischen Eigenschaften erhält.
und/der inneren Schicht im wesentlichen in Querrichtung des Bandes orientiert. Dadurch erhält man einen symmetrischen Aufbau des Bandes, was unabhängig von der Anzahl Schichten wichtig ist, damit es die gewünschtaimechanischen Eigenschaften erhält.
Wenn das Papierband aus vier Schichten besteht, sind bei den beiden
äußeren Schichten die Fasern nach wie vor entsprechend der eben beschriebenen Ausführungsform im wesentlichen in Längsrichtung
des Bandes und bei den beiden inneren Schichten im wesentlichen in Querrichtung des Bandes orientiert. Wenn das
Papierband aus fünf Schichten besteht, sind bei den beiden äußeren Schichten entsprechend der eben genannten Ausführungs-
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form die Fasern im wesentlichen in Längsrichtung des Bandes
und die Fasern der beiden den äußeren benachbarten Schichten im wesentlichen in Querrichtung des Bandes orientiert. Die
innerste Mittelschicht hat ihre Fasern vorzugsweise im wesentlichen in Längsrichtung des Papiers orientiert, kann sie
jedoch alternativ auch im wesentlichen in Querrichtung des Papiers orientiert haben. In beiden Fällen erhält man einen
symmetrisehen Aufbau des Pliers.
Um in mechanischer Hinsicht optimale Eigenschaften bei einem zusammengesetzten Papierband zu erhalten, in dem die Fasern
einer Schicht im wesentlichen in Längsrichtung des Bandes und die einer angrenzenden Schicht im wesentlichen in Querrichbung
des Bandes orientiert sind, kann, es erforderlich sein,
den genannten Schichten verschiedene Dicken zu geben, und zwar meistens der Schult mit den Fasern in Querrichtung des
Bandes die größte Dicke.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die äußeren Schichten im Papierband nach außen gerichtete
Seiten, die bei der Herstellung des Papiers dem Langsieb in
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einer Papiermaschine zugewendet waren. Dadurch erhält man
ein Band mit kleinerer und gleichmäßigerer Friktionszahl und somit mit geringerer Beschädigungsneigung beim Biegen
des Kabels.
Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Herstellung eines Papiers, das aus mehreren Schichten
aufgebaut ist, die punktweise oder stellenweise mittels in der Grenzfläche zwischen
den Schichten zusammengefilzter Fasern miteinander verbunden sind,
Fig. 2 ein Band aus einem solchen Papier,
Fig. 3 ein massegetränktes Hochspannungskabel für Gleichstrom gemäß der Erfindung,
Fig. 4 ein ölgetränktes Hochspannungskabel für Wechselstrom
gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 werden mit ausgezogenen Linien vier Langsiebe 10, 11, 12 und 13 für Papiermaschinen mit zugehörigen Registerwalzen
10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b und 13a, 13b und
Umlaufrollen 10c, 11c, 12c, 13c gezeigt. Jedes Langsieb wird von seinem Auflaufkasten 1Od, 11d, 12d, 13d mit Pulpe aus
Zellulose solcher Art gespeist, die man normalerweise bei der Herstellung von Kabelpapier verwendet. Der Ablauf von
Pulpe aus den Auflaufkasten 1Od und 13d ist so gerichtet,
und die Breite deren Ausflußspalte ist so bemessen, daß sich die Fasern in der Pulpe hauptsächlich in Transportrichtung
des Langsiebs orientieren, d.h. in Längsrichtung des Papiers. Der Ablauf von Pulpe aus den Auflaufkästen 11d
und 12d is't so gerichtet, und die Breite der Ausflußspalte so bemessen, daß sich die Fasern in der Pulpe hauptsächlich
quer zur Transportrichtung des Langsiebs orientieren, d.h. in Querrichtung des Papiers. Die Schichten 1Oe, 11e,
12e und 13e, die sich auf den vier Langsieben bilden, werden, wenn sie einen Trockengehalt von 5 - 15 % haben, zwischen
den Walzen 14, 15, 16 und 17 (1Oe unter Verwendung der
Umlenkwalze 18) zu einem zusammengesetzten Produkt 19 auf einer gemeinsamen Bahn zusammengeführt und danach auf übliche
Weise getrocknet. Dabei wird ein Papier gebildet, in dem be-
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nachbarte Schichten punktweise oder stellenweise (d.h.
über kleine Flächen) nur mittels Fasern verbunden sind, welche von Anfang zu den Schichten 1Oe, 11e, 12e und 13e
gehören. Wie aus der Figur hervorgeht, sind die Flächen der äußersten Schichten 1Oe und 13e, die dem Langsieb 10
bzw. 13 zugewendet waren, in dem zusammengesetzten Produkt 19 nach außen gerichtet. Zumindest bis zu einem gewissen
Grad kann man die punkt- oder stellenweise Verbindung der Schichten miteinander auch mit Zusatzfasern, die denjenigen
Flächen der Schichten 1Oe, 11e, 12e und 13e zugeführt
werden, die miteinander verbunden werden sollen, erreichen oder verbessern, indem man beispielsweise solche Zusatzfasern
auf die Schichten streut. Die Zusatzfasern sind vorzugsweise aus Zellulose und von größerer Länge als die Fasern,
die in der Schicht vorhanden sind, bevor die Schichten zwischen den Walzen 14, 15, 16 und 17 zusammengeführt
werden, um das zusammengesetzte Produkt 19 zu bilden. Danach werden Papierbänder für die Isolierung von Kabeln hergestellt,
indem man das Papier in Längsrichtung der Papierbahn in Streifen schneidet. Ein solches Band ist in Fig.
gezeigt.
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MÖchte man ein Papier herstellen, das fünf Schichten enthält,
so wird eine weitere Schicht 2Oe auf einem Langsieb 20 gewonnen, dessen Auflaufkasten 2Od auf gleiche Weise angeordnet
ist, wie die Auflaufkasten 1Od und 13d, sofern man wünscht, daß die Fasern in der Schicht 2Oe im wesentlichen
in Transportrichtung des Langsiebs gerichtet sind.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Papierband ist das rechte Ende aufgespaltet und auseinandergeblättert, um die Struktur des
Bandes besser sichtbar zu machen. Das Papierband ist aus den Schichten 1Of, 11f, 12f und 13f aufgebaut, die den Schichten
1Oe, 11e, 12e und 13e in Fig. 1 nach dem Trocknen des zusammengesetzten
Produktes 19 entsprechen. Die Richtung der Fasern in den verschiedenen Schichten ist dadurch erkennbar,
daß ein Teil der Fasern schematisch dargestellt ist. Die Fasern in Längsrichtung des Papierbandes sind mit 21 und die
Fasern in Querrichtung des Papierbandes mit 22 bezeichnet.
Das massegetränkte Kabel gemäß Fig. 3 ist mit Ausnahme der Isolierung auf übliche Weise aufgebaut. Es hat einen Leiter,
der aus mehreren miteinander verseilten Kupferleitern 23 besteht. Der Leiter ist von einer halbleitenden Schicht aus
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Rußpapier 24 umgeben. Die Isolierung 25 besteht aus einer
Umwicklung mit einer großen Anzahl Windungen eines zusammengesetzten Papierbandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses wie das in Fig. 2 gezeigte Band aufgebaut, d.h. es besteht aus vier
nur punktweise oder stellenweise miteinander verbundenen Schichten, wobei die Fasern der beiden äußeren Schichten hauptsächlich
in Längsrichtung des Bandes und die Fasern der beiden
inneren Schichten hauptsächlich in Querrichtung des Bandes orientiert sind. Die Dicke einer jeden äußeren Schicht beträgt
25 /um und die einer jeden inneren Schicht 30 /um. Die Isolierung wird von einer halbleitenden Schicht 26, die aus
Rußpapier und metallisiertem Papier besteht, sowie von dem Bleimantel 27 umgeben. Um den Bleimantel befindet sich eine
Druckarmierung, bestehend aus spiralförmigen, rostfreien Stahlbändern 28. Auf der Druckarmierung liegt ein Armierungsbett
29 aus Juteband und Asphalt und hierauf eine Längsarmierung für das Kabel aus rostfreien Stahldrähten 30. Das Kabel hat
zuäußerst eine schützende Hülle 31 aus Jute und Asphalt. Das Kabel ist mit Öl imprägniert, das bei Zimmertemperatur sehr
dickflüsäg ist. Die Imprägnierung wird bei erhöhter Tempera-
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tur und unter Anwendung von Vakuum und Druck auf die Isolierung durchgeführt, bevor der Bleimantel angebracht wird.
Öl ist im gesamten Querschnitt des Kabels innerhalb des Bleimantels vorhanden.
Auch das in Fig. 4 gezeigte ölgefüllte Kabel ist in bekannter Art aufgebaut,mit Ausnahme der Isolierung. Der Leiter besteht
aus einem Hohlkern aus Kupfer oder Aluminium, bei dem die einzelnen Leiterteile mit 32 und der Kanal für die Ölzufuhr
mit 33 bezeichnet sind. Die übrigen Teile des Kabels können die gleichen sein, wie bei dem Kabel gemäß Fig. 3,
weshalb in Fig. 4 für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 verwendet sind. Das Öl, das in diesem
Fall sehr dünnflüssig ist, wird dem Kabel in fertigem Zustand durch den Ölkanal 33 zugeführt und verteilt sich über
ganzen
den/Querschnitt des Kabels innerhalb des Bleimantels. Der Ölkanal steht in bekannter Weise mit einem Expansionsgefäß in Verbindung. Das Papierband in der Isolierung ist in diesem Fall vorzugsweise aus drei Schichten aufgebaut, von denen die Fasern der beiden äußerten Schichten im wesentlichen in Längsrichtung des Bandes sowie die Fasern der inneren Schicht im wesentlichen in Querrichtung des Bandes orientiert sind. Die
den/Querschnitt des Kabels innerhalb des Bleimantels. Der Ölkanal steht in bekannter Weise mit einem Expansionsgefäß in Verbindung. Das Papierband in der Isolierung ist in diesem Fall vorzugsweise aus drei Schichten aufgebaut, von denen die Fasern der beiden äußerten Schichten im wesentlichen in Längsrichtung des Bandes sowie die Fasern der inneren Schicht im wesentlichen in Querrichtung des Bandes orientiert sind. Die
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beiden äußeren Schichten haben eine Dicke von 25 /um und
hat '
die innere Schicht/eine Dicke von 40 /um.
Es ist auch möglich, die Isolierung eines Kabels aus zusammengesetzten
Papierbändern unterschiedlicher Dicke aufzubauen, wobei die jeweilige Dicke des zusammengesetzten Bandes von
seiner radialen Lage in der Isolierung abhängt. Ferner kann die Isolierung auch so aufgebaut sein, daß zusammengesetzte
Papierbänder nur in einem bestimmten radialenitereich oder
mehreren radialen Bereichen verwendet werden, z.B. unmittelbar am Leiter und in dem äußersten Teil der Isolierung, während
die übrige Isolierung aus herkömmlichen Papierbändern besteht.
Wenn auch die Erfindung vorzugsweise am Beispiel von Einleiterkabeln
beschrieben wurde, so ist sie selbstverständlich auch bei Mehrleiterkabeln verwendbar.
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Claims (11)
- Patentansprüche:abel, dessen Isolierung aus vielen Schichten Papierband besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Papierband zumindest teilweise ein zusammengesetztes Papierband ist, welches aus wenigstens zwei Papierschichten (1Of, 11f, 12f, 13f) aufgebaut ist, die mittels Fasern (21, 22), welche in oder an beiden Schichten verankert sind, punktweise oder stellenweise miteinander verbunden sind.
- 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, die die Schichten in dem zusammengesetzten Papierband miteinander verbinden, aus Zellulose bestehen.
- 3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Papierbänder zwischen den Oberflächen der Schichten in dem zusammengesetzten Papierband Filme aus Öl oder einer anderen isolierenden Flüssigkeit enthalten, mit der die Isolierung imprägniert ist.
- 4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schicht in dem zusammengesetzten Pa--17-509812/0828pierband Fasern (21) enthält, die zumindest im wesentlichen in Längsrichtung des Papierbandes orientiert sind und wenigstens eine Schicht, deren Fasern (22) zumindest im wesentlichen in Querrichtung des Papierbandes orientiert sind.
- 5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Papierband aus mindestens drei punktweise oder stellenweise miteinander verbundene Schichten besteht, daß zumindest die Fasern der äußeren Schichten zumindest im wesentlichen in Längsrichtung des Papierbandes orientiert sind und daß die Fasern wenigstens einer zwischen den äußersten Schichten liegenden inneren Schicht zumindest im wesentlichen in Querrichtung des Papierbandes orientiert sind.
- 6. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Papierband aus vier Schichten besteht, wobei die Fasern der beiden inneren Schichten zumindest im wesentlichen in Querrichtung des Papierbandes orientiert sind.
- 7. Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Papierband aus fünf Schichten bestdt, wobei die-18-509812/0828Fasern der beiden den äußeren Schichten "benachbarten inneren Schichten zumindest im wesentlichen in Querrichtung des Papierbandes orientiert sind und die Fasern der innersten Schicht zumindest im wesentlichen in Längsrichtung des Papierbandes orientiert sind.
- 8. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Papierband wenigstens eine Schicht mit zumindest im wesentlichen in Querrichtung des Papiers orientierten Fasern hat, welche dicker ist als eine benachbarte Schicht im Papierband, deren Fasern wanigstens im wesentlichen in Längsrichtung des Papierbandes orientiert sind.
- 9. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerten Schichten des zusammengesetzten Papierbandes nach außen gerichtete Seiten haben, die bei der Herstellung des Papiers auf das Langsieb in einer Papiermaschine dem Sieb zugewendet waren.
- 10. Isolierband zur Isolierung elektrischer Leiter, insbesonde re elektrischer Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolier509812/082824A3398band aus mindestens zwei Papierschichten aufgebaut ist, die mittels Fasern, welche in oder an beiden Schichten verankert sind, punktweise oder stellenweise miteinander verbunden sind.
- 11. Isolierband nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Aufbau gemäß der Ansprüche 2 bis 9.509812/0828
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IT (1) | IT1020793B (de) |
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Also Published As
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DE2443398C3 (de) | 1982-02-25 |
DE2443398B2 (de) | 1978-08-03 |
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FR2244238B1 (de) | 1980-07-04 |
SE7312606L (de) | 1975-03-18 |
SE383057B (sv) | 1976-02-23 |
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