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Elektrischer Kondensator, der mit einem Zusatzdielektrikum getränkt
ist ' Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kondensatoren, die mit einem zusätzlichen
Dielektrikum getränkt sind, insbesondere auf Kondensatoren mit ausbrennfähigen Belegungen.
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Elektrische Kondensatoren mit Dielektrikumsbändern als Abstandshalter
für die metallischen Belegungen werden bekanntlich mit einem zusätzlichen Dielektrikum
getränkt, wodurch die elektrischen Eigenschaften wesentlich verbessert werden. Die
im Kondensator vorhandenen Hohlräume werden dadurch mit Stoffen ausgefüllt, welche
die Dielektrizitätskonstante und die elektrische Durchschlagsfestigkeit des wirksamen
Dielektrikums erhöhen. Das Tränkmittel wird zu diesem Zweck in flüssigem Zustand,
vorzugsweise im Vakuum, in die Hohlräume eingebracht. Geeignete Tränkverfahren sind
seit langem bekannt.
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:41s Tränkrnittel werden feste oder flüssige Stoffe oder auch Mischungen
derselben verwendet, die entsprechende dielektrische Eigenschaften aufweisen. Von
den zahlreichen für diesen Zweck vorgeschlagenen oder verwendeten Stoffen seien
z. B. Paraffin, Montanwachs, 01 usw. genannt. Auch halogenierte Kohlenwasserstoffe
wurden bereits zum Tränken von elektrischen Kondensatoren verwendet, da sie eine
etwas höhere Dielektrizitätskonstante aufweisen als die nichtsubstituierten Kohlenwasserstoffe.
Halogenierte Kohlenwasserstoffe eignen sich jedoch nicht für Kondensatoren mit ausbrennfähigen
Belegungen.
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Ein Zusatzdielektrikum mit verhältnismäßig großer Dielektrizitätskonstante
ist das Lanosterin, das sich auch zum Tränken von Kondensatoren mit ausbrennfähigen
Belegungen eignet. Lanosterin ist ein technisches Wollfettprodukt, das sowohl allein
als auch in Mischung mit anderen Stoffen, wie Rizinusöl, Paraffinöl, Paraffinwachs
usw., zur Tränkung von elektrischen Kondensatoren verwendet wird. Tränkmittel, die
als wesentlichen Bestandteil Lanosterin enthalten, haben eine wesentlich höhere
Dielektrizitätskonstante als die anderen üblichen Tränkmittel.
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Kondensatoren, die mit Lanosterin oder lanosterinhaltigen Mischungen
getränkt sind, haben jedoch einen wesentlichen Nachteil. Die Dielektrizitätskonstante
des Lanosterins hängt wesentlich von der Abkühlungsgeschwindigkeit des getränkten
Wickels al). Wird diese nicht über 50 bis 60° C pro Stunde gehalten, so sinkt die
Dielektrizitätskonstante, die einen Wert von 7 bis 10, je nach der Art der Mischung,
hat, irreversibel auf etwa 3 ab. Auch während des Betriebes kann die Dielektrizitätskonstante
absinken, wenn der Kondensator auf höhere Temperaturen erwärmt wird. Es liegt auf
der Hand, daß die damit verbundene starke Kapazitätsabnahme des Kondensators untragbar
ist. Bisher fehlte für diese Erscheinung jede Erklärung. , Durch eingehende Untersuchungen
wurde nun festgestellt, daß das Absinken der Dielektrizitätskonstanten auf eine
Änderung der Struktur des Lanosterins zurückzuführen ist. Wenn der mit Lanosterin
getränkte Kondensator nach dem Tränken rasch abgekühlt wird, so erstarrt das Lanosterin
amorph. Dieses amorphe Lanosterin hat eine verhältnismäßig große Dielektrizitätskonstante.
Bei langsamem Abkühlen oder bei Erwärmung des Kondensators geht jedoch das amorphe
Lanosterin in kristallines Lanosterin mit wesentlich niedriger Dielektrizitätskonstante
über. Die Kristallisation des Lanosterins ist also die Ursache für das starke Absinken
der Dielektrizitätskonstanten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden,
d. h. durch geeignete Maßnahmen die Kristallisation des Lanosterins zu verhindern.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Lanosterin
Stoffe mit einem Erweichungspunkt zugesetzt werden, der mindestens so hoch liegt
wie die höchstzulässige Betriebstemperatur des Kondensators, vorzugsweise über 90°
C, und deren Schmelzpunkt nahe am Erweichungspunkt liegt.
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Eine solche Mischung wird bei Abkühlung dicht unterhalb des Schmelzpunktes
bereits sehr hart. Dadurch werden die Lanosterinmoleküle in ihrer Beweglichkeit
derart gehindert, daß es nicht zu einer Kristallbildung kommt. Der amorphe Zustand
des Lanosterins wird sozusagen eingefroren. Da der Erweichungspunkt der Tränkmischung
durch das Lanosterin noch erhöht wird, liegt dieser in jedem Falle über der höchstzulässigen
Betriebstemperatur des
Kondensators. So kann es auch beim Betriebe
des Kondensators durch die dabei auftretende Erwärmung zu keiner Kristallisation
des Lanosterins und damit zum Absinken der Dielektrizitätskontante kommen.
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Als geeignete Zusatzstoffe haben sich-insbesondere sogenannte Hartwachse
bewährt, die den obengenannten Bedingungen genügen.
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Die obere Grenze für den Erweichungspunkt bzw. den Schmelzpunkt des
Zusatzstoffes ist durch den Schmelzpunkt der Tränkmischung gegeben. Reines Lanosterin
hat einen Schmelzpunkt von etwa 140° C, der durch solche Zusätze im allgemeinen
erniedrigt wird. Die Tränkungstemperatur muß so gewählt werden, daß das Tränkmittel
flüssig ist und keine zu hohe Viskosität aufweist und daß der zu tränkende Kondensator,
insbesondere das Dielektrikum, nicht durch die Wärmeeinwirkung beim Tränken nachteilig
beeinflußt wird. Bei Papier als Dielektrikum wird die Tränkung zweckmäßig bei Temperaturen
bis etwa 135° C vorgenommen.
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Wesentlich für den Zusatzstoff ist weiter ein enges Temperaturintervall
zwischen Erweichungspunkt und Schmelzpunkt. Vorzugsweise werden als Zusatzstoffe
solche gewählt, bei denen der Unterschied zwischen Erweichungpunkt und Schmelzpunkt
nicht mehr als 20° C beträgt.
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Die Menge des Zusatzstoffes beträgt zweckmäßig bis zu 20 Gewichtsprozent.
Bei einem größeren Anteil des Zusatzstoffes tritt eine zu starke Erniedrigung der
Dielektrizitätskonstanten ein.
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Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn der Tränkmischung noch
eine bestimmte Menge eines hochmolekularen Stoffes zugesetzt wird. Durch die Anwesenheit
von hochmolekularen Stoffen wird ebenfalls der Aufbau eines Kristallgitters verhindert.
Da solche Stoffe jedoch im allgemeinen verhältnismäßig viskos sind, soll dem Tränkmittel
nur so viel des hochmolekularen Stoffes zugesetzt werden, daß die Viskosität des
Tränkmittels bei der zum Tränken verwendeten Temperatur nicht untragbar erhöht wird.
Im allgemeinen genügen schon wenige Prozente, um ein befriedigendes Ergebnis zu
erzielen. Die Menge des hochmolekularen Zusatzes kann jedoch bis zu 20 Gewichtsprozent
betragen, wenn, wie bereits erwähnt, die Viskosität des geschmolzenen Tränkmittels
nicht zu hoch wird. Als hochmolekularer Zusatz hat sich insbesondere Isobutylpolyvinyläther
bewährt.
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Eine besonders geeignete Mischung zum Tränken von elektrischen Kondensatoren,
insbesondere von Kondensatoren mit ausbrennfähigen Belegungen, besteht aus 78 Gewichtsprozent
Lanosterin, 17 Gewichtsprozent Hartwachs mit einem Erweichungspunkt von 90° C und
einem Schmelzpunkt von 105° C und 5 Gewichtsprozent Isobutylpolyvinyläther. Eine
solche Mischung hat eine Dielektrizitätskonstante von 14 und einen Schmelzpunkt
von 130° C. Die damit getränkten Kondensatoren sind bei Temperaturen von etwa 85°
C noch vollkommen kristallisationsfest.
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Die Erfindung ist nicht allein auf die Ausführungsbeispiele beschränkt,
es können vielmehr alle Stoffe verwendet werden, die die erforderlichen dielektrischen
und thermischen Eigenschaften haben und im Sinne der Erfindung wirksam sind.