Verfahren für die Herstellung von Erzeugnissen mit gegeneinander isolierten elektrischen Leitern und nach diesem Verfahren hergestellter isolierter Leiter. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren für ,die Herstellung von Erzeugnissen mit gegeneinander isolierten elektrischen Lei tern, und auf einen isolierten Leiter, her gestellt nach diesem Verfahren.
Der Grund, weshalb verschiedene feste Isoliermaterialien, wie Kautschuk, bisher nicht oder wenig für Hochspannungszwecke verwendet worden sind, ist die Schwierigkeit, sie genügend an den Leiter anschliessen. zu lassen. Sehr kleine, zwischen dem Leiter und der Kautschukisolation sich befindende, luft leere oder Luft oder andere Gase, gegebenen falls von niedriger Spannung, enthaltende Räume- verursachen sehr starke elektrische Felder, Ionisation, Ozonbildung und schnelle Zerstörung der Kautschukisolation.
Der artige, durch eine mangelhafte Verbindung zwischen Isoliermaterial und Leiter ver- ursachte dünne Luftschichten können auch oft während des Betriebes entstehen;
wenn es sich zum Beispiel um einen Durchfüh- rungsi@solator handelt, der aus bakelisierten Papierschichten mit zwischen denselben zur Regelung .der Potentialverteilung angeord neten Schichten Zinnfolien aufgebaut ist, wobei das ganze unter Erhitzung zusammen- gepresst ist, so haben zwar die isolierenden Papierschichten eine ausreichende Durch schlagfestigkeit;
-die Verbindung zwischen dem Isoliermaterial und dem Zinnfolieleiter ist aber nicht einwandfrei, jedenfalls nicht nach längerem Betriebe, da durch die wieder holten Temperaturwechsel das Material sich fortwährend ausdehnt und wieder schrumpft. Auch in der Hochspannungskabeltechnik tritt diese Unannehmlichkeit in hohem Masse in Erscheinung. Im allgemeinen kann man behaupten, dass es nicht das Isoliermaterial selbst ist, das die zuzulassende Belastung bestimmt, sondern dass es diejenigen Stellen sind, wo das Isoliermaterial fehlt.
Es war von grosser Bedeutung, eine Lösung für dieseSchwierigkeit zu Enden,dabestimmte Kautschuksorten eine sehr hohe Durchschlag festigkeit, und zwar von 30 bis 40 Kilovolt pro Millimeter besitzen. Diese Eigenschaft konnte aber nicht praktisch ausgenutzt werden, so lange keine Methode bekannt war, den Lei ter derart an die Kautschukisolation an schliessen zu lassen, dass -die Bildung von Ozon vermieden wurde.
Erfindungsgemäss vereinigt man isolie rende und leitende Schichten, worauf man diese Schichten in eine einzige zusammen hängende Masse überführt, so dass die Schich ten innig aneinander haften. ' Falls man die erste auf dem Leiter an geordnete Schicht durch Beimischung von geeigneten Füllstoffen leitend macht, so kann man den Vorteil erreichen, dass etwaige Luft räume bezw. mehr oder weniger luftleere Räume zwischen dem Leiter und dem Iso lator keine Ionisierung, Ozonbildung und da durch keine schnelle Zerstörung des Isolations materials herbeiführen können.
Etwaige Räume zwischen dem Leiter und der ersten Sehicht aus Isolationomaterial sind harmlos, weil sie sich nicht im elektrischen Felde be finden. Jene erste .Schicht würde dann das Potential des Leiters haben oder kann gege benenfalls selbst den Leiter bilden.
Mit .dem beschriebenen Verfahren kann man auch noch andere Vorteile erreichen. Man erhält zum Beispiel ein Kabel nach 0'Gorman, indem man die dielektrischen Konstanten der Isolationsschichten von innen nach aussen abnehmen lässt. Durch die Ab wesenheit von Luft- oder Gaseinschlüssen bewirkt man, dass' das 0'Gorman-Prinzip seine volle Bedeutung erhält.
In jedem besonderen Fall ist die erfin dungsgemässe Behandlung derart, dass die Schichten von verschiedener Beschaffenheit schliesslich eine kontinuierliche festzusam menhängende Masse bilden.
Falls die Isolation aus Kautschuk besteht, kann man die Kautschukschichten, insbeson dere die leitend gemachten Kautschukschich ten erhalten :durch Ausfällen aus oder durch Eindämpfen von einer Dispersion bezw. einer Lösung von Kautschuk, gegebenenfalls unter Zumischung von Füllstoffen.
Die Lösung bezw.,die Dispersion kann auf die zu beklei dende Fläche gebracht werden durch Auf -schmieren oder in anderer Weise; diese Be handlung kann mehrere Male wiederholt wer den, falls man eine stärkere Schicht wünscht. Vorzugsweise verwendet man Lösungen in flüchtigen Lösungsmitteln, wobei das Lö sungsmittel nach dem - Aufbringen .der Lö sung Gelegenheit hat, ganz oder teilweise zu verdampfen. Man kann aber auch Lösungen von Kautschuk in nichtflüchtigen Lösungs mitteln, zum Beispiel pflanzlichen Ölen be nutzen.
INTach dem Anbringen werden die Kautschukschichten durch Vulkanisation in. den festen Zustand übergeführt und zu einem festzusammenhängenden Ganzen verarbeitet. Bei dem beschriebenen Anbringungsverfah- ren ist es ausgeschlossen, dass Gas oder Luft zwischen den aufeinanderfolgenden Schich ten eingeschlossen wird oder dass luftleere Räume gebildet werden.
Ausser Kautschuklösungen kann man weiter auch mit den leitenden Füllstoffen vermischte Kautschukemulsion, insbesondere Latex benutzen.
Dieses Verfahren ist zumal dort von grosser Bedeutung, wo- man eine dünne Schicht leitenden Kautschuks wünscht, da .dieser Stoff -sehr zäh ist und in einer andern be kannten Weise nicht in einer .dünnen Schicht angebracht werden kann. Mit dem neuen Verfahren kann man ohne jegliche Schwie- rigkeit .Schichten. erhalten, deren Dicke weit unterhalb 1,4 mm liegt.
Anstatt Kautschuk können auch andere Isolationsmaterialien verwendet werden, wie Lacke, Kunstharze, Ebonit und dergleichen. Ebenso wie Kautschuk können diese Stoffe durch Zumischung von leitenden Füllstoffen leitend gemacht werden; weiter können ge gebenenfalls auch noch andere Füllstoffe, wie zum Beispiel Faserstoffe, zugesetzt wer den.
Man kann dabei auch derart vorgehen, dass Papierschichten in bekannter Weise mit Kunstharzen getränkt werden; der - leitende Teil der Papier-Kunstharzmasse wird zum Beispiel dadurch hergestellt, dass man einen Teil des Papiers imprägniert mit einer Kunstharzmasse, die den leitenden Stoff in gleichmässiger feiner Verteilung enthält, wäh rend der übrige Teil der Papiermasse mit der keine leitenden Stoffe enthaltenden Kunstharzmasse behandelt wird. Das Kunst harz bildet dabei eine zusammenhängende Masse, die teilweise durch die zugesetzten leitenden Stoffe leitend geworden ist.
Durch Auflösung der leitenden Bakelit- misehung kann man auch einen leitenden Bakelitlack herstellen. Zu diesem Zweck ist insbesondere eine mit sehr fein verteiltem Graphit als Füllmaterial vermischte Lösung von Bakelit A geeignet.
Dieses Verfahren hat sich auch für das Leitendmachen von. andern Lacken, wie zum Beispiel Schellack, Zellonlack usw. bewährt.
Für die Herstellung leitend gemachter Stoffe können auch isolierende Pressmateria- lien benutzt werden. Diese Materialien be stehen im allgemeinen aus einer verhältnis mässig geringen Menge eines Bindemittels (z. B. Harz, Pech, Kohlenwasserstoffe, As phalt usw.), einer ebenfalls geringen Menge eines Faserstoffes (insbesondere Asbest- fasern, auch Papierzellstoff, Holzmehl und dergleichen) und einer grossen Menge eines Füllstoffes (zum Beispiel,Quarzpulver, Kao lin, Flussspat und dergleichen).
Indem nun das Füllmaterial ganz oder teilweise durch ein leitendes Füllmaterial ersetzt wird, kann eine genügend grosse Leitfähigkeit des Iso liermaterials erzielt werden.
Es ist nicht notwendig, dass das Isolier- material und das leitend gemachte Isolier material, abgesehen von den zugesetzten lei tenden Stoffen, genau dieselbe Zusammen setzung haben; sie können auch verschieden zusammengesetzt sein, wenn nur die Ver- wandschaft zwischen dem Material der lei tenden und der isolierenden Schicht derart ist, dass dieselben nach der Herstellung des Erzeugnisses einen vollkommenen Zusammen hang aufweisen.
Im allgemeinen wird man für jeden Fall die Herstellungsweise des aus dem Leiter und dem Isoliermaterial .bestehenden Ganzen der art wählen, dass die Bildung eines allmäh lichen Überganges vom Leiter zum Isolier material in der Grenzschicht zwischen den selben möglichst gefördert wird.
Falls .das Isolationsmaterial aus einem Lack oder einem Harz besteht, erhält man ein zusammenhängendes Ganzes von Schichten verschiedener Beschaffenheit, indem man die Schichten alle oder zum Teil herstellt durch Ausfällen oder Eindämpfen einer Dispersion bezw. einer Lösung, welcher gegebenenfalls Füllstoffe zugesetzt sind, wobei die Schich ten schliesslich durch Erwärmung in den festzusammenhängenden Zustand übergeführt werden können.
Falls man eine Pressmasse, als Isolations- material verwendet, bringt man beispielsweise die Schichten alle oder zum Teil im nieder geschmolzenen oder durch Erwärmung pla stischen Zustand an, wobei die .Schichten bei Abkühlung in den fest zusammenhängenden Endzustand kommen.
Als leitende Füllstoffe können zum Bei spiel die verschiedenen Formen des Kohlen stoffes, wie Russ oder Graphit, oder auch Metalle verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass die Kohlenstoff mengen, die man zusetzen kann, stark von .der Korngrösse, sowie von der Art des Koh lenstoffes abhängig sind. Bei Verwendung bestimmter Kautschuksorten ist es möglich, eine Mischung von zum Beispiel 70 % Koh lenstoff und 30 % Kautschuk herzustellen, die noch verhältnismässig leicht gewalzt und vulkanisiert werden kann. Das erzielte Pro dukt besitzt noch in genügendem Masse die mechanischen Eigenschaften des Kautschuks, um für besondere Zwecke benutzt werden zu können.
Einige dieser Verwendungsmögiich- keiten werden unten näher beschrieben wer den; der kleinste spezifische elektrische Gleichstromwiderstand, welchen man erhal ten kann, isst von der Grössenanordnung von 1 Ohm pro cm'.
Der spezifische Widerstand der meisten Widerstandsdrähte ist von der Grössenordnung von 10 -' Ohm pro cm', derjenige der normalen Kautschuksorten, die als Isoliermaterial benutzt werden, von der Grössenordnung von 10" Ohm pro cm'. Aus diesen Zahlen geht hervor, .dass der so leitend gemachte Isolierstoff zu den elektrischen Lei tern .gerechnet werden soll.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat be sondere Vorteile bei Kabeln mit fester ela stischer Isolation, insbesondere mit leiten den Zwischenschichten und mit von aussen gesteuerter .Spannungsverteilung im Dielek- trikum.
Eine vorteilhafte Ausführung eines Ka bels nach :den obigen Gesichtspunkaen erhält man, indem man die Schichten aus leitend gemachtem Isolationsmaterial aufträgt auf Gewebeschichten, welche in geeigneter Weise auf der Grundschicht angebracht sind. -Beim Anbringen .der äussern leitenden Schicht ord net man beispielsweise zuerst ein Gewebe band auf die unvulkanisierte Isolation an, tränkt dieses Band anschliessend mit :dem leitendgemaehten Isolationsmaterial und un terwirft schliesslich das Ganze der endgül tigen Behandlung.
Bei Kautschuk ist zum Beispiel der letzte Schritt wieder das Zusam- menvulkanisieren des Ganzen.
Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung werden jetzt erläutert werden anhand der beiliegenden Zeichnung, welche beispielsweise einige erfindungsgemässe Aus führungsformen zeigt, und zwar zeigen die Fig. 1 und 2 ein mit Kautschuk isoliertes Kabel gemäss der Erfindung. In diesem Kabel bestehen ein oder mehrere Leiter ganz oder teilweise aus leitendem Kautschuk.
Der Ausdruck "Leiter" umfasst dabei sowohl .die eigentlichen stromführenden Leiter, wie den gegebenenfalls vorgesehenen Erdmantel und /oder Zwischenmantel bezw. Zwischen- mäntel.
Gemäss den Figuren liegt auf dem Kup ferkern 1 eine dünne Schicht leitenden Kaut schuks 2; diese ist in unvulkanisiertem Zu stand angebracht. Bei .der Herstellung des Kabels ordnet man um diese .Schicht aus nicht vulkanisiertem, leitendem Kautschuk die Kautschukschicht 3 an, welche die. eigent liche Isolation bilden soll und gleichfalls in nicht vulkanisiertem Zustande aufgetragen wird. Schliesslich kann man noch eine wei tere dünne Schicht 4 aus leitendem Kaut= schuk vorsehen, welche dann mit dem et-,va vorhandenen Bleimantel oder einer andern leitenden Umhüllung den Erdmantel bildet.
Das Ganze wird nun zusammenvulkanisiert, wobei zwischen dem leitenden und dem iso lierenden Kautschuk ein derart fester Zusam menhang entsteht, dass die Bildung von I%äu- men dazwischen verhindert wird. Das Ganze kann vulkanisiert. werden in dem 112e- ta,llmantel, wobei ein sehr guter Kontakt er zielt wird.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausfüh rungsform dieses Kabels, welche benutzt wird für Röntgenapparate. Als Beispiel ist ein biegsames Kabel mit Hohlkern genom men. Der Leiter,6 kann dabei aus einem aus leitendem Kautschuk bestehenden dünnen Rohr, oder, wenn der Widerstand desselben zu hoch sein sollte, aus einer in einer Schicht leitenden Kautschuks angeordneten Einflechtung bestehen. 8 ist,die eigentliche Isolation, 9 der Aussenmantel aus leitendem Kautschuk, der noch durch eine Kupferum- flechtung 7 umgeben sein kann.
Die leitenden ,Schichten sowohl innen als aussen können bestehen aus einer Gewebe schicht, welche getränkt ist mit einer Lösung von leitendem Kautschuk. Das Lösungs mittel ist verdampft vor dem Anbringen der nächsten Schicht.
Das Leitendmachen der Gewebeschichten kann auch in :der Weise stattfinden, dass man ihnen Metalldrähte einarbeitet, wie überhaupt die Schichten aus Isolationsmaterial durch Anordnen von Metalleitern unterteilt werden können.
Es versteht sich, dass derartige Kabel konstruktionen auch ausgeführt werden kön nen mit einem andern Isolationsmaterial als Kautschuk.
Die beschriebenen Verfahren können überall dort angewandt werden, wo eine feste Verbindung zwischen Leiter und Isolation verlangt wird.
Die Möglichkeit, Kautschuk als Isolier material verwenden zu können, hat verschie dene Vorteile: 1. Kautschuk ist homogen und elastisch. Durch die durch Temperaturwechsel ver- ursachte Schrumpfung und Ausdehnung ent stehen keine Hohlräume in der Isolation, so dass die dadurch bedingte Ionisation, sowie zusätzliche dielektrische Verluste nicht auf treten.
z. Bestimmte Kautschukarten haben eine Durchschlagfestigkeit von 30 bis 40 Kilovolt pro mm; eine geringe Stärke .der Isolation ist daher schon genügend, da die zuzulassende Höchstspannung bedeutend höher liegt als diejenige für getränkte Papierschichten, in welchen sich Hohlräume ausbilden können. Die Ersparnis ist von grosser Bedeutung für Einphasenkabel, weil sich .dieselbe dabei auch auf,die teure Bronzearmierung erstreckt. Das Kabel wird nämlich wesentlich dünner.
3. Die dielektrische Konstante .des Kaut- schukes kann durch einfache Wahl der Füll stoffe zwischen 3 bi, 3,5 und 5 bis 6 variiert werden. Das Anordnen von mehreren Schich ten Isoliermaterials von nach aussen abneh mender dielektrischer Konstante ist also sehr leicht. In der Papierkabelindustrie sind zu diesem Zweck besondere Massnahmen erfor derlich (unter anderem das Pressen des Pa piers), die zu Schwierigkeit Veranlassung ge ben und nur eine teilweise Lösung bringen.
Die Verbindung zwischen den verschie- .denen Kautschukschichten ist sehr fest. vor ausgesetzt, dass man das Ganze vulkanisiert, wenn alle Schichten angebracht worden sind.
4. Es ist jetzt auch möglich, biegsame Kabel für sehr hohe Spannung für Röntgen zwecke herzustellen.
'5. Das Anordnen leitender Zwischen mäntel, die eine regelbare Spannungsvertei lung in dem Dielektrikum gestatten, kann in einfacher Weise ,dadurch stattfinden, dass man eine dünne Schicht Zeitenden Kaut schuks, die zur Herabsetzung des Widerstan des metallische Leiter, zum Beispiel Kupfer- drähte, enthalten kann, zwischen den Isolier schichten anbringt. Auch eine leitende Ge webeschicht mit eingearbeiteten Kupferdräh ten ist hier sehr zweckmässig.
Für das Anbringen der äussern Schicht aus. leitendem Kautschuk 4 auf die ,Schicht 3 aus nicht vulkanisiertem Isolationskaut schuk kann man den isolierten Leiter ein oder mehrere Male durch eine Lösung von Kautschuk in Benzol führen, welche mit Kohlenstoff in feiner Verteilung und gege benenfalls noch mit andern für die Vulkani- sation erforderlichen Stoffen versetzt ist. Nach dem Eintauchen des Kernes in der Lösung kann gegebenenfalls eine künstliche Trocknung stattfinden. Schliesslich wird das :Ganze nach einer der üblichen Methoden vulkanisiert.
Um jeden Kern bildet sich in dieser Weise eine sehr dünne leitende :Schicht, .die mit der Isolation fest verbunden ist.
Falls die Leitfähigkeit der dünnen lei- tenden .Schicht in .der Längsrichtung des Kabels zu klein sein sollte, um -den Lade strom einer Kabellänge ohne zu grosse Span- nungsabnahme abzuleiten, so kann die Leit fähigkeit der Schicht durch Anordnen einer dünnen Metallbandumwicklung -.oder in an derer bekannter Weise erhöht werden.
Einen Durchführungsisolator, wobei ein allmählicher Übergang von der Hartpapier isolation zu den Zinnfolienzwischenschichten und den Kupferleitern in erfindungsgemässer Weise herbeigeführt wird, kann man wie folgt erhalten: Die Zinnfolie bezw. der zentrale Durch führungsleiter kann erst mit einer sehr dün nen Graphitschicht bedeckt werden; sodann wird eine Schicht leitenden Bakelitlackes und weiter eine mit leitendem Bakelitlack ge tränkte Papierschicht auf das Metall aufge bracht. Gegebenenfalls können zwei oder mehr Schichten von abnehmender Leitfähig keit vorgesehen werden.
Um diese mit leiten dem Bakelitlack getränkten Papierschichten werden nun die in normaler Weise mit Ba kelit getränkten, isolierenden Papierschichten angeordnet. Das Ganze wird nach den üb lichen Methoden unter Druck erhitzt, wobei das Bakelit in den Endzustand C übergeht. Da das Bakelit in den leitenden und isolie renden Schichten eine kontinuierliche Masse bildet, wird eine sehr innige Verbindung zwi schen diesen Schichten erzielt, die auch nach wiederholtem Ausdehnen und Schrumpfen bestehen bleibt. Die zwischen der Metall oberfläche und,den leitenden Papierschichten gebildeten Hohlräume sind, wie oben erklärt wurde, in diesem Falle ganz harmlos.
.Statt mit Bakelit kann der Durehfüh- rungsisolator natürlich auch mit einem der andern genannten festen Isoliermaterialien ausgeführt werden, zum Beispiel mit Kaut schuk. Auf dem Leiter ordnet man dann eine Schicht aus leitendem Kautschuk an. Man kann dafür .Sorge tragen, dass die .Kapazi- täten der verschiedenen aufeinanderfolgenden Kondensatoren bestimmte Werte haben. Wer den keine leitenden Zwischenschichten be nutzt, so kann man verschiedene Kautschuk schichten mit nach aussen abnehmenden di- elektrischen Konstanten wählen.
Als letztes Ausführungsbeispiel wird ein Hochspannungskondensator beschrieben wer den, welcher mit Kautschuk isoliert ist.
Dieser Kondensator kann zum Beispiel dadurch zusammengesetzt werden, dass man zwei dünne, lange Streifen isolierenden Kautschuks und zwei ebenfalls dünne lange Streifen leitenden Kautschuks zusammen auf rollt. Das Aufrollen findet in unvulkani- siertem Zustand statt, und zwar derart, dass die Streifen leitenden und isolierenden Kaut schuks abwechselnd liegen und die leitenden Kautsehukschichten etwas hervorragen, der eine .Streifen an der einen Seite und der an- dereStreifen an der andern Seite;
das Ganze wird in einer Form vulkanisiert, derart, da3 .die links hervorragenden Ränder der leiten den Kautschukstreifen unter sich und ebenso ,die rechts hervorragenden unter sich sich vereinigen. In dieser Weise wird ein sehr guter Kondensator für sehr hohe Spannungen erzielt.
In allen den beschriebenen Fällen ist die Anwendung einer mit dem leitend gemachten Isolationsmaterial getränkten Gewebeschicht statt einer einfachen Schicht aus leitend gemachten Isolationsmaterial von grossem praktischem Nutzen.. Weiter kann es dabei vorteilhaft sein, in das Gewebe Metalldrähte einzuarbeiten, um die Gewebeschicht leitend zu machen. Das gilt insbesondere für leitende Schichten, welche nicht an einer Metallober fläche, zum Beispiel an dem Bleimantel oder dem Leiter anliegen und auch nicht mit einer besonderen Metallban.dumwicklung versehen sind.
Es versteht sich, dass :die Erfindung nicht beschränkt ist auf die angegebenen Ausfüh rungsformen und dass es sich insbesondere auch bezieht auf Kabel, Kondensatoren, Durchführungsisolatoren und dergleichen, wobei zwei oder mehr der genannten Isola- tionsmaterialien in Kombination Verwendung finden.