DE1022694B

DE1022694B - Selbstausheilender elektrischer Kondensator, der mit einem Zusatzdielektrikum getraenkt ist

Info

Publication number: DE1022694B
Application number: DEB33832A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Hermann; Dr Rer Nat Richard Hoehn; Dipl-Ing Hermann Straeb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1954-12-21
Filing date: 1954-12-21
Publication date: 1958-01-16

Description

Selbstausheilender elektrischer Kondensator, der mit einem Zusatzdielektrikum getränkt ist Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstausheilenden Kondensator, der mit einem Zusatzdicle:ktrikum getränkt ist.
Die Belegungen selbstausheilender Kondensatoren sind vorzugsweise auf dielektrische Bänder aufgedampft und so dünn, daß sie bei einem Durchschlag um die Durchschlagstelle herum wegbrennen. Es ist bekannt, daß die Selbstausheilung unter anderem auch in hohem Maße von dem zur Tränkung der Kondensatoren verwendeten Tränkmittel abhängt und daß die für Folienkondensatoren geeigneten Tränkmittel für selbstausheilende Kondensatoren unbrauchbar sein können, weil sie unter dem Einfluß des Durchschlaglichtbogens leitende Rückstände bilden, welche die Belegungen an den Durchschlagstellen niederohmig kurzschließen. Aus diesem Grunde sind z. B. chlorierte Diphenyle und chlorierte Naphthalin.e, die als Tränkmittel für elektrische Kondensatoren mit Metallfolien als Belegungen sehr verbreitet sind, weil sie gute dielektrische Eigenschaften haben und nicht brennen, als Tränkmittel für selbstausheilende Kondensatoren an sich nicht brauchbar. Andere Stoffe, wie z. B. Chlorparaffine, zeigen dagegen ein gutes Auäbrennverhalten, bewirken aber eine unerwünschte Korrosion der dünnen, vorzugsweise aus Zink, Kadmium, Aluminium oder aus anderen Metallen bestehenden Beilegungen und greifen sogar das Trägerdielektrikum an.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn zum Tränken. von selbstausheilenden Kondensatoren gemäß der Erfindung ungesättigte, ganz oder teilweise halogenierte nicht aromatische Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Als besonders geeignet haben sich zu dem angegebenen Zweck teilweise oder vollständig halogenierte, vorzugsweise chlorierte aliphatische Kohlenw asserstoffe erwiesen, die insbesondere mehrere Doppelbindungen oder eine oder mehrere l,:onjugierte Doppelbindungen enthalten. Ein derartiger Stoff, der als nicht brennbares Tränkmittel die dünnen Metallbelegungen und das die Belegungen tragende Dielektrikum von selbstausheilenden Kondensatoren nicht angreift, ist z. B. Hexachlo.rbutadien. An Stelle von Hexachlorbutadien können auch Homologe von Butadien (Pentadien, Hexadien, Hexatrien, Oktatetraen), wie z. B. Perchl;orpentadien und Perchlorpropylen und Gemische ungesättigter, aliphatischer halogenierter Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Im Hexachlorbutadien, Perchlorpentadien und Perchlorpropylen sind sämtliche Wasserstoffatome des Butadiens durch Chlor ersetzt, es kommen aber auch andere ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe in Betracht, die nicht vollständig ha,logeniert sind, und solche, in denen verschiedenartige Halogene (z. B. Chlor und Fluor) gemeinsam vorhanden sind. Die Verwendbarkeit einzelner der erfindungsgemäß ungesättigten halogeniierten nicht aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie z. B. des Hexachlorbutadiens, als Tränkmittel für selbstausheilende Kondensatoren. kann dadurch noch wesentlich gefördert werden, daß es zuerst einer besonders sorgfältigen Reinigung unterworfen wird. Die übliche Vakuumdestillation reicht dafür in der Regel nicht aus, während mit einem weiteren Reinigungsverfahren unter Verwendung von aktiven Adsorptionsmitteln, wie Aluminiumoxyd und/oder Kieselgel, außerordentlich günstige Ergebnisse erzielt wurden.
Das handelsübliche vakuumgereinigte Hexachlorbutadien z. B. weist mit einen spezifischen Widerstand 7,5 bis 2' - 10,11 Ohmcm und einem Verlustfaktor von 1,5 bis 7,6 o/oo in einem Temperaturbereich von 20, bis 601° C verhältnismäßig schlechte elektrische Werte auf und wirkt außerdem korrodierend auf die vielfach aus Zink bestehenden Belegungen von selbstausheilenden Kondensatoren. Es hat sich nun gezeigt, daß- in dieser Hinsicht durch geeignete Reinigungsverfahren eine wesentliche Verbesserung erzielt werden kann. Zur Durchführung einer ersten Reinigungsstufe wurde das Hexachlorb,utadien als 3oo/oige Lösung in Hexan durch eine mit einem Gemisch von getrocknetem neutralem und basischem aktivem Aluminiumoxyd beschickte Glasröhre geleitet, und zwar mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von etwa 150 cm3/Stunde. Aus der gereinigten Lösung wurde hierauf das Hexan durch Destillation entfernt. Nach dieser ersten Reinigungsstufe war der spezifische Widerstand der Lösung in dem Temperaturbereich von 20 bis 60° C bereits auf 21,5 bis 4,2 - 1011 Ohmcm gestiegen und der Verlustfaktor auf 1.3 bis -4,75 %o gesunken. Hierauf wurde dem vorgereinigten Hexachlorbutadien in einer zweiten Reinigungsstufe 5 bis 10 Gewichtsprozent Kieselgel zugesetzt und das Hexachlorbutadien nach 6 Stunden abdekantiert. Nach dieser zweiten Reinigungsstufe war der spezifische Widerstand des Hexachlorbutadiens in dem Temperaturbereich von 20 bis 60° C auf 48 bis 10 - 10,13 Ohmcin gestiegen und sein Verlustfaktor auf weniger als 0,5 0/0o gesunken. In seinen elektrischen Eigenschaften entspricht demnach das gereinigte Hexachlorbutadien dem üblichen Kondensatoröl durchaus und konnte nun ohne weiteres zur Tränkung von selbstausheilenden Kondensatoren verwendet werden.
Ein Kondensator, dessen selbstausheilende Bclegungen aus Zink bestanden und der mit gereinigtem Hexachlorbutadien getränkt war, hatte einen Verlustfaktor von 4,5 %o bei 20° C, 4,0%o bei 60° C und 5,8 %o bei 106°C, während ein ebenfalls mit Zinkbelegungen versehener, in bekannter Weise mit Kondensatoröl getränkter Kondensator unter sonst gleichen Bedingungen bei 20° C einen Verlustfaktor von 3,6 %o, bei 60° C einen Verlustfaktor von 3,8 %0 und bei 100° C einen Verlustfaktor von 5,6 %o ergab.
Hinsichtlich des Ausbrennverhaltens befriedigen die mit Hexachlorbutadien getränkten Kondensatoren ebenfalls, wenn sie in dieser Beziehung auch etwas hinter den mit 01 getränkten Kondensatoren zurückbleiben. Eine Korrosion der Zinkbelegungen konnte bei den mit gereinigtem Hexachlorbutadien getränkten Kondensatoren nicht mehr festgestellt werden, was zweifellos ebenso wie die Herabsetzung der Aggressivität auf das Trägerdielektrikum darauf zurückzuführen ist, daß durch die Reinigung eventuell vorhandener Chlorwasserstoff und Wasser aus dem Tränlanittel entfernt wurden.
Um bei Kondensatoren, die besonders scharfen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, eine Korrosion der Belegungen und eine Zerstörung des Trägerdielektrikums auch auf die Dauer ganz auszuschließen, können dem Tränkmittel Stabilisatoren zugesetzt werden. Als solche haben sich Zinntetraphenyl und Bleioxyd besonders bewährt.
Die Wirkung dieser Stabilisatoren beruht darauf, daß sie im Kondensator sich gegebenenfalls neu bildenden Chlorwasserstoff zu binden vermögen.
Ungesättigte halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Hexachlorbutadien oder halogenierte höhere Homologe des Butadiens, können natürlich nicht nur als einziges Kondensatortränkmittel Verwendung finden. Man kann sie vielmehr auch entweder als Nachtränkmittel zum Ausfüllen von Schrumpfungshohlräumen in bei normaler Temperatur festen Tränkmitteln, wie z. B. Schwefel, anwenden oder gemischt mit Schwefel oder mit einem nicht halogenierten Kohlenwasserstoff, wie z. B. Kondensatoröl. Es hat sich gezeigt, daß der Kondensatorölanteil in einem derartigen Gemisch bis auf etwa 40; Volumprozent erhöht werden kann, ohne daß die wesentlichen Eigenschaften der ungesättigten halogenierten Kohlenwasserstoffe darunter zu leiden hätten. In manchen Fällen wurden sogar durch die Beimengung von Kondensatoröl die mit ungesättigten halogenierten Kohlenwasserstoffei allein erzielbaren Ausbrenneigenschaften verbessert.
Unter Verwendung ungesättigter halogenierter Kohlenwasserstoffe zum Tränken von selbstausheilenden Kondensatoren gelang es somit, z. B. dem gegen diese Kondensatoren erhobenen Einwand, daß die Selbstausheilung an die Verwendung brennbarer Tränkmitteln gebunden sei, die Grundlage zu entziehen. Es gelang nämlich durch eine konsequente Reinigung ungesättigter halogenierter Kohlenwasserstoffe der gefürchteten nachteiligen Eigenschaften, wie z. B. ihrer Aggressivität auf manche Metalle und organische Dielektrika, Herr zu werden und ihre Ausbrenneigenschaften zu verbessern. Dadurch wurde erreicht. daß selbst dünne Zinkbelegungen und Kondensatorpapiere durch die genannten Stoffe nicht mehr angegriffen werden.
Dies schließt natürlich nicht aus, daß ungesättigte halogenierte Kohlenwasserstofie auch zum Tränken i an selbstausheilenden Kondensatoren verwendet it erden, deren Beilegungen nicht aus Zink, sondern aus einem beliebigen anderen Metall und deren i'rägerdnelektrika nicht aus Papier, sondern aus einer der zahlreichen neuerdings zur Herstellung von Kondensatoren aller Art verwendeten Kunststoffolien bestehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE; 1. Selbstausheilender elektrischer Kondensator, der mit einem Zusatzdielektrikuni aus nicht aromatischen, ganz oder teilweise halogenierten Kohlenwasserstoffei getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Tränkmittel enthaltenen Kohlenwasserstoffe ungesättigt sind.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel in der Hauptsache aus ungesättigten halogenierten, aliphatischen Kohlenwasserstoffei besteht.
3. Kondensator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus chlorierten, ungesättigten Kohlenwasserstoffei besteht.
4. Kondensator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel mehrere Doppelbindungen enthält.
5. Kondensator nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß er eine oder mehrere konjugierte Doppelbindungen enthält.
6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß das Tränkmittel aus einem teilweise oder vollständig halogenierten Butadien besteht.
7. Kondensator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus Hexachlorbutadien besteht. B.
Kondensator nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus teilweise oder vollständig halogenierten höheren Homologen des Butadien besteht.
9. Kondensator nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus Gemischen verschiedener ungesättigter halogenierter, nicht aromatischer Kohlenwasserstoffe besteht.
10. Kondensator nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus einem Gemisch aus ungesättigten halogenierten Kohlenwasserstoffei mit einem nicht halogenierten Kohlenwasserstoff besteht.
11. Kondensator nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus einem Gemisch von Hexachlorhutadien und einem üblicherweise zur Imprägnierung von selbstausheilenden Kondensatoren verwendeten Kondensatoröl besteht.
12. Kondensator nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus einem Gemisch von ungesättigten halogenierten höheren Homologen des Butadiens mit Kondensatoröl besteht.
13. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Molekülen des als Tränkmittel verwendeten, teilweise oder vollständig halogenierten, ungesättigten, nicht aromatischer-Kohlenwasserstoffes verschiedenartige Halogene gemeinsam vorhanden sind.
14. Kondensator nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel aus chlorierten und fluorierten ungeshttigten Kohlenwasserstoffen besteht.
15. Kondensator nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel durch ein mindestens einstufiges Reinigungsverfahren von allen schädlichen Nebenbestandteilen befreit ist.
16. Kondensator nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel durch Vakuumdestillation vorgereinigt ist.
17. Kondensator nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Tränkmittel nach der Vakuumdestillation einer weiteren Reinigung mit aktiven Aluminiumoxyd und/oder Kieselgel unterworfen wurde.
18. Kondensator nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tränkmittel mindestens ein Stabilisator beigemengt ist.
19. Kondensator nach Anspruch 1 his 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Stabilisator Zinntetraphenyl und/oder Bleioxyd beigemengt ist.
20. Kondensator nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatorwickel zuerst mit einem bei normaler Temperatur festen Imprägniermittel und in einer zweiten Imprägnierstufe mit einem bei normaler Temperatur flüssigen ungesättigten halogenierten Kohlenwasserstoff getränkt ist.
21. Kondensator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel aus einem Gemisch eines bei normaler Temperatur festen Imprägniermittels und eines ungesättigten halogenierten Kohlenwasserstoffs besteht.