EP3607569B1 - Elektroisoliertes elektrisches leitungsband, insbesondere für elektromotoren und transformatoren - Google Patents

Elektroisoliertes elektrisches leitungsband, insbesondere für elektromotoren und transformatoren Download PDF

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EP3607569B1
EP3607569B1 EP18715509.8A EP18715509A EP3607569B1 EP 3607569 B1 EP3607569 B1 EP 3607569B1 EP 18715509 A EP18715509 A EP 18715509A EP 3607569 B1 EP3607569 B1 EP 3607569B1
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EP
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strip
enamel
electrical conductor
thickness
face
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Stefan Ziegler
Volker Wandelt
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Alanod GmbH and Co KG
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Alanod GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
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    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0213—Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips

Definitions

  • the present invention relates to an electrically insulated electrical conductor strip, in particular for electric motors and transformers, with a strip-shaped electrical conductor which has an upper cover surface and a lower cover surface, two side edge surfaces and one end edge surface each, and with electrical insulation on at least one cover surface of the band is arranged.
  • Electrical conductor strips of this type are referred to, for example, as electrical steel or electrical steel and are used to produce magnetic circuits for electrical machines, i.e. cores for dynamos, electric motors, transformers, relays, contactors, choke coils, ignition coils, electricity meters and controllable deflection magnets.
  • Cold-rolled strips and sheets made from iron-silicon alloys are particularly common. Since eddy currents occur in a coil core made of solid material under the influence of changing magnetic fields, which can cause the core to become hot, the cores are exclusively designed as laminated and insulated sheets in packages or as wound cut strip cores.
  • wire enamels such as THEIC-modified polyester imides, polyamides and epoxies, solderable wire enamels made of polyurethane and adhesive enamels such as e.g. B. made of PVB (polyvinyl butyral) and polyamide.
  • GB 900 519 A and EP 3 109 873 A1 disclose electrical conductor tapes coated with an insulating layer of latex and further wrapped in an insulating adhesive tape.
  • the present invention has for its object to provide an electrically insulated electrical conductor strip of the type described above, which with can be produced with reduced effort, in particular using a lacquer for the insulation, but has a high electrical insulating effect.
  • the insulation comprises a layer of lacquer and an adhesive film tape which is glued to the lower cover surface and/or the upper cover surface of the strip-shaped electrical conductor, at least in one area , which is immediately adjacent to a side edge surface.
  • the edge of the strip is laminated with a temperature-stable adhesive tape (e.g. made of polyimide) before (or alternatively after) painting.
  • a temperature-stable adhesive tape e.g. made of polyimide
  • lacquer In comparison with the state of the art, a large area of the expensive plastic layer can be replaced by lacquer without the electrical insulation effect at the edge of the strip being impaired.
  • This in 1 illustrated cable strip 1 comprises a strip-shaped electrical conductor 2, which has an upper cover surface 2a and a lower cover surface 2b, two side edge surfaces 2c and each end has a front edge surface, not shown. Furthermore, the cable strip 1 according to the invention comprises an electrical insulation 3 which is applied to at least one side of the strip 1--in the illustrated embodiment to both the lower cover surface 2b and the upper cover surface 2a.
  • the insulation comprises a lacquer layer 3a and an adhesive foil tape 3b, which is made of plastic and is glued to the lower cover surface 2b and/or the upper cover surface 2a of the strip-shaped electrical conductor 2, at least in each case in an area 4 that is directly adjacent to a Side edge surface 2c adjacent.
  • the film adhesive tape 3b has a projection 5 in relation to the side edge surface 2c of the strip-shaped electrical conductor 1, as a result of which leakage currents can be prevented.
  • the overhang 5 can preferably have a length L in the range 0 cm ⁇ L ⁇ 5 cm.
  • the electrical conductor 2 in the form of a strip can in particular consist of aluminum or an aluminum alloy and preferably have a thickness D in the range from 0.1 mm to 1.5 mm.
  • the paint of the paint layer 3a which can be applied by immersion, such as electro-dip painting, by brushing, rolling, spinning, spraying, in particular in a continuous belt process, and is then cured, causes at least the lower cover surface 2b and/or the upper Top surface 2a are sufficiently electrically isolated.
  • the lacquer layer 3a can be formed from a lacquer based on organic polymers, such as an acrylic, epoxy, polyester, polyamide or fluoropolymer lacquer, or based on sol-gel compositions, in particular from a wire lacquer, such as a THEIC-modified polyesterimide. It can preferably have a thickness DL in the range from 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. As shown, this thickness DL can also be smaller in the area of the film adhesive tape 3b, in particular so that an even surface O of the insulation 3 is produced.
  • the film adhesive tape 3b can preferably have a thickness DK in the range from 3 ⁇ m to 20 ⁇ m, this thickness DK preferably being at least half as large as the thickness DL of the paint layer 3a in the area where there is no film adhesive tape 3b.
  • the region 4, which directly adjoins the side edge surface 2c of the strip-shaped electrical conductor 2, can have a width B in the range from 0.2 cm to 4.5 cm, preferably in the range from 0.5 to 1.5 cm.
  • the film adhesive tape 3b is only applied on one side with the overhang 5, and the lacquer layer 3a runs out on the film adhesive tape 3b like a meniscus and ends in front of the overhang 5.
  • the lower cover surface 2b and the respective adjacent side edge surface 2c are provided with the lacquer layer 3a, the Lacquer layer 3a at the transition to the side edge surface 2c and can have such a thickness DL on this, which in itself is not sufficient for the required electrical insulation.
  • top surface 2b and the side edge surface 2c each have no electrical insulation and in particular no lacquer layer 3a.
  • FIG 5 a variant is shown in which the film adhesive tape 3b is glued in a C-shape starting from the two cover surfaces 2a, 2b around the side edge surface 2c with a cover section 3c.
  • the lacquer layer 3a ends like a meniscus on the film adhesive tape 3b before the start of the cover section 3c.
  • lacquer layer 3a is only applied on one side to the upper cover surface 2a and to the film adhesive tape 3b up to the beginning of the cover section 3c.
  • the electrical conductor 2 has a reduced strip thickness D 1 in the area in front of its side edge surface 2c in comparison to the strip thickness D in the remaining strip area.
  • the tape thickness reduction in the area of the cover surfaces 2a, 2b is the same and is less than/equal to the thickness DK of the film adhesive tape 3b.
  • the lacquer layer 3a runs continuously up to the cover section 3c.
  • the embodiment shows only one possibility of lamination with the film adhesive tape 3b.
  • an adhesive strip 3b can also be placed around the edge surface 2c, or the lacquer layer 3a could be located under the foil adhesive tape 3b.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektroisoliertes elektrisches Leitungsband, insbesondere für Elektromotoren und Transformatoren, mit einem bandförmigen elektrischen Leiter, der eine obere Deckfläche und eine untere Deckfläche, zwei Seitenkantenflächen und endseitig jeweils eine Stirnkantenfläche aufweist, und mit einer elektrischen Isolierung, die auf mindestens einer Deckfläche des Bandes angeordnet ist.
  • Derartige elektrische Leitungsbänder werden beispielsweise als Elektroblech oder Elektroband bezeichnet und zur Herstellung von magnetischen Kreisen für elektrische Maschinen, also von Kernen für Dynamos, Elektromotoren, Transformatoren, Relais, Schaltschützen, Drosselspulen, Zündspulen, Stromzähler und steuerbare Ablenkmagneten eingesetzt. Üblich sind dabei insbesondere kaltgewalzte Bänder und Bleche aus Eisen-Silizium-Legierungen. Da unter dem Einfluss veränderlicher Magnetfelder in einem Spulenkern aus Vollmaterial Wirbelströme entstehen, wodurch der Kern heiß werden kann, werden die Kerne ausschließlich als lamellierte und isolierte Bleche in Paketen oder als gewickelte Schnittbandkerne ausgeführt.
  • Um eine Isolation zwischen zwei übereinander liegenden Leiterband-Lagen zu erreichen, werden heute in Metallbandspulen beispielsweise Kunststofflagen als Isolierung eingewickelt. Dazu werden oft Polyimid-Folien verwendet, die beispielsweise von der Fa. DuPont unter dem Namen Kapton® vertrieben werden. Um den Aufwand bei der Herstellung einer Metallbandspule zu verringern, bestünde eine Alternative zur Legung von Folien zwischen die Bänder darin, das Band einseitig oder beidseitig mit einem Elektroisolierlack zu lackieren, wie dies bekanntermaßen mit Leitern realisiert wird, die einen runden Querschnitt aufweisen. Hierzu sind Drahtlacke bekannt, bei denen es sich um Isolierlacke auf Kunstharzbasis handelt, die als möglichst dünne, homogene, elektrisch isolierende Filme auf Kupfer- oder Aluminiumdrähte aufgebracht werden können. Dabei unterscheidet man verschiedene Gruppen von Drahtlacken, wie THEIC-modifizierten Polyesterimide, Polyamiden und Epoxiden, lötbaren Drahtlacke aus Polyurethan und Kleblacken, wie z. B. aus PVB (Polyvinylbutyral) und Polyamid.
  • Bei der Lackierung eines elektrischen Leiterbandes mit rechteckigem Querschnitt, das geometrisch als quaderförmig beschrieben werden kann und damit eine obere und untere Deckfläche, zwei Seitenkantenflächen und endseitig jeweils eine Stirnkantenfläche aufweist, bleiben aber insbesondere die beiden Seitenkantenflächen dann regelmäßig unzureichend oder gar nicht lackiert. Dies liegt daran, dass sich vor der eigentlichen - z. B. durch ein so genanntes Einbrennen erfolgenden - Polymerisation des Drahtlacks aufgrund der Oberflächenspannungen ein Meniskus bildet, wodurch sich dann während der Lackaushärtung an der jeweiligen Ober- und Unterkante der Seitenkantenflächen, wo diese jeweils an die Deckflächen grenzen, die Lackschicht auf ein Minimum verjüngt oder gar Defekte bildet. Hier ist die elektrische Isolationswirkung in der Folge dann unzureichend. Es kann zu Stromüberschlägen zwischen den Lagen und/oder zumindest zur Ausbildung von Kriechströmen kommen.
  • GB 900 519 A und EP 3 109 873 A1 offenbaren elektrische Leitungsbänder, die mit einer isolierenden Lachschicht beschichtet sind, und weiter in einem isolierenden Klebeband eingewickelt sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektroisoliertes elektrisches Leitungsband der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das mit verringertem Aufwand, insbesondere unter Einsatz eines Lacks für die Isolierung, herstellbar ist, jedoch eine hohe elektrische Isolationswirkung aufweist.
  • Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß, wie im Anspruch 1 definiert, dadurch gelöst, dass die Isolierung eine Lackschicht umfasst sowie ein Folienklebeband, das auf die untere Deckfläche und/oder die obere Deckfläche des bandförmigen elektrischen Leiters geklebt ist, und zwar mindestens jeweils in einem Bereich, der unmittelbar an eine Seitenkantenfläche angrenzt.
  • Die Bandkante wird insbesondere vor (bzw. alternativ nach) der Lackierung mit einem temperaturstabilen Klebeband (z.B. aus Polyimid) kaschiert. So kann - im Vergleich mit dem Stand der Technik - eine große Fläche der teuren Kunststofflage durch Lack ersetzt werden, ohne dass die Elektroisolationswirkung an der Bandkante beeinträchtigt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung enthalten.
  • Anhand eines durch die beiliegende Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 in schematisierter Darstellung ein erfindungsgemäßes Leitungsband. Die Figuren 2 bis 7 zeigen Varianten des erfindungsgemäßen Leitungsbandes.
  • Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist. Vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit anderen Teilmerkmalen eine erfinderische Bedeutung haben, soweit es innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche bleibt. In den Figuren 2 bis 7 sind gleiche Teile des Leitungsbandes mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
  • Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Leitungsband 1 umfasst einen bandförmigen elektrischen Leiter 2, der eine obere Deckfläche 2a und eine untere Deckfläche 2b, zwei Seitenkantenflächen 2c und endseitig jeweils eine nicht dargestellte Stirnkantenfläche aufweist. Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Leitungsband 1 eine elektrischen Isolierung 3, die auf mindestens einer Seite des Bandes 1 - in der dargestellten Ausführung auf sowohl auf die untere Deckfläche 2b als auch auf die obere Deckfläche 2a - aufgebracht ist.
  • Die Isolierung umfasst eine Lackschicht 3a sowie ein Folienklebeband 3b, welches aus Kunststoff besteht und das auf die untere Deckfläche 2b und/oder die obere Deckfläche 2a des bandförmigen elektrischen Leiters 2 geklebt ist, und zwar mindestens jeweils in einem Bereich 4, der unmittelbar an eine Seitenkantenfläche 2c angrenzt.
  • Das Folienklebeband 3b weist einen Überstand 5 gegenüber der Seitenkantenfläche 2c des bandförmigen elektrischen Leiters 1 auf, wodurch Kriechströme unterbunden werden können. Der Überstand 5 kann bevorzugt eine Länge L im Bereich 0 cm < L ≤ 5 cm aufweisen.
  • Der bandförmige elektrische Leiter 2 kann insbesondere aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen und bevorzugt eine Dicke D im Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm aufweisen.
  • Der Lack der Lackschicht 3a, welcher durch Eintauchen, wie durch eine Elektrotauchlackierung, durch Aufpinseln, Aufwalzen, Schleudern, Spritzen, insbesondere in einem Banddurchlaufverfahren, aufgebracht werden kann und dann ausgehärtet wird, bewirkt, dass zumindest die untere Deckfläche 2b und/oder die obere Deckfläche 2a hinreichend elektrisch isoliert sind.
  • Die Lackschicht 3a kann dabei aus einem Lack auf der Basis organischer Polymere, wie aus einem Acryl-, Epoxy-, Polyester-, Polyamid- oder Fluorpolymerlack, oder auf der Basis von Sol-Gel-Zusammensetzungen gebildet sein, insbesondere aus einem Drahtlack, wie einem THEIC-modifizierten Polyesterimid. Sie kann bevorzugt eine Dicke DL im Bereich von 5 µm bis 50 µm aufweisen. Wie dargestellt, kann im Bereich des Folienklebebandes 3b diese Dicke DL auch kleiner sein, insbesondere, damit eine ebene Oberfläche O der Isolierung 3 entsteht.
  • Das Folienklebeband 3b kann bevorzugt eine Dicke DK im Bereich von 3 µm bis 20 µm aufweisen, wobei diese Dicke DK vorzugsweise mindestens halb so groß sein kann wie die Dicke DL der Lackschicht 3a in dem Bereich, wo sich kein Folienklebeband 3b befindet.
  • Der Bereich 4, der unmittelbar an die Seitenkantenfläche 2c des bandförmigen elektrischen Leiters 2 angrenzt, kann eine Breite B im Bereich von 0,2 cm bis 4,5 cm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5 cm, aufweisen.
  • In den Fig. 2 bis 7 sind weitere Ausführungsformen dargestellt.
  • In Fig. 2 sind die beiden Überstände 5 der beidseitig aufgebrachten Klebebänder 3a, 3b miteinander verklebt.
  • In Fig. 3 ist das Folienklebeband 3b nur einseitig mit dem Überstand 5 aufgebracht, und die Lackschicht 3a läuft auf dem Folienklebeband 3b meniskusartig aus und endet vor dem Überstand 5. Hierbei ist die untere Deckfläche 2b und die jeweils angrenzende Seitenkantenfläche 2c mit der Lackschicht 3a versehen, wobei die Lackschicht 3a am Übergang zur Seitenkantenfläche 2c und auf dieser eine derartige Dicke DL haben kann, die für sich betrachtet nicht für die geforderte elektrische Isolierung ausreichend ist.
  • In Fig. 4 ist eine Alternative zu Fig. 3 dargestellt, bei der die Deckfläche 2b und die Seitenkantenfläche 2c jeweils keine elektrische Isolierung und insbesondere keine Lackschicht 3a aufweist.
  • In Fig. 5 ist eine Variante dargestellt, bei der das Folienklebeband 3b C-förmig ausgehend von den beiden Deckflächen 2a, 2b um die Seitenkantenfläche 2c herum mit einem Deckabschnitt 3c geklebt ist. Auch bei dieser Ausführung endet die Lackschicht 3a meniskusartig auf dem Folienklebeband 3b vor Beginn des Deckabschnitts 3c.
  • In Fig. 6 ist eine Alternative zu Fig. 3 dargestellt. Hierbei ist die Lackschicht 3a nur einseitig auf der oberen Deckfläche 2a sowie auf dem Folienklebeband 3b bis zu Beginn des Deckabschnitts 3c aufgebracht.
  • Fig. 7 zeigt eine Variante zu Fig. 5. Hier weist der elektrische Leiter 2 im Bereich vor seiner Seitenkantenfläche 2c eine reduzierte Banddicke D1 im Vergleich zur Banddicke D im übrigen Bandbereich auf. Hierbei ist insbesondere die Banddickenreduzierung im Bereich der Deckflächen 2a, 2b gleich groß und ist kleiner/gleich der Dicke DK des Folienklebebandes 3b. Die Lackschicht 3a verläuft hierbei durchgehend bis zum Deckabschnitt 3c.
  • Auch kann der Fachmann weitere technische Merkmale ergänzen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So zeigt das Ausführungsbeispiel nur eine Möglichkeit der Kaschierung mit dem Folienklebeband 3b. Alternativ kann auch ein Klebestreifen 3b um die Kantenfläche 2c gelegt werden, oder die Lackschicht 3a könnte sich unter dem Folienklebeband 3b befinden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leitungsband
    2
    Leiter
    2a
    Obere Deckfläche
    2b
    Untere Deckfläche
    2c
    Seitenkantenfläche
    3
    Isolierung
    3a
    Lackschicht
    3b
    Folienklebeband
    3c
    Deckabschnitt
    4
    Bereich
    5
    Überstand
    B
    Breite von 4
    D
    Banddicke
    D1
    Reduzierte Banddicke
    DL
    Dicke von 3a
    DK
    Dicke von 3b
    L
    Länge von 2
    O
    Oberfläche von 3

Claims (8)

  1. Elektroisoliertes elektrisches Leitungsband (1), insbesondere für Elektromotoren und Transformatoren, mit einem bandförmigen elektrischen Leiter (2), der eine obere Deckfläche (2a) und eine untere Deckfläche (2b), zwei Seitenkantenflächen (2c) und endseitig jeweils eine Stirnkantenfläche aufweist, und mit einer elektrischen Isolierung (3), die auf mindestens einer der beiden Deckflächen (2a, 2b) des Bandes (1) angeordnet ist, wobei die Isolierung (3) eine Lackschicht (3a) sowie ein aus Kunststoff bestehendes Folienklebeband (3b) umfasst, das auf die untere Deckfläche (2b) und/oder die obere Deckfläche (2a) des bandförmigen elektrischen Leiters (2) geklebt ist, und zwar jeweils in einem Bereich (4) der unteren Deckfläche (2b) und/oder der oberen Deckfläche (2a), der unmittelbar an eine Seitenkantenfläche (2c) angrenzt,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (4) des Folienklebebandes (3b), der unmittelbar an eine Seitenkantenfläche (2c) des bandförmigen elektrischen Leiters (2) angrenzt, eine Breite (B) im Bereich von 0,2 cm bis 4,5 cm aufweist, wobei die Lackschicht (3a) über dem Folienklebeband (3b) liegt, und wobei die Isolierung (3) in einem Bereich der unteren Deckfläche (2b) und/oder der oberen Deckfläche (2a), welcher an den mit dem Folienklebeband (3b) beklebten Bereich angrenzt, ausschließlich durch die Lackschicht (3a) gebildet ist.
  2. Leitungsband (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Folienklebeband (3b) jeweils C-förmig, ausgehend von den Deckflächen (2a, 2b), um eine Seitenkantenfläche (2c) geklebt ist.
  3. Leitungsband (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Folienklebeband (3b) einen Überstand (5) gegenüber der Seitenkantenfläche (2c) des bandförmigen elektrischen Leiters (2) aufweist, der bevorzugt eine Länge (L) im Bereich 0 cm < Ü ≤ 5 cm aufweist.
  4. Leitungsband (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der bandförmige elektrische Leiter (2) aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht und bevorzugt eine Dicke (D) im Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm aufweist.
  5. Leitungsband (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht (3a) eine Dicke (DL) im Bereich von 5 µm bis 50 µm aufweist.
  6. Leitungsband (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Folienklebeband (3b) eine Dicke (DK) im Bereich von 3 µm bis 20 µm aufweist, wobei diese Dicke (DK) vorzugsweise mindestens halb so groß ist wie die Dicke (DL) der Lackschicht (3a) in dem Bereich, wo sich das Folienklebeband (3b) nicht befindet.
  7. Leitungsband (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht (3a) aus einem Lack auf der Basis organischer Polymere, wie aus einem Acryl-, Epoxy-, Polyester-, Polyamid- oder Fluorpolymerlack, oder auf der Basis von Sol-Gel-Zusammensetzungen gebildet ist, insbesondere aus einem Drahtlack, wie einem THEIC-modifizierten Polyesterimid.
  8. Leitungsband (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (4) des Folienklebebandes (3b), der unmittelbar an eine Seitenkantenfläche (2c) des bandförmigen elektrischen Leiters (2) angrenzt, eine Breite (B) im Bereich von 0,5 bis 1,5 cm aufweist.
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