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Kriechstromfestes Isoliermaterial für elektrische Geräte Die Erfindung
bezieht sich auf ein Isoliermaterial zur Isolierung elektrischer Geräte, die einer
elektrischen Entladung ausgesetzt sind.
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Bekanntlich treten bei bestimmten Arten von elektrischen Anordnungen
periodisch elektrische Entladungen zwischen Punkten verschiedenen Potentials auf.
Die Ursachen derartiger Entladungen liegen in Überspannungen oder Verunreinigungen
zwischen diesen Punkten. Obwohl die isolierenden Komponenten der elektrischen Anordnung
zweckmäßigerweise organische Stoffe enthalten, die billig sind und leicht gegossen
oder auf andere Weise hergestellt werden können, besteht doch ein besonders schwerwiegender
Nachteil darin, daß die organischen Bestandteile dieser Komponenten das Bestreben
zeigen, einen kohlenstoffhaltigen Niederschlag zu erzeugen, wenn sie einer elektrischen
Entladung ausgesetzt sind. Diese Niederschläge letztlich bilden einen Kriechweg
von so niedrigem Widerstand, daß ein Kurzschluß der Anordnung auftritt.
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Im Hinblick auf diese Nachteile wurden bisher mit anorganischen Stoffen
gefüllte und nicht gefüllte organische Isolierkomponenten bei der Herstellung von
elektrischen Anordnungen dann vermieden, wenn diese Komponenten dem Einfiuß elektrischer
Entladungen ausgesetzt waren, obwohl sie anderweitig aus verschiedenen Beweggründen
Vorteile geboten hätten. Zu den organischen Isolierstoffen, welche dieser Beschränkung
in der Verwendung unterliegen, gehören Butylkautschuk, Kautschuk als Butadien-Styrol-Mischpolymerisat,
Chloroprenpolymerisate, ferner Nitrilkautschukarten, beispielsweise als Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisat,
Isobutylen-Diolefin-Kautschukarten (Butylkautschuk), z. B. als Mischpolymerisat
von Isobutylen und Isopren, Polyacrylsäureesterkautschuk, Polysulfidkautschuk (Thioplaste),
Siliconkautschuk, Polyester-Isocyanat-Kautschuk, Polyurethan, Athoxylinharze und
Polyesterharze. Üblicherweise verwendete anorganische Füllstoffe sind Aluminiumoxyd,
Siliziumdioxyd und Glimmer.
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Es ist bekannt, wasserhaltiges Aluminiumoxyd mit Butadien-Styrol-Mischpolymerisaten
und vulkanisiertem Kautschuk zu verbinden, um eine erhöhte Zugspannungsfestigkeit
sowie höheren Widerstand gegen kalten Fluß zu erzielen.
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Ferner ist es bereits bekannt, zur Beseitigung des kalten Flusses
von Polyisobutylen pyrogen in der Gasphase erzeugte Oxyde von Metallen der 1I.,
111.
oder IV. Gruppe des Periodischen Systems sowie die Eisengruppe zu verwenden.
In diesem Zusammenhang findet aktives Aluminiumoxyd Verwendung, dem der Wassergehalt
ganz oder teilweise entzogen worden ist. Es ist weiter bekannt, natürlichem und
synthetischem Gummi sowie Kunstharzen, z. B. Polyisobutylen, Aluminiumoxyd als Füllstoff
zuzusetzen. Schließlich sind auch Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
von vulkanisiertem Kautschuk durch Beifügung von Aluminiumtrihydrat bzw. von Aluminiummonohydrat
bekanntgeworden, die als Füllstoff für andere plastische Materialien dienen.
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Zur Beseitigung der eingangs erwähnten Nachteile wird ein organisches
Isoliermaterial, nämlich Butylkautschuk, Butadien-Styrol-Mischpolimerisat, Epoxydharz
oder Polyesterharz mit 20 bis 80 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtmasse) wasserhaltigem
Aluminiumoxyd als Füllstoff gemäß der Erfindung als kriechstromfestes Isoliermaterial
für elektrische Geräte, insbesondere zwischen Klemmen verschiedenen Potentials verwendet.
Dieses Isoliermaterial wird zum Umgießen von Wandlern verwendet, um diese zu isolieren
und mit einem Schutzüberzug zu versehen.
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Durch die Verwendung anorganischer Füllstoffe im genannten Verhältnis
wird eine Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit von Isolierstoffen erzielt, da
der organische Bestandteil des Isoliermaterials damit im Verhältnis geringer wird.
Der Kohlenstoffanteil des organischen Isolierstoffes, der durch den bei Durchschlag
entstehenden
Kohlenstoff bestimmt wird, wird somit allmählich verringert. Wasserhaltiges Aluminiumoxyd,
das in dem genannten Verhältnis zugeführt ist, ruft einen inneren Oxydationsprozeß
hervor, und der bei diesem Abbau@rtizeß frei werdende Kohlenstoff wird in den daszästand
übergeführt und entweicht ohne Rückstände. Die Ausbildung von Streuwegen läßt sich
damit vermeiden. Dieser wirksame Bestandteil ist ein Stoff, der auf physikalischem
Wege von dem organischen Stoff durchsetzt sein kann, was normalerweise während des
Vergießens der Füllstoffe und Kunststoffe mit dem Grundstoff geschieht. Beim Auftreten
einer elektrischen Entladung in unmittelbarer Nähe des den eingeführten Bestandteil
enthaltenden Isolierstoffes tritt eine Reaktion ein, die in ganz außergewöhnlichem
Maße das Auftreten von kohlenstoffhaltigen Niederschlägen vermeidet. Es wird angenommen,
daß durch die hohen Lichtbogentemperaturen bei der elektrischen Entladung ein Überschlag
zwischen den organischen Bestandteilen des Isoliermaterials erfolgt und entsprechend
eine Oxydationswirkung ausgelöst wird, die gasförmige Kohlenstoffoxyde erzeugt.
Dadurch wird die Bildung von reinem Kohlenstoff und die Ausbildung von Kriechstrompfaden
verhindert. Die genannten Vorteile treten hingegen nicht auf, wenn wasserhaltiges
Aluminiumoxyd in geringerer Konzentration bzw. nichtwasserhaltiges Aluminiumoxyd
verwendet wird.
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Fig. 1 stellt einen Freiluft-Hochspannungswandler gemäß der Erfindung
dar, wobei Teile des Wandlers ausgespart sind, um Konstruktionseinzelheiten erkennen
zu lassen; Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung von Versuchsergebnissen, die
sich bei Materialien mit Butylkautschuk ergeben, und Fig. 3 eine elektrische Versuchsanordnung
zur Feststellung von Lebensdauerziffern.
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Der Wandler nach Fig. 1 weist ein Magneteisen 36
auf, um das
herum die Hochspannungsprimärwicklung 37 und die Niederspannungssekundärwicklung
38 gelegt sind. Die Hochspannungszuleitungen oder Klemmen 39 ragen aus dem
Gießgehäuse und dem Isolierteil 35 nach außen und dienen dazu, die Primärwicklung
37 an eine Hochspannungsleitung anzuschließen. Die Anschlüsse zur Sekundärwicklung
38 werden durch Zuleitungen 40 und Klemmen hergestellt, die hinter
der Abdeckplatte 41 angeordnet sind. Eine Metalltragplatte 42 erleichtert
die Befestigung der Einrichtung.
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Der Gießbauteil 35 enthält ein organisches elastomeres Material, in
dem wasserhaltiges Aluminiumoxyd in solcher Konzentration aufgelöst ist, daß eine
Ansammlung von kohlenstoffhaltigen Niederschlägen bei elektrischen Entladungen,
z. B. zwischen den Klemmen 39 und der leitenden Tragplatte 42 vermieden werden.
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Bei Einrichtungen, bei denen die Lehre nach der Erfindung nicht Anwendung
findet, erfolgt ein Durchschlagen bzw. Überschlagen über Kriechstrompfade auf folgende
Weise: Die Hochtemperaturentlädungen (20b0 bis 30b0° C) quer zur Oberfläche des
organischen Bauteiles schlagen die organische Isolierung durch, so daß sich ein
kohlenstoffhaltiger Niederschlag. bildet. Der Vorgang verläuft kumulativ; und es
bilden sich Wege geringen Widerstandes sehr schnell aus. Trotz der Anordnung von
Kriecherscheinungen entgegenwirkenden Rippen 43 treten Ober$äehenkriechentladungen
zwischen den einzelnen Klemmen und zwischen Klemmen und leitender Tragplatte
42 auf, insbesondere dort, wo Oberflächenverschmutzungen zu erkennen sind.
Ferner treten Lichtbögen- oder Ionisierungsentladungen besonders zwischen Leiterelementen
auf, die einen großen Spannungsunterschied aufweisen.
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Zu den elektrischen Geräten, bei denen leicht elektrische Entladungen
oder Bogenbildungen auftreten und bei denen die Lehren der vorliegenden Erfindung
zu großem Vorteil verwendet werden können, gehören auch Schalter, Gehäuse, Bogenlöschvorrichtungen
für Unterbrecher, Klemmenanordnungen u. dgl. Bei den dargestellten, mit Hochspannung
betriebenen elektrischen Geräten sind die Leiter, zwischen denen große Potentialdifferenzen
bestehen, in einen isolierenden organischen, aus einem Elastomer bestehenden Stoff
eingegossen, welcher wasserhaltige Aluminiumoxyde in einer solchen Verteilung besitzt,
daß Materialdurchschläge, wie sie sich normalerweise als Folge von elektrischen
Entladungen ereignen, nicht auftreten. Die Konzentration der verwendeten wasserhaltigen
Aluminiumoxyde ist kritisch, da entdeckt wurde, daß nur eine genügende Konzentration
eine wahrnehmbare Kohleansammlung und einen elektrischen Überschlag verhindert.
Ein sehr merkliches Anwachsen der betriebsmäßigen Lebensdauer der Bogenbildungen
oder anderen elektrischen Entladungen ausgesetzten Geräte wird beobachtet, wenn
die kritischen Werte der Konzentration erreicht werden.
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Beispiel I Die Untersuchungen wurden mit Gerätenachbildungen angestellt,
welche verschiedene Isolierstoffe als Proben enthielten, darunter Butylkautschuk
und ausgewählte Gewichtskonzentrationen von wasserhaltigem Aluminiumoxyd der chemischen
Zusammensetzung A12 03 - 3 H2 O. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Fig. 2 als
Diagramm dargestellt, wobei die sich wirklich ergebenden Mittelwerte an den Versuchspunkten
für jede Konzentration von wasserhaltigem Aluminiumoxyd durch die aufgetragenen
Punkte dargestellt sind.
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Die genauen numerischen Werte der in Fig. 2 als Diagramm dargestellten
Versuchspunkte werden unten in Tabelle 1 gezeigt, wobei sich die Prozentangaben
auf das Gesamtgewicht beziehen.
| Tabelle I |
| Wasser- |
| haltiges Butyl- Zeit bis zum |
| Aluminium- kautschuk Auftreten Art des Fehlers |
| oxyd des Fehlers |
| °/o °/o |
| 17 40 2 Oberfläche |
| 20 43 48 Oberfläche |
| 25 46 71 Oberfläche |
| und Zerfressung |
| 30 43 190 Zerfressung |
| 40 43 197 Zerfressung |
| 50 35 176 Zerfressung |
| 60 28 224 Zerfressung |
Der weitere Stoff, welcher bei jedem der oben aufgezeichneten, aus Elastomeren bestehenden,
organischen
Isolierstoffe verwendet wurde, war in jedem Fall ein
Härtungsmittel mit Diatomeenerde (Kieselgur) als Füllstoff. Das Härtungsmittel bestand
aus den folgenden Stoffen, wobei sich die Prozentangaben auf den Gewichtsanteil
des verwendeten Butylkautschuks beziehen.
| Tabelle 11 |
| Stearinsäure ...... . .............. 3% |
| Zinkoxyd (Zn O) . . . . . . . . . . . . . . . . . 5% |
| Bleirot (Mennige) (Pb 3 04) . . . . . . . . .
100/0 |
| Elementarer Schwefel ...... . . . . ... 2% |
| p,p'-Dibenzoylchinondioxin . ...... 6% |
Die Proben der bei diesen Versuchen verwendeten Isolierstoffe waren gegossene Platten
mit einer Dicke von 1,9 mm und etwa 15 cm im Quadrat, und sie waren bei 150° C für
etwa 20 Minuten in der Form gehärtet. Zu Versuchszwecken wurden die in Fig. 3 dargestellten
Proben
21 in an sich bekannter Weise in einem Hochspannungsversuchskäfig
untergebracht, wobei sie flach auf eine leitende Metallplatte
22 aufgelegt
wurden, die um einen Winkel von etwa 15° gegen die Horizontale geneigt war.
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Zwei Elektroden 23 und 24, jede mit einem Querschnitt
von etwa 25 - 50 mm wurden senkrecht auf jeder zu untersuchenden Probe
21 untergebracht, d. h. auf der Oberseite der Probe, welche der in Kontakt
mit der Metallplatte 22 befindlichen Seite gegenüberstand. Die Elektroden
23 und 24 wurden etwa im Abstand von 25 mm voneinander entfernt untergebracht,
wobei die Seiten mit einer Abmessung von 50 mm parallel zueinander verliefen. Eine
der beiden Elektroden mit der Bezugsnummer 23 war durch die Klemmen 25 und 26 und
den Leiter 27 mit der Metallplatte 22 verbunden. Die beiden Elektroden wurden an
das Wechselspannungs-Ausgangssignal eines einstellbaren Hochspannungstransformators
über die Klemmen 28 und 29 angeschlossen. Bei der eben beschriebenen Schaltung kann
ein Durchschlagen der Probe zwischen den beiden Elektroden 23 und
24 oder zwischen der Elektrode 24 und der Metallplatte 22 durch einen
Oberflächenfehler erfolgen oder zwischen der Elektrode 24 und der Metallplatte
22 durch die Wandung der Probe hindurch als Folge eines Fehlers vom Typ der
Zerfressung.
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Nachdem die Proben in dem Gerät wie eben beschrieben untergebracht
waren, wurden sie mit synthetischem Staub angestaubt, welcher den Staubansammlungen
in der Atmosphäre entspricht. wobei die Staubteilchen die Bezugsnummer
30 besitzen. Ein feiner Wassersprüher 31 wurde für die Dauer des Versuches
auf die Proben gerichtet. Zu diesem Zweck wurde eine Düse 32 mit der Wasser- und
Luftleitung 33 bzw. 34 gekoppelt. Eine 60-Hz-Spannung von etwa 1500 Volt
wurde an die Elektroden 23
und 24 gelegt, um den Zustand einer Oberflächenentladung
mit einer solchen Stärke herzustellen, daß ein Niederschlag auf den organischen
Stoffen hervorgerufen werden konnte. Die Proben wurden nach dem Ablauf von je 100
Versuchsstunden zum Zweck einer neuen Verstaubung oder auch später, wenn ein Fehler
auftrat, zu Inspektionszwecken aus dem Gerät entfernt.
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Tabelle I und das in Fig. 2 gezeigte Diagramm lassen ein starkes Anwachsen
der betriebsmäßigen Lebensdauer der Geräte unter dem Zustand elektrischer Entladungen
erkennen. Es ist zu ersehen, daß die Konzentration an wasserhaltigem Aluminiumoxyd
oberhalb eines bestimmten Wertes zunimmt. Eine kennzeichnendere Erscheinung ist
jedoch der Konzentrationswert, bei dem die Art des aufgetretenen Fehlers von dem
Typ »Oberfläche« in einen Fehler vom Typ »Zerfressung« wechselt.
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Der Oberflächenfehler tritt als Folge der Bildung eines kohlenstoffhaltigen
Pfads längs der Oberfläche des Stoffes auf und zeigt an, daß die Lebensdauer des
Stoffes durch die Verkohlung begrenzt ist, während ein Zerfressungsfehler auftritt,
weil der Isolierstoff 21 durch einen Zerfressungseffekt, der keine Verkohlung umfaßt,
in seiner Dicke verringert wurde. Dies bedeutet, daß er von den Eigentümlichkeiten
des Isolierstoffes selbst in stärkerem Maße abhängt als von irgendwelchen äußeren
Einflüssen, beispielsweise der Verkohlung.
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An dem Punkt, an dem der Zerfressungsfehler an Stelle eines Oberflächenfehlers
aufzutreten begingt, hat damit die Konzentration des wasserhaltigen Aluminiumoxyds
einen Wert erreicht, bei dem die Verkohlung nicht mehr der Begrenzungsfaktor dafür
ist, daß der Hochspannungsapparat elektrischen Entladungen oder Bogenbildungen widerstehen
kann. Die Proben, mit denen die in Tabelle 1 dargestellten Daten erreicht sind,
wurden auf den Fehler hin untersucht, um die Fehlerart zu bestimmen, die in jedem
Fall auftrat; d. h. ob der Durchschlag längs der Oberfläche als Folge der Verkohlung
auftrat oder ob er durch die Wandung hindurch erfolgte als Folge der Zerfressung
zwischen der nicht geerdeten Elektrode 24 und der Metallplatte
22. Die Fehlerarten, die in jedem Fall festgestellt wurden, sind in Tabelle
I aufgeführt.
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Bei einem Wert von etwa 25 Gewichtsprozent an wasserhaltigem Aluminiumoxyd,
bezogen auf den ganzen Isolierstoff, wurden beide Fehlerarten festgestellt, d. h.
bestimmte Proben zeigten Fehler auf Grund der Zerfressung, während andere Proben
Fehler zeigten auf Grund eines Oberflächenstrompfades, wobei die letzte Kategorie
auch verschiedene Zerfressungsschäden aufwies. Bei einer Konzentration von 30% an
wasserhaltigem Aluminiumoxyd bestanden alle Fehler in Zerfressungen, und die mittlere
Lebensdauer vor dem Durchschlag des Apparates wurde mit 190 Stunden notiert. Die
kritische Konzentration an wasserhaltigem Aluminiumoxyd für den speziellen Butylkautschukansatz
verläuft deshalb oberhalb 25 %, auf das Gesamtgewicht bezogen, wobei sich die zu
erwartende Lebensdauer unter den Versuchsbedingungen im Mittelwert bei etwa 200
Stunden bewegt im Vergleich zu einer mittleren Lebensdauer von 2 Stunden unter den
gleichen Bedingungen bei einem Gerät, bei dem die Konzentration an wasserhaltigem
Aluminiumoxyd in dem organischen Isolierstoff nur etwa 17 Gewichtsprozent beträgt.
Dieser Zahlenwert entspricht den Ansätzen nach dem bisherigen Stand der Technik.
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Es läßt sich erkennen, daß innerhalb des festgelegten kritischen Bereiches
von wasserhaltigem Aluminiumoxyd die Lebensdauer der Einrichtung weitgehend eine
Funktion der Dicke der Isolierschicht, d. h. der Dicke zwischen zwei leitenden Teilen
verschiedener Spannung ist. Unterhalb dieses Bereiches wird die Lebensdauer, wie
dies bei üblichen Füllstoffen der Fall ist, durch Verkohlungserscheinungen
begrenzt,
und Änderungen in der Dicke bringen eine verhältnismäßig kleine bzw. gar keine Änderung
der Lebensdauer. Im allgemeinen wird der Gehalt an wasserhaltigem Aluminiumoxyd,
das mit den aus Elastomeren bestehenden organischen Isolierstoffen Verwendung findet,
von etwa 25 bis 80 Gewichtsprozent betragen, wobei der bevorzugte Bereich zwischen
etwa 30 und 60 Gewichtsprozent der Gesamtmenge liegt. Bei einer Konzentration über
80 Gewichtsprozent wasserhaltigen Aluminiumoxyds verlieren die Elastomere die erwünschten
Eigenschaften.
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In einer zweiten Versuchsreihe wurden 66 Gewichtsprozent wasserhaltiges
Aluminiumoxyd Butylkautschuk zugesetzt. Erst nach 500 bis 600 Stunden zeigten sich
in einer staubhaltigen, nebligen Atmosphäre Zerfressungserscheinungen, wohingegen
Material, das nicht wasserhaltiges Aluminiumoxyd von 60 Gewichtsprozent enthielt,
nur 130 Stunden standhielt, da sich kohlenstoffhaltige Pfade ausgebildet hatten.
Beispiel 1I Die Untersuchungen wurden an einer Gruppe von Stromtransformatoren allgemeiner
Bauart durchgeführt, wobei bei einem Teil von ihnen ein Butylkautschuk entsprechend
der bisherigen Technik zur Einkapselung und Isolierung verwendet wurde, während
ein anderer Teil von ihnen einen Butylkautschuk, wie er gemäß vorliegender Erfindung
verwendet wird, als Isolation besitzt. Die frühere Art des Ansatzes ist in der Rubrik
A der Tabelle IV angegeben, während der Ansatz, der zur Durchführung der vorliegenden
Erfindung angewendet wird, in Rubrik B angegeben ist. Alle Anteile beziehen sich
auf das Gewicht.
| Tabelle IV |
| 1 AI |
| Butylgummi . . . .. . . .. . . ... 100 100 100 |
| Zinkoxyd (Zn O) . . . . . . . . . 5 5 5 |
| Stearinsäure ............. 3 3 3 |
| Diatomeenerde (Kieselgel) . . 40 - - |
| Wasserhaltiges Aluminium- |
| oxyd (A12 03 - 3 H2 O) ... 42 210 210 |
| Bearbeitungsöl ........... 5 15 - |
| Paraffinwachs ............ 5 3 - |
| Mineralischer Kautschuk .. 20 - - |
| Mg0 ................... 10 - - |
| Elementarer Schwefel ..... 2 2 2 |
| p,p'-Dibenzoylchinondioxin 6 6 6 |
| Bleirot (Mennige) (Pb, 04) . . 10 10 10 |
| 248 I 354 I 336 |
Bei dem Ansatz A beträgt der Anteil an wasserhaltigem Aluminiumoxyd etwa 16,9%,
bezogen auf das Gesamtgewicht, während bei dem Ansatz B der Anteil an wasserhaltigem
Aluminiumoxyd etwa 59,3 %, bezogen auf das Gesamtgewicht, beträgt.
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Bei einer Reihe von Wandlern, die unter extremen Bedingungen, z. B.
dauerndem, dichtem salzhaltigem Sprühnebel aufgestellt wurden, sind Versuchsergebnisse
festgehalten worden. Die zwei Gruppen von Wandlern, die in diesen Versuchen verwendet
wurden, waren Freiluftwandler mit einem Gießgehäuse 35, das den Ansätzen A und B
gemäß der Tabelle IV entsprach. Diese Transformatoren waren alle für 5 kV bemessen,
und eine 5-kV-Wechselspannung von 60 Hz wurde während der ganzen Versuchsdauer an
die Wandler gelegt.
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Aus der Gruppe derjenigen Transformatoren, die Isolierstoffe mit einem
Ansatz nach Tabelle IV besaßen, wiesen alle nach etwa 2400 Versuchsstunden Fehler
durch verkohlte Bahnen auf.
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Aus der zweiten Gruppe von Transformatoren dagegen, welche eine Isolierung
mit dem Ansatz B der Tabelle IV enthielten, zeigte keiner einen Schaden irgendwelcher
Art im Zeitpunkt der Untersuchung, nachdem der Versuch über 10 000 Stunden angedauert
hatte.
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Die Transformatoren mit Isolierstoffen nach dem Ansatz B der obenerwähnten
Gruppe waren ein dauerhafter Typ. Zum Zwecke eines weiteren Vergleichs wurden die
gleichen Transformatoren so aufgebaut, daß sie einen inneren Isolierstoff mit dem
Ansatz A der Tabelle IV und weiterhin einen äußeren Überzug aus Isolierstoff mit
einer Dicke von etwa 4,5 bis 6 mm hatten. Dieser Überzug umgab sie ganz und wurde
auf den inneren Isolierstoff aufgegossen, wobei der Ansatz für den Überzug dem Ansatz
C in Tabelle IV entsprach. Diese Transformatoren überschritten auch 10 000 Stunden
des gleichen Versuchs, ohne Fehler aufzuweisen.
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Beispiel III Um die Wirksamkeit der Lehren der vorliegenden Erfindung
darzulegen für den Fall, daß andere Elastomere verwendet werden, wurde eine Isolierprobe
hergestellt mit einem Grundmaterial aus 30 Gewichtsprozent eines Isolierstoffes,
und zwar Kautschuk in Form eines Butadien-Styren-Mischpolymerisats, einem GR-S-Kautschuk
(Butadien-Styrol-Mischpolymerisat) mit 40 Gewichtsprozent des Isolierstoffes und
wasserhaltigem Aluminiumoxyd (A12 03 - 3 H, O). Zusätzlich enthielten diese Stoffe
etwa 22 Gewichtsprozent gebrannten Ton und die üblichen Antioxydantien, Weichmacher
und Vulkanisiermittel.
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Eine Platte aus diesem Material mit einer Dicke von etwa 1,9 mm und
15 cm im Quadrat wurde für 10 Minuten bei 150° C in der Form gehärtet. Bei einem
Versuch hinsichtlich des Kriechstromes, ähnlich dem in dem vorhergehenden Beispiel
1 beschriebenen, bei dem die Zeit, nach welcher der Fehler auftrat, 320 Stunden
betrug, war im vorliegenden Fall der Fehler vom Zerfressungstyp, während Kohlenstoffniederschläge
nicht beobachtet wurden. Beispiel IV Eine andere aus einem Elastomer bestehende
Isolierprobe wurde in dem Gerät nach Fig.3 demonstriert, wobei ein Chloroprenpolymerisat
als Elastomer in dem folgenden Ansatz verwendet wurde.
| Gewichtsprozent |
| Chloroprenpolymerisat .......... 30,00 |
| Wasserhaltiges Aluminiumoxyd |
| (A12 03 * 3 H2 O) . . . . . . . . . . . . . . 40,00 |
| Gebrannter Ton . . . . . . . . . . . . . ... 17,55 |
| Magnesiumoxyd .......... . ..... 1,25 |
| Zinkoxyd ...................... 2,00 |
| Antioxydans .................... 0,70 |
| Weichmacher ................... 8,00 |
Diese Probe war annähernd 19 mm dick und 15 cm im Quadrat, und
sie wurde fertiggestellt durch Härtung in einer Form für 30 Minuten bei 150° C.
Ein Fehler vom Zerfressungstyp wurde bei dem Kriechtest nach 30 Stunden bemerkt.
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Für Vergleichszwecke wurde eine übliche Verbindung mit dem Chloroprenpolymerisat
aber ohne wasserhaltiges Aluminiumoxyd in Form einer Probe als Isolierplatte hergestellt
und in gleicher Weise untersucht. Diese Probe zeigte bei dem gleichen Versuch nach
einer Stunde Fehler mit verschiedenen Strombahnen an der Oberfläche. Beispiel V
Zusammen mit anderen Arten von organischen Isolierstoffen wurden Untersuchungen
angestellt an einem Epoxydgießharz (oder Äthoxylinharz). Das Harz wurde in verschiedenen
abgeteilten Mengen mit den Gewichtsprozentsätzen an wasserhaltigem Aluminiumoxyd
(AI., 0,3. 3 H., O), bezogen auf das Gesamtgewicht, gemischt, wie es unten in Tabelle
V angegeben ist, und zwar zusammen mit 8,5 Gewichtsprozent des Diäthylintriaminharzes
als Katalysator.
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Proben in Form von Versuchsplatten mit einer Dicke von etwa 0,15 mm
wurden gegossen und in der Form gehärtet bei
125 C für etwa 1 Stunde. Die
Untersuchungen wurden entsprechend dem im Beispiel I dargelegten Verfahren und in
dem Gerät nach Fig. 3 durchgeführt. Die unten in einer Tabelle aufgeführten Ergebnisse
wurden dabei erzielt.
| Tabelle V |
| Stunden |
| Material A1_ O, ' 3 H: 0 bis zum Art des Fehlers |
| Auftreten |
| oho des Fehlers |
| 0 kleiner als 1 Oberfläche |
| 20 18 Oberfläche und |
| Epoxyd- Zerfressung |
| harz ` 30 Zerfressung |
| 40 größer als Zerfressung |
| 50 200 Zerfressung |
| 66 J |
| Zerfressung |
Es wird bemerkt, daß bei diesem Epoxydharz die kritische Konzentration an Al., O.3
- 3 H_= O, d. h. die Konzentration, bei welcher die @ Verkohlung nicht mehr die
betriebsmäßige Lebensdauer begrenzt, auch über 20 Gewichtsprozent, bezogen auf den
gesamten Isolierstoff, beträgt. Beispiel VI Der genormte Widerstandstest gegen Bogenbildung
D 495-48 T der American Society of Testing Materials wurde auch mit Versuchsscheiben
aus Polyesterharz durchgeführt, welche bei Raumtemperatur gegossen, mit 0,6% Methyl-Äthyl-Keton-Peroxyd
katalysiert und mit 0,511/o Kobaltnaphthenat 6% beschleunigt wurden. Wasserhaltiges
Aluminiumoxyd zusammen mit Polyesterharz war die Mischung C 730 der Aluminium Company
of America. Die Versuchsergebnisse sind nachstehend in Tabellenform wiedergegeben.
| Tabelle VI |
| A B C D |
| Gewichtsanteile an |
| Polyesterharz ..... 100 100 100 100 |
| Gewichtsanteile an |
| wasserhaltigem Alu- |
| miniumoxyd ...... 0 35 50 70 |
| Mittlere Zeitdauer in |
| Sekunden des |
| Widerstands gegen |
| die Bogenbildung . . 88 134 137 152 |
Die mittlere Zeit bis zum Durchschlag wird, wie deutlich zu erkennen ist, durch
das wasserhaltige Aluminiumoxyd wesentlich verbessert.
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Obwohl zwar eine spezielle Form von wasserhaltigem Aluminiumoxyd,
und zwar speziell A1.=0.; ' 3 H,0 bei den Isolierstoffen der Anordnungen verwendet
wurden, die als Beispiele dienten, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung,
andere wasserhaltige Aluminiumoxyde, beispielsweise Al, O.; ' 2 H_ O und Alz 03
' H, O, in vorteilhafter Weise zu verwenden, wenn sie mit den ausgewählten organischen
Stoffen in einer Menge gemischt werden, die oberhalb des oben erläuterten kritischen
Bereichs liegt.
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Die Bezeichnung »Butylkautschuk« oder »Butylgummi«, wie sie im vorigen
verwendet wurde, bedeutet ganz allgemein ein festes Kautschukmischpolymerisat oder
ein Mischpolymerisat, welches das Ergebnis der Polymerisation aus einer Anzahl von
Stoffen bildet, die für Mischpolymerisate geeignet sind. Sie enthalten einen Hauptgewichtsanteil
(d. h. 60 bis 99%) eines Olefins (Monoolefin), und zwar speziell ein Isoolefin,
d. h. Isobutylen, 2-Äthyl, Buten-1 usw. und einen geringeren Anteil (d. h. 1 bis
40%) an konjugiertem Diolefin, d. h. Butadien-1,3, Isopren, Cyclopendadien, Pentadien-1,3,
Hexadien-2,4 usw. Der Butylkautschuk, der im Zusammenhang mit den obigen Proben
erwähnt wurde, war ein Mischpolymerisat aus etwa 98 Teilen Isobutylen und 2 Teilen
Isopren.
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Die Bezeichnung »Chloroprenpolymerisat« bezieht sich auf ein festes
elastisches Polymerisat des 2-Chlorbutadiens (Chloropren). Die Bezeichnung »Epoxydharz«
oder »Athoxylinharz« soll sich auf ein komplexes Epoxydharz beziehen, welches aus
einem Polyätherderivat einer Polyoxyverbindung, d. h. Polyoxyalkohol oder Phenol
mit Epoxydgruppen, besteht. Die Äthoxylinharze, wie sie eben definiert wurden, sind
an verschiedenen Stellen in der Technik offenbart, beispielsweise in den USA.-Patentschriften
2 324 483 und 2 444 333, den britischen Patenten 518 057 und 579 698. Die USA.-Patente
2 494 295, 2 500 600, 2 511913 und 2 691007 offenbaren andere Beispiele
von Athoxylinharzverbindungen, welche unter die Definition fallen. Ein Härten dieser
Verbindungen wird leicht erreicht durch saure Stoffe (z. B. Phthalsäureanhydrid)
oder stark alkalische Stoffe (z. B. Diäthylentriamin).
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Die Bezeichnung »Polyesterharz« bezieht sich auf ein polymerisierbares
ungesättigtes Polyester, welches das Reaktionsprodukt eines gesättigten oder ungesättigten
Polyoxyalkohols und einer gesättigten
oder ungesättigten mehrbasigen
Säure darstellt entweder mit oder ohne einen modifizierten monomeren Stoff, beispielsweise
Styren usw. Spezielle Beispiele sind Diäthylen-Glykol-Maleat, Dipropylen-Glykol-Maleat,
Dyäthylenglykol, Fumarat, Dyallylphthalat. Solche Stoffe werden leicht polymerisiert
durch Peroxydkatalysatoren, beispielsweise Benzoylperoxyd.