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Verfahren zur Herstellung von keramischen Röhrchenkondensatoren
Es sind Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus Papier, Polystyrol, Glas oder keramlschen Massen bekannt, die in Behälter eingebaut und mit Füllmassen, wie Asphalt, Bitumen, Montanwachs u. dgl., ausgegossen werden. Die Vergussmasse soll das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern, die insbesondere eine Herabsetzung des Isolationswertes verursacht.
Es hat sich gezeigt, dass bei kleinen Röhrchenkondensatoren in Einzeln oder Mehrfachausfüh- rung durch das übliche Ausgiessen mit den erwähnten Massen ein wirklich feuchtigkeitssicherer Abschluss nicht erzielt werden kann, weil die Vergussmasse nicht-wie es erwünscht wäre- die Oberfläche des Kondensatorkörpers und die Innenwände des Behälters gleichmässig bedeckt, sowie die vorhandenen Zwischenräume nicht vollständig ausfüllt. Diese Schwierigkeit tritt insbesonders an den Stromzuführungen und an den Zuleitungsdrähten auf, an welchen Stellen sich bald Durchschläge zeigen.
Ausserdem bleiben bei jeder Vergussmasse Lufteinschlüsse erhalten, die je nach der Luftfeuchtigkeit während der Herstellung des Kondensators im späteren Betrieb die Ursache für Schwankungen der elektrischen Kennwerte bilden. Es kommt auch nicht selten vor, dass bei atmosphärischen Druck- und Temperaturdifferenzen die von den Lufteinschlüssen herrührenden Spannungen sogar sprengend auf die Hülle wirken.
Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man schon vorgeschlagen, die auszugiessenden Teile vorzubehandeln, um ihnen eine bessere Benetzungsfähigkeit und eine bessere Haftfestigkeit gegenüber der Vergussmasse zu erteilen. Dies wird nach bekannten Vorschlägen z. B. dadurch erreicht, dass die Innenwandungen des Behälters und die Oberfläche des Kondensatorkörpers chemisch oder mechanisch aufgerauht und vor dem eigentlichen Vergiessen entweder mit einer dünnflüssigen Lösung der Vergussmasse oder mit einer andern Haftmasse bestrichen werden, die die Kohäsion mit der eigentlichen Vergussmasse verbessern.
Obwohl nach dieser Methode gewisse Verbesserungen erzielbar sind, sind die Ergebnisse doch nicht völlig zufriedenstellend, da es sehr schwierig ist, mit den bisher üblichen Füllmassen wirklich porenfrei zu vergiessen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Röhrchenkondensatoren, die vor dem Einbau in eine Umhüllung, vorzugsweise aus ! keramischem Material, zum Schutz gegen Feuchtigkeit und andere atmophärische und mechanische Einflüsse mit mindestens zwei isolierenden Kunstharzschichten überzogen werden, die durch Tauchen aufgebracht werden.
Gemäss der Erfindung werden diese Kunstharzschichten derart aufgebracht, dass als Isolierstoff in der ersten Stufe ein bei Zimmertemperatur härtendes Phenolharz mit anorganischem Füllmittel, das bei 1700 C schmilzt, und in der darauffolgenden Stufe ein Chlor- naphthalin- ! Polystyrol-Mischpolymerisat verwendet wird, welches bei ca. 120 C schmilzt, wobei der Innenraum des Kondensatorröhrchens von dem Harz der ersten Tauchschicht ausgefüllt wirld, und dass nach der Imprägnierung des Kondensatorkörpers an ihm isolierte Anschlussdrähte angebracht und zur Sicherung der Anschlussstellen und zur Unterbindung von Kriechwegen eine weitere Hülle aus Kunstharz, vorzugsweise aus Chlornaphthalin-Polystyrol, aufgebracht wird.
Man ging bei diesen Verfahren von dem Gedanken aus, einen ausreichenden Schutz gegen Wasserdampf oder einen Feuchtigkeitsgehalt bis
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%,Meereshöhe und ca. 3000 m Höhe dadurch zu erreichen, dass das zu schützende Kondensatorelement schalenförmig von Schutzschichten umgeben ist, welche aus besonders ausgewählten, im Handel erhältlichen Kondensations- oder Polymerisationsprodukten bestehen und gleichsam in Hintereinanderschaltung dadurch, dass jede Schichte oder Schale eine Spezialfunktion übernimmt, in ihrer Gesamtheit einen Universalschutz bilden. Dalbei sind die empfindlichen Teile von mehr, die weniger empfindlichen Teile von weniger Schutzschichten umgeben.
Eine bestimmte Polymerisationsmischung übernimmt den Schutz bei hohen Temperaturen, eine andere den Schutz bei niederen Temperaturen, wobei die tempera-
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turempfindlichen Schichten im Inneren, die temperaturunempfindlichen an der Aussenseite des Schalengebilde liegen.
Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von Mehrfachkondensatoren geeignet und gibt einen absolut zuverlässigen Schutz gegen Lufteinschlüsse und unerwünschte Änderungen der elektrischen Eigenschaften.
Das Verfahren wird an Hand der schematischen Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform erläutert : Der zu imprägnierende Kondensatorkörper stellt ein aus keramischem Material bestehendes, mit den Belägen versehenes Kondensatorröhrchen 2 dar, das mit Hilfsan- sehlussdrähten 3 verbunden ist. Das Röhrchen 2 ist einteilig gezeichnet und die Kondensatorbe-
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? J, Röhrchen auch aus zwei oder mehreren Teilen bestehen und die Kondensatorlbeläge können unterteilt und durch Schaltelemente verbunden sein, so dass mehrere Hilfsanschlussdrähte 3 aus dem Kondensator herausgeführt werden.
Das Röhrchen 2 wird nun samt den Lötstellen und einem Teil der Anschlussdrähte 3 bei Zimmertemperatur mit einem Polymerisationsprodukt 5 umkleidet, welches mechanisch sehr hart polymerisiert. Es dient gleichzeitig als Träger für die darauffolgende zweite Polymerisationsschicht 6, welche, für sich allein auf das Röhrchen 2 aufgebracht, ene ungenügende mechanische Festigkeit haben würde. Auch der innere zylindrische Hohlraum 4 des Röhrchens 2 wird mit demselben bei Zimmertemperatur härtenden Kunststoff, z. B. durch Tauchen, ausgefüllt, so dass im Innern der später noch aufzubringenden Schutzschichten überhaupt kein Luftraum mehr vorhanden ist.
Als sehr hart bei Zimmertemperatur erhärtender Kunststoff 4 und 5 dient vorzugsweise ein ein anorganisches Füllmittel enthaltendes Phenolharz mit dem Schmelzpunkt bei 170 C, wie es unter der Bezeichnung DurezResin im Handel erhältlich ist. Als nächster Schritt des Verfahrens wird der
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4, 5 ver-sehene Kondensatorkörper mit einer zweiten Schutzschichte 6 umgeben, was ebenfalls z. B. durch Tauchen geschehen kann. Die zweite Schutzschichte besteht aus einem Mischpolymerisat aus Chlornaphthalin und Polystyrol mit einem Schmelzpunkt von etwas unter 1200 C. Hiezu eignet sich besonders der unter der Bezeichnung Beramit 120 im Handel erhältliche Kunststoff.
Bei dieser zweiten Imprägnierungsstufe, welche bei 1200 C durchgeführt wird und die zweite Umhüllung liefert, werden alle in der ersten Hülle 4, 5 eventuell noch vorhandenen Poren und Hohlräume ausgefüllt und geschlossen. Damit ist eine völlige Feuchtigkeitssicherung des Kondensatorkörpers erreicht. Selbst in einer Atmosphäre mit 100 /o Feuchtigkeit wird der Isolationswert tg b nicht beeinflusst.
Nunmehr werden die aus dem von zwei Schutzschichten umgebenen Kondensatorkörper herausragenden blanken Hilfsanschlussdrähte 3 mit isolierten Anschlussdrähten 7 durch Lötungen 14 verbunden. Der Feuchtigkeitsschutz der verbliebenen blanken Drähte 3 und Lötstellen 14 wird durch Umhüllen des ganzen Kernes mit einer dritten Schutzschichte 8 erzielt. Diese besteht ebenfalls aus einem Chlornaphthalin-iPolystyrol- Mischpolymerisat, jedoch in einer Mischung, welche einen Schmelzpunkt von nur mehr ca. 900 C hat. Ein derartiges Produkt ist unter dem Namen Beramit 90 im Handel.
Die durch die dritte Behandlungsstufe erzeugte Umhüllung 8 macht den Raum zwischen den Lötstellen feucht-igkeitssicher, imprägniert ferner die isolierten Anschlussdrähte und schliesst sie in der zum Schutze dienenden Masse ein und deckt die Lötstellen ebenfalls feuchtigkeitssicher ab.
Der wie vorstehend beschrieben hergestellte Kondensatorkörper wird anschliessend in einen ihn dicht umschliessenden feuchtigkeitsdichten keramischen oder metallischen Becher oder eine : ebensolche Hülse 9 mit Deckel 10 und, falls er- wünscht, Boden . aus gleichem Material eingesetzt und die isolierten Anschlussdrähte durch ei- ne entsprechende Anzahl Löcher 12 im Deckel durchgeführt. Um auch die Anschlussdrähte und die Teilungsfugen der keramischen Umhüllung gegen Feuchtigkeit zu sichern, wird zwischen dem keramischen Material und der Drahtisola- tion der Anschlussdrähte einerseits und zwischen
Deckel bzw. Boden und Becher bzw. Hülse 2., 1- derseits eine weitere Kunststoffimprägnierung 13 vorgesehen.
Für diesen Zweck wird ein Athoxy- linharz, das bei tieferen Temperaturen, z. B. 200 C, aushärtet, Ibevorzugt. Bevorzugt wird da- bei der unter der Bezeichnung Araldit bekannte
Kunststoff.
Das vorstehend an Hand einer Ausführungform beschriebene Herstellungsverfahren setzt sich also aus mehreren-mindestens zwei- Imprägnierungsvorgängen mit verschiedenen Kunststoffen zusammen, wobei in jeder folgenden Stufe eine Tauchtemperatur angewendet wird, welche die in der vorhergehenden Stufe aufgebrachte Imprägnierung nicht zerstört bzw. schmilzt.
Zum Unterschied von den bekannten Ausgiessverfahren, bei denen der Behälter mit dem eingesetzten Kondensatorkörper ausgefüllt wird ; sind unter der erfindungsgemässen Imprägnierung stufenweise Tauchprozesse zu verstehen, wobei i jeweils dichte Umhüllungen erhalten werden.
An die Imprägnierung angeschlossen erfolgt nach obigem die Anbringung der Anschlussdrähte und eine weitere Tauchung zur Sicherung der Anschlussdrähte und der Lötstellen und als letzte Stufe der Einbau in eine Kondensatorhülle aus Metall oder keramischem Material, deren Fugen an Deckel, Boden u. dgl. mit einer Kunst-
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stoffmasse abgedichtet werden, die bei Raumtemperatur aushärtet.
Bei der Auswahl der verwendeten Kunststoffe sind ausser dem Temperaturintervall, in dem sie schmelzen bzw. erweichen, auch Widerstands- fähigkeit, Porenvolumen und insibesonders die elektrischen Eigenschaften zu beachten. Es hat sich gezeigt, dass für die Herstellung der zuerst aufzubringenden Trägerschicht am besten das erwähnte Phenolharz mit anorganischen Füllmitteln geeignet ist, weil bei diesem Harz gute elektrische Eigenschaften, eine grosse Härte und Widerstandsfähigkeit gesichert sind und der Einschluss von Luft sicher vermieden werden kann.
Aus diesem Grund wird auch das Innere des Kondensatorröhrchens mit dem gleichen Kunststoff gefüllt. Für die folgende Impägnierungsstufe hat sich das erwähnte Mischpolymerisat Chlornaphthalin-Polystyrol besonders bewährt, weil durch diese Mischung die elektrischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden.
Für die Erfindung ist der die übliche vergossene Ausführung derartiger elektrischer Elemente ersetzende hüllen- bzw. schalenförmige Schichtenauftbau von besonderer Bedeutung. Bei einer einheitlichen Masse in einem Behälter können bei einer Temperaturänderung infolge verschiedener Ausdehnung von Ausgussmasse und Behälter und durch die Ausdehnung der Ausgussmasse selbst kleinste Risse in der Ausgussmasse und zwischen der Ausgussmasse und den zu schützenden Teilen entstehen. Durch diese feinsten Risse kann dann Feuchtigkeit bis zu dem zu schützenden Teil vordringen. Durch die ineinanderliegenden, in sich geschlossenen hülllen-bzw. schalenförmigen Schichten aus verschiedenem Material nach der Erfindung wird diese Gefahr vermieden. Jede Schale hat für sich andere physikaLisch-mechanische Eigenschaften und es kann sich z.
B. ein Schwundriss in irgendeiner der Schalen nicht isolationsmindernd auf die gesamte Konstruktion auswirken. Es ist sogar so, dass die Schalen untereinander sich gegenseitig heilen, wenn der Kondensator einem Temperaturwechsel ausgesetzt wird. Ein weiterer wichtiger Gedanke ist der, dass die Anordnung darauf Rücksicht nimmt, dass die hohen elektrischen Werte des keramischen Kondensators (Isolation, Verlustwinkel, Temperatur-Koeffizient) durch den Feuchtigkeitsschutz nicht beeinträchtigt werden. Da der Einfluss der schalenförmigen Schichten auf die elektrischen Werte umso grösser ist, je dichter diese Schalen den inneren Kondensator umschliessen, muss darauf Rücksicht genommen werden, dass an die innen liegenden Schalen auf alle Fälle höhere Ansprüche in bezug auf die elektrischen Werte gestellt werden müssen als z. B. an die äusserste Schutzhülle.
Das ist auch deshalb von besonderer Bedeutung, weil ein Feuchtigkeitschutz mit hohen elektrischen Werten in der Regel Eigenschaften hat, die für diesen Schutz sehr nachteilig sind. Würde man die Schutzschicht 6 z. B. allein verwenden, so wäre sie unbrauchbar, weil sie zu wenig mechanischen Widerstand bietet. Die Schutzschicht 5 wäre ebenfalls unbrauchbar, weil sie zu geringen Widerstand bietet und nicht gut haftet. Ein anderes Material wiederum würde die elektrischen Daten ungünstig beeinflussen. Erst die Anordnung dieser Schutzschicht in ihrer Gesamtheit ergibt günstige elektrische und mechanische Werte bei jeweils, für sich betrachtet, vollwertigen Feuchtigkeitsschutzmänteln.
Die erfindungsgemäss hergestellten Kondensatoren sind als Ausgleichskondensatoren in Fernkabeltelefonleitungen und insbesonders auch für Kondensatoren unter 10 pF geeignet. Selbst für kleine Kapazität-en von 1-5 pF ergeben sich bei einer Massfrequenz von 1 kHz ein Isolationswiderstand von etwa 1012 Ohm und ein Verlustwinkel tg b unter 10. 10-4. Auch hinsichtlich der Konstanz des Kapazitätswertes und der Temperaturempfindlichkeit werden verbesserte Ergebnisse erzielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von keramischen Rohrchenkondensatoren, die vor dem Einbau in eine Umhüllung, vorzugsweise aus keramischem Material, zum Schutz gegen Feuchtigkeit und andere atmosphärische und mechanische Einflüsse mit mindestens zwei isolierenden Kunstharzschichten überzogen werden, die durch Tauchen aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolierstoff in der ersten Stufe ein bei Zimmertemperatur härtendes Phenolharz (5) mit anorganischem Füllmittel, das bei 1700 C schmilzt, und in der darauffolgenden Stufe ein Chlornaphthalin-Polystyrol-Mischpolymerisat (6) verwendet wird, welches bei ca.
120 C schmilzt, wobei der Innenraum (4) des Kondensatorröhrchens (2) von dem Harz'der ersten Tauchschicht (5) ausgefüllt wird, und dass nach der Imprägnierung des Kondensatorkörpers an ihm isolierte Anschlussdrähte (7) angebracht und zur Sicherung der Anschlussstellen und zur Unterbindung von Kriechwegen eine weitere Hülle (8) aus Kunstharz, vorzugsweise aus ChlornaphthalinPolystyrol, aufgebracht wird.