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Verfahren zur Herstellung dielektrischer Faserstoffbahnen Die Erfindung
bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung dielektrischer Faserstoffbahnen, wie
z. B. Papierbahnen, die mit einem Kleber hoher dielektrischer Festigkeit versehen
sind zum Wickeln von elektrischen Isolierkörpern, insbesondere elektrischer Durchführungen
aller Art, z. B. auch von Kondensatordurchführungen.
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Bisher wurden Wickel z. B. für Kondensatordurchführungen aus klebharzbeschichtetem
Papier hergestellt. Hierzu wird das Papier zunächst mit einem Klebharz vorbehandelt
und dann zu Rollen aufgewickelt. Diese werden in die Wickelmaschine eingesetzt,
in welcher ein Wickelkern bereits eingespannt ist. Das aufzuwickelnde Papier wird
sodann über eine heiße Platte oder beheizte Walzen gezogen, wobei das Harz schmilzt,
und dann unter Vorspannung auf den Wickelkern unter Verwendung von Wickelrollen
mit entsprechendem Druck aufgerollt. Hierdurch wird der Wickel (Durchführungskörper)
verdichtet. An verschiedenen Stellen können in den auf diese Weise hergestellten
Wickel oder Durchführungskörper Lagen von Metallfolien mit eingewickelt worden sein,
um dadurch eine Steuerung der Feldstruktur im Innern des Wickels oder Durchführungskörpers
in beliebiger Weise, vorzugsweise in gleichmäßiger Form, zu erreichen.
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Bei der bekannten Herstellung des Wickelpapiers wird das Papier durch
einen Rollensatz gezogen, der eine Harzlösung (z. B. in Alkohol gelösten Schellack,
Phenolharz u. a.) in bestimmter Stärke auf eine Seite des Papiers aufbringt. Das
Papier läuft dann durch einen Trockenofen, in dem der Harzüberzug auf dem Papier
getrocknet wird. Dadurch wird erreicht, daß die Papierlagen in den aus diesem harzbeschichteten
Papier hergestellten Rollen nicht aneinanderkleben. Diese Papierrollen werden dann
den Wickelvorrichtungen zugeführt.
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Es ist auch bekannt, die Faserstoffbahnen zuerst mit einem Material
hoher dielektrischer Festigkeit zu tränken, hierauf mit einem Anstrich eines Bindemittels
zu versehen und dann schichtweise aufzustapeln oder aufzurollen. Derartig hergestellte
Wickelkörper haben- jedoch noch den Mangel, daß sie nicht genügend feuchtigkeitsbeständig
sind und zahlreiche Poren und Bläschen haben. Auch läßt ihre mechanische und elektrische
Festigkeit zu wünschen übrig. Zur Abhilfe ist es bekannt, mit härtbarem oder erhärtendem
Harz oder Kunstharz getränkte Faserstoffbahnen in dünnen Schichten für sich gepreßt
und gehärtet und nach beendeter Pressung und Härtung unter Anwendung eines Bindemittels
zur Rohrform zu wickeln. Das Rohr besteht dann aus einer Reihe von Faserstoffschichten,
von denen jede Schicht mit einer elektrisch hochwertigen Preßhaut versehen ist.
Hierbei werden die Faserstoffbahnen zuerst mit Öl
getränkt und dann mit einem
Anstrich mit Bindemitteln versehen. Durch das Tränken mit Öl werden zwar die Poren
in der Fasterstoffbahn zunächst mit Öl gefüllt. Das Öl wird aber beim Aufbringen
des Anstriches durch das Lösungsmittel des Anstriches wieder aus den Poren des Papiers
herausgelöst. Der porenfüllende Effekt des Öles ist dadurch zum großen Teil wieder
vernichtet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Öl in das Anstrichmittel,
also Harzlösungsmittel, eintritt und das Anstrichmittel die Harzlösung verunreinigt.
Deshalb ist die Papierbahn nicht feuchtigkeitsbeständig und weist auch keine große
elektrische und mechanische Festigkeit auf.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
die Faserstoffbahn zunächst mit dem Klebharz überzogen und so weit getrocknet wird,
daß sie, ohne zu kleben, aufgewickelt werden kann und daß die Faserstoffbahn vor
dem Wickeln mit Öl imprägniert wird. Aus der mit Klebharz und Öl versehenen Faserstoffbahn
wird im gleichen Arbeitsgang eine Vorratsrolle gewickelt. Diese Vorratsrolle wird
erst später in einem zweiten Arbeitsgang weiterverarbeitet. Das Ölbad wird während
der Tränkung der Faserstoffbahn vorteilhafterweise auf einer Temperatur von 70 bis
80° C gehalten. Als
Klebharz kann Schellack oder Phenolharz oder
Epoxydharz oder es können auch Mischpolymerisate auf Polyvinylbasis verwendet werden.
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Von dem Augenblick an, in dem die Papierbahn durch das Ölbad gezogen
wird, bis sie schließlich zu einem Wickel oder einer Durchführung aufgewickelt wird,
ist das Öl bestrebt, in das Papier einzudringen und alle Papierfasern zu benetzen.
Dadurch wird eine fast vollständige Entfernung der Luft von der Faseroberfläche
und aus den Räumen zwischen den Fasern des Papiers der Papierbahn erreicht.
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Das Verfahren der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 3 näher
erläutert. Es zeigt F i g. 1 teilweise eine Ansicht und teilweise einen vertikalen
Schnitt einer Durchführung, die mit einem nach der Erfindung hergestellten Band
gewickelt ist und z. B. geeignet ist, in die Wand eines Kessels eingebaut zu werden,
F i g. 1 A eine Ansicht des Kondensatorkörpers für die Durchführung nach der F i
g. 1, F i g. 2 eine schematische Darstellung der Herstellung der Faserstoffbahn,
F i g. 3 eine schematische Darstellung der Wickelvorrichtung.
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Die Durchführung 1 hat einen Durchführungsleiter 2, der aus rohrförmigem
oder auch aus vollem Material bestehen kann, was von der endgültigen Verwendung
der Durchführung abhängt.
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Der Durchführungsleiter 2 ist mit Lagen 3 aus Papier umwickelt, welches
entsprechend der folgenden Beschreibung mit Öl behandelt wird. Eine oder mehrere
Lackschichten 9 sind außen angeordnet und an der Luft getrocknet. Mit 4 ist ein
Befestigungsteil, z. B. ein rohrförmiger Überzug, bezeichnet, der auf den mittleren
Teil des Durchführungswickels 5 aus dielektrischem Material mit Hilfe einer Presse
geschoben und z. B. an der Stelle 6 a an einem Montageflansch 6 angeschweißt ist.
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Ein zylindrischer Ring 7 ist mit Hilfe eines Tellers 38 am Befestigungsrohr
4 abgestützt. Er trägt ein Porzellangehäuse 8, auf dem eine Abschlußkappe 10 angeordnet
ist. Mit 7a und 7b sind Verschlußstellen, z. B. aus Kitt, Blei oder
ähnlichem Werkstoff, bezeichnet.
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Eine Prüfklemme 11 ist mit einem elektrisch leitenden Draht
11 a mit der Lackschicht 9 verbunden und dient zur periodischen Prüfung
der Durchführung nach an sich bekannten Prüfverfahren.
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In dem Raum 12 zwischen der inneren Oberfläche des Porzellangehäuses
8 und der äußeren Oberfläche des Durchführungskörpers 5 ist ein dielektrischer Werkstoff,
wie z. B. ein plastisches oder gummiartiges Material oder eine Substanz auf Asphaltbasis
oder Öl angeordnet, um die Luft soweit wie möglich aus dem Raum 12 zu entfernen.
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Eine solche Durchführung kann beispielsweise durch eine Öffnung
13 a in dem Deckel 13 eines Schaltkastens oder Transformators geführt
werden.
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Die F i g. 1 A zeigt den Durchführungsleiter 2 mit dem auf ihn gewickelten
Kondensatorkörper 5 und einer äußeren Lackschicht 9; welche vor dem Einbau des Kondensatorkörpers
in seine Ummantelung aufgebracht wurde.
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In der F i g. 2 ist mit 14 eine Vorratsrolle bezeichnet, die z. B.
aus einer Papierbahn 21 oder aus einer Bahn aus anderem dielektrischem Fasermaterial
bestehen kann. Die Papierbahn 21 wird von Rollen 15, 16 und 22 weitertransportiert
und dabei über eine Rolle 17 geleitet,- die mit flüssigem Harz benetzt ist
und zu diesem Zweck in ein Bad 18 von flüssigem Harz 20 taucht. Das Bad 18 kann
aus Schellack oder einem Kunstharzgemisch, wie z. B. aus Polyvinylazetatharzen und
Phenolharzen oder Mischungen ,aus Polyvinylharz,-wie Z- B. Polyvinylazetat
oder anderen Harzen bestehen. Auch gewisse Epoxyharze können verwendet werden. Das
flüssige Harz 20 wird auf die untere Seite der Papierbahn 21 aufgetragen. Die Papierbahn
läuft weiter über die Rolle 22 in einen Trockenofen oder einen Trockenturm 23, der
durch Brenner 24 oder andere Heizmittel, z. B. Heizkörper, auf einer entsprechend
hohen Temperatur gehalten wird. Ferner trocknet das Harz so weit, daß die Papierbahnlagen,
nachdem sie zu einer Rolle aufgewickelt sind, nicht aneinanderkleben. Die aus dem
Trockenofen 23 kommende Papierbahn 21 wird durch Rollen 26,27 und
28 in einen Tank 39 geleitet, welcher mit Öl 40 von etwa 70 oder 80° C gefüllt
ist. Im Tank 39 wird die Papierbahn 21 über Rollen 29 und 30 geführt. Die Geschwindigkeit
der Papierbahn im Tank 39 ist so bemessen, daß die Papierbahn genügend Zeit hat,
um eine ausreichende Menge Öl zu absorbieren. Anschließend läuft die ölgetränkte
Papierbahn 21 durch Quetschrollen 31 und 32, die den Ölüberschuß abstreifen. Schließlich
wird das ölgetränkte Papier zu einer Rolle 25 aufgewickelt.
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Die F i g. 3 zeigt schematisch die Herstellung eines Wickel- bzw.
Durchführungskörpers 5. Die ölgetränkte Papierbahn 21 läuft von der Rolle 25 ab
und über eine Heizplatte 33 den Rollen 34, 35, 36 zu, die im Dreieck angeordnet
sind und in an sich bekannter Weise den Wickelkörper durch Aufrollen der Papierbahn
bilden. Die Rolle 34 ist eine Heizrolle. Die Rolle 35 regelt den Druck, mit dem
die Papierbahn auf den Wickelkörper 5 beim Aufwickeln gepreßt wird. Während dieses
Aufwickelprozesses können Metallfolien zwischen die einzelnen Windungen des Wickelkörpers
5 gebracht werden, so daß ein Kondensatorkörper entsteht.
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Wesentlich bei der Erfindung ist es, daß die Papierbahn 21 nach der
Behandlung mit dem Harz in ein Ölbad gebracht wird, in welchem es eine genügend
lange Zeit verbleibt, um mit 01 imprägniert zu werden. Nachdem die Papierbahn das
Ölbad verlassen hat, hat das Öl Zeit, in die Faserstruktur des Papiers einzudringen.
Diese zusätzliche Imprägnierung der Papierbahn 21 findet in der Vorratsrolle 25
statt.
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Es wurde festgestellt, daß die ölbehandelte Papierbahn 21 genau in
der gleichen Weise während der Herstellung des Wickels wie eine Papierbahn behandelt
werden kann, die nur ein Harz, z. B. Schellack; an ihrer Oberfläche hat, d. h.,
die ölpräparierte Papierbahn kann in der bisher üblichen Weise, wie es in der F
i g. 3 dargestellt ist, gewickelt werden, ohne daß sich Schwierigkeiten beim Wickelprozeß
ergeben. Es hat sich sogar gezeigt, daß sich das ölgetränkte Papier genauso gut
wie nicht ölgetränktes Papier wickeln läßt. Überraschenderweise hat sich gezeigt,
daß auch bei einem überschuß von Öl das Harz in sich und auch am Papier gut bindet.
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Durchführungen, welche mit einer nach der Erfindung hergestellten
Faserstoffbahn hergestellt wurden, haben überraschend gute Prüfresultate ergeben.
Es wurde festgestellt, daß solche Durchführungen, die aus ölgetränkten Bahnen bestehen,
eine höhere elektrische Stoßbeanspruchung aushalten und eine höhere
Glimmeinsatzspannung
haben. Die elektrische Festigkeit des Wickels 5 ist durch die Sättigung des harzgetränkten
Papiers mit Öl während des Herstellungsprozesses der Papierbahn verbessert worden.
Die Ölbehandlung bedingt während der Papierbeschichtung nur geringe Mehrkosten.
Die Wickelkosten selbst sind nicht höher als die Kosten für das Wickeln eines nicht
getränkten Papieres. Beträchtliche Verbesserungen wurden an Durchführungen nach
dem vorbeschriebenen Prinzip erreicht, dadurch, daß die mit Harz getränkte Papierbahn
während der Vorbereitung für den späteren Wickelprozeß mit Öl saturiert wurde.
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Das im Faserwerkstoff eingeschlossene Öl beeinträchtigt nicht die
klebenden Eigenschaften des Harzes, z. B. des Schellacks, jedoch werden die dielektrischen
Eigenschaften der Faserstoffbahn und des Wickels, wie oben erwähnt, verbessert.
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Es konnte kein Unterschied festgestellt werden, wenn zur Herstellung
von Wickeln zusätzlich metallische Folien angewendet werden. Der wesentliche durch
die Erfindung erzielte Fortschritt besteht darin, daß die aus dielektrischem Faserwerkstoff
bestehende Bahn 21 durch die Anwendung der Ölbadbehandlung eine erhöhte dielektrische
Festigkeit erhalten hat, weil die Luft aus den Fasern des Bahnwerkstoffes entfert
wurde.
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Als vorteilhaft hat sich erwiesen, das Öl auf die Papierbahn 21 während
der Herstellung des Durchführungswickels aufzubringen. Das Öl wird während des Wickelprozesses
durch Aufstreichen oder in einer anderen Weise in einer dünnen Schicht auf eine
Seite des Papiers z. B. mit Hilfe von Bürsten aufgebracht. Anschließend an den Wickelprozeß
wird der Durchführungskörper außen mit einer Lackschicht 9 bestrichen und an der
Luft getrocknet. Dadurch erhält man eine undurchdringliche, abschließende Schicht,
die einen Verlust von Öl, das zwischen die Lagen 3 gebracht wurde, verhindert. Hierdurch
wird erreicht, daß das Öl von den Papierbahnen 21 absorbiert wird und daß die Eigenschaften
der Durchführung besser als die einer nicht behandelten Durchführung werden. Allerdings
wird durch dieses Verfahren die Papierbahn 21 keineswegs mit Öl gesättigt,
weshalb die volle Güte der oben beschriebenen Ölbehandlung nicht erreicht werden
kann. Dieses Verfahren ist außerdem wegen der ölverschmierung für die Werkstatt
unangenehm und schwer kontrollierbar. Daher ist es nicht das bevorzugte Verfahren,
um das Öl auf die Papierbahn zu bringen.
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Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die an Hand der F i g. 1
bis 3 beschriebenen Anordnungen nur zur Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung
dienen und daß die spezielle Ausbildung dieser für die Durchführung des Verfahrens
dienenden Anordnungen nicht Gegenstand der Erfindung ist.