DE1193133B - Verfahren zur Herstellung isolierender, starrer, selbsttragender, geformter Koerper mit die Licht-bogenbildung in elektrischen Apparaten unterdrueckender Wirkung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02c

Deutsche KL: 21c-35/06

Nummer: 1193 133

Aktenzeichen: R19734 VIII d/21 c

Anmeldetag: 3. Oktober 1956

Auslegetag: 20. Mai 1965

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Isolierkörpern für elektrische Apparate oder Geräte mit elektrischen Lichtbögen unterdrückender Wirkung, wie sie insbesondere beim Öffnen von Schaltern oder beim Schmelzen von Schmelzsicherungselementen auftreten, in denen starke elektrische Ströme verlaufen. Es wurde bereits vorgeschlagen, derartige Lichtbögen durch die Verwendung eines Schildes oder Schirmes zu unterdrücken, der sich längs des Lichtbogenweges erstreckt und diesen Weg üblicherweise mindestens teilweise umgibt. Die V/irksamkeit solcher Abschirmungen hängt von ihrer physikalischen Gestalt sowie von ihrer Zusammensetzung ab.

In vielen Fällen bildet ein solcher Schirm ganz oder teilweise die Umhüllung oder Ummantelung eines Schalters oder einer Schmelzsicherung und hat sowohl bauliche bzw. konstruktive als auch lichtbogenunterdrückende Funktionen zu erfüllen.

Durch die Erfindung wird bezweckt, einen lichtbogenunterdrückenden Körper, z. B. einen Schirm, einen Mantel, eine Umhüllung, ein Gehäuse, eine Grundplatte od. dgl. für Schalter, Schmelzsicherungen usw. oder dergleichen zu schaffen, welcher bezüglich seiner Fähigkeit, Lichtbögen zu unterdrücken, bessere Eigenschaften als die bisher bekannten Körper dieser Art hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in an sich bekannter Weise von Verbindungen der Metalle Magnesium öder Aluminium und einem wasserunlöslichen Bindemittel ausgegangen. Die gewünschten Körper werden nun jedoch nicht wie bisher üblich in einem Sinter- oder Brennverfahren, d. h. auf keramischem Wege, hergestellt, sondern die Neuerung besteht darin, daß Oxyde oder Hydrate der genannten Metalle in Mischung mit mindestens 10 % Bindemittel kalt verformt und anschließend getrocknet werden. Vorzugsweise v/ird eine Mischung der Oxyde oder der Hydrate beider Metalle verwendet.

Die durch eine solche Kaltverformung gegenüber keramischen Körpern erzielten Vorteile liegen einmal in der einfacheren Herstellungsweise ohne Anwendung hoher Temperaturen und zum anderen in der Vermeidung des beim Brennen auftretenden Schwunds und somit größerer Maßhaltigkeit der Endprodukte.

Zwar ist in der deutschen Patentschrift 761194 eine Masse zum Einbetten von Heißleitern beschrieben, welche Magnesiumoxyd und Äthylalkohol in mindestens 15 % Wasser enthält und kalt zu Platten verformt wird. Abgesehen davon, daß diese Massen kein wasserunlösliches Bindemittel enthalten, sollen sie auch gar nicht zur Unterdrückung der Licht-Verfahren zur Herstellung isolierender, starrer,
selbsttragender, geformter Körper mit die Lichtbogenbildung in elektrischen Apparaten
unterdrückender Wirkung

Anmelder:

Rostone Corporation, Lafayette, Ind. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Paul W. Jones,

Robert E. Wilkinson, Lafayette, Ind. (V. St. A.)

bogenbildung dienen, vielmehr einen anderen Zweck, nämlich den der Isolierung erfüllen.

Das wasserunlösliche Bindemittel in den erfindungsgemäß verwendeten Massen kann organisch oder anorganisch sein. Das Verhältnis bzw. der Anteil der Aluminium- oder Magnesiumoxyde oder -hydrate kann in weiten Grenzen schwanken, etwa von etwa 5 bis etwa 90 % der gesamten Zusammensetzung, wobei dieser Anteil auch von einer Anzahl anderer Faktoren abhängt, wie z. B. der Natur des Bindemittels, anderer Bestandteile und der gewünschten konstruktiven Festigkeit. Ein für die Zwecke der Erfindung geeignetes organisches Bindemittel kann ein beliebiges Harz sein, wie z. B. ein Phenolharz, Harnstoff, Melamin, Silicon oder Polyesterharz, oder ein anderes Kunstharz. Geeignete anorganische Bindemittel sind Calcium enthaltende Stoffe, wie z. B. Portlandzement oder Mischungen von Schiefer, Ton und Kalk. Bei organischen Bindemitteln ist es häufig erwünscht, Asbest neben dem Aluminiumoder Magnesiumoxyd oder -hydrat als Füllmittel zu nehmen, Asbest kann auch in gleicher Weise bei Zusammensetzungen verwendet werden, welche anorganische Bindemittel enthalten.

Nachstehend werden einige Beispiele für erfindungsgemäß zu verwendende, kalt verformbare Massen angegeben.

509 570/362

Massen mit organischen Bindemitteln Beispiel 1

70 % Aluminiumoxyd, Aluminiumhydrat, Magnesiumoxyd und/oder Magnesiumhydrat,

15% Asbest,

15% Bindemittel.

Beispiel 2

90% Aluminiumoxyd, Aluminiumhydrat, Magnesiumoxyd und/oder Magnesiumhydrat,

10% Bindemittel.

Beispiel 3

5 % Aluminiumhydrat und/oder Magnesiumhydrat,

bis 85 % andere Füllmittel, bis 10% Bindemittel.

Beispiel 4

10% Aluminiumoxyd, bis 80% andere Füllmittel, bis 10% Bindemittel.

Beispiel 5

15% Magnesiumoxyd, bis 75% andere Füllmittel, bis 10% Bindemittel.

Massen mit anorganischen Bindemitteln Beispiel 6

60% Aluminiumoxyd, Aluminiumhydrat, Magnesiumoxyd und/oder Magnesiumhydrat,

20% Asbest,

20% Bindemittel.

Beispiel 7

90% Aluminiumoxyd, Aluminiumhydrat, Magnesiumoxyd und/oder Magnesiumhydrat,

10% Bindemittel.

Beispiel 8

5 % Aluminiumhydrat und/oder Magnesiumhydrat,

bis 75 % andere Füllmittel, bis 20% Bindemittel.

Beispiel 9

35% Aluminiumoxyd, bis 45 % andere Füllmittel, bis 25 % Bindemittel.

Beispiel

15 % Magnesiumoxyd, bis 50 % andere Füllmittel, bis 35 % Bindemittel.

Die vorstehend als »anderes Füllmittel« bezeichneten Stoffe sind inerte Zusätze, welche die Materialkosten verringern oder die bauliche Festigkeit des Formkörpers erhöhen. Zur Verwendung als derartige andere Füllmittel geeignete Stoffe sind z.B. Flugasche, Glimmer, Baryt, Zirkon, Kieselerde (Siliciumdioxyd), Schlämmkreide, Kalkstein und Asbest.

Die aktiven lichtbogenunterdrückenden Bestandteile in den Zusammensetzungen der vorstehenden Beispiele können in handelsüblichen Sorten und Qualitäten verwendet werden. Die Aluminiumhydrate haben eine Zusammensetzung, welche durch die Formel Al₂O₃ · 3 H₂O oder Al (OH)₃ gekennzeichnet ist. Das Aluminiumoxyd kann ein handelsübliches kalziniertes oder tabelliertes Aluminiumoxyd sein, üblicherweise ein kalziniertes oder auf 1000 bis 1950° C erhitztes, aber vorzugsweise nicht geschmolzenes Aluminiumhydrat. Geschmolzenes Aluminiumoxyd, welches ungefähr 2050° C für seine Bildung benötigt, besteht aus Kristallen, welche die Eigenschaft von Schleifmitteln haben und eine außerordentliche Abnutzung der Formen hervorrufen. Das verwendete Magnesiumoxyd kann irgendeine nicht gelöschte handelsübliche Sorte sein, einschließlich

ao stark gebrannter oder tot gebrannter Magnesia oder Periklas. Das Magnesiumhydrat, Mg(OH)₂, kann irgeneine handelsübliche oder technische Qualität von Magnesiumhydrat sein. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, ein Magnesiumhydrat zu verwenden,

as welches durch Löschen von leicht gebrannter Magnesia gebildet ist.

Wie aus einem Vergleich des Beispieles 3 mit den Beispielen 4 und 5 oder des Beispiels 8 mit den Beispielen 9 und 10 ersichtlich ist, stellen die Hydrate wirksamere lichbogenunterdrückende Stoffe dar als die Oxyde. Wenn der lichtbogenunterdrückende Bestandteil in verhältnismäßig geringer Proportion vorhanden ist, geben die Aluminiumzusammensetzungen etwas bessere Resultate mit organischen Bindemitteln als die Magnesiumzusammensetzungen, während das Umgekehrte der Fall ist, wenn das Bindemittel anorganischen Charakter hat.

Im allgemeinen hängt die Auswahl einer für eine bestimmte Verwendung passenden Zusammensetzung von einer Anzahl Faktoren ab, zu denen auch die Verfügbarkeit und die Kosten des Materials und die Funktion, welche das Material ausüben soll, gehören. Ein Material, welches organische Bindemittel enthält, ist im allgemeinen fester als ein Material, welches anorganische Bindemittel enthält, und wird, wenn es kostenmäßig möglich ist, im allgemeinen für Einrichtungen vorgezogen, welche bauliche Funktionen zu erfüllen haben, oder für Verwendungszwecke, bei denen die Einrichtung Stoßen oder Erschütterungen irgendwelcher Art oder sonstigen Schlagen unterworfen ist. Hohe Prozentsätze von lichtbogenunterdrückenden Bestandteilen neigen dazu, eine konstruktive Schwäche hervorzurufen, insbesondere wenn der lichtbogenunterdrückende Bestandteil aus Magnesiumoxyd besteht.

Bei der Kaltverformung der Zusammensetzungen zu lichtbogenunterdrückenden Einrichtungen unter Verwendung von organischen Bindemitteln werden die Bestandteile vorzugsweise zuerst in trockenem Zustand vermischt. Die gemischte trockene Mischung wird dann mit einem Stoff benetzt, welcher das Bindemittel auflöst oder weich macht, und das Mischen wird dann fortgesetzt. Die benetzte Mischung wird dann granuliert und unter Druck zu dem gewünschten Körper geformt. Nach dem Formungsvorgang werden die Körper in Backöfen mit erhöhter Temperatur, welche allmählich bis zu einem Maximum von 150 bis 206° C ansteigt, getrocknet.

Zusammensetzungen mit organischen Bindemitteln können alternativ durch einen Warmformungsprozeß hergestellt werden. In diesem Falle würde eine feuchte oder benetzte, in vorstehend beschriebener Weise hergestellte Mischung vor der Granulierung getrocknet werden, und das trockene granulierte Produkt würde unter Anwendung von Wärme und Druck in die Form des gewünschten Gegenstandes gebracht werden, wie dies bei den üblichen Kompressionsformverfahren gemacht wird. Da die Flüssigkeit einer warmverf ormten Mischung von der Erweichung des Bindemittels abhängt, soll der Bindemittelgehalt solcher Mischungen vorzugsweise nicht geringer als ungefähr 35% sein.

Bei der Herstellung von Körpern aus Zusammen-Setzungen mit anorganischen Bindemitteln werden die Bestandteile zuerst trocken gemischt, sodann wird Wasser hinzugefügt und das Mischen fortgesetzt. Nach einem Granulierungsvorgang wird die Zusammensetzung in die gewünschte Form verformt, und ao die geformten Körper werden entweder durch Alterung getrocknet oder indem man sie gesättigtem Dampf unter Druck aussetzt. Nach dem Trocknen bei etwa 206° C werden die Formkörper kurz in geschmolzenes Wachs eingetaucht, um sie zu imprägnieren und um die Neigung des Materials zum Absorbieren von Feuchtigkeit zu verringern.

Wenn von lichtbogenunterdrückender Wirkung gesprochen wird, so ist darunter nicht zu verstehen, daß die Lichtbogenbildung ganz verhindert wird. Die erfindungsgemäß erhaltenen Körper haben jedoch das Bestreben, jeden sich bildenden Lichtbogen zu löschen, sie verhindern stark die durch den Lichtbogen gelieferte Energie, und in Schaltgeräten, welche so häufig in Tätigkeit treten, daß Temperaturerhöhungen und ein Ionisierungszustand der. Atmosphäre in der Schalterkammer auftreten, verzögern sie erheblich die Entstehung von Bedingungen, welche zur Bildung eines permanenten Lichtbogens führen. Bei Zusammensetzungen mit einem organischen Bindemittel verringern die lichtbogenunterdrückenden Substanzen gemäß der Erfindung die Neigung des Bindemittels, auf der Oberfläche des Materials zu verkohlen und einen leitenden Weg zu bilden. Als Folge dieser charakteristischen Merkmale der Erfindung kann der zwischen den Schalterkontakten vorgesehene Zwischenraum vermindert werden, und auf diese Weise ist es möglich, die Gesamtgröße des Schaltergerätes für eine gegebene Leistung zu verringern.

Während im vorstehenden als allgemeine Regel angegeben worden ist, daß höhere Anteile an Magnesium- oder Aluminiumoxyd oder -hydrat eine verstärkte Fähigkeit zur Lichtbogenunterdrückung bewirken, kann diese Angabe insofern näher bestimmt werden, als für Aluminiumoxyd und in geringerem Maße auch für Magnesiumoxyd ein optimaler Anteil besteht. Dieser optimale Anteil liegt für beide Oxyde und unabhängig davon, ob das Bindemittel organisch oder anorganisch ist, bei etwa 80 bis 85 °/o. Eine Zusammensetzung, deren Oxydanteil größer als das Optimum ist, zeigt auch noch eine verbesserte lichtbogenunterdrückende Wirkung, aber sie ist etwas weniger wirksam als eine Zusammensetzung, welche die optimale Konzentration enthält.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung isolierender, starrer, selbsttragender, geformter Körper mit die Lichtbogenbildung in elektrischen Apparaten unterdrückender Wirkung, bestehend aus Verbindungen der Metalle Aluminium oder Magnesium und einem wasserunlöslichen Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß Oxyde oder Hydrate der Metalle in Mischung mit mindestens 10% Bindemittel kalt verformt und anschließend getrocknet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung der Oxyde beider Metalle verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung der Hydrate beider Metalle verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 256 517, 678 744,
690 203, 761194, 833 066;
britische Patentschriften Nr. 446 106, 506 698;
USA.-Patentschrift Nr. 2 524 601.

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