DE1590321A1

DE1590321A1 - Elektrisches Kabel und zu dessen Herstellung dienendes Schichtgebilde

Info

Publication number: DE1590321A1
Application number: DE19661590321
Authority: DE
Inventors: Mildner Raymond Charles
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1965-11-01
Filing date: 1966-10-31
Publication date: 1970-06-25
Also published as: NL6615181A; NL151829B; US3325589A; BE689143A; GB1125558A; DE1590321B2; DE1590321C3

Description

DIPL.-ING. F.Weickmann, Dr. Ing. A.Weickmann, Dipping. H."Weickmann D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Patentanwälte < c q q q ο λ

8 MÜNCHEN 27, MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

DOW GHEMIGAL COMPANY
929 East Main Street
Midland, Michigan, USA.

Elektrisches Kabel und zu dessen Herstellung dienendes Schichtgebilde

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte elektrische Kabel und insbesondere auf solche mit verbesserten Wärmeisolierschutzschichten.

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Es sind bereits aus verschiedensten Materialien bestehende Wärmeisolierschutzschichten zum Schutz von Kabelseelen vor einer Beschädigung durch während der Kabelherstellung auftretende Wärme verwendet worden. So sind beispielsweise Plastikbänder und Gummi-Plastikschichten als Wärmeschutzschichten zwischen einer metallischen Abschirmung und einer Innenleiterseele in ITachrichtenübertragungskabeln verwendet worden. Die Wärmeschutzschichten dienen dazu, die Innanleiterseele vor einer Beschädigung durch Wärme zu schützen, wie sie beim Preßvorgang auftritt, bei dem die Metallabschirmung mit einem Polymermantel überzogen wird oder bei dem die Metallabschirmung durch eine äußere Wärmequelle erwärmt wird, im danach ein Anhaften eines Polymermantels an der Metallabschirmung zu erzielen. Die Schutzschichten dienen ferner dazu, die elektrische Durchschlagsfestigkeit zwischen der Abschirmung und den Innenleitern zu erhöhen. In gewissen Fällen genügen die oben erwähnten Wärmeschutzschichten nicht vollkommen den gestellten Anforderungen. Die Gummi-Plastikschichten erfüllen ihre Punktionen zwar ausgezeichnet, sind jedoch teuer und führen aufgrund ihrer erforderlichen Dicke zu einem dicken Kabel. Die dünnen, hochtemperaturfesten Bänder besitzen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit hinreichende Werte, neigen jedoch dazu, während der Herstellung aus ihrer jeweiligen l-p-e herauszugleiten, und im weiteren zerknittern sie, wenn ein unter ihrer Verwendung hergestelltes Kabel verarbeitet wird, so daß dann die elektrische Durchschlagsfestigkeit herabgesetzt wird.

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Ferner bleibt ein Teil des In dem Kabel befindlichen Zwischenraumes ungenutzt, da das Schutzschichtband nicht zu einem gleichmäßigen Zylinder ausgebildet werden kann, und die Überlappungen des Schutzschichtbandes und die Metallabschirmung nicht zueinander ausgerichtet sind.

G-emäß der Erfindung wird ein neu hergestellter Artikel in Form eines vorgefertigten Schichtgebildes^bestehend aus Wärmeschutzschicht und Metallabschirmung, verwendet; aus diesem Schichtgebilde werden in Verbindung mit herkömmlichen Innenleiterseelen und Außenmänteln verbesserte Kabel hergestellt. Das neue Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde ist ein Schichtgebilde, das eine Wärmeisoliennaterialschicht enthält, welche mit einem Streifen eines Metallblattes oder einer Metallfolie fest verbunden ist und in Längsrichtung um eine Kabelseele zu deren Umhüllung herumgelegt oder -gerollt sein kann, und zwar derart, daß die sich ergebende Schichtabschirmung eine überlappte längsnaht besitzt. Bei den vorgefertigten Schutzschicht-Abschirr.ungs-Gebilde sind der Wärmeisoliermaterialstreifen und der lletallstreifer. derart seitlich versetzt zueinander angeordnet, daß sich ein relativ schmaler Streifen ergibt, der längs des Hetallstreifens entlang dessen einer Kante verläuft, welche nicht mti» der Schutzschicht überzogen ist. Auf der anderen Kante des Metallstreifens verläuft der aus den Wärmeisoliematerial bestehende Streifen über die Kante der !!emailschicht hinaus und bildet einen relativ schmaler. Hantenßtreifen bzw. eine

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schmale lasche von freistehendem Schutzschichtmaterial, das in Längsrichtung des Gebildes verläuft. Das Schichtgebilde, d.h. der aus dem Wärmeisoliermaterial bestehende Streifen und der Metallstreifen sind im Bereich ihrer gemeinsamen Überdeckungsfläche fest miteinander verbunden.· Diese Verbindung kann dadurch erzielt werden, daß der Metallstreifen mindestens auf einer Seite mit einem klebenden thermoplastischen Copolymer oder mit einem Klebstoffaktivator, wie Polyäthylenimin, tiberzogen ißt, und daß das Wärmeisoliermaterial auf den so überzogenen Metallstreifen aufgebracht wird und sich durch hinreichend starke Erwärmung mit diesem verbindet. Bei der Herstellung eines verbesserten Kabels aus dem vorgefertigten Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde wird dieses um die Kabelseele derart herumgefaltet oder -gerollt, daß im Innern die Wärmeschutzschicht liegt, und daß die Kante der überstehenden Lasche dieser Schicht unter der anderen Kante angeordnet ist und die Kante des Schichtgebildes überlappt; das mit der Schutzschicht nicht überzogene Metallstreifenband ist über die Außenseite der gegenüberliegenden Kante der Schutzschicht-Abschirmung gezogen. Die Breite der Überlappung der Metallabschirmungskanten in dem sich ergebenden Längsrand sollte nicht größer sein als die Breite des keinen Schutzschichttiberzug aufweisenden Metallstreifenbandes·

Das SchutZBchicht-Abschirmungs-Gebilde und unter dessen Verwendung hergestellte Kabel werden nachstehend anhand der Beschreibung einer Zeichnung näher erläutert.

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Pig. 1 zeigt schematisch in einer Seitenschnittansicht das neue Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde gemäß der Erfindung.

Pig. 2 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht durch ein unter Terwendung des in Pig. 1 dargestellten Sehutzschicht-Abschirmungs-G-ebildes hergestelltes Kabel gemäß der Erfindung.

Gemäß Pig. 1 ist ein Streifen eines Metallblattes oder einer Metallfolie 1, die zur Abschirmung eines elektrischen Kabels geeignet ist, mit einem Streifen 2 aus einem Material, das zur Wärmeisolierung eines elektrischen Kabels geeignet ist", im Bereich der beiden Streifen gemeinsamen Überdeckungsfläche verbunden. Eine Kante 3 des Streifens 2 verläuft über die Kante 4 des Metallstreifens 1 hinaus, während.die andere Kante 5 des Metallstreifens 1 über die Kante 6 des Isolierstreifens 2 hinausläuft.

Anhand der Pig. 2 werden die einem unter Verwendung des in Pig. 1 dargestellten verbesserten Schutzschicht-Abschirmungs-Gebildes aufgebauten elektrischen Kabel für Nachrichtenübertragungszwecke anhaftenden Merkmale näher erläutert. Gemäß Pig. 2 ist eine Kabelseele herkömmlicher Ausführungsform mit mindestens einem isolierten Metalleiter vorgesehen, der von einem Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde umgeben ist, das um die Kabelseele mit in Längsrichtung

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verlaufender Überlappungskante herumgewickelt ist. Die Isolierschicht 2 befindet sich dabei auf der Innenseitej und die Kante 5 des Metallabschirmteiles 1 überlappt dessen zugehörige Kante 4- im Bereich der Naht 18; die Kante 3 der Schicht 2 verläuft darunter und überlappt deren gegenüberliegende Kante 6 an der Stelle 20. Ein Außenplastikmantel herkömmlicher Ausführungsform umgibt die geschirmte Kabelseele.

Die mit der Isolierschicht 2 nicht überzogene Oberfläche des Metallstreifens 1 kann und ist vorzugsweise mit einem Überzug bzw. mit einer Schicht eines klebenden Materials versehen, durch welches sich bei dem in Fig. 2 dargestellten Kabel eine Klebverbindung zwischen der Metallabschirmung 1 und dem AuOenplastikmantel 16 ergibt; im weiteren bewirkt die Klebverbindung in vorteilhafter Weise eine Abdichtung zwischen den überlappten Kanten der Metallabschirmung und der Naht 18. Eine dünne Schicht eines geeigneten Klebestoffes kann und ist vorzugsweise im Bereich der Kantenüberlappung des Isolierstreifens (auf der dem Metallstreifen 1 zugewandten Seite) aufgebracht; der Klebstoff ist vorzugsweise ein druckempfindlicher Klebstoff, mit Hilfe dessen im Überlappungsbereich 20 des in Fig. 2 dargestellten Kabels eine Klebverbindung hergestellt wird.

In einem verbesserten Kabel, wie es grundsätzlich in Pig. dargestellt ist, ist die Wärmeisolierschicht 2 mit der

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Metallabschirmung 1 innerhalb der mit diesem gemeinsamen Berührungsfläche verbunden. Darüber hinaus überdeckt die Überlappung an der Stelle 20 wirksam die Kante 4 der Metallabschirmung und den Spalt 22, in welchem die Metallabschirmung sonst der Innenleiterseele des Kabels direkt gegenüberläge.

Das aus Wärmeisolierschutzsehicht und Metallabschirmung vorgefertigte Schichtgebilde kann beispielsweise durch Überelehen mindestens einer Seite eines dünnen Metallblattes oder einer dünnen Metallfolie mit einer dünnen Schicht eines Klebstoffes und durch Verbindung mit der Schicht eines Wärmeisolierschutzmaterials unter Anwendung der erforderlichen Wärme und des erforderlichen Dsuckes zur Erzielung einer sioheren Verbindung zwischen dem Schichtgebilde hergestellt werden· Demgegenüber kann zuerst (oder auch zusätzlich) ein Klebstoffüberzug auf die Wärmeisolierschutzschicht aufgebracht werden. In einigen Fällen kann eine Wärmeisolieraaterialschicht unter Anwendung von Druck unmittelbar mit der Metallabschirmschicht ohne Anwendung einer Klebstoff-

schicht zwischen beiden Schichten verbunden werden. Wie vorstehend ausgeführt, ist es normalerweise von Vorteil, das Sohlohtgebilde mit einer auf der der eine Wärmeisolierschutzschicht tragenden Seite abgewandten Seite der Metallschicht oder Metallfolie aufgebrachten Klebstoffschicht zu verwenden, welche vorzugsweise durch einen thermoplastischen, wärmeempfindlichen Klebstoff gebildet ist. Ein derartiges

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thermoplastisches Klebstoff-Überzugsmaterial schützt im weiteren die betreffende Metallfolie vorzugsweise auch vor Oxydation, Korrosion· und mechanischen Kräften.

Vor Zusammenfügung zu dem Schichtgebilde kann die Metallschicht oder Metallfolie und/oder die Isoliermaterialschicht durch an sich bekannte Verfahren behandelt werden, um die Klebfähigkeit zu steigern, wie durch Reinigen (mittels mechanischer Vorrichtungen, lösungsmittel oder Chemikalien), und im weiteren können die betreffenden Schichten mit Haftfestigkeitsaktivatoren behandelt werden.

Aus dem vorgefertigten Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde gemäß der Erfindung nach üblichen Kabelherstellverfahren hergestellte Kabel zeichnen sich abgesehen davon, daß die betreffenden Verfahren vereinfacht sind, durch gesteigerte Gleichmäßigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit aus. Im allgemeinen werden derartige Kabel in der Weise hergestellt, daß zunächst eine 'leiterseele aus einem oder mehreren elektrischen leitern, wie isolierten Kupferdrähten, herge- stellt wird. Die leiterseele wird dann mit dem erfindungsgemäßen Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde umgeben, wozu die Leiterseele und das vorgefertigte Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde gleichmäßig zu einer Stelle hin geleitet werden, an der das Schutzschicht-Abschirmungs-Gebilde schrittweise in Längsrichtung um die Leiterseele in der zuvor beschriebenen '.'.'eise herumgerollt oder -gelegt wird. Werden

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herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren angewandt, so sind diese vereinfacht, da die Schutzschicht und die • Abschirmschieht gleichzeitig an einer Stelle um die Leiterseele herum in einem einzigen zusammenhängenden Vorgang geformt v/erden. Darüber hinaus sind die sich ergebende Wärmeschutzschicht und die Abschirmschicht in dem daraus hergestellten Kabel zueinander ausgerichtet, ohne daß irgendwelche Palten Spalten oder andere Mängel in der Wärmeschutzschicht entstehen und ohne daß irgendwelche Blasen oder Gaszwischenräume zwischen der Metallabschirmung und der Isolierschutzschicht zurückbleiben. Die Kabeifertigung wird in der üblichen Weise dadurch beendet, daß die Metallabschirmung mit einem thermoplastischen Außenmantel überzogen wird.

Die als'Schutzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung angewandten Wärmeisoliermaterialien sind vorzugsweise Zusammensetzungen mit hohem Wärmewiderstand, mit hoher dielektrischer Durchschlagsfestigkeit und mit einem Schmelzpunkt, der wesentlich höher als der Schmelzpunkt der polymerischen Zusammensetzung des Außenmantels liegt, mit dem die Kabelseele tiberzogen ist. Es ist notwendig, daß das oben erwähnte Erfordernis bezüglich des Schmelzpunktes ■ beachtet wird, da eine der Hauptaufgaben der Wärmeschutzschlcht darin besteht, die Kabelseele vor einer Beschädigung ■ durch während des Aufziehens des Außenmantels auftretende Wärme zu schützen. Beispiele für thermoplastische Massen,

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die für die Wärmeschutzschicht verwendet werden können, · sind solche, die Polypropylan, Poly(4-methylpenten) und ^; Polyethylenterephthalat) enthalten. Anstelle der thermoplastischen Massen können, sofern erwünscht, auch andere Materialien für die Wärmeschutzschicht verwendet werden, wie z.B. Papier, das vorzugsweise azetyliert ist und damit eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweist.

Die in Form von Streifen oder Pollen in den Kabeln zur Abschirmung dienenden Metalle enthalten gemäß der Erfindung beispielsweise Aluminium, Kupfer, Kupferbronze, kupferplattierten Stahl, mit Zinn überzogenen Stahl und galvanisiertes Bisen.

Die Metallschicht ist vorzugsweise mittels einer Klebschicht, bestehend aus einer klebenden thermoplastischen Masse, wie einem Copolymer aus Äthylen und einem Äthylen ungesättigter Karbonsäure, wie z.B. Äthylen und Acrylsäure, mit der Wärmeisolierschicht verbunden. Diese Klebmasse liefert eine ausgezeichnete Verbindung zwischen der Schutzschicht und der Metallunterlage. Im weiteren ist diese Verbindung gegenüber Feuchtigkeit sehr widerstandsfähig und fällt, was noch wichtiger ist, aufgrund von beim Herumwickeln des Schichtgebildes in Längsrichtung um die Kabelseele auf die Klebverbindung ausgeübten ungleichmäßigen Beanspruchungen nicht aus. Die Klebverbindung verhindert im weiteren eine Verschiebung der Wärmeschutzschicht zu der Metallabschirmung.

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Einer der bedeutendsten Vorteile des Wärmeschutzschicht-Gebildes gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Gefahr der Ausbildung von "schwache Stellen¹* im Kabel bildenden und mögliche Quellen für elektrische Fehler darstellenden Palten in dem Isoliermaterial selbst vermindert ist. Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung weiter erläutert.

Beispiel I

Eine Überzugsschicht aus einem Copolymer, bestehend aus Äthylen und acht Gewichtsprozent Acrylsäure wird durch Fließpressen auf einen etwa 0,2 mm dicken Aluminiumstreifen aufgebracht· Auf die Copolymer-Schicht wird ein dünner Überzug aus Polyäthylenimin aufgebracht. Auf das so überzogene Aluminiumband wird dann ein Streifen einer etwa 0,13 mn dicken Polyäthylenterephthalat-Schicht derart aufgebracht, daß der Schichtstreifen 12,7 mn über eine Kante des Metallstreifens hinausläuft, und daß der üorige Metallstreifen auf der gegenüberliegenden Kante 9,5 mm über die Schicht hinausläuft» Das Aufbringen der Schicht erfolgt in einer hydraulischen Presse bei einer Temperatur von etwa 140⁰C und einen Druck von etwa 7 kg/cm etwa 1 Ilinute lang. Das sich ergebende Schichtgebilde wird in der Presse abgekühlt und dann herausgenommen.

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Beispiel II

Das gemäß Beispiel I hergestellte Schichtgebilde wird um eine Kabelseele bsw. um ein Kabelbündel in Längsrichtung herumgewickelt, und zwar derart, daß die Polyäthylenterephthalat-Schicht der Kabelseele bzw. dem Kabelbündel zugewandt ist« SoT.it überlappen sich die Metallbandkanten in dem Bereich, in dem sich keine Schicht befindet. Der überstehende Teil der Schicht ragt über die Metallüberlappung hinaus und bewirkt sonit eine vollständige Isolierung der Kabelseele von der üetallabFchirmung· Hin Plastikmantel aus Polyäthylen mit etwa 2,5 Gewichtsprozent Ruß wird konzentrisch über die üetallabschirmung gezogen,

Beispiel III

"Vorgefertigte Tiärmeschutsschicht-Metallabschirmungs-Gebilde werden ger.sß der im Beispiel I angegebenen Weise hergestellt; unter Verwendung derartiger Gebilde werden gemäß der im Beispiel II angegebenen Weise Kabel hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, daß nicht ein Streifen aus Polyäthylenterephthalat verwendet wird, sondern ein Streifen mit einer Dicke von etwa 0,13 mm, der aus folgenden Materialien besteht:

(a) Isotaktisches Propylän

(b) Poly(4-methylpenten)

(c) azetyliertes Papier

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Beispiel IY

Vorgefertigte Wärmeschutzschicht-Metallabschirmungs-Gebilde werden gemäß der in Beispielen I und III angegebenen Weise hergestellt, und Kabel werden gemäß der im Beispiel II angegebenen Weise hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, daß anstelle der Aluminiumfolie hierbei etwa 0,2 mm dicke Streifen aus den nachstehend aufgeführten Materialien verwendet werden:

(a) Kupfer

(b) Kupferbronze

(c) verzinnter Stahl

(d) galvanisiertes Eisen

Beispiel Y

Ein Kabel wird gemäß der im Beispiel II angegebenen Weise hergestellt, wobei hier als Wärmeisoliermaterial Poly(4-methylpenten)-Fasern anstelle der Polyäthylenterephthalat-Schicht verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrisches Kabel, unter Verwendung einer Kabelseele mit mindestens einem elektrisch isolierten metallischen leiter, einer die Kabelseele umgebenden, aus einem Isoliermaterial bestehenden Wärmeschutzschicht, einer diese Schutzschicht umgebenden Metallabschirmung und einem die Metallabschirmung umgebenden Äußenplastikmantel, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial durch einen dünnen Streifen (2) gebildet ist, der mit der Metallabschirmung (1) zu einem Schichtgebilde (1,2) zusammengefaßt ist, an dessen einer Kante (6) die Metallabschirmung (1) über das Schichtgebilde (1,2) übersteht und an dessen anderer Kante (4) der Isolierstreifen (2) über das Schichtgebilde (1,2) übersteht, daß das Schichtgebilde (1,2) in Längsrichtung um die Kabelseele mit der Kabelseele zugewandtem Isoliermaterial (2) herumgewickelt ist und eine Grenznaht (18) bildet, in der die an der einen Kante (6) überstehende Metallabschirmung (1) außen die an der anderen Kante (4) befindliche Metallabschirmung (1) überlappt, und daß der an der anderen Kante (4) überstehende Isoliermaterialstreifen (2) innen das an der ersteren Kante (6) befindliche Isoliermaterial (2) überlappt.

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.2. Kabel nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermaterialstreifen (2) aus Polyethylenterephtha lat besteht«

■3o. Kabel nach lasprueh i, dadurch gekennzeichnet, daß der

(2) aus'Polypropylan-besteht.

4o. Kabel nach AmspEueh 1, dadurch gekennzeichnet₉ daß der IsoliaiTiattriElptreifen (2) aus PolyC^-naethylpenten) bestehtο

5ο Kabel nach Anspruch 1_? dadurch- gekennzeichnet_? daß der

(2) aus azetyliertera Papier besteht*

6« Kabel nach ©ißem der Ansprüche 1 bis 5_S dadurch .geke-nnseichnett daß di© Metallabsehirmung (1) durch eine A3.tuainlu]sabsckirmung gebildet ist,

7* Sohichtgebilde für elektrische Kabel nach Anspruch 1, unter Yerwenteng einer dünnen Isoliermaterialschicht, die Bit einem Metallstreifen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierraaterialschicht (2) zu dem Metallstreifen (1) derart angeordnet,ist, daß an einer ersten Kante (6) des Schichtgebildes (1,2) der 'Metallstreifen; (1) über die Isoliermaterialschicht (2) übersteht, und daß an einer zweiten Kante (4) des Schichtgebildes (1,2) die Isoliershhicht (2) über den Metallstreifen (1) übersteht,

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8, Schichtgebilde nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der zur Abschirmung dienende Metallstreifen (1) mittels einer klebenden Zwischenschicht mit der eine

• ^T.'/ärnei.Rolierung bewirkenden Materialschicht (2) verbunden ist.·

9. Schichtgebilde nach Anspnuch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der zur Abschirmung dienende Metallstreifen (1) mit einem Klebstoff mindestens auf der Seite überzogen ist, auf die die eine Wärmeisolierung bewirkende Materialschicht (2) aufzubringen ist.

10, Schichtgebilde nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der zur Abschirmung dienende Metallstreifen (1) beidseitig mit einer Klebstoffschicht überzogen ist.

11. Schichtgebilde nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallabschirmstreifen (1) aus Aluminium besteht, und daß die- Isoliermaterialschicht (2.) aus Polyethylenterephthalat besteht.

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