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Verfahren zur Herstellung von spaltenfreien Umhüllungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von spaltenfreien Umhüllungen, die aus Papierlagen od. dgl. aufgeschichtet werden, welche mittels eines bei der Anwendung flüssigen, später fest werdenden Kunststoffes zu einem festen Körper verfestigt werden. Es sollen für die Herstellung solcher Umhüllungen gekreppte Papiere verwendet und so geschichtet werden, dass die Kreppung im aufgeschichteten Zustand mindestens zum Teil erhalten bleibt. Die Aufschichtung geschieht vorzugsweise mit einer gewissen Vorspannung, so dass dichte Wickelkörper entstehen, deren aufeinanderfolgende Lagen durch ihre Riffelung ineinander verzahnt sind.
Sofern in diesen Umhüllungen leitende Steuerbeläge vorgesehen sind, sollen sie sich im Hinblick auf die Erreichung der völligen Spaltenfreiheit dem Krepp-Papier lückenlos gut anschmiegen. Dieswird erreicht, indemz. B. sehr dünne, sich den Unebenheiten der Krepp-Papieroberfläche möglichst genau anschmiegende Metallfolien verwendet werden, welche die oben erwähnte radiale Verzahnung der aufeinanderfolgenden Krepp-Papierlagen praktisch nicht beeinträchtigen bzw. durch ihre leichte Verformbarkeit fähig sind, ihr genau zu folgen.
Es hat sich nun gezeigt, dass es für die Herstellung von erfindungsgemässen spaltenfreien Umhüllungen vorteilhaft ist, die Aufschichtung so vorzunehmen, dass die einzelnen Schichten des Krepp-Papieres unabhängig voneinander in Umfangsrichtung beweglich bleiben bzw. sich den gegebenenfalls bei nachfolgender Aushärtung des Kunststoffes auftretenden Umfangsänderungen individuell durch Rückfederung anpassen können.
Eine solche Art der Aufschichtung bewirkt nämlich eine Ausgleichung der allfällig an einzelnen Stellen auftretenden Unterschiede in der Vorspannung der Krepp-Papierschichten, d. h., es wird auf diese Weise eine Vergleichmässigung der Vorspannung in allen aufeinanderfolgenden Krepp-Papierschichten erreicht. Werden aber für die Aufschichtung einzelne, koaxiale, in sich geschlossene Krepp-Papierschichten verwendet, so erlaubt der erfindungsgemässe Vorschlag, jeder einzelnen Schicht eine zweckmässig gewählte Vorspannung zu verleihen und somit eine gewünschte Verteilung bzw. Abstufung der Vorspannungen innerhalb der Dicke des Umhüllungskörpers zu erzielen.
Alle diese durch die Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen erzielten Wirkungen sind im Hinblick auf die Lösung des Problems, spaltenfreie Umhüllungen zu schaffen, erwünscht und vorteilhaft.
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nen zwischen die einzelnen, aufeinanderfolgenden Krepp-Papierschichten Zwischenlagen aus einem folienartigen, vorzugsweise glatten Material angeordnet werden, dessen Beschaffenheit und Dicke so gewählt ist, dass sie die darüberliegenden Schichten ohne wesentliche Deformation zu tragen vermögen und die unabhängige Beweglichkeit der angrenzenden Krepp-Papierschichten erleichtern (s. Fig. 4). Neben den weiter oben erwähnten Vorteilen in bezug auf die Spaltenfreiheit der herzustellenden Umhüllungen bieten die erfindungsgemässen Massnahmen eine Reihe von weiteren Vorteilen.
In allen Fällen haben sie als gemeinsame Bedingung, dass die Verzahnung der Riffelungen von benachbarten Schichten des KreppPapieresvermiedenwird. Somit entstehen bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens Krepp-Papier- gebilde, die eine bedeutend lockerere Struktur aufweisen als z. B. diejenige des dicht aufgeschichteten,
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ineinander verzahnten Papierwickels. Somit weisen die Aufschichtungen im Sinne der Erfindung bedeutend grössere Zwischenräume zwischen den aufeinanderfolgenden Schichten auf. Dadurch wird es möglich, viskosere Kunststoffe für die Verfestigung der Umhüllungen zu benützen. Die Verwendung von Krepp- oder kreppähnlichen Papieren mit grober Struktur ermöglicht es sogar, Giessharze mit vorzugsweise mineralischen
Füllstoffen, wie z.
B. mit Quarzmehl vermengt, zu gebrauchen, wodurch alle an sich bekannten Vorteile sich ergeben, die die Verwendung von Füllstoffen mit sich bringt.
Wenn es sich um Umhüllungen, insbesondere um Isolierkörper von Hochspannungsdurchführungen handelt, die leitende, z. B. metallische. Beläge enthalten, werden diese vorteilhafterweise zugleich zur Abtrennungder angrenzenden Krepp-Papierschichten benützt und sind in der Form und in der Oberflächen- beschaffenheit so gewählt, dass die unabhängige Beweglichkeit der Krepp-Papierlagen nicht wesentlich behindert, sondern vorzugsweise erleichtert wird. Zu diesem Zweck müssen sie eine möglichst regelmässige
Form aufweisen und vorzugsweise eine glatte Oberfläche besitzen.
Dies ist auch vom dielektrischen
Standpunkt aus sehr günstig, weil dadurch die sich bei Verwendung von z : B. sehr dünnen, sich dem
Krepp-Papier eng anschmiegenden (Riffelung) metallischen Belägen ergebenden Ungleichmässigkeiten in der Feldverteilung und die damit verbundenen starken örtlichen Beanspruchungen in den einzelnen Umhüllungsschichten gänzlich vermieden werden.
Als leitende Einlagen eignen sich z. B. Al-Folien, Al-Folien auf Papier kaschiert, feinmaschige Drahtgewebe, graphitiertes Papier, metallisierte Papiere oder Folien. Es ist sehr empfehlenswert, die Ränder solcher leitender Einlagen mit sogenannten Schirmringen zu versehen, um die elektrischen Beanspruchungen am Belagsrand herabzusetzen. Als Schirmringe können z. B. in an sich bekannter Weise am Anfang und Ende zusammengeschlossene metallische Schraubenfedern kleinen Wickeldurchmessers verwendet werden. Ferner können für diesen Zweck z. B. elastische Ringe mit abgerundeten Rändern und mit leitender oder leitend gemachter Oberfläche benützt werden, wie z. B. hitzebeständige leitende Gummiringe mit rundem Rand. Die Schirmring-Elektroden ("Strahlungsringe") werden mit dem Belag elektrisch leitend verbunden, z.
B. darauf angeschweisst, angelötet oder mit einem leitenden Lack angeklebt.
Besonders sinnvoll ist die Verwendung von aus Drahtfeder angefertigten Schirmring-Elektroden zusammen mit aus feinmaschigem Drahtgeflecht bestehenden leitenden Einlagen.
Die Aufschichtung des Krepp- oder kreppähnlichen Papieres kann auf verschiedene Weise geschehen, wobei aber nach der Erfindung für die freie Beweglichkeit der einzelnen Schichten des Krepp-Papieres unabhängig voneinander in Umfangsrichtung zu sorgen ist. Insbesondere können für jede einzelne Schicht in sich geschlossene rohrartige Gebilde vorbereitet werden, die dann mit einer Vorspannung koaxial über den Leiter bzw. über die bereits aufgeschichteten Krepp-Papierlagen aufgeschoben werden. Zwischen einzelnen Schichten, aber auch zwischen jeder Lage können Zwischenschichten, z. B. aus einem glatten Papier, eingelegt werden, welche die unabhängige Beweglichkeit der angrenzenden Krepp-Papierschichten erleichtern. Zwischen die einzelnen Schichten können an den gewünschten Stellen die leitenden Einlagen angeordnet werden.
Damit die elastische Rückfederung der einzelnen Krepp-Papierschichten in keiner Weise beeinträchtigt wird, dürfen diese stützenden Zwischenlagen nicht mit dem Krepp-Papier verklebt oder an dieses in irgend einer andern Weise befestigt werden.
Es ist ferner möglich, die Krepp-Papierlagen für die spaltenfreien Umhüllungen im Sinne der Erfindung aufzuschichten, ohne stützende Zwischenlagen zu verwenden. In diesem Falle soll die Aufschichtung so vorgenommen werden, dass die Kreppungsrichtungen der aufeinanderfolgenden Lagen quer zueinander stehen und damit die Verzahnung der Riffelungen zweier benachbarter Schichten vermieden wird.
Wenn es sich darum handelt, sehr lange bzw. eine gebogene Achse aufweisende Gegenstände mit spaltenfreien Umhüllungen zu versehen, geschieht es zweckmässigerweise, indem verhältnismässig schmale Bänder schraubenlinienförmig auf den zu umhüllenden Gegenstand, z. B. einen Hochspannungsleiter, zu koaxialen Schichten aufgewickelt werden. Wenn keine stützenden Zwischenbeläge zwischen den einzelnen Lagen vorgesehen sind, können vorteilhafterweise die aufeinanderfolgenden Lagen zueinander gegenläufig aufgebracht werden, so dass keine Verzahnung der Riffelungen auftritt. Bei der Umhüllung von gebogenen Leitern kann ferner das benützte Band entsprechend der Steigung der Schraubenlinie, dem Krümmungsradius und dem Durchmesser in der Breite so vorgeschnitten werden, dass keine Überlappungen entstehen (s. Fig. 3).
Bei dieser Art der Aufschichtung können auch stützende Zwischenlagen bzw. metallische Einlagen mit eingewickelt werden. Bei der Herstellung von gebogenen Stücken, z. B. gebogenen Durchführungen, werden diese Zwischenlagen zweckmässigerweise ebenfalls in Form von verhältnismässig schmalen Bändern auf jede fertig gewickelte Lage aufgebracht.
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Vertiefungen und Erhöhungen von 2 mm und mehr) handelt, und bzw. oder gegebenenfalls verwendete stützende Zwischenlagen oder leitende Einlagen können an verschiedenen Stellen Aussparungen, Öffnungen oder Perforierungen aufweisen. Dadurch wird z. B. bei einer nachträglichen Imprägnierung des Krepp-Papiergebildes mit Harz dessen Zutritt in radialer Richtung erleichtert.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung seien an Hand der Fig. 1 - 4 beschrieben. Fig. 1 und 2 zeigen Muster von Krepp-Papieren. Fig. 3 veranschaulicht die Herstellung einer spaltenfreien Umhüllung. Fig. 4 gibt eine andere Umhüllungsart wieder.
Fig. 1 zeigt ein Muster des Krepp-Papieres mit grober Struktur.
Fig. 2 zeigt ein Stück eines hochstreckbaren kreppähnlichen Papieres, dessen Struktur im Vergleich zu einem Krepp-Papier mit grober Struktur bedeutend regelmässiger, symmetrischer ist. In bezug auf die für die Erfindung wesentlichen Eigenschaften, vor allem im Hinblick auf die beträchtliche elastische Dehnbarkeit verhalten sich solche Papiere ganz ähnlich wie die Krepp-Papiere. Dadurch lassen sie sich unter Anwendung von Zug (vorgespannt) so aufschichten, dass ihre"Kreppung"bzw. kreppähnliche, z. B. gefältelte Struktur im aufgeschichteten Zustand mindestens zum Teil erhalten bleibt. Solche Papiere sind z. B. unter der Markenbezeichnung"CARBION"bei der Firma Baumgarmer in Lausanne erhältlich.
Die Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung der spaltenfreien Umhüllung auf einem gebogenen Leiter 1. Krepp-oder kreppähnliches Papier wird hier in Form von verhältnismässig schmalen Bändern aufgebracht. In aufeinanderfolgenden Lagen 2,3 und 4 werden die Bänder gegenläufig zueinander
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das Band für das Aufwickeln in dem Bereich des gebogenen Teiles der Durchführung so in der Breite vorgeschnitten werden, dass keine Überlappung des Bandes entsteht, wie es in der Zeichnung in Fig. 3 mit 5, 6 und 7 angedeutet ist.
Fig. 4 zeigt eine andere Art der Aufschichtung von Krepp- oder kreppähnlichem Papier auf einen Leiter : hier werden auf jede fertig gewickelte Lage 12,13 und 14 zunächst glatte stützende Zwischenlagen 15,16 aufgebracht, worauf die nächstfolgende Lage gewickelt wird. Die Zwischenlagen können zugleich leitende Beläge sein und z. B. aus einer metallischen Folie bestehen, sie können aber auch zur Stützung einer weiteren, elektrisch leitenden Zwischenlage dienen. Sie. können ferner in Form von einer breiten Bahn 15 auf die vorangehende Schicht aufgebracht werden oder in Form von einem verhältnismässig schmalen Band 16 aufgewickelt werden.
Auch die Ausführungsart nach Fig. 4 eignet sich zur Herstellung von spaltenfreien Umhüllungen für gebogene Schienen oder Durchführungen, wobei betreffend die Umhüllung des gekrümmten Teiles dasselbe gilt, wie bereits betreffend die Ausführungsart nach Fig. 3 gesagt worden ist.
Die spaltenfreien Umhüllungen im Sinne der Erfindung lassen sich mit Hilfe von vielen Kunststoffen herstellen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung von sogenannten härtbaren Giessharzen, wie z. B. von Epoxydharzen und ungesättigten Polyesterharzen, insbesondere mit Füllstoffen vermengt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung seien einige Ausführungsbeispiele angegeben :
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einen geradachsigen Kupferbolzen vonfünf Schichten eines Krepp-Papieres mit einer Struktur gemäss Fig. 2 aufgebracht. Zwischen jeder Lage befindet sich eine glatte leitende Einlage. Die leitenden Einlagen haben von Schicht zu Schicht von innen nach aussen abnehmende Länge, wie es bei Kondensatordurchführungen üblich und bekannt ist. Die Trägerschichten sind auf jeder Seite zirka 5 mm länger als die darüber angeordneten Einlagen. Das verwendete Krepp-Papier hat folgende Eigenschaften :
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<tb>
<tb> 330 <SEP> g/m2 <SEP> in <SEP> gekrepptem <SEP> Zustand
<tb> Dehnung <SEP> 3000/0
<tb> Dicke, <SEP> gekreppt <SEP> 3,8 <SEP> mm
<tb> Dicke, <SEP> ungekreppt <SEP> 0,2 <SEP> mm
<tb>
Das Krepp-Papier wird zu rechteckigen Stücken zugeschnitten.
Die Länge der Stücke entspricht der Länge der leitenden Einlagen und 10 mm Zugabe. Die Breite entspricht 2/3 des berechneten Umfanges und 5 mm Zugabe. Die so zugeschnittenen Stücke werden zu Rohren geformt, indem das Krepp-Papier auf einer Breite von 5 mm ineinander verzahnt wird. Die Rohre werdenkoaxial übereinandergeschoben.
Dabei wird das Krepp-Papier um zirka 500/0 der ursprünglichen Länge gedehnt. Zwischen jede Lage wird ein Blatt eines glatten, graphitierten Kraft- Papieres von 0, 15 mm Dicke und 113 g/m2 angeordnet, so dass
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die einzelnen Krepp-Schichten sich nicht berühren können. Die totale Schichtdicke beträgt 19,5 mm.
Der nach der oben beschriebenen Methode umhüllte Leiter wird in eine zylindrische Giessform von 75 mm Innendurchmesser zentrisch eingebaut. Die Giessform ist unten geschlossen und oben mit einem Eingusstrichter versehen. Die Form mit dem Wickel wird in einem heizbaren Vakuumgefäss bei 80 C und 0, SmmHgDruckwährend 6 h getrocknet und entgast. Unter Vakuum wird das Giessgemisch von 800 oben in die Form gegeben, nach 30 min der Druck ausgeglichen und während 12 h bei 900C und 8 h bei 1200 gehärtet. Nach dem Abkalten wird der Giessling entformt. Der äusserste leitende Belag wird durch eine leitende Verbindung an Erde gelegt.
Giessgemisch :
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<tb>
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Epoxydharz <SEP> auf <SEP> Basis <SEP> von <SEP> p, <SEP> p'-Dioxydiphenylpropan <SEP> mit <SEP> einem
<tb> Epoxydäquivalentgewicht <SEP> von <SEP> 185 <SEP> bis <SEP> 200 <SEP> und <SEP> einer <SEP> Viskosität
<tb> von <SEP> 11000 <SEP> bis <SEP> 14000 <SEP> Centipoisen <SEP> bei <SEP> 250C
<tb> 130 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Dodecenylbernsteinsäureanhydrid
<tb> 0,2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Methylbencyldimethylamin
<tb> 350 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Quarzmehl <SEP> 325 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> Zoll <SEP> (nach <SEP> Tylor)
<tb>
2) Zylindrische, geradachsige Kondensator-Durchführung.
Ein geradachsiger Kupferstab von 40 mm Durchmesser und 1000 mm Länge wird wie in Beispiel 1 abwechslungsweise mit koaxialen Schichten von Krepp-Papier und glatten Einlagen umhüllt. Das KreppPapier dient als Stütz-und Distanzierungselement.
Das hier verwendete Krepp-Papier hat folgende Eigenschaften :
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<tb>
<tb> 250 <SEP> g/m2 <SEP> in <SEP> gekrepptem <SEP> Zustand
<tb> Dehnung <SEP> 300/0
<tb> Dicke, <SEP> gekreppt <SEP> 3,8 <SEP> mm
<tb> Dicke, <SEP> ungekreppt <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> mm <SEP>
<tb>
Das Krepp-Papier wird zu 30 mm breiten Bändern geschnitten und wendelförmig um den Leiter ge-
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Papier wird in Form eines viereckigen Blattes auf das Krepp-Papier gewickelt, so dass es dieses über den ganzen Umfang deckt. Über das glatte Papier folgt wieder eine Schicht Krepp-Papier, darauf wird ein Band von 15 mm Breite aus sogenanntem Kabelpapier auf die gewünschte Länge gewickelt. Kabelpapier ist eine auf Papier von 0, 15 mm Dicke kaschierte Aluminiumfolie von 0,008 mm Dicke. Folie und Papier sind mit Löchern von 1 mm Durchmesser perforiert.
(Die Länge der leitenden Schicht ist durch die gewünschte Feldverteilung bedingt.) Die Isolation wird sukzessive weiter aufgebaut bis achtzehn Kreppschichten mit neun leitenden Einlagen den Kupferstab umhüllen. Die Schichtdicke beträgt 20 mm. Der so umhüllte Leiter wird in eine zylindrische Giessform von 85 mm Innendurchmesser zentrisch eingebaut.
Die Giessform ist analog wie in Beispiel 1 aufgebaut. Ebenso erfolgen die nächsten Arbeitsgänge wie in Beispiel 1.
Das Giess-und Imprägniergemisch hat folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Epoxydharz <SEP> (wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 1)
<tb> 130 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Dodecenylbernsteinsäureanhydrid <SEP>
<tb> 0, <SEP> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Methylbencydimethylamin
<tb> 100 <SEP> Gew. <SEP> -Teile <SEP> Dolomit <SEP> gemahlen, <SEP> Korngrösse <SEP> 201l
<tb>
3) Gebogene Kondensatordurchführung.
Ein Kupferstab von 30 mm Durchmesser und 1600 mm Länge ist auf einen Winkel von 450 mit einem Radius von 600 mm in der Mitte gebogen. Um diesen Leiter werden Streifen von 40 mm breiten KreppPapierbändern (Papier gemäss Beispiel 1) wendelförmig gewickelt. In den geraden Teilen sollen sich die Papierkanten berühren, im Bogen wird eine sogenannte Abwicklung geschnitten. Beim Aufwickeln wird das Kre-Papier um 50% der ursprünglichen Länge gestreckt. Auf jede Schicht Krepp-Papier wird wendelförmig eine Schicht aus sogenanntem Kabelpapier (gemäss Beispiel 2) von 15 mm Breite gewickelt. Die Wickelbreite der leitenden Schicht richtet sich nach der gewünschten Feldverteilung. Vier Krepp-Schichten
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mit darüber angeordneten leitenden Einlagen werden analog um den Leiter gewickelt.
Die Krepp-Schichten sind in der Länge entsprechend den leitenden Einlagen abgestuft.
Der isolierte, gebogene Stab wird in eine entsprechende Giessform von 70 mm Innendurchmesser so eingebaut, dass der Abstand vom Isolierkörper zur Formwand überall gleich ist. Auf der einen Seite ist die Form geschlossen, auf der andern befindet sich ein Eingusstrichter. Die Form wird in möglichst vertikaler Lage in einen heizbaren Vakuumgiesskessel eingebaut. Bei 400C und 0,5 mm Hg wird während 12 h getrocknet und entgast. Anschliessend lässt man unter Vakuum das Giess- und Imprägniergemisch von 400C in die Form fliessen. Nach 30'wird im Giesskessel der Druck ausgeglichen. Das Kunststoffgemisch wird während 8 h bei 800C und 12 h bei 1200C ausgehärtet.
Giess- und Imprägniergemisch :
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<tb>
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Rhodester <SEP> 1108 <SEP> R <SEP> (der <SEP> Firma <SEP> Rhone-Poulenc, <SEP> Paris)
<tb> Viskosität <SEP> bei <SEP> 250C <SEP> 300 <SEP> Centipoisen
<tb> 1 <SEP> Gew.-Teil. <SEP> Benzoylperoxyd <SEP>
<tb> 150 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Quarzmehl, <SEP> 325 <SEP> Maschen <SEP> pro <SEP> Zoll <SEP> (nach <SEP> Tylor).
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Für das erfindungsgemässe Verfahren kommen auch andere Krepp-Papiere in Betracht, die eine
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wird. Solche geprägte Krepp-Papiere sind z. B. unter der Bezeichnung"PERLKREPP-Papiere"bekannt.
Die erwähnten stützenden Zwischenlagen können so beschaffen sein, dass sie, neben der Aufgabe, ohne wesentliche Deformation die darüberliegenden Schichten zu tragen, die gesamte spaltenfreie Um- hüllung"armieren", d. h. ihr eine zusätzliche mechanische Festigkeit verleihen. Solche Zwischenlagen können z. B. aus Geweben, Glasfaser- oder Kunststoffgeweben, Vliesen oder Folien bestehen. Solche armierenden Zwischenlagen können auch kombiniert mit den erwähnten stützenden Zwischenlagen oder den leitenden Belägen angewendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von spaltenfreien Umhüllungen, die aus Papierlagen od. dgl. aufgebaut werden, welche mittels eines bei Anwendung flüssigen, später fest werdenden Kunststoffes zu einem festen Körper verfestigt werden, wobei gekreppte Papiere od. dgl. verwendet und so geschichtet werden, dass die Kreppung im aufgeschichteten Zustand mindestens zum Teil erhalten bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Schichten aus Krepp-Papier od. dgl. koaxiale Zwischenlagen aus einem folienartigen, vorzugsweise saugfähigen Material angeordnet werden, welche die darüberliegenden Schichten ohne wesentliche Deformation tragen und die unabhängige Beweglichkeit der angrenzenden
Schichten aus Krepp-Papier od. dgl. erleichtern und bzw.
oder dass die Krepprichtungen der aufeinanderfolgenden Lagen quer zueinander stehen, so dass die einzelnen Schichten des Krepp-Papieres od. dgl. unabhängig voneinander in Umfangsrichtung beweglich bleiben bzw. sich den gegebenenfalls bei nachfolgender Aushärtung auftretenden Umfangsänderungen individuell durch Rückfederung anzupassen vermögen.