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Verfahren zur elektrischen Isolation eines Leiters Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur elektrischen Isolation eines Leiters mit harzartigen Stoffen,
insbesondere mit solchen, die durch Kondensation eines Aldehyds mit einem Hydrolyseprodukt
eines Polyvinylesters hergestellt und als Polyvinylacetale bezeichnet werden.
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Die harzartigen Zusammensetzungen der obengenannten Art können aus
verschiedenen Aldehyden und verschiedienern Polyvinylestern hergestellt werden.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, ein schnelles, wirtschaftliches und
'wirksames Verfahren zur elektrischen Isolation eines Leiters aus reinem oder verzinntem
Kupferdraht mit einem kontinuierlichen, gleichmäßigen Film oder Belag aus Polyvinylacetalharz
vorzuschlagen, ohne daß das genannte Harz in einem Lösungsmittel gelöst wird.
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Um dem Fachmanen die Art des Harzes, mit dem die Leiter gemäß der
vorliegenden Erfindung isoliert werden, besser zu erläutern, wird nach, folgend
die Herstellung eines Polyvi-nylacetalharzes beschrieben.
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ioo Teile polymerisiertes Vinylacetat werden in 185 Teilen Eisessig
gelöst: Dazu werden 83 Teile
einer wäßrigen Formaldehydlös:ung zugegeben,
welche 371/2°/o Formaldehyd und eine geeignete Menge Mineralsäure, beispielsweise
6,8 Teile kor, zentrierte Schwefelsäure, enthält. Die gesamten hier erwähnten Anteilre
sind Gewichtsanteile. Die Hydrolyse wird bei etwa 70° in einem mit einerri Schutzüberzug
versehenen Gefäß durchgeführt. Proben. der Reaktionsmischung werden in geeigneten
Zeitabschnitten entnommen und auf ihnen Formaldehydgehalt untersucht. Die Analysenergebnisse
zeigen an, in welchem Ausmaß der Polyvinylester in Polyvinylformal (Polyvinylformaldehyd)
umgewandelt worden ist. Wenn der gewünschte Umwandlungsgrad erzielt worden :ist,
wird eine geeignete Menge eines Neutralisat.ionsmittels, z. B. 13 Teile konzentriertes
Ammoniumhydroxyd, in das Reaktionsgefäß zugegeben. Die neutralisierte Masse wird
als dünner Strom in Wasser gegossen, wobei das Reaktionsprodukt in Form von Fäden
ausgefällt wird. Das fadenartige Material wird mit Wasser gewaschen und in einem
Warmluftstrom (6o°) getrocknet. Die getrockneten Fäden sind weiß oder fast weiß.
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Andere Aldehyde als Formaldehyd können bei der Herstellung von Polyvinylacetalha.rzen
verwendet werden, beispielsweise Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Benzaldehyd
u. dgl. Ebenfalls können andere Polyvinylester als Polyvinylacetat verwendet werden,
z. B. Polyvinylpropionat, Polyvinylbutyrat u. dgl. Die Eigenschaften, der Polyvinylacetalharze
können innerhalb eines weiten Bereiches verändert werden, indem die Viskosität und
das Ausmaß der Hydrolyse dies Polyvinylesters, die Menge und die Art des mit dem
hydrolisierten Vinylester umgesetzten Aldehyds und die Art und die Menge des verwendeten
Säurekatalysators verändert werden.
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Es würde nun gefunden, daß Polyvinylacetalharze sich beim Erwärmen
im Luft oder Sauerstoff zersetzen, wobei flüchtige Produkte erhalten werden, in
denen Formaldehyd, Ameisensäure und andere organische Säuren, Kohlendioxyd und Wasser
identifiziert worden sind. Die Zersetzung wird von Schwund und Erntfärbung des Materials
begleitet, und des weiteren tritt eine teilweise oder vollständige Umwandlung in
den reicht schmelzbaren unlöslichen Zustand ein, wobei dieses von den Zeit- und
Temperaturbedingungen abhängt. Auf Grund dieser charakteristischen Eigenschaften
wurde bisher angenommen, daß Drähte durch Auspressen von lösungsmittelfreiem, nicht
wäßrigem Polpvinylacetalbarz in erwärmtem plastischem Zustand über einen Draht nicht
gleichmäßig und wirksam isoliert werden können. Es war daher allgemein üblich, das,
Polyvinylacetalharz in einem geeigneten. Lösungsmittel aufzulösen und den Draht
zu überziehen., indem er mehrere Male durch ein Bad der Harzlösung hindurchgeführt
wurde, wobei der belegte Draht nach jedem Durchgang durch das Baderwärmt wird, um
den darauf befindlichen Belag zu härten.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Isolieren von Drähten mit
einem Belag aus Polyvinylacetalharz der gewünschten Stärke vor, mit nur einem einzigen
Auftrag des Harzes auf den Draht, wodurch Zeit eingespart wird. Darüber hinaus werden
die kostspieligen Lösungsmittel vermieden, und die Beheizungskosten verringert.
Die Erfindung ermöglicht also die Herstellung von Belägen aus Polyvinylacetalharz
auf Draht in Stärken (beispielsweise o,io2 mm), die sonst nur unpraktisch zu erhalten
waren, wenn ein Draht mit Polyvinylacetalharz in gelöstem Zustand überzogen wurde.
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Es wird jetzt die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, wird ein Draht i von einer Vorratsrolle 2 über
eine Führungsscheibe 3 durch geeignete (nicht dargestellte) Antriebsvorrichtungen
abgezogen. Nach dem Durchgang durch eine Drahtrichtv orrichtung 4 wird der Draht
vorzugsweise vorerwärmt, indem er durch eine erwärmte Zone, beispielsweise durch
einten., Gasflammen- oder elektrisch beheizten .Ofen, geleitet wird. Der Draht kann
aber, wie in der Zeichnung dargestellt,vorerwärmt werden, indem er durch eine oder
mehrere Flammen 5 von Gasbrennern 6 hindurchgeleitet wird. Die Gasflammen können
sich in einer Kammer 7 befinden, an die sich eine Auspreßvorrichtung anschließt
oder dicht daneben. angeordnet ist, die allgemein mit der Ziffer 8 bezeichnet ist
und die aus jeder geeigneten Vorrichtung bestehen kann, die zum Auspressen oder
in anderer Weise zum Aufbringen urid Formen eines kontinuierlichen gleichmäßigen
Belages. aus Polyvinylacetalharz unter Druck auf einen Draht geeignet ist.. Der
Trichter 9 dient dazu, das Polyvinylacetalharz von außen in dä,s Innere der Auspreßvorrichtung
einzubringen, in der das Harz dem Auspreßkopf io und der Düse i i zugeführt wird.
Geeignete Vorrichtungen, beispielsweise elektrische Heizelemente 12, sind vorgesehen,
um das Polyvinylacetalharz zu erwärmen und es, in den plastischen Zustand überzuführen
und es während seiner Aufbringung auf den Draht innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches
zu halten. Nach dem Eintritt in dien Auspreßkopf io wird der Draht durch die Düse
i i geführt, in welcher das heiße plastische Harz aufgebracht wird. Die Austrittsöffnung
der Düse i i kann derart eingestellt sein, daß ein Belag jeder gewünschten Stärke
auf den Draht aufgebracht werden kann. Der Draht mit seinem aufgebrachten gleichmäßigen
Belag aus Polyvinylacetalharz kann dann, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben
wird, durch eine geeignet erwärmte Zone geleitet werden. Eine derartige Zone kann
beispielsweise aus, einem Ofen 13 bestehen., der elektrisch. oder durch Verbrennungsgase
oder durch andere geeignete Vorrichtungen erwärmt werden kann und der zur Erläuterung
in der Zeichnung mittels der elektrischen, Heizeinheiten 14 erwärmt dargestellt
ist. Der überzogene Draht wird dann über die Führungsscheibe 15 auf die Aufnahmerolle
16 geführt.
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Die Temperatur des Polyvinylacetalharzes während seiner Aufbringung
auf den. Draht ist wesentlieh.
Wenn. eine zu tiefe Temperatur angewendet
wird., treten mechanische 'Schwierigkeiten bei der Aufbringung des Materials auf
den Draht auf. Wenn eine zu hohe Temperatur angewendet wird, findet eine teilweise
Härtung des Harzes in dem Auspreß'kopf 1o und in der Düse 11 statt, mit dien sich
daraus ergebenden Schwierigkeiten nicht nur beim Aufbringen des Materials; sondern.
auch für das Erhalten gleichmäßiger Beläge, die frei von Schäden sind. Es wird besonders
darauf hingewiesen, daß ein Polyvinylacetalharz, welches ein Kondensationsprodukt
von Formaldehyd mit einem Hydrolyseprodukt von Polyvinylacetat ist und das unter
dem Handelsnamen »Formvar« bekannt ist und das derart hergestellt werden kann, daß
es einen beginnenden Erweichungspunkt von beispielsweise 16o bis, 18o° aufweist,
derart erwärmt werden- sollte und, im wesentlichen innerhalb des Temperaturbereiches
von 185 bis 25o° während seiner Aufbringung und Formung auf dem Draht gehalten werden
sollte. Vorzugsweise wird ein derartiges Polyvinylacetalharz, während es ausgepreßt
wird, innerhalb eines Temperaturbereiches von Zoo bis 225° gehalten:. Polyvinylacetalharze,
die höhere oder tiefere beginnende Erweichungspunkte aufweisen als das ob:enerwäh:nte
Harz, können eine Erwärmung auf entsprechend höhere oder tiefere Temperaturen erfordern,
um wünschenswerte Auspreßbedingungen zu erhalten. Die Temperatur, auf welche die
verschiedenen Polyvinylacetalharze während des Au:spressens erwärmt werden sollen,
sollte daher vorher bestimmt werden.
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Das erwärmte plastische Polyvinylacetalharz kann auf den sich vorwärts
bewegenden Draht mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 1,52 bis g1,44 m oder
mehr pro Minute aufgebracht werden. Die Geschwindigkeit des Drahtvorschubes wird
mit der Auspreßgeschwindigkeit der Auspreßvorrichtung 8 abgestimmt und verändert
sich, entsprechend der Drahtstärke, der Stärke des darauf aufgebrachten Belages.,
den angewendeten Temperaturen und anderer beeinflussender Faktoren.
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Der nackte Draht, welcher in den Auspreßkopf 1o eintritt, wird vorzugsweise
vorerwärmt, beispielsweise innerhalb des Temperaturbereiches von Zoo bis 25o°. Vorteilhafberweise
wird der Draht auf annähernd die gleiche Temperatur vorerwärmt, auf welche das Polyvinylacetalharz
während des Auspressens erwärmt wird. Wenn der Draht nicht vorher erwärmt wird,
kann der ausgepreßte isolierende Harzbelag nicht die genügende Biegsamkeit besitzen.,
beim Biegen Risse bilden und zum Brüchigwerden und Schwinden neigen, wodurch Löcher
in der Oberfläche entstehen, wenn er plötzlichen Temperaturanstiegen unterworfen
wird. Durch Vorerwärmung des Drahtes wird die Haftung des Harzbelages auf dem Draht
verbessert. Des weiteren besitzt ein isolierender Film, welcher durch Auspressen
eines Polyvinylacetalharzes auf einen vorerwärmten Draht hergestellt wird, wobei
die Zusammensetzung sofort auf dem Draht erhärten gelassen wird, entsprechende Biegsamkeit
innerhalb eines Temperaturbereiches von o bis 15o°.
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Außer dem Vorerwärmen des nackten Drahtes ist es auch oft wünschenswert,
dien aufgebrachten Film zu modifizieren, z. B. indem der belegte Draht durch eine
erwärmte Atmosphäre geleitet wird, bevor er der Zimmertemperatur ausgesetzt wird.
Zum Beispiel kann der belegte Draht, umittelbar nachdem er die Auspreßvorrichtung
verläßt, durch eine erwärmte Kammer, wie den elektrisch erwärmten Ofen 13, geleitet
werden, welcher auf einer Temperatur von beispielsweise Zoo bis 40o° gehalten wird,
wobei diese Temperatur von der Länge der erwärmten Zone, der Geschwindigkeit, mit
welcher der Draht durch diese hindurchgeführt wird, der Stärke des, Drahtbelages,
der gewünschten Erwärmungswirkung und anderen beeinflussenden Faktoren abhängt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der überzogene Draht
gewöhnlich nicht auf eine Temperatur erwärmt, welche wesentlich die des Harzes während
des Auspressens übersteigt, und er wird im allgemeinen auf eine etwas tiefere Temperatur
gebracht. Eine derartige Wärmebehandlung dies überzogenen Drahtes ist insfofern
günstig, als beispielsweise hierdurch Spannungen vermindert werden, welche in dem
Belag während seiner Bildung auf dem Draht auftreten können. Die beschriebene Wärmebehandlung
ist jedoch nicht immer erforderlich und kann oft fortfallen, beispielsweise wenn
der Draht auf Temperaturen vorerwärmt wird, die denen ähnlich sind, auf die das
Polyvinylacetalharz während dies Auspressens erwärmt wird. In einem solchen Fall
kann das aufgebrachte Polyvinylacetalharz sofort auf dem Draht erhärten, wenn der
belegte Draht bei Zimmertemperatur zu der Aufnahme 16 geleitet wird.
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Überraschenderweise wurde festgestellt, daß, wenn der mit Harz belegte
Leiter einer Wärmenachbehandlung unterworfen wird, es nicht erfor-.derlich ist,
den Draht auf derartig hohe Temperaturgin vorzuerwärmen, und es können dann so geringe
Drahtvorwärmtemperaturen, wie beispielsweise Zoo bis 15o°, angewendet werden. Durch
gewisse Abänderungen der Wärmienachbehandlung, beispielsweise indem die Wärmenachbehandlung
verlängert wird oder indem etwas höhere Temperaturen während einer derartigen Behandlung
angewandt werden, ist es für gewisse Anwendungen .des isolierten Drahtes möglich,
.die Vorwärmstufe fortzulassen und das Polyvinylacetalharz auf nicht vorerwärmten
Draht auszupressen. Im allgemeinen werden jedoch die wirksamsten und praktisch befriedigenden
Ergebnisse erhalten, wenn der Draht vorerwärmt wird.
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Wenn es für gewisse Anwendungen des isolierten Drahtes wünschenswert
ist, den Harzfilm teilweise oder vollständig in den nicht schmelzbaren unlöslichen
Zustand überzuführen, kann der belegte Draht auf eine Temperatur erwärmt werden,
welche wesentlich über der liegt, bei der das Polyvinylacetalharz auf den nackten
Draht aufgebracht wird. Beispielsweise kann der belegte
| Draht auf eine Temperatur innerhalb dies Bereiches |
| von 275 bis: 35o° :erwärmt werden. Es wird @dies.- |
| bezüälich dabei noch darauf hingewiesen, daß bei |
| einer derartigen Wärmebehandlung eine Beziehung |
| zwischen Zeit und Temperatur besteht und. daß |
| Temperaturen außerhalb des soeben beispielsweise |
| erwähnten Bereiches verwendet werden können, |
| vorausgesetzt, daß die Erwärmungszeit ent- |
| sprechend gesteigert oder verringert wird. |
| Bei der tatsächlichen Durchführung .der Erfin- |
| dung ist es wichtig, daß der Draht: sauber ist, d. h. |
| frei von metallischem oder anderem Staub als auch |
| von Schmiermittel oder Ölfilmen. Die Anwesenheit |
| von Staub ist deshalb schädlich, weil er eine Durch- |
| löcherung des aufgebrachten Films zur Folge haben |
| kann. Wenn der Draht ölig oder fettig ist, haftet |
| der Harzfilm nur schlecht .auf dem Draht, und es |
| können Gasblasen entstehen, die darin ein- |
| geschlossen bleiben. |
| Im allgemeinen werden .etwas bessere und |
| gleichmäßigere Ergebnisse erhalten und Schwierig- |
| keiten, die während des Auspresse@ns von heißem |
| plastischem Polyvinylacetalharz eintreten können, |
| werden überwunden oder verringert, wenn Po.ly- |
| vi-ny1acetalharze verwendet werden, die einen |
| relativ geringen Anteil, beispielsweise von o, z bis |
| 2 Gewichtsprozent ,der Gesamtmasse einer Substanz |
| enthalten, welche die Umwandlung des Harzes aus |
| dem plastischen Zustand in den nicht schmelzbaren |
| unlöslichen Zustand während des Auspreasens bei |
| einer erhöhten Temperatur, wie beispielsweise |
| innerhalb ,des Bereiches von 185 bis 25o°, ver- |
| zögern. Diese Klasse von Substanzen wird nach- |
| folgend allgemein als »Verzöge er« bezeichnet. |
| Jede geeignete Menge eines Verzögerers kann innig |
| einem Polyvinylacetalharz einverleibt werden, |
| wobei; jedoch keine wesentliche Verbesserung |
| gewöhnlich erhalten wird, wenn mehr als 2 m/o |
| angewendet werden. Beispiele von Verzögerern, die |
| Päl.yvinylacetafharzen einverleibt werden können, |
| um das Auspressen solcher Harze zu erleichtern, |
| sind phenolische Körper, wie Phenol, Resorcinol, |
| Katechol, Hydrochinon, Pyrogallol, Phloroglucinol, |
| a- und ß-Naphthol u. dgl. substituierte Phenole, |
| wie z. B. Kresole, Xylenole, Carvacrol, Thymol, |
| p-tert.-Butylphenol, p-tert.-Amylphenol, p-Phenyl- |
| phenol, o-Oxymethyl,enphenol (Saligenin) 2, 4-Di- |
| amylphenol u. dgl. aliphatische primäre, sekundäre |
| und tertiäre Amine, wie Äthyl-, Propyl-, Butyl-, |
| Amyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl- und höhere Glieder |
| der homologen Reihe und gemischte aliphatisch e |
| Amine, wie Methylamyl-, Äthylhexyl-, Isopropyl- |
| butylam:ine u. dgl., subst.itui,erte aliphatis;che Amine, |
| wie Mono-; Di-, und Triäthanolam:ine u. dgl., ali- |
| phati:sche Polyamine, wie Äthylendiamin, Tri- und |
| Tetramethylendiamine u. ,dgl., aromatische primäre, |
| sekundäre und tertiäre Amine, wie Phenyl-, |
| Naphthyl-, Naphthylphenyl-, Bi;phenyl- (gensauer |
| als die Biphenylgruppe bezeichnet) und Amine und |
| substituierte Produkte solcher Amine, und ge- |
| mischte Amine, wie Benzylamin und Zusammen- |
| setzungen, ,der obengenannten aromatischen und |
| aliphatischen Amine, beispielsweise Äthylnaphthyl- |
amin, Diphenylmethylamin u. dgl. Bevorzugte Verzögerer sind solche, die entweder
hohe Siedeeigenschaften aufweisen oder bei normalen Zimmertemperaturen fest sind.
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Verzögerer, wie sie oben angegeben sind, verhindern die nachteiligen
Wirkungen von Sauerstoff auf ein Polyvinylacetalharz bei erhöhten Auspreß,temperaturen.
Es wird angenommen, daß die aus der Verwendung derartiger Substanzen erwachsenden
Vorteile hauptsächlich darauf beruhen, da.ß sie den Sauerstoff von den Punktender
Harzmoleküle abriegeln, @die-durch Sauerstoff angegriffen werden können. Außerdem
können diese Materialien eine günstige Beeinflussung auf anderen Webren bewirken.
Wenn z. B. eine basische Substanz, wie ein Amin, verwendet wird, kann diese eingeschlossene
saure Stoffe neutralisieren, welche in dem handelsüblichen hergestellten Polyvinylacetalharz
vorliegen, und sie kann alle sauren Zersetzungsprodukte des Harzes neutralisieren,
welche gebildet werden können. Oder, wenn Verzögerer ,entweder der amino- oder phenolischen
Art angewendet werden, können die gesamten aldehydischen Zersetzungsprodukte des
Polyvin:ylacetalharzes mit einem solchen Verzögerer reagieren, um eine nicht flüchtige
harzartige Zusammensetzung zu bilden, welche selbst eine stabilisierende Wirkung
auf das Polyvinylacetalharz in. der gleichen Weise ausübt, wie es die Verzögerer
selbst tun.
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. Der Verzögerer kann auf jede geeignete Weise in das Polyvinyl@acetalharz
während dessen, Herstellung oder mit dem fertigen Harz im festen Zustand eingetragen
werden. Beispielsweise kann der Verzögerer, wenn er wie üblich aus. einer festen
Substanz besteht, in einem hierfür geeigneten flüchtigen: Lösungsmittel gelöst werden.
Das ver--%wendete Lösungsmittel kann z. B. Wasser, Methyl-oder Äthylalkohol, Aceton,
Äthyläther, Acetal usw. sein, wobei dieses von den Löslichkeitseigenschaften des
Verzögerers abhängt. Der Verzögerer kann dann aus der Lösung auf dem festen Harz
ausgefällt werden. Die Masse wird danach erwärmt, um dass Lösungsmittel zu entfernen.
Flüssige Verzögerer können mit einem Verdünn nungsmittel mit niedrigerem Siedepunkt
gemischt werden, und die verdünnte Lösung kann dann auf das feste Harz aufgebracht
werden. Das Verdünnungsmittel wird dann verdampft. Auf diese Weise wird ein gleichmäßigerer
Niederschlag des Verzögerers auf dein Harz erhalten.
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Das verzögerte oder nicht verzögerte lös.ungsmittelfreie, nicht wäßrige
Polyvinylaceta,lharz kann. andere Stoffe enthalten, wenn es auf einen Leiter aufgebracht
wird. Es kann z. B. Farbstoffe oder geeignete Weichmacher enthalten. Beispiele derartiger
Weichmacher sind: D,ibutylphthalat, Diamylphthalat, Butyltartrat, Trikresylphosph
at, Benzylbenzoat, Triacetin, Tripropio,nin usw.
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Die außerordentliche Zähigkeit des erhärteten Films. aus Polyvinylacetal:harz
kann vorteilhaft angewendet werden, um einen auf übliche Weise mit einem Belag versehenen
Draht gegen Abreibung zu schützen. In solchem Fall kann ein Belag
aus
Polyvinylacetalharz auf den Draht, :der mit einem Belag aus üblichem Überzugsstoff
versehen ist, auf gleiche Weise und unter Verwendung :etwa der gleichen Vorerwärmungs-,
Auspreß- und Nacherwärmungstemperaturen während des Verfahrens ausgepreßt werden,
wie es mit Bezug auf den Belag eines blanken Leiters beschrieben worden ist. Es
wird dabei darauf hingewiesen, daß andere Schichten üblicher elektrischer Isolierung
auf den Draht aufgebracht werden können, der gemäß :der Erfindung isoliert ist.
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Elektrisch isolierte Kupferdrähte wurden gemäß der Erfindung mit einem
Polyvinyl,acetalharz hergestellt, welches kontinuierlich auf den Draht in gleichmäßiger
Wandstärke von o,ooS i bis, o,io2 mm aus:gepreßt worden ist.
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Der :erhärtete Isolierbelag ist zäh, biegsam, besitzt hohe Dielektrizi.tätseigenschaft
und einen geringen Verlustfaktor. Er ist auch bemerkenswert widerstandsfähig gegen
Abreiben und, widerstandsfäh:ig gegen Angriffe durch Stoffe, wie Öl u. d'gl.
Derartige Widerstandseigenschaften werden, etwas mehr ausgeprägt, wenn der belegte
Draht erwärmt wird, um den Harzfilm darauf in dien nicht schmelzbaren unlöslichen
Zustand überzuführen.