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Elektrischer Kondensator für hohe Spannungen mit keramischem
Dielektrikum
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator für hohe Spannungen mit keramischem Dielek- trikum, der zum Abrunden scharfer Kanten mit einer lackartigen Tauchmasse überzogen ist.
Von derartigen Kondensatoren wird häufig gefordert, dass die stromführenden Teile, z. B. die Kon- densatorbeläge, gegen die Umgebung gut isoliert sind. Wenn ein solches Bauelement zwecks Durchschlags- prüfung teilweise in ein Quecksilberbad getaucht und ein Pol einer Spannungsquelle an dieses Bad und der andere Pol an die Stromzuführungsdrähte des Kondensators angeschlossen wird, so muss das Bauelement eine Minute lang eine Spannung von 3 ka-aushalten können.
Es ist bekannt, keramische Kondensatoren zur Isolation mit Giessharzen zu überziehen. Die Anwen- dung von Giessharzen, wie Epoxyd- oder ungesättigten Polyesterharzen, in Giessformen erfordert aber eine umständliche Arbeitsweise und Formentechnik, die bei kleinen Kondensatoren unrentabel ist. Es ist deshalb versucht worden, geschmolzene oder flüssige Giessharze im Tauchverfahren in dicker Schicht auf elektrische Kondensatoren aufzubringen, umsomitdieFormentechnikzu umgehen. Dabei wird das Giessharz anschliessend heiss oder kalt auf den Bauelementen selbst gehärtet. Auch dieses Verfahren ist unvorteilhaft, weil umständliche Massnahmen getroffen werden müssen, um vor der Verfestigung der Überzüge ein Abfliessen derselben zu verhindern.
Man hat hiefür bei heisshärtendenGiessharzen eine Erhitzung gewählt, die stets etwas unter dem mit fortschreitender Polymerisation ansteigenden Schmelzpunkt bleibt. BeiKalthärtern lässt man die frisch getauchten Bauelemente rotieren. Bei diesen Verfahren treten ferner Verluste durch vorzeitig erhärtete Wannenrückstände auf. Ausserdem wird die Isolation zum Teil geschwächt, da Einschlüsse von Luftblasen praktisch unvermeidbar sind.
Aus diesen Gründen ist man bestrebt, bei der Isolation von elektrischen Kondensatoren von der Giessharz-Technik abzukommen und auf die einfachere Lacktechnik überzugehen, wobei der durch Tauchen auf das Bauelement aufgebrachte Lack durch Adhäsion am Bauelement festhält und nach dem Tauchvorgang sofort erstarrt und nicht abtropft.
Es ist bereits bekannt, keramische Kondensatoren mit einer lackartigen Tauchmasse zu überziehen, die gleichzeitig alle scharfen Kanten, Ecken, Spitzen od. dgl., die das Bauelement aufweist, abrundet. Bei derartigen Tauchmassen handelt es sich um lackartige Anreibungen, die zu etwa 2/3 grobkörnige Füllstoffe, wie Quarzmehl oder Kalkspat, enthalten. Darüber hinaus werden Lösungsmittel und etwas Einbrennharz zugeführt, das bei der anschliessenden Heisshärtung die Füllstoffkörner verklebt, so dass ein poriger, dicker Überzug entsteht, aus dem die Lösungsmittel entweichen können, ohne die Schicht aufzutreiben. Mit solchen nach dem Tauchverfahren aufgebrachten und bei 1500 C eingebrannten Schichten lassen sich zwar alle scharfen Kanten und Ecken sowie Unebenheiten der Bauelemente überdecken, aber keine ausreichend grosse elektrische Isolation erreichen.
Die Tauchmassen sind nämlich inhomogen und porös. Ihre Durchschlagsfeldstärke beträgt nur etwa 12 kV/mm. Damit überzogene keramische Kondensatoren schlagen in Quecksilber bereits bei 2 kV", durch. Selbst wenn die Poren durch Imprägnieren mit geschmolzenem Paraffin verschlossen werden, halten die Kondensatoren nicht der geforderten Prüfspannung von 3 kV", während einer Minute stand. Es ist deshalb in vielen Fällen notwendig, das Bauelement ausser mit der dicken Tauchmasse noch mit einer Isolierschicht zu versehen.
Gemäss der Erfindung wird ein hochisolierender Kondensator der eingangs erwähnten Art dadurch ge-
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schaffen, dass auf die poröse Tauchmasse ein lufttrocknender Isolierlack auf Basis von Äthylzellulose auf- gebracht ist.
Die Schichtstärke des Isolierlackes beträgt vorzugsweise etwa 0, 2 mm.
Es sei noch erwähnt, dass es bereits bekannt ist, Äthylzellulose-Lacke zum Isolieren von elektrischen Drähten zu verwenden. Als einziger Isolierüberzug für elektrische Bauelemente ist ein Äthylzellulose-
Lack aber nicht geeignet, da sich dieser Lack beim Trocknen von den scharfen Kanten od. dgl. der Bau- elemente zurückzieht. Es muss also zunächst dafür gesorgt werden, dass das Bauelement keine kantenarti- gen Unebenheiten mehr aufweist, was z. B. durch Überziehen mit einer dicken Tauchmasse erfolgen kann.
Gegen die Verwendung lufttrocknender Lacke bei elektrischen Bauelementen, vor allem bei elektrischen Kondensatoren, hatte man aber bisher Bedenken, da man derartige Lacke als zu feuchtigkeitsdurchlässig ansah und befürchtete, dass sich der Verlustfaktor von mit solchen Lacken überzogenen Bauelementen infolge Wasseraufnahme zu sehr verschlechtern würde. Überraschenderweise hat sich aber herausgestellt, dass dies bei Lacken auf der Basis von Äthylzellulose nicht der Fall ist. Offenbar entweicht das etwaig aufgenommene Wasser sehr schnell wieder aus diesen Lacken. Der Verlustfaktor von mit ÄthylzelluloseLacken überzogenen Bauelementen verändert sich durch diesen Überzug praktisch nicht.
Es sei weiter erwähnt, dass es bereits bekannt ist, Wickelkondensatoren, die mit Kunstwachs imprägniert sind, zum Schutz gegen Wasserzutritt mit Lacküberzügen zu versehen.
Es ist weiter bekannt, bei Stapelkondensatoren aus übereinander geschichteten Isolierstoffplatten mit dazwischen angeordneten Belegungen die einzelnen Isolierstoffplatten in verschiedener Grösse anzufertigen oder gegeneinander zu versetzen. Die Fugen des Stapels werden mit Wachs oder einer sonstigen zähflüs- sigen Masse abgedichtet, wonach der gesamte Stapel mit Lack bespritzt oder in diesen eingetaucht wird.
Auch bei diesen Massnahmen handelt es sich um einen Schutz gegen Wasserzutritt.
Bei der Erfindung handelt es sich'darum, einen keramischen Kondensator gegen allerhöchste Spannung zu isolieren. Dazu wird auf einen an sich bereits funktionsfähigen Kondensator eine diesen äusserlich abrundende, poröse Tauchmasse aufgebracht und darauf der mit dieser porösen Schicht umgebene Kondensator mit einer Äthylzellulose-Lackschicht umhüllt. Hiedurch wird der Kondensator für gedrängte Bauweise geeignet.
Der Isolierlack kann bis etwa 15%, vorzugsweise 10%, des Äthylzellulose-Anteils an Thixötropierungsmitteln aufweisen, wobei die Durchschlagfederstärke infolge dieser Mittel noch ansteigt. Zweckmässig bestehen die Thixotropierungsmittel aus kolloider Kieselsäure und/oder kolloiden Aluminiumsilikaten. Bei über 15% igem Zusalz dieser Thixotropierungsmittel nimmt die Durchschlagsfeldstärke wieder ab.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nähererläutert
Die Zeichnung zeigt stark schematisiert einen Schnitt durch ein als Kondensator dargestelltes Bauelement nach der Erfindung.
Ein das Dielektrikum bildendes keramisches Röhrchen l ist mit Elektroden 2 und 3 und zwei Stromzuführungsleitern 4 und 5 versehen. Auf den Kondensator sind durch Tauchen zwei Schichten 6 und 7 von je etwa 0,5 mm Stärke einer porösen lackartigen Tauchmasse aufgebracht, die bei etwa 1500 C eingebrannt wurden. Auf diese Tauchmassenüberzüge 6 und 7 ist durch abermaliges Tauchen eine dünne Isolierschicht 8 von etwa 0. 2 mm Stärke eines lufttrocknenden Isolierlackes Åauf der Basis von Äthylzellulose aufgebracht. Die Isolierschicht 8 kann gegebenenfalls durch mehrmaliges Tauchen und Trocknen hergestellt sein. Die Lufttrockenzeit jeder einzelnen Schicht beträgt etwa 1-2 Stunden.
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:701o aromatischem Kohlenwasserstoff und 30% Alkohol.
11,76 Gew.-% schwerflüchtige Lösungsmittel, wie Äthylglykol, Amylalkohol oder G. B.-Ester.
1,40 Gew.-% Trikresylphosphat od. dgl. Weichmacher
1, 91 Gew.-% feinste thixotropierende Hilfsstoffe, wie kolloide Kieselsäure, Aluminiumsilikate, SojaLecithin
19, 05 Grew.-% Äthylzellulose
0,48 Grew.-% Stabilisator für Äthylzellulose.
Dieser Isolierlack hat eine Durchschlagsfeldstärke von etwa 70 kV/mm. Er besitzt eine gelbe, opalisierende Farbe.
Die Durchschlagsprüfung eines so hergestellten Kondensators ergab in Quecksilber Werte von 5 bis
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Electric capacitor for high voltages with ceramic
dielectric
The invention relates to an electrical capacitor for high voltages with a ceramic dielectric which is coated with a lacquer-like immersion compound to round off sharp edges.
Such capacitors are often required that the current-carrying parts, such. B. the capacitor linings are well insulated from the environment. If such a component is partially immersed in a mercury bath for breakdown testing and one pole of a voltage source is connected to this bath and the other pole is connected to the power supply wires of the capacitor, the component must be able to withstand a voltage of 3 ka for one minute.
It is known to coat ceramic capacitors with casting resins for insulation. The use of casting resins, such as epoxy or unsaturated polyester resins, in casting molds, however, requires a cumbersome method of working and molding technology, which is unprofitable with small capacitors. Attempts have therefore been made to apply molten or liquid casting resins in a thick layer to electrical capacitors in a dipping process in order to avoid the molding technique. The casting resin is then cured hot or cold on the components themselves. This process is also disadvantageous because cumbersome measures have to be taken to prevent the coatings from flowing off before they solidify.
For this purpose, with hot-curing casting resins, heating has been chosen that always remains slightly below the melting point, which increases with the progress of polymerization. With cold hardeners, the freshly dipped components are allowed to rotate. With these methods, losses also occur due to prematurely hardened tub residues. In addition, the insulation is weakened to some extent, as inclusions of air bubbles are practically unavoidable.
For these reasons, efforts are being made to abandon the cast resin technique for the insulation of electrical capacitors and to switch to the simpler lacquer technique, whereby the lacquer applied to the component by dipping adheres to the component and solidifies immediately after the dipping process and does not drip off.
It is already known to coat ceramic capacitors with a varnish-like immersion compound which at the same time rounds off all sharp edges, corners, points or the like that the component has. Such dipping masses are lacquer-like grindings which contain roughly 2/3 coarse-grained fillers such as quartz flour or calcite. In addition, solvent and some stoving resin are added, which glue the filler grains during the subsequent hot curing process, so that a thick, porous coating is created from which the solvents can escape without blowing up the layer. With such layers applied by the immersion process and baked at 1500 C, all sharp edges and corners as well as unevenness of the components can be covered, but no sufficiently large electrical insulation can be achieved.
The dipping compounds are inhomogeneous and porous. Their breakdown field strength is only about 12 kV / mm. Ceramic capacitors coated with this already break through in mercury at 2 kV ". Even if the pores are sealed by impregnation with molten paraffin, the capacitors do not withstand the required test voltage of 3 kV" for one minute. It is therefore necessary in many cases to provide the component with an insulating layer in addition to the thick dipping compound.
According to the invention, a highly insulating capacitor of the type mentioned is thereby
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create that an air-drying insulating varnish based on ethyl cellulose is applied to the porous dipping compound.
The layer thickness of the insulating varnish is preferably about 0.2 mm.
It should also be mentioned that it is already known to use ethyl cellulose varnishes to insulate electrical wires. The only insulating coating for electrical components is an ethyl cellulose
However, lacquer is not suitable because this lacquer withdraws from the sharp edges or the like of the components when it dries. So it must first be ensured that the component no longer has any edge-like unevenness, which z. B. can be done by coating with a thick dipping compound.
So far, however, there have been concerns about the use of air-drying paints for electrical components, especially for electrical capacitors, since such paints were viewed as too moisture-permeable and feared that the loss factor of components coated with such paints would deteriorate too much as a result of water absorption. Surprisingly, however, it has been found that this is not the case with paints based on ethyl cellulose. Apparently any water absorbed escapes very quickly from these paints. The loss factor of components coated with ethyl cellulose lacquer is practically unchanged by this coating.
It should also be mentioned that it is already known to provide wound capacitors, which are impregnated with synthetic wax, with lacquer coatings to protect against the ingress of water.
It is also known, in the case of stacked capacitors, to manufacture the individual insulating material plates in different sizes from stacked insulating material plates with interposing layers or to offset them against one another. The joints of the stack are sealed with wax or another viscous compound, after which the entire stack is sprayed with lacquer or dipped into it.
These measures also provide protection against the ingress of water.
The invention is about isolating a ceramic capacitor from the highest voltage. For this purpose, a porous immersion compound that rounds off the outside of the capacitor is applied to a capacitor that is already functional and the capacitor surrounded by this porous layer is coated with an ethyl cellulose lacquer layer. This makes the capacitor suitable for a compact design.
The insulating varnish can contain up to about 15%, preferably 10%, of the ethyl cellulose content of thixotropic agents, the breakdown spring strength still increasing as a result of these agents. The thixotropic agents expediently consist of colloidal silica and / or colloidal aluminum silicates. If these thixotropic agents add more than 15% salt, the breakdown field strength decreases again.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing
The drawing shows, in a highly schematic manner, a section through a component according to the invention shown as a capacitor.
A ceramic tube 1 forming the dielectric is provided with electrodes 2 and 3 and two power supply conductors 4 and 5. Two layers 6 and 7, each about 0.5 mm thick, of a porous lacquer-like dipping compound, which were baked at about 1500 C. A thin insulating layer 8 of about 0.2 mm thickness of an air-drying insulating varnish based on ethyl cellulose is applied to these dipping compositions 6 and 7 by dipping again. The insulating layer 8 can optionally be produced by dipping and drying several times. The air drying time of each individual layer is about 1-2 hours.
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: 701o aromatic hydrocarbon and 30% alcohol.
11.76% by weight of non-volatile solvents such as ethyl glycol, amyl alcohol or G.B. esters.
1.40% by weight of tricresyl phosphate or the like plasticizer
1.91% by weight of the finest thixotropic auxiliaries, such as colloidal silica, aluminum silicates, soy lecithin
19.05 Grew .-% ethyl cellulose
0.48 Grew .-% stabilizer for ethyl cellulose.
This insulating varnish has a breakdown field strength of about 70 kV / mm. It has a yellow, opalescent color.
The breakdown test of a capacitor produced in this way gave values of 5 to in mercury
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