DE3034579A1

DE3034579A1 - Hochspannungs-freiluft-kunststoffisolator und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3034579A1
Application number: DE19803034579
Authority: DE
Inventors: Jerzy Dipl.-Ing. Wroclaw Stankiewicz; Jerzy Stanislaw Dr.-Ing. Winkler
Original assignee: INST ELEKTROTECHNIKI ODDZIAL T
Current assignee: INST ELEKTROTECHNIKI ODDZIAL T
Priority date: 1979-09-15
Filing date: 1980-09-13
Publication date: 1981-04-02
Also published as: PL218354A1; US4373113A; PL122159B1; DE3034579C2; SU1041046A3

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Freiluft-Kunststoffisolator von hoher mechanischer Festigkeit für beliebig hohe Spannungen, besonders für Spannungen über 110 kV. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Isolators.

Die Freiluft-Kunststoffisolatoren von hoher mechanischer Festigkeit werden auf Basis eines glasfaserverstärkten Stabes, der dicht mit einem Isolierkörper aus Kunststoff umgeben ist, hergestellt. Die erforderliche mechanische Festigkeit des Isolators wird durch die Wahl des Stabdurchmessers erreicht. Die Länge wird durch die Betriebs- und Prüfspannung bestimmt.

In einer deutschen Offenlegungsschrift 2 044 179 werden Kunststoffisolatoren, aus Offenlegungsschriften 1 490 529 und 1 515 766 bekannt, beschrieben, deren Isolierkörper durch das Gießen aus härtbarem Kunstharz in einer Form direkt am glasfaserverstärkten Strang hergestellt wird. Die auf diese Weise hergestellten Isolatoren haben eine steife Konstruktion, so daß bei größeren Abmessungen, besonders über 1 m. Risse in der Isolierhülle entstehen, was zu einer Zerstörung führt. Die Anwendung von Dilatationsschichten zwischen Hülle und Kern erschwert das Herstellungsverfahren von Isolatoren.

Aus derselben Offenlegungsschrift ist ein Kunststoffisolator bekannt, dessen Herstellungsverfahren in der DE-PS 20 44 179 beschrieben ist, Der Isolator setzt sich aus einem Glasfaser-

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stab mit Metallarmaturen zusammen, an dem eine Reihe von elastischen Isolatortellern aus Silikonkautschuk angebracht wurden. Der Isolator wird so hergestellt, daß am fertigen Stab die einzelnen Isolatorteller der Reihe nach angegossen werden. Auf den senkrecht aufgestellten Stab wird eine offene Gießform für einen Isolatorteller flüssigkeitsdicht, jedoch gleitfähig haftend geschoben und eine dosierte Menge eines härtbaren, witterungsbeständigen Kunstharzes eingegossen. Noch vor Beendigung des Polimerisationsprozesses wird die Form um eine Tellerteilung nach unten abgezogen und erneut mit einer dosierten Menge Kunstharz so gefüllt, daß ein kleiner nach unten zeigender Ansatz des zuvor hergestellten Tellers in das Harz eintaucht, um eine innige und dauerhafte Verbindung der einzelnen Isolatorteller untereinander zu erreichen. Das Herstellungsverfahren solcher Isolatoren ist sehr zeitraubend und bedarf bei Serienfertigung einer speziellen technologischen Ausrüstung. Diese Ausrüstung bedingt aber eine Bewältigung von vielen verfahrenstechnischen Schwierigkeiten.

Aus der US-Patentschrift 3 898 372 ist ein Kunststoffisolator bekannt, der auf einem Epoxidglasfaserstab eine Reihe von Isolatortellern aus elastischem Äthylen-Propylen-Kopolimeren besitzt. Die Isolatorteller, die zum Aufschieben auf den Stab eingerichtet sind, besitzen auf ihrer Innenseite Labyrintheinschnitte. Die Stirnseiten sind mit einander zugeordneten Passungen versehen. Die Isolatorteller werden einzeln vorgefertigt und dann auf den Stab aufgeschoben. Fugen, die durch

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die Einschnitte in den Isolatortellern entstanden sind, werden mit Silikonfett ausgefüllt. Nach dem Aufsetzen aller Isolatorteller auf den Stab wird der Isolator einer axialen Druckkraft ausgesetzt, wodurch die Einpassung der einzelnen Isolatorteller und die Abdichtung aller Spalte herbeigeführt wird. Gleichzeitig werden die Metallarmaturen eingesetzt und aufgepreßt.

Auf diese Weise ist die Herstellung sogar sehr langer Isolatoren möglich. Bei den aber praktisch oft vorkommenden Abweichungen in Parametern des technologischen Prozesses besteht keine Möglichkeit für die Garantie völliger Dichtheit der Isolierhülle gegenüber dem Kern, besonders unter schwierigen Betriebsbedingungen bei großen Temperaturdifferenzen, die das Auslaufen von Silikonfett und das Eindringen von Feuchtigkeit in den Spalt zwischen Isolatorteller und Kern bewirken können.

Aus der polnischen Patentschrift 91 353 ist ein Hochspannungs-Preiluftstabisolator und seine Herstellungsweise bekannt. Dieser Isolator ist besonders für eine Fahrleitung von elektrischen Bahnen bestimmt. Der Isolator besitzt als Kern einen Glasfaserstab mit aufgepreßten Armaturen. Bei der Montage wird auf den Kern eine röhrenförmige Isolierhülle aufgeschoben. Der Spalt zwischen Kern und Hülle wird mit einer tixotropen Dilatationspaste ausgefüllt. Die Isolierhülle, die zwischen hülsenförmigen Endteilen der Metallarmaturen plaziert wird,

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besitzt parallel zur inneren Armaturenbohrung abgeschrägte Kanten. Die Armaturen besitzen im Endteil ringförmige Rillen mit eingesetzten O-Ring-Dichtungen, die mittels Federringen gehalten werden. Diese Dichtungen werden zusätzlich von außen mit einer tixotropen Dilatationspaste abgedichtet. Die Isolierhülle wird aus dem zykloaliphatischen Epoxidharz mit Mischfüllstoffen - Quarzmehl und Tonerdehydrat, das mit einem aliphatischen oder z/kloaliphatischen Härter ausgehärtet wird, hergestellt. Die den Spalt ausfüllende tixotrope Paste wird als Mischung aus einer halbflüssigen Silikonverbindung mit Zusatz von kolloidaler Kieselerde und Silikonöl gewonnen, die fts zur gewünschten Viskosität gemischt werden. Diese Paste wird mittels einer geeigneten technologischen Einrichtung nach dem Vakuum-Druck-Verfahren in den Isolatorspalt eingeführt. Die oben geschilderte Methode ermöglicht praktisch die Herstellung von Isolatoren bis zur Spannungshöhe von 110 kV, also bis zur Länge von 1-1,2 m. Bei längeren Abmessungen entstehen Schwierigkeiten, die mit dem Erreichen einer angemessenen mechanischen Festigkeit der Isolierhülle zusammenhängen. Außerdem wird das gesamte Verfahren durch größere Abmessungen, Formgewichte und Gießtechnik wesentlich erschwert.

Die Eigenschaften der Freiluft-Kunststoffisolatoren in Verbundbauweise zeigen, daß die besten Betriebsvorteile durch ihre Anwendung bei höchsten Spannungen zu erreichen wären. Die bisher bekannten Herstellungsverfahren sind aber meistens nur im Bereich von Mittelspannungen bis 110 kV für die Isolatoren

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möglich oder lohnend. Bei höheren Spannungen, z.B. 220 bzw. 400 kV wird das Vergießen einzelner Isolierteller mit der steigenden Isolatorenlänge umständlich und zeitraubend. Das Vergießen der Isolierhülle in einem Arbeitsgang wird bei Längen über 1 m infolge des Formgewichtes und Vakuumgießverfahrens sehr erschwert. Die Gießteile aus dem zykloaliphatischen Epoxidgießharz mit höherer Länge als 1 m zeichnen sich außerdem durch einen schlechten Verbund des steifen Hüllenformstoffes mit dem elastischen Glasfaserkern aus. Es entstehen auch Schwierigkeiten beim Verbinden der einzelnen Gießteile zu einer zusammenhängenden Isolierhülle. Diese Verbindungsstellen sind immer die schwächsten Stellen der Hülle und bilden potentielle Quellen für Beschädigungen. Die Herstellung der Isolierhülle aus Silikonelastomeren führt zu beträchtlichen Kosten infolge des hohen Preises für den Ausgangsstoff, so daß die Anwendung von Kunststoffisolatoren mit ausschließlich elastischen Formteilen als ökonomisch nicht tragbar erscheint.

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Freiluft-Kunststoffisolator, bestehend aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffstab, der aus alkalifreien unendlichen Glasfasern und Epoxidharz hergestellt und endseitig mit Metallarmaturen versehen ist und aus einer aus Kunststoff hergestellten Isolierhülle, die auf dem Stab angebracht und dicht mit ihm verbunden ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Hochspannungs-Freiluft-Kunststoffisolator zu schaffen, der sich durch einfachen Aufbau und lange Lebensdauer auszeichnet. Die Erfindung löst diese Aufgabe

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dadurch, daß die Isolierhülle aus zwei Arten von abwechselnd auf dem Stab angebrachten Büchsen besteht, und zwar aus elastischen Distanzbüchsen aus Silikonkautschuk und dergleichen und aus steifen Isolierbüchsen aus Epoxidharzformstoff, und daß die elastischen Distanzbüchsen an ihren Enden ringförmige Verankerungsmittel besitzen und die steifen Isolierbüchsen die Distanzbüchsen mit ihren Verankerungsmitteln endseitig überfassend aufgebracht sind. Die Distanzbüchse bildet ein elastisches Element, das mindestens an beiden Enden ringförmige Verankerungsinittel aufweist. Die steifen Isolierbüchsen sind als außenseitig profilierte Büchsen ausgebildet, die dicht die Endteile der elastischen Distanzbüchsen umfassen. Es wird so eine günstige Zusammenarbeit der Elemente: Stab - steife Isolierbüchse - elastische Distanzbüchse erreicht, wenn die Distanzbüchsen in der Mitte außenseitig ringförmige Bunde mit eventuell schrägen Stirnflächen aufweisen, an denen die Stirnflächen der profilierten Isolierbüchsen anliegen, um einen Spalt zwischen steifen und elastischen Büchsen zu vermeiden ist es vorteilhaft, die Distanzbüchse mit äußerlichem Ringbund mit schrägen Stirnflächen zu versehen. Die profilierten Isolierbüchsen umfassen dann teilweise diesen Ringbund. Aus technologischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn die ringförmigen Bunde mit einem Wulst ringsum versehen sind.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des Hochspannungs-Freiluft-Kunststoffisolators, wobei auf

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einen vorgefertigten glasfaserverstärkten Epoxidharzstab eine Isolierhülle aus Kunststoff aufgebracht und mit ihm dicht verbunden wird. Das Wesen des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß zunächst unmittelbar auf dem Glasfaserstab in angepaßten Abständen die Distanzbüchsen aus Silikonkautschuk im Druckverfahren aufgegossen werden. Dazu wird der Glasfaserstab vorher an betreffenden Stellen mit einem Silan-Adhäsionsmittel behandelt. Die außen profilierten Isolierbüchsen werden dann in so entstandenen Abständen zwischen den Distanzbüchsen nach dem Spritzgießverfahren in geteilten Formen gegossen, so daß sie die Enden der Distanzbüchsen überfassen. Als Isolierstoff für die Isolierbüchsen wird eine Epoxidgießharzmasse, bestehend aus zykloaliphatischem Epoxidgiesharz, Anhydridhärter und mineralischem Füllstoff angewandt. Teile der vorher ausgeführten elastischen Distanzbüchsen dienen dann als Dichtungen für den aus der geteilten Gießform herausgeführten Strang.

Der Isolator kann erfindungsgemäß eine beliebige Länge aufweisen, was bedeutet, daß er für beliebig hohe Spannungen angewandt werden kann. Diese Aufgabe wurde dank des Aufbaus aus steifen und elastischen abwechselnd am elastischen Glasfaserstab angebrachten Isolier- und Distanzbüchsen erreicht. Der Stabdurchmesser kann der verlangten mechanischen Festigkeit - die Isolatorlänge der verlangten Betriebs- bzw. Prüfspannung angepaßt werden. Für eine gegebene Isolatorenkonstruktion mit bestimmter mechanischer Festigkeit ist es möglich, maximale

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Längen der unmittelbar am Flasfaserstab angegossenen steifen Isolierbüchsen zu bestimmen, bei welchen die inneren Spannungen an der Grenzschicht unter wechselwirkenden Betriebsbedingungen der Temperatur und Belastung den zulässigen Wert noch nicht überschreiten. Die Abdeckung des Glasfaserstabes mit elastischen Distanzbüchsen, die die steifen Isolierbüchsen voneinander trennen, läßt eine Ausführung der elastischen Distanzbüchsen aus einer verhältnismäßig dünnen aber den Stab vor Außenfeuchtigkeit schützenden Schicht aus Silikonelastomeren zu. Die freie Gestaltung der Isolierbüchsen ermöglicht die Einhaltung eines für den ganzen Isolator notwendigen Kriechweges sowie die Schaffung einer in bezug auf den Glasfaserstab nachgebenden Isolierhülle, die mit dem Stab unter schweren Betriebsbedingungen ohne Überschreitung der zulässigen inneren Spannungen also ohne Rißbildung und Schäden arbeiten kann und eine ökonomische Herstellung des Isolators dank des sparsamen Verbrauches von Silikonelastomeren.

Der Isolator besitzt außer hohen Zuverlässigkeitsparametern eine viel kleinere Masse als die der bis jetzt bei höchsten Spannungen (z.B. 220, bzw. 400 kv) angewandten Isolatoren aus unorganischen Isolierstoffen. Im Verhältnis zu den Kunststoffisolatoren mit der Isolierhülle aus ausschließlich elastischen Isoliertellern aus Silikonkautschuk ist der Isolator einfacher in der Herstellung und gleichzeitig viel billiger. Die Teilung der Isolierhülle in Teilabschnitte er-

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möglicht in bezug auf die steifen Isolierbüchsen die Anwendung einer hochproduktiven Technologie durch Spritzgießen von wärmehärtenden Gießharzen. Gleichzeitig dienen die elastischen Distanzbüchsen der Abdichtung der geteilten Gießform während des Spritzgießens der steifen Isolierbüchsen, was die Konstruktion der Gießform wesentlich vereinfacht. Dank dieser Anordnung ist die Eliminierung der bis jetzt bei Herstellung der Kunststoffisolatoren mit steifer Hülle angewandten Vakuumgießmethode, die der Isolatorenlänge aus technologischen Gründen eine Grenze setzte, möglich.

Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Isolator in einem Längsschnitt,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform nach Fig. 1 und

Fig. 4 ein Fragment des Isolators im Längsschnitt nach dem zweiten Beispiel mit der einen Hälfte einer geteilten Gießform während des Gießprozesses der Isolierbüchse.

Beispiel I. Der in erster beispielsweisen Ausführung dargestellte Isolator besteht aus einem Stab 1, der aus endlosen

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Glasfasern aus alkalifreiem Glas durch Imprägnierung mit dem flüssigen Epoxidharz mit Anhydridhärter hergestellt wird. Auf dem Stab 1 werden in gleichen Abständen die Distanzbüchsen 2 aufgebracht und dicht mit ihm verbunden. Die Distanzbüchsen 2 werden aus Silikonkautschuk hergestellt. Die Enden der Distanzbüchsen 2 haben ringförmige Verankerungsmittel 3. In Abständen, die durch die Distanzbüchsen 2 vorgegeben werden, werden die außen profilierten dreirippigen Isolierbüchsen 4 mit einem größeren, mittleren Isolierteller auf dem Stab angebracht. Die Isolierbüchsen 4 werden aus dem Epoxidgießharzformstoff gefertigt. Die Isolierbfchsen 4 umfassen die ringförmigen Verankerungsmittel 3 der Distanzbüchsen 2 wie auch Fragmente ihrer Außenfläche. Die ringförmigen Verankerungsmittel 3 bilden eine Dichtung zwischen den Büchsen 2 und 4 und gleichzeitig die Abdichtung der gesamten Isolierhülle, die aus den Büchsen 2 und 4 besteht, gegenüber dem Stab 1. Die Distanzendbüchsen 2 werden endseitig dicht durch Isolatorenarmaturen 5 überfaßt.

Beispiel II. Der im zweiten Ausführungsbeispiel dargestellte Isolator besteht auch aus einem Stab 1 in derselben Ausführung wie im Beispiel I und aus Distanzbüchsen 6, die fest auf dem Stab aufgebracht sind und aus Silikonkatuschuk gefertigt werden. Die Distanzbüchsen 6 besitzen in der Mitte außenseitig Ringbunde 7. Die profilierten Isolierbüchsen 8 aus Epoxidgießharzformstoff sind am Glasfaserstab 1 in Abständen zwischen den Distanzbüchsen 6 angebracht und besitzen

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je drei gleiche Rippen oder Isolierteller. Die Stirnflächen der Isolierbüchse 8 liegen an den Stirnseiten der Ringbunde 7 an. Ähnlich, wie im Beispiel I, haben die Distanzbüchsen 6 an ihren Enden ringförmige Verankerungsmittel 9. Die Oberfläche der Distanzbüchsen 6 wird bis zu dem in der Mitte liegenden Ringbund 7 vom inneren Teil der profilierten Isolierbüchse 8 überfaßt.

Beispiel III. Der im dritten Ausführungsbeispiel dargestellte Isolator wird aus denselben Stoffen wie im Beispiel I und II gebaut. Am Glasfaserstab 1 sind die Distanzbüchsen 10 angebracht. Sie haben an ihren Enden ringförmige Verankerungsmittel 11 und in der Mitte ringförmige Außenbunde 12 mit abgeschrägten Stirnflächen. Der in der Mitte liegende Außenbund 12 besitzt einen umlaufenden Wulst 13. Die profilierten Isolierbüchsen 14 mit den Isoliertellern umfassen die .ringförmigen Verankerungsmittel 11, die äußere Oberfläche der Distanzbüchsen 10 und einen Teil des Außenbundes 12 mit seinen abgeschrägten Stirnflächen.

Beispiel IV. Das Beispiel betrifft die Herstellung des im Beispiel II beschriebenen Isolators. Zunächst werden unmittelbar am Glasfaserstab 1 in passenden Abständen in geteilten Formen für die Distanzbüohsen 6 aus dem flüssigen kalthärtenden Silikonkautschuk ausgegossen. Vor dem Ausgießen der Distanzbüchsen 6 wird der Stab an betreffenden Stellen mit einem

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Silanadhäsionsmittel behandelt. In zwischen den Distanzbüchsen 6 entstandenen Abständen werden in geteilter Form 15 die außen profilierten Isolierbüchsen 8 nach dem Spritzgießverfahren ausgegossen. Dabei nimmt der Formraum die ringförmigen Verankerungsmittel 9 und die Formwandungen Außenflächen der Distanzbüchsen 6 auf. Die profilierten Isolierbüchsen 8 werden aus Epoxidgießharzmasse, bestehend aus zykloaliphatischem Epoxidharz, Anhydridhärter und unorganischem Füllstoff gefertigt. Die Außenflächen der Ringbunde 7 der Distanzbüchsen 6 werden dabei als Abdichtungen für den durch die geteilte Form 15 hindurchgeführten Strang 1 eingesetzt.

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Claims

3034579 Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-I ng. Manfred Honke

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte: _v 4300 Essen 1, Theateiplatz 3, Posff. 10 02

55 935/Ja- 12. September 1980

P atentanme1dung

Instytut Elektrotechnik!

Oddzi.al Technologii i Materialoznawstwa Elektrotechnxcznego,

Wroclaw, Polen

Hochspannungs-Freiluft-Kunststoffisolator und Verfahren zu seiner Herstellung

Patentansprüche:

Hochspannungs-Freiluft-Kunststoffisolator bestehend aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffstab, der aus alkalifreien unendlichen Glasfasern und Epoxidharz hergestellt und endseitig mit Metallarmaturen versehen ist und aus einer aus Kunststoff hergestellten Isolierhülle, die auf dem Stab angebracht und

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dicht mit ihm verbunden ist, dadurch geken η zeichnet , daß die Isolierhülle aus zwei Arten von
abwechselnd auf dem Stab angebrachten Büchsen besteht, und
zwar aus elastischen Distanzbüchsen (2, 6, lo) aus Silikonkautschuk und dergleichen und aus steifen Isolierbüchsen
(4, 8, 14) aus Epoxidharzformstoff, und daß die elastischen Distanzbüchsen (2, 6, 10) an ihren Enden ringförmige Verankerungsmittel (3, 9, 11) besitzen und die steifen Isolierbüchsen (4, 8, 14) die Distanzbüchsen (2, 6, 10) mit ihren
Verankerungsmitteln endseitig überfassend aufgebracht sind.
2. Hochspannungs-Ereiluft-Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzbüchsen (6) in ihrem mittleren Bereich einen Ringbund (7) besitzen, an dessen Seitenflächen die Stirnflächen der Isolierbüchsen (8) anliegen.
3. Hochspannungs-Freiluft-Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzbüchsen (10) in ihrem mittleren Bereich einen ringförmigen Außenbund (12) mit abgeschrägten Stirnflächen aufweisen und die profilierten Isolatorbüchsen (14) teilweise diesen Außenbund (12) übergreifen.
4. Hochspannungs-Freiluft-Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Außenbund (12) abgeschrägte Stirnflächen besitzt.
5. Hochspannungs-Freiluft-Isolator nach Anspruch 2 oder 3
oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Außenbund (12) außenseitig mit einem Wulst (13) versehen ist.

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6. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungs-Freiluft-Kunststoffisolators nach Anspruch 1 bis 5, wobei auf einen vorgefertigten glasfaserverstärkten Epoxidharzstab eine Isolierhülle aus Kunststoff aufgebracht und mit ihm dicht verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst unmittelbar am Stab in vorgegebenen Abständen Distanzbüchsen aus Silikonkautschuk unter Druck aufgegossen werden, nachdem der Stab zuvor mit einem Silan-Adhäsionsmittel behandelt wurde und danach die Distanzbüchsen in einer geteilten Form durch nach dem Spritζgießverfahren hergestellte Isolierbüchsen verbunden werden, wobei die Form Teile der Distanzbüchsen überfaßt und als Isolierstoff eine Epoxidgießharzmasse bestehend aus zykloaliphatischem Epoxidharz, Anhydridhärter und unorganischem Füllstoff verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der vorher hergestellten elastischen Distanzbüchsen als Abdichtung des aus der geteilten Gießform herausgeführten Stabes eingesetzt werden.

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