DE1205456B

DE1205456B - Process for drying organic electrical insulating materials and bodies made from them

Info

Publication number: DE1205456B
Application number: DES73455A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Veith; Dipl-Phys Dr Walter Voelkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-13
Filing date: 1961-04-13
Publication date: 1965-11-18

Description

Verfahren zum Trocknen von organischen elektrischen Isolierstoffen und daraus hergestellten Körpern Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von organischen elektrischen Isolierstoffen, z. B. Papier, und daraus hergestellten Körpern, z. B. elektrischen Kondensatoren, bei Temperaturen der Stoffe oder Körper, die höher sind als für diese längere Zeit verträglich.Process for drying organic electrical insulating materials and bodies made therefrom. The present invention relates to a method for drying organic electrical insulating materials, e.g. B. Paper, and from it manufactured bodies, e.g. B. electrical capacitors, at temperatures of the substances or bodies that are higher than tolerated for this long period of time.

Ein Verfahren dieser Art ist bereits zum Entfernen von Wasser aus Furnieren bekannt, wobei die Wärmeeinwirkung nicht so lange fortgesetzt werden darf, bis etwa Verbrennungen an den Furnieroberflächen auftreten, was dann der Fall ist, wenn die auf der Oberfläche vorhandene Wasserhaut ver-" schwunden ist.One procedure of this type is already made for removing water Veneering known, whereby the heat exposure must not be continued for so long, until burns occur on the veneer surfaces, which is the case then, when the skin of water on the surface has disappeared.

Auch bei der Verarbeitung oder zur Erzielung bestimmterEigenschaftenwerden elektrischeEinrichtungen, die organische Isolierstoffe enthalten, getrocknet. So werden aus derartigen Isolierstoffen aufgebaute elektrische Wickelkondensatoren während ihrer Herstellung getrocknet, z. B. im Vakuum. Gerade dabei ist eine möglichst weitgehende Entfernung der Feuchtigkeit aus dem Dielektrikum oder aus anderen, z. B. korrosionsgefährdetenTeilen,von großer Bedeutung.Also when processing or to achieve certain properties electrical equipment containing organic insulating materials. So are made of such insulating materials electrical wound capacitors dried during their manufacture, e.g. B. in a vacuum. Just one is possible extensive removal of moisture from the dielectric or from others, e.g. Parts at risk of corrosion are of great importance.

Um gemäß der dieser Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe die Trocknung in möglichst kurzer Zeit durchführen zu können, wäre an sich eine möglichst hohe Temperatur des Trocknungsgutes erwünscht, jedoch kann auf Grund der beschränkten thermischen Belastbarkeit der zu trocknenden Teile die Trocknung im allgemeinen bei nur mäßig hohen Guttemperaturen durchgeführt werden. So ist es z. B. üblich, Kondensatoren, die Zellulose - oder andere Kunststoffdielektrika enthalten, unter einem Vakuum von 10-1 bis 10-3 Torr und bei Trocknungskesseltemperaturen bis höchstens 130° C zu trocknen. Es sind zwar auch schon für die Trocknung von Papier höchstzulässige Guttemperaturen von 140 und 150° C erwähnt worden, jedoch ist bei derartigen Temperaturen nach Meinung der Fachwelt bereits eine Schädigung des Trocknungsgutes zu erwarten, so daß diese tunlichst vermieden werden sollen. Bei Untersuchungen, die sich auf die Wärmebehandlung von organischen Isolierstoffen und daraus aufgebauten Kondensatoren erstreckten, hat sich nun gezeigt, daß die bisher zweckmäßig erkannten höchstmöglichen Guttemperaturen ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften der organischen Isolierstoffe und der daraus hergestellten elektrischen Kondensatoren überschritten werden können, wenn man die Behandlungszeit entsprechend der gewählten Temperaturhöhe verkürzt.According to the object underlying this invention, the drying To be able to perform in the shortest possible time would in itself be as high as possible Desired temperature of the items to be dried, however, due to the limited thermal load capacity of the parts to be dried drying in general be carried out at only moderately high product temperatures. So it is z. B. common, Capacitors that contain cellulose or other plastic dielectrics under a vacuum of 10-1 to 10-3 Torr and at drying kettle temperatures up to a maximum 130 ° C to dry. It is true that the maximum permissible values are also allowed for drying paper Good temperatures of 140 and 150 ° C have been mentioned, but at such temperatures In the opinion of experts, damage to the items to be dried can already be expected, so that these should be avoided as much as possible. In investigations that focus on the heat treatment of organic insulating materials and capacitors built from them extended, it has now been shown that the hitherto appropriately recognized highest possible Good temperatures without impairing the properties of the organic insulating materials and the electrical capacitors made from them can be exceeded, if the treatment time is shortened according to the selected temperature level.

Bei dem eingangs beschriebenen Trocknungsverfahren wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die ihre elektrischen oder mechanischen Eigenschaften unzulässig beeinträchtigende Strukturänderung der Stoffe infolge thermischer Zersetzung die Behandlungszeit bestimmt.In the drying process described at the outset, therefore, according to the invention suggested that their electrical or mechanical properties are impermissible impairing structural change of the substances as a result of thermal decomposition Treatment time determined.

Um eine Beeinträchtigung des Isolierstoffes mit Sicherheit zu vermeiden, ist es notwendig, die erforderliche Behandlungszeit bei der erhöhten Guttemperatur vorher genau festzulegen. Dazu muß die Strukturveränderung des Isolierstoffes ermittelt werden, die gerade noch zu keiner unzulässigen Verschlechterung seiner Eigenschaften führt. Dies geschieht z. B. dadurch, daß der infolge thermischer Zersetzung entstehende Gewichtsverlust des Trocknungsgutes, bei welchem eine Beeinträchtigung seiner elektrischen oder mechanischen Eigenschaften noch nicht feststellbar ist, bestimmt wird. Die gewünschte Behandlungstemperatur, auf die das Trocknungsgut aufgeheizt wird, wird dann nur so lange aufrechterhalten, daß der durch thermische Zersetzung entstehende Gewichtsverlust die zulässige Grenze nicht überschreitet. Wenn man einen feuchten organischen Isolierstoff auf höhere Temperaturen erhitzt, dann entsteht in diesem ein Gewichtsverlust, der sich aus aus dem Trocknungsgut entfernter Feuchtigkeit und aus anderen, durch thermischen Abbau entstehenden gasförmigen Zersetzungsprodukten des Trocknungsgutes zusammensetzt. Diese beiden Anteile lassen sich voneinander trennen, und somit läßt sich auch der Anteil bestimmen, der lediglich durch thermische Zersetzung entsteht. An Stelle des Gewichtsverlustes kann z. B. durch Spektroskopie auch unmittelbar quantitativ das bei Erwärmung im Vakuum abgeschiedene Zersetzungsprodukt untersucht werden und daraus auf die eingetretenen Strukturänderungen im Isolierstoff Rückschlüsse gezogen werden. Auch diese Methode gestattet die Bestimmung der zulässigen Behandlungsdauer. Wenn man diese Werte für die in Frage kommenden Temperaturen bestimmt hat, kann man irgendeine von diesen als Guttemperatur wählen, auch eine Temperatur, die höher als die bisher benutzten Temperaturen ist, z. B. bei Papier 170° C, und die Behandlungszeit bei dieser Temperatur so bemessen, daß höchstens der erwähnte Gewichtsverlust durch thermische Zersetzung eintritt. Der in dieser Weise behandelte Isolierstoff hat dann gegenüber der üblichen Wärmebehandlung keine durch Zersetzung hervorgerufenen schlechten Eigenschaften. Man kann nun mit Hilfe derart stark erhöhter Trocknungstemperaturen eine wesentliche Verringerung der bisherigen Trocknungszeiten erreichen.In order to definitely avoid impairment of the insulating material, it is necessary to have the required treatment time at the increased product temperature to be determined beforehand. To do this, the structural change in the insulating material must be determined be that just barely any undue deterioration in its properties leads. This happens e.g. B. in that the resulting thermal decomposition Loss of weight of the item to be dried, in which an impairment of its electrical or mechanical properties cannot yet be determined. the desired treatment temperature to which the material to be dried is heated then only maintained so long that the thermal decomposition produced Weight loss does not exceed the allowable limit. If you have a damp organic insulating material heated to higher temperatures, then arises in this a weight loss resulting from moisture removed from the items to be dried and from other gaseous decomposition products resulting from thermal degradation of the goods to be dried. These two parts can be separated from each other separate, and thus the portion can also be determined that is only due to thermal decomposition arises. Instead of weight loss, z. B. by spectroscopy also directly quantitatively investigated the decomposition product deposited when heated in a vacuum and conclusions can be drawn from this on the structural changes that have occurred in the insulating material to be pulled. This method also allows the permissible duration of treatment to be determined. When you have determined these values for the temperatures in question, you can you can choose any of these as a good temperature, even a temperature that is higher than the temperatures previously used, e.g. B. for paper 170 ° C, and the treatment time dimensioned at this temperature so that at most the aforementioned weight loss through thermal decomposition occurs. The insulating material treated in this way has then, compared to the usual heat treatment, none caused by decomposition bad properties. One can now use such greatly increased drying temperatures achieve a significant reduction in previous drying times.

Je nach Art und Form des vorliegenden Trocknungsgutes können Infrarotstrahler, Hochfrequenzfelder, hocherhitzte Gase, Inertgase oder Gasgemische als Wärmequelle dienen.Depending on the type and shape of the items to be dried, infrared emitters, High-frequency fields, highly heated gases, inert gases or gas mixtures as a heat source to serve.

Da das Trocknungsgut z. B. häufig in geballtem Zustand vorliegt, beispielsweise dadurch, daß Kondensatoren aufeinandergestapelt werden, würde bei der Trocknung eine höhere Erwärmung der außenliegenden Teile des geballten Gutes einsetzen, und abgesehen von dessen ungleichmäßiger Behandlung, in den äußeren Schichten eine unzulässig hohe Zersetzung und im Inneren eine nicht genügende Trocknung erzielt. Um dies zu vermeiden, empfiehlt es sich, das Trocknungsgut so zu erwärmen, daß an jeder Stelle annähernd im gleichen Zeitpunkt die gleiche Temperatur erreicht wird. Bei geballten Anordnungen können dazu Wärme gut leitende Einlagen, beispielsweise Kupferbäder, dienen oder das Gut kann mittels eines Hochfrequenzfeldes oder durch Heizungen innerhalb der Anordnungen aufgeheizt werden.Since the material to be dried z. B. is often in a concentrated state, for example by stacking capacitors on top of each other would result in drying use a higher heating of the outer parts of the clenched goods, and apart from its uneven treatment, one in the outer layers is not permitted high decomposition and insufficient drying achieved inside. To do this avoid, it is advisable to heat the material to be dried so that at every point the same temperature is reached at approximately the same point in time. With concentrated For this purpose, arrangements can include inserts that conduct heat well, for example copper baths, serve or the good can by means of a high frequency field or by heating inside the arrangements are heated.

Die Strukturänderung des Isolierstoffes infolge seiner thermischen Zersetzung ist höher, wenn sich in seiner Umgebung Sauerstoff befindet. Die thermische Zersetzung ist daher am geringsten, wenn die Erwärmung des Trocknungsgutes unter Sauerstoffabschluß vorgenommen wird, wobei es an sich gleichgültig ist, ob die Erwärmung im Vakuum oder in einem Schutzgas erfolgt. Bei Erwärmung in Schutzgas ist es jedoch im Gegensatz zum Vakuum auch möglich, das Schutzgas selbst zum Aufheizen des Gutes zu benutzen. Am einfachsten erfolgt eine schnelle Aufheizung jedoch zweifellos im Heißgas-Strom.The structural change of the insulating material as a result of its thermal Decomposition is higher when there is oxygen around it. The thermal Decomposition is therefore lowest when the material to be dried is heated below Oxygen exclusion is made, it is in itself immaterial whether the heating takes place in a vacuum or in a protective gas. When heated in protective gas, however, it is In contrast to the vacuum, it is also possible to use the protective gas itself to heat up the goods to use. However, the easiest way to heat up quickly is undoubtedly in the Hot gas stream.

Beim Trocknen elektrischer Wickelkondensatoren ist es im allgemeinen möglich, die zulässige Trocknungstemperatur so hoch zu bestimmen, daß bereits in den äußeren Bezirken des Kondensators eine wesentliche Schädigung eintritt. Diese äußeren Bezirke, sowohl an der Mantelfläche als auch an der Stirnfläche des Kondensatorwickels, sind dielektrisch unwirksam, so daß eine Schädigung derselben keine Beeinträchtigung der Kondensatoreigenschaften nach sich zieht. Da die Erwärmung von außen nach innen erfolgt, sind die darunterliegenden dielektrisch wirksamen Zonen bereits weniger erhitzt, so daß dort eine nur höchstens geringfügige Schädigung möglich ist. Ein Trocknungsverfahren, bei dem die inneren Zonen der Wickel äußerst schonend,die äußeren Zonen dagegen stärker beansprucht werden, ist dem Einsatz von Kondensatoren daher besonders angepaßt. Die Erfahrung lehrt nämlich, daß der Kondensator im Einsatz im Wickelzentrum temperaturmäßig am stärksten beansprucht wird.When drying electrical wound capacitors, it is generally possible to set the permissible drying temperature so high that already in substantial damage occurs to the outer areas of the capacitor. These outer areas, both on the outer surface and on the front surface of the capacitor winding, are dielectrically ineffective, so that damage to them is not impaired the capacitor properties. Because the warming from the outside in occurs, the underlying dielectrically effective zones are already fewer heated, so that there only minimal damage is possible. A Drying process in which the inner zones of the lap are extremely gentle, the outer zones Zones, on the other hand, are more heavily used, is therefore the use of capacitors specially adapted. Experience teaches that the capacitor is in use The temperature in the winding center is the most stressed.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnten Kondensatoren mit einer Wickelbreite von 37 mm beiHeißlufttemperaturen von 150 bis 200°C bereits innerhalb der ersten 30 Minuten von ihrem wesentlichen Wassergehalt befreit werden. Nach einstündiger Trocknung bei 200° C Heißluftemperatur und halbstündiger Evakuierung vor der anschließenden Vakuumimprägnierung zeigten solche Kondensatoren gute elektrische Werte.With the method according to the invention, capacitors with a Winding width of 37 mm at hot air temperatures of 150 to 200 ° C within be freed of their essential water content in the first 30 minutes. After an hour Drying at 200 ° C hot air temperature and evacuation for half an hour before the subsequent Vacuum impregnation such capacitors showed good electrical values.

Claims

Claims: 1. Method for drying organic electrical Insulating materials, e.g. P. Paper and bodies made from it, at temperatures the substances that are higher than tolerated for this longer time, characterized in that which inadmissibly impair their electrical or mechanical properties Changes in the structure of the substances due to thermal decomposition determine the treatment time.

2. The method according to claim 1, characterized by infrared radiators, high-frequency fields, highly heated gases, inert gases or gas mixtures as a heat source. Considered Publications: German Patent No. 967 378; Kröll, K .: dryer with drying process, Vol. II, Berlin 1959, pp. 131, 159, 160, 329, 333, 341, 368, 435, 44.3; Magazine: Das Papier, 1957, H. 314, S. L 20 and 21.