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Aus getränktem Faserstoff bestehender elektrischer Isolierkörper Die
Erfindung bezieht sich auf hitzebeständige, unbrennbare und wasserbeständige elektrische
Isolierkörper, insbesondere zur Isolation und für Schutzmäntel elektrischer Leiter,
und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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_'"sl>est und Glaswolle sind anorganische Stoffe, die sehr hohen Temperaturen
widerstehen. Asbestfasern werden seit geraumer Zeit für Umhüllungen elektrischer
Leiter verwendet, und neuerdiiigs kommt auch Glaswolle für diesen Zweck in Anwendung.
Die vorteilhaften Eigenschaften dieser Stoffe haben sich jedoch bisher nicht restlos
ausnutzen lassen, weil die verwendeten Tränkmittel nicht ;genügend hitzebeständig
gewesen sind. Das Tränkmittel muß aber auch wie der Faserstoffkörper biegsam sein,
und es muß ferner den Faserstoffkörper wasserdicht machen. Ohne ein Tränl:mittel
würde der Faserstotfkö rper Feuchtigkeit aufnehmen, die sich in den llolilräunieti
des Körpers niederschlagen und ansammeln würde, wodurch der Isolationswert zerstört
würde. Die bisher für die genannten Faserstoftk#')rl>er als Tränkmittel verwendeten
Harze, Öle, `Vaclise, Lacke u. dgl. sind sämtlich organischer Natur und setzen,
da sie in bezug auf die Hitzebest;indighcit mit den verwendeten anorganischen hascrstofteii
nicht verglichen werden können, den
Gebrauchswert der hitzebeständigen
anorganischen Isolation herab.
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Es sind zwar auch anorganische Tränkmittel bekannt. Dies sind die
löslichen Silicate. Lösungen von Silicaten trocknen '"ein zu durchsichtigen Filmen,
die zwar hitzebeständig, aber weder biegsam noch wasserbeständig sind. Wenn man
die löslichen Silicate zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit mit Schwermetallsalzen
behandelt, so geschieht (lies auf 'Kosten des Zusammenhangs des Gels. :),ußerdem
ist der erhaltene Stoff nach dem Trocknen nicht biegsam.
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Erfindungsgemäß wird der Faserstoff mit einer hitzebeständigen"flammsicheren,
wasserbeständigen, plastischen .Masse getränkt, die überwiegend oder vollständig
anorganisch und im Endzustand biegsam ist. Hierfür kommen nach der Erfindung polymerisierte
und kondensierte ,anorganische Stoffe in Frage.
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Ein Stoff, der sich für den Zweck der Erfindung besonders gut eignet,
ist polymerisiertes Phosphornitrilchlorid (P N C12)". Die übrigen. Phosphornitrilhalogenide,
die weniger bekannten Brom-, Fluor- und Jodverbindungen, haben ;ähnliche Gefügeeigentümlichkeiten
und können ebenfalls verwendet werden. Phosphornitrilchlori.dpolymere, die nach
der Erfindung vorzugsweise verwendet werden, werden durch thermische Polymerisation
von Phosphornitrilchlorid hergestellt. Sie enthalten Phosphor, Stickstoff und Chlor,
keinen :Kohlenstoff oder Kohlenstoff enthaltende Radikale, sind völlig anorganisch,
z'ä'h und gummiartig und haben eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Flammen,
Wasser und Lösungsmittel.
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Eine andere Gruppe .von Stoffen, die erfindungsgemäß benutzt werden
können, sind die Thio-1>hosphorylamid-Formalde'hyd-Harze, die durch Kondensation
von Thiophosphorylamid und Formaldehyd hergestellt werden. Sie enthalten Kohlenstoff,
Phosphor, Stickstoff, Schwefel und Wasserstoff. Sie sind zwar nicht völlig anorganisch,
enthalten aber doch überwiegendanorganische Elemente. Wenn sie auch nicht gummiartig
sind, so sind sie doch biegsam und für den vorliegenden Zweck geeignet, wenn auch
nicht in jedem Fall in gleichem Maße wie der bevorzugte Stoff, das Phosphornitrilchlorid.
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Eine weitere Gruppe geeigneter anorganischer Kondensationsprodukte
sind die Triarylphosphat-Metalloxyd-Harze, die durch Einwirkung organischer Phosphate,
wie Tricresylphosphat, auf Calciumoxyd oder Zinkoxyd bei hoher Temperatur entstehen.
Sie enthalten Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Phosphor und entweder Calcium
oder Zink. Sie sind ebenfalls nicht restlos anorganisch, enthalten aber auch zum
größten Teil anorganische Bestandteile. Auch können sie, obwohl sie nicht gummiartig
sind, plastisch und biegsam gemacht werden.
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Alle diese genannten Stoffe sind überwiegend anorganische plastische
tMassen, die biegsam und wasserbeständig sind und einen höheren Schmelzpunkt als
300° C haben oder urischmelzbar sind. Es werden somit nach er Erfindung Stoffe als
Trznkmittel verwendet, die in demselben :Maß hitzebeständig sind wie die anorganischen
Faserstoffkörper selbst. Infolgedessen erhöhen diese Tränkmittel die Hitzebeständigkeit
des gesamten Isolierkörpers bis zu dem Grad der Hitzebeständigkeit des Faserstoffes.
Dabei hat das erfindungsgemäß verwendete Tränkmittel die Biegsamkeit, Wasserbeständigkeit
und auch die Isoliereigenschaften, wie sie von einem Trankmittel fur elektrisch
isolierende Faserstoffkörper gefordert werden müssen.
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Der nach der Erfindung vorzugsweise verwendete Stoff, das Phosphornitrilchlorid,
wird zweckmäßig wie folgt hergestellt und angewendet: Das Phosphornitrilchlorid
wird zur teilweisen Polymerisation nahezu 1/z Stunde lang bei i8o bis 25a° C erhitzt.
Die Temperatur kann höher oder niedriger sein als der angegebene Bereich, je nach
der Dauer der Erhitzung. Durch diese Behandlung entsteht ein im abgekühlten Zustand
zähflüssiges 01. Dieser Stoff wird alsdann in einem geeigneten Lösungsmittel,
vorteilhaft einem aromatischen Kohlenwasserstoff, wie z. B. Benzol, gelöst. Mit
dieser Lösung wird der Faserstoffkörper bis zur Sättigung getränkt und das Lösungsmittel
durch Abdampfen entfernt. Alsdann wird der in dem Faserstoffkörper zurückgebliebene
Stoff zur weiteren Polymerisation erhitzt. Diese Wärmebehandlung verursacht verschiedene
Veränderungen, die wesentlich von der Gefügeart abhängen, die behandelt werden soll.
Für einen Leiter, der keine Bestandteile enthält; die unter hoher Hitze leiden,
kann der Faserstoffkörper bei annähernd 180 bis 200°C 15 Minuten lang erhitzt
werden, um die gewünschte weitere Polymerisation desTränkmittels zu erhalten. Wenn
Gummi oder andere hitzeempfindliche Stoffe zugegen sind, kann der Faserstoffkörper
w'ä'hrend längerer Zeit bei niedrigerer Temperatur erhitzt werden, beispielsweise
bei 130° C 20 !Minuten lang.
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Einige Ausführungsformen von elektrischen Leitern nach der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt.
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Abb. i zeigt einen mit Asbestvorgespinst isolierten Leiter, der mit
einer Benzollösung von teilweise polymerisiertem Phosphornitrilchlorid getränkt
und bei i8o bis 2oo° C 15 Minuten lang erhitzt worden ist.
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Der Leiter nach Abb. 2 ist mit Glasvorgespinst isoliert, das mit dem
gleichen Stoff getränkt und in der gleichen Weise behandelt worden ist.
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Abb.3 stellt einen verseilten Leiter dar, der mit einem biegsamen
Stoff, z. B. Gummi, und darüber mit einem Asbestvorgespinst isoliert ist, das mit
einer Benzollösung von teilweise polymerisiertem Phosphornitrilchlorid getränkt
und bei 130'C 2o Minuten lang erhitzt worden ist.
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Abb.4 schließlich zeigt einen Leiter, der mit einem Stoff, z. B. Gummi,
und darüber mit einer Asbestschnur isoliert ist, die wie bei dem Kabel nach Abb.3
getränkt und behandelt worden ist.
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In den Abbildungen bezeichnen jeweils i den Leiter, 2 die Umhüllung
aus Gummi oder einem
ähnlichen "tOff. 3 das Asbestvorgespinst, .I
die Asbestschnur, 5 das Glasvorgespinst und 6 das Tränkmittel.
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Anstatt (las Phosphornitrilchlorid (oder einen iihnlichen verwendeten
polymerisierbarenStoff) vor dem Tränken des Faserstoffkörpers teilweise zu polymerisieren
und in gelöster Form zum Tränken zu verwenden, kann auch sogleich der Faserstoff
mit Phosphornitrilchlorid getränkt und dieser Stoff durch Erhitzen des .getränkten
Faserstoffes in fortlaufendem Verfahren bis zu dem gewünschten Grad polymerisiert
werden. Dieses Verfahren kann mituliter Vorteile haben, das bevorzugte Verfahren
der Polymerisation in Stufen und der Anwendung des teilweise polymerisierten Stoffes
in Lösung ist jedoch im allgemeinen zweckmäßiger. Der aus der 1_ösung abgeschiedene
polymerisierte Stoff polymerisiert nämlich selbst bei Raumtemperaturen langsam weiter
bis zu dem gummiähnlichen Zustand, sehr rasch schon bei mäßig hohen Temperaturen,
wie sie bequem bei der Wärmebehandlung der meisten Drähte benutzt werden können.
Dies ist nicht der Fall, wenn der Stoff nicht vorher teilweise polymerisiert worden
ist. Außerdem kann der teilweise polymerisierte Stoff in fortlaufendem Verfahren
aufgebracht und erhitzt werden und ergibt, selbst wenn der äußerste Grad der Polymerisation
nicht im Erhitzungsofen erreicht wird, durch die bis zum Endzustand selbsttätig
fortschreitende Polymerisation keine besondere Störung. Wenn der Stoff nicht vorher
polymerisiert worden ist, verbleibt er dagegen in seinem ursprünglichen Zustand,
es sei denn, man würde ihn beträchtlich lange auf eine hohe "Temperatur erhitzen.
Überdies entwickeln sich während der ersten Stufen der zum Polymerisieren erforderlichen
Wärmebehandlung beträchtliche Mengen stark angreifender Gase, weshalb es besser
ist, die anfängliche Polymerisation in einer besonders für diesen Zweck eingerichteten
Anordnung vorzunehmen, als in den Ofen, die zum Brennen der Drähte dienen.
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Die in der Zeichnung dargestellten Leiterausführungen sind nur Beispiele.
Natürlich kann der anorganische polymerisierte Stoff allein oder mit anorganischen
Faserstoffen bei anderen Leitertypen oder anderen Konstruktionen verwendet werden,
bei denen es erwünscht ist, eine größere Wä;rmewiderstandsfähigkeit,Wasserbeständigkeit,
Flammsic'herheit, Biegsamkeit usw. zu erhalten. Zum Beispiel kann das Tränkmittel
für gefirnißte Tuche oder für andere organische, synthetische, plastische Isolationen
benutzt werden. Indessen ergibt der einfache Aufbau aus einem Leiter und einer Isolation
aus vollständig anorganischem Stoff eine Konstruktion, die bisher nicht erreichbar
war, und ermöglicht eine Leiterisolation zum Gebrauch in einem Temperaturbereich,
wie es mit irgendeiner bestehenden Isolation undurchführbar ist. Die Anwendungsgebiete
für solche Leiter bestehen seit vielen Jahren, und Glas- und Porzellanperlen sind
für hohe Temperaturen bis zu einem gewissen Grad benutzt worden, aber offensichtlich
sind alle die Vorzüge der Erfindung nicht erreicht worden. Wie Glas- und Asbestfasern,
so besitzt die Glas-oder Porzellanperlenisolation gute Isolierfähigkeit und Hitzebeständigkeit,
aber keine Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit. Wenn auch Glas- und Asbestfasern
biegsam sind, so sind sie doch nicht wasserbeständig. Außerdem verkohlen sie unter
Verwendung der bisher bekannten Tränkmittel schon bei niedrigen Temperaturen, wobei
sie sowohl ihre Biegsamkeit als auch ihre Wasserbeständigkeit einbüßen.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Stoffe sind in ihrer Anwendung nicht
beschränkt auf Faserstoffmäntel für elektrische Leiter, sondern können auch für
Faserstoffrö'hren oder -hüllen benutzt werden, die über normalen Leitern aufgebracht
werden, welche höhere Flammsicherheit und Hitzebeständigkeit oder diese vereinigt
mit Wasserbeständigkeit besitzen sollen. Die Stoffe können auch kombiniert angewandt
werden mit einem Band, welches über einen Leiter gewickelt ist.