DE1908665U - Elektrisches geraet mit einer festen isolierschicht zwischen teilen verschiedenen potentials. - Google Patents

Description

PA-B135096 -8,12.6«»

Westinghousc
Electric Corporation
Pittsburgh

64/8008

Elektrisches Gerät mit einer festen Isolierschicht ZY/ischen Teilen verschiedenen Potentials.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden USA-Anmeldung Serial No. 286 415 vom 7.6.1963 beansprucht«

Die Neuerung befaßt sich mit organischen Isolationen, die in Verbindung mit elektrischen Geräten verwendet werden. Sie betrifft im besonderen die Verringerung der nachteiligen Effekte von Lichtbogeneinv/irkungen und die darauf zurückzuführenden Kriechspuren und Kriechpfade innerhalb oder an der Oberfläche organischer Isolationen elektrischer Leiter unter elektrischen Beans pruchungen.

Schm/Mi

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Es ist eine bekannte lechnik, gewisse anorganische Zusätze bei organischen Stoffen zu verwenden, die als elektrische Isolation dienen₀ Unter den Zwecken, zu denen diese Zusätze beigefügt, werden, ist die Erhöhung der Festigkeit., gegen Licht_7l. .-·. „... bögen und die sich daraus ergebenden Kriechspuren zu nennen·, Ferner soll die ... Festigkeit gegen Kriechpfade vergrößert werden, die dadurch entstehen, daß die Isolation verschiedenen Betriebszuständen bei der Verwendung, z.B. hoher Luftfeuchtigkeit oder Verunreinigungen oder Kombinationen dieser Zustände bei anliegender elektrischer Spannung ausgesetzt ist ο Kriechspuren können z.B. zwischen Leitern auftreten, die unterschiedliches elektrisches Potential aufweisen, wenn die Oberflächen- oder andere Verunreinigungen den Isolationswiderstand eines Stoffes so weit herabsetzen, daß ein Leckstrom fließen kann. Wenn der Strom durch die Isolation fließt, erwärmt sich die Isolation, und diese Erwärmung kann so intensiv werden, daß eine Verbrennung oder Verkohlung veranlaßt wird. Dies führt wiederum zu Kohlenstoffbildung, was weiterhin zur Leitfähigkeit der Isolation beiträgt. In kurzer Zeit ist dadurch ein leitender Pfad geringen Widerstandes zustande gekommen, der zu einem elektrischen Durchschlag führt. Ferner kann die Verunreinigung der Oberfläche oder eine andere Verunreinigung den elektrischen Widerstand so weit ändern, daß Lichtbogen infolge hoher örtlicher Beanspruchung auftreten« Diese Lichtbogen führen zur Zersetzung des organischen Isoliermaterials, das als !Träger verwendet wird. Daraus ergeben sich elektrische Versager in der genannten Weise. Während der Zusatz einiger Stoffe zu organi-

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sehen Isolierraaterialien bekannt ist, um diese Wirkungen zu verzögern, ist es bisher lediglich empirisch gelungen, solche Stoffe zu verwenden, da keine Voraussagen über die Anwendbarkeit gegebener Stoffe im allgemeinen getroffen werden können.

Es ist ein allgemeines Ziel der Neuerung, eine neuartige elektrische Isolierung zu schaffen, die sehr widerstandsfähig gegen die schädlichen Wirkungen von Lichtbögen und die sich daraus ergebenden Kriechspuren ist.

Ein spezielles Ziel der Neuerung besteht darin, ein elektrisches Gerät zu schaffen, das eine neuartige Kombination elektrischer Isolationen und einen oder mehrere elektrisch leitende Teile umfaßt, die leicht herzustellen sind und ausgezeichnete Widerstandsfähigkeiten gegen Lichtbogen und Kriechspuren aufweisen.

Ein anderes Ziel der Heuerung ist es, eine neue Anordnung zu schaffen, die organische Isolierstoffe in Kombination mit großen Mengen spezieller, natürlich vorkommender mineralischer Magnesiumcarbonate oder Mischungen dieser umfaßt„ Die neue Isolation soll leicht in gewünschte Formen gebracht und nährend langer Perioden in Umgebungen verwendet v/erden können, die Lichtbogeneinwirkungen und Kriechspuren unterliegen„

Andere Ziele der Neuerung ergeben sich aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung und Erörterung der Neuerung.

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Gemäß der Neuerung werden diese und andere Ziele dadurch erreicht und eine Isolation geschaffen, die insbesondere widerstandsfähig gegen die Wirkungen von Lichtbogen und die darauf zurückzuführenden Kriechspuren ist, daß ein Zusatz mineralischen, natürlich vorkommenden Magnesiumcarbonats zu organischen Isolierstoffen verwendet wird, v/ie im folgenden im einzelnen angegeben wird ο Auf diese einfache Weise können die gewünschten Eigenschaften organischen Isolierstoffen verliehen werden, ohne daß von den gegenwärtig üblichen Sechniken zum Herstellen und Verarbeiten dieser Isolierungen abgegangen werden muß» Darüber hinaus werden diese Ergebnisse bei hervorstechend wirtschaftlichen Bearbeitungsweisen im Vergleich zu Techniken erreicht, die bisher verwendet wurden und entweder andere Stoffe für diesen Zweck odor die Veränderung solcher Stoffe benutzten.

Wie oben bemerkt wurde, sind die Stoffe, die organisches Isoliermaterial lichtbogen-und kriechspurfest machen, natürlich vorkommende Mineralien, die einen wesentlichen Teil Magnesiumcarbonat enthalten» Typische Beispiele dieser Mineralien sind Magnesit oder Magnesiumcarbonat (MgGO^), Nesquehomit (MgCG.* ° 3H₂O), Hydromagnesit (3MgCQ~-Mg(QH)₂*3HqO) und Magnesium alba (4MgGO₅»Mg(0H)₂"5HgO)ο Während es für den Fachmann klar ist, daß andere natürlich vorhandene Mineralien, die eine ähnliche Menge Magnesiumcarbonat enthalten, mit Vorteil zur Verwirklichung der Neuerung verwendet werden können, bilden die vorstehend genannten Mineralien, insbesondere Magnesit, das bevorzugt verwendete Material» Es ist festzuhalten, daß die Bezeich-

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nung "natürlich vorkommendes mineralisches Magnesiumcarbonate" alle solche Mineralien einschließen soll, die einen wesentlichen Teil Magncsiumcarbonat enthalten»

Die mineralischen Magnesiumcarbonate werden in Übereinstimmung mit den der Neuerung zugrunde liegenden PestStellungen in fein verteilter Form verwendet, d.h. in einer Größe, die durch ein Nets mit 100 Maschen (£yler) passieren und vorzugsweise eine Größe von -325 Maschen oder kleiner aufweisen. Die verwendeten Partikel besitzen sweckmäßig eine verhältnismäßig gleichmäßige durchschnittliche Größe; sie können, falls erwünscht, zusätzlich gemahlen werden. Auf jeden Pail sind die mineralischen Partikel in dem organischen Isoliermaterial in der üblichen Weise verteilt. Die Stoffe können z.B. in Kautschuk oder Elastomere eingemahlen werden oder sie sind in Harzmaterialien gemischt, die ausreichend flüssig sind, um ein Rühren zu ermöglichen, so daß gleichmäßige Dispersionen erhalten werden.

Eine der wesentlichen Grundlagen der Neuerung besteht darin, daß, wie gefunden wurde, die Verwendung dieser natürlich vorkommenden anorganischen Mineralien in Isolationen die Beimengung von Mengen bis zu 75 Gew.fo der sich daraus ergebenden Isolation gestattet= Daraus erhält man eine erhöhte Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit. Es wurde gefunden, daß so hohe Füllungen mit künstlich hergestellten Analogen dieser Materialien nicht erreicht werden können. Zusätzlich ergibt sich daraus, daß diese Mineralien im allgemeinen weit weniger teuer sind als

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der organische Teil der Isolation, zumal in bezug auf das Gewicht, ein wirtschaftlichor Vorteil bei so hohen Stillungen=, Die tatsächliche Menge Magnesiumcarbonats, die für einen gegebenen Zweck verwendet wird, hängt weitgehend von den Umständen der Verwendung ab, d.h, davon, ob eine mäßige oder schwere Lichtbogenbeanspruchung zu erwarten ist, sowie von Betrachtungen der Verformbarkeit und dergl.

Wie vorstehend bemerkt wurde, können Isolierstoffe mit erstaunlich großen Mengen natürlich vorkommender anorganischer Mineralien gefüllt werden ο Die Öl- oder Harzabsorption der natürlich vorkommenden Mineralien ist kleiner als die Öl- oder Harzabsorption künstlich hergestellter Füllstoffe gleicher Partikelgrö'ße. Offensichtlich haben die natürlich vorkommenden Mineralien eine kleinere Oberfläche als künstlich hergestellte Füllstoffe gleicher Partikelgröße ο Diese Eigenschaften werden nicht nur durch die Entdeckung erhärtet, daß organische Bindematerialien mit einem hohen Gehalt an Füllstoffen zufriedenstellen verformt,

ig
stranggepreßt oder anderweit ,verarbeitet werden können, wobei die Fließeigenschaften der Mischung wichtig sind, sondern auch durch die Entdeckung, daß für äquivalente Gewichtskonzentrationen von Partikeln ähnlicher Größe die natürlich vorkommenden Mineralien Mischungen mit einer besseren Fließfähigkeit als künstlich hergestellte Füllstoffe ergeben»

Im allgemeinen werden Mengen der Mineralien verwendet, die 20 bis 75 G-e\Vo$ ergeben» Sie führen, je größer die Konzentration

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ist, zu um so besseren Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeiten» Die obere Grenze ist in jedem Pail der maximale Betrag mineralischen Magnesiumcarbonate, der in der organischen Isolation eingeschlossen sein kann, während geeignete Bearbeitungsei genschaften noch beibehalten v/erden, so daß die Isolationen für elektrische Geräte in bekannter Weise verwendet werden können» Ein bevorzugter Konzentrationsbereich der Mineralien für alle Isolationszwecke liegt in der Größenordnung von 20 bis etwa 70 &ev/.#.

Die organischen Isoliermaterialien nach der Neuerung sind die bisher in der Elektroindustrie zum laminieren, Vergrießen, Pressen und Verformen verwendeten Stoffe, beispielsweise für solche Geräte wie Leistungsschalter, Transformatoren, Isolatoren und verwandte Geräte. Im allgemeinen gibt es mehrere Klassen solcher organischer Isolationen, bei denen die vorliegende Neuerung angewendet werden kann» Zu diesen gehören Gummi, geeignete synthetische Kautschukarten, Polyesterharze und Epoxyharze, sowie Thermoplaste, wie Polyolefine (d.h. PoIyähtylen und Polypropylen), Polymethylmethacrylate und dergl. Unter den Kautschukarten, die verwendet werden können, sind solche wie Äthylen-Propylen und die sogenannten 2ri- oder Terpolymere von Äthylenen und Propylen, Butyl-Kautschuk, Neopren, Buna N, Styrol-Butadien-Kautschuk und dergl°, wobei Butylkautschuk bevorzugt wird.

Die Epoxyharze sind eine andere wichtige Klasse Isolierstoffe, bei denen die Neuerung angewendet werden kann. Eine wichtige

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Art im Handel erhältlichen Epoxyharzes ist die Mischung von Kondensationsprodukten von Epichlorhydrin und einem polyhydrischen Phenol, gewöhnlich Diphenylolpropan, gewöhnlich bekannt als Bisphenol Λ. Das Produkt wird Epoxyd oder Epoxyharz genannt, v/eil in dem Polymer eine oder mehrere Epoxydgruppen (Oxiran-Eingo) vorhanden sindo In Abhängigkeit von den vorliegenden Umständen ergibt die Kondensation die Bildung von Polyäthem, und das Produkt enthält aliphatische und aromatische Hydroxylgruppen auf Grund von Sekundarreaktionen„ Diese Harze können daher im wesentlichen als Polyätherderivate der polyhydrischen Ausgangsmaterialien angesehen werden, die Epoxyd- und Hydroxydgruppen in unterschiedlichen Mengen enthalten»

Wie angedeutet wurde, haben die Harze im allgemeinen mehr als eine Epoxydgruppe pro Molekül, z.3, mehr als eine bis etwa 10 Epoxydgruppen pro Molekül. Diese herzförmigen Polyätherepoxyde können ZoB₀ durch die Reaktion von 1 bis zu 10 Molteilen eines Epihalohydrins, vorzugsweise des Epichlorhydrins mit ungefähr 1 Molteil Bisphenol A in der Gegenwart von einem stöicohiometrischen Überschuß an Alkali, bezogen auf die Menge des Halogens hergestellt werden„ Die Mischung wird auf eine temperatur im Bereich von ungefähr 80 bis 110 C während einer Zeit erwärmt, die awischen einer halben Stunde bis zu drei Stunden oder mehr in Abhängigkeit von den Mengen der verwendeten Reaktionsstoffe variieren kann. Das erhaltene Polymer kann dann mit heißem Wasser ausgewaschen worden, um ungenutztes Alkali und Halogensalze zu entfernen» Andere geeignete Mischungen werden durch die Peroxydation. . organischer Mischungen erhalten, die eine

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Mehrzahl Olefingruppen enthalten; die Olefingruppen werden dabei in Oxiran- odor Epoxydgruppen umgewandelt. Weitere Herstellungsvorfahren zur Erzeugung dioaer und anderer Epoxydharze sind'aus der Patentliteratur bekannt, so z.B. aus den amerikanischen Patentschriften 2 494 295, 2 500 600, 2 511 913 und 2 691 007. Sie sind ferner in Standard-Lehrbüchern, wie z.B. Epoxy Resins von Skeiat, Rcinhold Publishing Co. (1958) und Epoxy Resins von Leo u.a., McGraw-Hill (1957)» enthalten, auf die Bezug genommen wird.

Die Polyesterharzmischungen werden durch die Reaktion eines polyhydrischen Alkohole und einer mehrbasigen Säure hergestellt, von der mindestens ein Teil ungesättigt ist. Es ist üblich, Maleinsäure oder deren Anhydrid oder Fumarsäure als ungesättigte Teile zu verwenden. Dieses Reaktionsprodukt (ein Polyester) wird üblicherweise mit einer Yinylkombination nach dem Lösen in einem Vinylmonomer, wie z.B. Vinylacetat, Methylmethacrylat, Styrol oder dergl=, copolymerisiert. Gewöhnlich ist dabei ein Katalysator, beispielsweise ein Pcroxyd-Katalysator, z.B. ein tertiäres Butylhydroperoxyd oder Bencoylperoxyd vorhanden. Verfahren zum Herstellen von Polyestern sind bekannt. Sie können ZoBo in der Patentliteratur oder in dem Buch "Polymers and Resins" von Golding, (1959), D.Van ifostrand Company, gefunden werden.

Die organischen Isolierstoffe, die mineralisches Magnesiumcarbonat enthalten, können in der gleichen Weise wie bekannte

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elektrische Isolierstoffg verwendet werden. Sie können z.B. zusammen mit Glas- oder Asbestfasern geformt werden, um formen zu ergeben, die zur Aufnahme oder Einbettung elektrischer Leiter 'geeignet sind, oder für Geräte, die Abstandsstücke benötigen, wie Transformatoren» Es können auch zusammen mit Glasfibermatten, Glasgeweben oder verschiedenen Asbestfasern Laminate hergestellt werden. Ferner ist eo möglich, aus den genannten Pasern verstärkte, mineralgefüllte Laminate zu erzeugen»

Die einzige Figur der beiliegenden Zeichnung ist ein Schnitt durch einen Transformator mit Isolation gemäß der Neuerung« Der Transformator 10 besitzt einen Kern 12, der vorzugsweise auc einem geeignet geschichteten Material, zum Beispiel einem Siliziumstahl besteht ο Um die Seitenochenkel 14 und 16 des Kerns 12 sind Sekundärwicklungen 15 und 1? des Transformators mit Abstand angeordnet. Die Sekundärwicklungen sind gegenüber den Schenkeln dec Kernes isoliert. Die Primärwicklungen 18 und 20 des Transformators sind mit Abstand um die Sekundärwicklungen gelegt ο Eine Isolation 22 aus einer Mischung gemäß der Neuerung umschließt den gesamten Aufbau und füllt die Zwischenräume zwischen den Sekundär- und Primärspulen sowie zwischen den Sekundärspulen und den Schenkeln des Kernes. Sie kann in beliebiger Weise aufgebracht sein. Durch ihre Oberseite 27 führen die Anschlüsse 24 und 26 für die Primär- und Sekundärwicklung des _; Transformators. Palls erwünscht, kann die ganze Anordnung von ' einer Grundplatte 30 getragen werden. In solchen Transformatoren können zwischen den mit Abstand angeordneten Leitern, die ver-

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schiedenes Potential aufweisen, oder zwischen den Leitern "und den Anschlüssen Lichtbogen auftreten, und es kann sich eine Kriechspur entwickeln» Dies gilt besonders für den Fall, daß der Transformator in einer verschmutzten Atmosphäre betrieben wird ο Es ist festzuhalten, daß die der Neuerung eigentümlichen Vorteile durch \^rerwendung der beschriebenen natürlichen Mineralien in organischen Isolationen erhalten werden können, gleichgültig, wie immer solche Isolation einer lichtbogengefährdeten Umgebung ausgesetzt ist oder einer Umgebung, in der sich Kriechspuren bilden können„

Die Neuerung,-; wird im Zusammenhang mit den folgenden spezifischen Beispielen näher beschrieben, in denen Einzelheiten zum Zwecke der Erläuterung angegeben werden, die nicht als Beschränkung anzusehen sind» ;

Beispiel I

Bei diesem Beispiel wird Butylkautschuk als organische Isolation verwendet» Diese Art Kautschuk wird durch geeignete Mischung und Vulkanisierung eines bestimmten Butylkautschuk-Grundstoffes hergestellt» Solche Grundstoffe sind Copolymere von Isobutylen in größeren Teilen, z.B. von 60 bis 90 fo, mit einem kleinen Teil eines konjugierten Diolefins, wie z.B. Isopren oder Butadien» Auf diese Y/eisc erhält man ein Polyolefin-Polymer mit einem verhältnismäßig hohen Molekulargewicht, das ungesättigte Gruppen enthält, so daß eine Vulkanisierung durch bekannte Techniken erhalten werden kann. Solche Butylkautschukarten sind

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im Handel erhältlich» Sic werden insbesondere von der ESTJAY Co. vertrieben» Der Butylkautschuk bei diesen Beispielen ist ein Gopolymeres von ungefähr 99 Einheiten Isobutylen und 1 Einheit Isoprene

Der Butylkautschuk (Enjay Co» Nro035) wird auf eine kalte Zwei-RollenWalze gegeben und bearbeitet, bis er sich vollständig um die Rollen legte Dann wird dem Kautschuk mineralisches Magnesiumcarbonat (-325 Maschen) in kleinen Mengen beigefügt und das Walzen fortgesetzt, bis eine disperse Verteilung des Füllstoffes erhalten ist« Der gefüllte Kautschuk wird dann auf einer beheizten Walze bei 150 C während 10 Minuten bearbeitete Danach wird er wieder auf die kalte Walze gelegt, und es werden übliche Butylkautschukbcschleuniger, Vulkanisiermittel, Weichmacher und dergl. in Mengen zugesetzt, die in der folgenden Tabelle angegeben sind ο

	Tabelle I	Gewichtst eile
Material	100
But yIkaut s chuk	VJl
Magnesiumoxyd	5
Zinkoxyd	3
Carbon black	1,5
Elastopar (Monsanto)	, Maspeth, N.Yo) 10,0
Kenflex N (Kenrich Corp,	5,0
Anti-Chek Wax (Sun Oil)	5,0
Zinkstoarat

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Paraffinöl 511 (Sun Oil) 4,0

Dibenzo-p-chinondioxim 6,0

p-Chinondioxim 2,0

Bleioxyd (Pb₃O₄) 10,0

Schwefel 1 ,5

Nat „Mineral

Austr.Magnesit (MgGO,) 368,0 ⁺

⁺ Das Magnesit beträgt 70 Gewichtsprozent der Mischung.

Elastopar ist eine im Handel erhältliche Form von N-Methyl-N,4-dinitrosoanilin, das zu 33,3 Gew.?£ von Ton aufgenommen ist. Kenflex N ist ein polymeres, aromatisches Kohlemvasserstoffharz mit einem spezifischen Gewicht von 1,01, einem Zündpunkt von 190° G, einem Tropfpunk t von 2° G sowie einem Siedepunkt von 175° C bei 2 mm Quecksilbersäule. Es gilt als Plexibilisator für Butylkautschuk. Das Wachs ist ein hochraffiniertes Petroleumwachs mit einem Schmelzpunkt von 67 bis 68° C, einer Viskosität in SUS bei 99,5° C von 44,8, einem spezifischen Gewicht bei 15,5° G von 0,928 und von 0,767 bei 100° C.

Das Paraffinöl hat eine Viskosität von 100 bis 120 SUS bei 38° C, einen Viskositätsindex von 90 und ein Gewicht von 31 bis 33 nach A.Pd.

Quadratische Stücke von 2,5 cm Kantenlänge, die aus dem Walzvorgang erhalten werden, wurden naß in bezug auf die Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit geprüft. Bei dieser Untersuchung werden geeignete Probestücke einer elektrischen Entladung vom

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Metall zur Flüssigkeit ausgesetzt, die ununterbrochen während einer Minute brennt. Die Flüssigkeit besteht zu einem Gewichtsprozent aus Ammoniumchlorid in Wasser mit 0,1 Gewichtsprozent eines Benetzungsmittels (Aerosol OT). Unmittelbar nach jeder Entladung wird die Oberfläche mit aufeinanderfolgend 500 und 1000 V auf Überschlag beansprucht. Das Prüfverfahren sowie die Einzelheiten der verwendeten Ausrüstung sind von Mandelkorn und Dakin in einem Artikel mit dem Titel "Wet Surface Tracking of Insulation: A Differential Test With Controlled Short Discharges ' to a Water Electrode", AIEE Transactions, pt. Ill (Power Apparatus and Systems), Vol. 81, 1962, Seite 291 beschrieben. Die Leistungspegel der Entladungen sind 8,1 Watt, 5₅5 Watt und 2,9 Watt, sämtlich bei 3000 V.

Bei der Prüfung muß das Material der Lichtbogenentladung während einer vollen Minute bei dem gewählten Leistungspegel widerstehen und keinen leitenden Pfad zeigen, wenn es unmittelbar folgend mit 500 und 1000 Volt geprüft wird. Die Daten bei diesem Test wurden von Mandelkorn und Dakin denen der üblichen Staub- und Nebelprüfungen (ASTM Verfahren D-2132-62T) wie folgt zugeordnet: Die 2,9 Watt-Beanspruchung entspricht einer 40 bis 60 stündigen Beanspruchung im Staub- und Nebeltest, eine 5,5 Watt-Beanspruchung entspricht 60 bis 300 Stunden Lebensdauer, und eine 8,1 Watt Beanspruchung entspricht einem Wert von mehr als 500 Stunden.

Verschiedene Proben von Butylkautschuk, die mit natürlichem Magnesiumcarbonat gefüllt waren, wurden mit dem obengenannten Verfahren untersucht. Bei einer Probe wurde natürliches Magnesit

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(MgCO*) in einer Menge von 70 Gev/.# der erhaltenen Isolation verwendet= Das mineralische Carbonat wurde bei einer Korngröße von -325 Maschen so verwendet, wie es erhalten worden war. Die Proben wurden den verschiedenen Prüfungen unterworfen, die oben angegeben sind, und sie bestanden die Prüfungen bei allen Leistungspegeln.

In anderen Versuchsreihen wurde das Magnesit mit einer Kugelmühle gemahlen und dann Butylkautschuk bis zu 70 Gew»$ beigefügt, wie oben angegeben ist. 'Heile dieses Kautschuks wurden dem gleichen Test bei 8,1 Watt unterworfen, wobei drei Versuchsreihen ausgeführt wurden und jede Versuchsreihe erfolgreich verlief.

In einer Kugelmühle gemahlene Proben des natürlichen Magnesits wurden in einer Menge von ungefähr 60 bis 65 °/° in Butylkautschuk verwendet» Sie ergaben stets zufriedenstellende Ergebnisse im Bereich des 5,5 Watt leistungspegels, jedoch traten gelegentlich Versager im Bereich des Leistungspegels von 8,1 Watt auf. Wie offensichtlich ist, ist auch diese Isolation geeignet. Sie sollte aber unter \venigef gefährlichen Umständen als die vorgenannten Proben verwendet werden.

Bei den obengenannten Stoffen wurden auch Versuche in bezug auf den tangens δ sowie kumulative Gewichtsverluste ausgeführt. In allen Fällen wurde gefunden, daß die verbesserte Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit gemäß der Erfindung ohne Einbuße in diesen wichtigen Kenngrößen einreicht wurde.

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Dann wurde einem Butylkautschuk ein natürliches Hydromagnesit, 3MgCO,'Mg(OH)₂'3H₂O, bin zu 70 Gewichtsprozent zugefügt. Das Mineral war auf einer Wiley-Mühle gemahlen worden, bis es durch ein 400-Maschennctz (Tylcr) hindurchfiel. Die aus der Butylkautschuk-Mischung geformten Proben wurden dann der vorgenannten Kriechspurprüfung bei einem Leistungspegel von 8,1 Watt unterworfen und hielten in allen Fällen stand. Selbstverständlich würden sie sich auch bei kleineren Leistungspegeln bewährt haben„

Es ist bekannt, in Kautschuk-, Epoxydharz- und Polyesterharzisolationen hydratisiertes Aluminiumoxyd (Al₂O^*3H₂0) zu verwenden, um Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit zu erhalten. Falls es aus irgendwelchen Gründen, z.B. im Interesse der bequemen Verformbarkeit im Hinblick auf die Viskosität und dergl. erwünscht ist, kann ein Teil des Magnesitgehalteg von Mischungen gemäß der Neuerung durch kleine Prozentsätze Aluminiumtrihydrat, z.B. bis ungefähr 20 Gewichtsprozent der gesamten Isolation ersetzt werden. So wurden z.B. Mischungen hergestellt aus 1 ) 20 io Aluminiumtrihydrat und 50 fo Magnesit und 30 fo Kautschuk

2) 15 °/> Aluminiumtrihydrat, 45 ¹P Magnesit und 40 $ Kautschuk und

3) 15 7° Aluminiumtrihydrat, 50 ^cß> Magnesit und 35 % Kautschuk und im Hinblick auf die Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit untersucht. In allen Fällen wurden zufriedenstellende Resultate erhalten. Ferner war festzustellen, daß auch die Verformbarkeit/ gemessen an den gegenwärtig üblichen Herstellungsverfahren, befriedigte .

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Die anderen elastomere*! sowie thermoplastischen, organischen Isoliermaterialien, die eingangs erwähnt wurden, können anstelle von Butylkautschuk in den obenstehenden Beispielen in der gleichen allgemeinen Weise verwendet werden, um Magnesit enthaltende Isolationen mit Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit herzustellen.,

Beispiel II

Isolierstoffe auf der Basis von Polyestern wurden wie folgt untersucht: Es wurde eine Harzmischung aus folgenden Gewichtsteilen bereitet: 45 Teile eines ungesättigten Polyesterharzes, das monomeres Methylmethacrylat (75 ?° Polyester) enthielt, mit einer Säurezahl unterhalb 38 und einer Gardner-Holdt Viskosität bei 25° C von Z⁺ - ZI ⁺ (Paraplex P444, Rohm & Haas Co.)» 45 Heile eines selbstlöschenden Polyesterharzes mit einer Gardner-Holdt Viskosität von Z-Z1 und einem spezifischen Gewicht von 1,26 (Laminae 4146, American Gyanamid), 4,5 Seile a-Hothylctyrol, 5 Teile Styrol und 0,5 Teile Benzoylperoxyd. Es wurde natürliches Australisches Magnesit mit einer Partikelgrößc von -325 Haschen zugesetzt« Das Magnesit wurde in die Harzmischung in solchen Mengen eingegeben, daß Gewichtskonzentrationen von 55$, 60$, 65$ und 70$ des Magnesits, bezogen auf die erhaltene Isolation, zustandekamen. Durch Gießen oder Verformen dec entgasten gefüllten Harzes in Scheiben von 6,2 mm Dicke wurden Proben hergestellt, die mit Hilfe von Wärme unter Verwendung bekannter Techniken gehärtet wurden. Alle Proben bestanden die vorgenannten Kriechspurversuche im 5,5 Watt-

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Leistungsbereich, bei 70$ Konzentration auch alle Prüfungen im 8,1 Watt-Leistungabereich°

Bei anderen Versuchen wurden Harze, die 30$ Styrol und als Hest das obengenannte Paraplex P444 enthielten und mit Australischem Magnesit in den gleichen Größenordnungen, d„ho bis zu 55, 60, 65 und 70 Gewichtsprozent, gefüllt waren, zu Proben verarbeitet und wie vorstehend geprüft» Alle Proben bestanden die Kriechspurprüfung im 5?5 Watt-Leistungsbereich und die 65 und 70 Gewichtsprozent-Proben auch die Versuche im 8,1 Watt-Leistungsbereicho Wieder andere Probestücke enthielten als einzige Abweichung nur 20$ Styrol. Auch diese bestanden alle die 5>5 Watt-Leistungsprobe, während die mit 70 Gewichtsprozent gefüllten Proben sich auch im 8,1 Watt-Leistungsbereich erfolgreich zeigten,

Es ist festzuhalten, daß die gleichen Harze ohne Hinzufügung des natürlichen Magnesits gemäß der Neuerung nicht einmal in · der Lage waren, die 1,3 Watt Lichtbogenprüfungen zu bestehen» Es wird angenommen, daß dies in eindeutiger Form den erstaunlichen fortschrittlichen Effekt der Verwendung natürlich vorkommenden, mineralischen Magnesiumcarbonate bei der Vermeidung von Lichtbogenwirkungen zeigt.

Bei weiteren Prüfungen wurde ein lichtbogenbeständiges, glasfaserverstärktes Laminat dadurch hergestellt, daß übliche Glas- ' fasermatten in ein Polyesterharz eingebracht wurden, das beispielsweise 65 Gewichtsprozent natürliches Magnesit enthielt. Die Teile wurden unter Hitze und Druck verbunden.

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Als Beispiel wurde ein Polyesterlamiiiierharz durch Mischen von 45 Teilen Paraplex P444, 45 Teilen Laminae 4146, 4,5 Teilen a-Methylstyrol, 5 Teilen Styrol und 0,5 Teilen Benzoylperoxyd (als Katalysator) hergestellt. Alle Mengenangaben beziehen sich auf das Gewicht. Auf 35 Gewicht st eile dieses Harzes wurden 65 Teile natürlichen Australischen Magnesits zugefügt. Die Mischung wurde durch Verwendung einer Dreiwalzenfarbenmühle sorgfältig disporgiert. Drei Lagen von 219j 1-1/2 oz. Glasfibermatten wurden in Formgrößo geschnitten mit der Harzfüllstoffmischung getränkt. Die nassen Lagen wurden dann in einer Form gestapelt, auf 125° G vorgeheizt und bei 14 Atm. während 10 Minuten bei 125° G gepreßt.

Nach der Entfernung der Proben aus der Form wurde ein glasfiberverstärktes Laminat von annähernd 3 mm Dicke erhalten, das bei Untersuchungen im Hinblick auf Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit wie oben angegeben die 5,5 Watt-Leistungsgrenze erreichte.

Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn natürliches Hydromagnesit (65 Teile) anstelle des Australischen Magnesits in dem obigen Beispiel trat.

Beispiel III

Andere Versuche wurden unter Verwendung von Epoxyharz ausgeführt, dem natürliches Magnesit zugefügt wurde« Beispielsweise wurden 43,3 Teile eines Diglycidyläthers von Bisphenol A mit einer

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Viskosität bei 25° C von 10000 bis 16000 cps und einem Epoxyd-A'quivalent gewicht von 185 bis 200 (Epi-Rez 510, Jones-Dabney Co.) und 23,3 Teile eines Epoxyharzes geringerer Viskosität mit : einem gradkettigen Diglycidyläther mit einem Epoxydäquivalentgewicht von 330 sowie einer Viskosität bei 25° C von 57 centist okes (Dow Chemical, : . . ■· DER 732) mit 33,3 Tei- ' len einer Amidamino-Härterlösung einer Viskosität von 150 bis 400 cps. bei 25 C und einem annähernden Äquivalentgewicht von 90 (Epicure 855, Jones-Dabney) gemischte Auf 30 Teile der Harzmischung wurden 70 Teile natürlichen Australischen Magnesits zugefügt ο Die Harz-Magnesit-Mischung wurde sorgfältig dispergiert, in eine Form gegossen und bei 100° C während zwei Stunden ausgehärtet« Dadurch wurden 6 mm dicke Probeplatten hergestellt, die danach in bezug auf die Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit untersucht wurden= Die Proben widerstanden den Beanspruchungen im 5,5 Watt-Leistungsbereich.

Zusammen mit geeigneten Härtern können andere Harze und Monomere, die Epoxydgruppen enthalten, als organische Binder für das mineralische Magnesiumcarbonat gemäß der Neuerung verwendet werden. Beispiele solcher Stoffe sind die Oxironc (Food Machinery and Chemical Corp.)» die epoxydiertenTriglyceride, wie Epoxol (Swift and Co.), die Araldite (Ciba Co.) und die Spone (Shell Chemical Co. )o

Wie bei Stoffen auf Kautschukbasis kann Aluminiumtrihydrat in kleinen Mengen bis zu 20 Gewichtsprozent anstelle des mineralischen Magnesiumcarbonats auch in Isolationen auf Polyester- ^;

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und Epoxydbasis treten und die Lichtbogen- und Kriechspurbeständigkeit gemäß der Neuerung wird beibehalten. Ähnlich können Glas- und Asbestfasern in verschiedenen Formen eingeschlossen werden, um besondere Eigenschaften au erhalten.

Aus der vorstehenden Erörterung und Beschreibung geht hervor, daß die Neuerung eine sehr v/irksame lösung für das Problem der Isolationsaersetzung durch Lichtbogen und der Verringerung von Kriechspuren in elektrischen Geräten bildet , die atmosphärischer Verschmutzung ausgesetzt sind, wobei mit Abstand voneinander angeordnete Leiter verschiedenes elektrisches Potential aufweisen«

1 Pigur

6 Ansprüche

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Claims (6)

Dipl..-Ing. Karl Eisenzapf Berlin-Siemensstadt," "-^-196 Patentanwalt Akt.Zeh.: ¥ 32 842/21c Gbm Mein Zeichen: PIA 64/8008 Gm Schm/Gp fffeue Schutzansprüche

1. Elektrisches Gerät, insbesondere Transformator mit einem geschlossenen Bisenkern (12) und diesen umgebenden Primärwicklungen (18,20) und Sekundärwicklungen (15, 17) sowie einer festen Isolation (22) zwischen den Wicklungen (15,17,18,20) und dem Kern (12), die aus einem organischen Kunstharz und einem Zusatzstoff zur Verbesserung der Kriechspurfestigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff in der Isolation (22) zwischen den Metallteilen verschiedenen Potentials (12, 15, 17, 18, 20) ein natürlich vorkommendes Mineral ist, das zum überwiegenden Teil Magnesiumkarbonat enthält.

2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (22) Magnesit (MgOO,) enthält.

3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (22) Nesquehomit (MgCO₃.3H₂O) enthält.

4· Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (22) Hydromagnesit (3MgCO₅-Mg(OH)₂.3H₂O) enthält.

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5. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (22) Magnesium alba (4MgCO₅-Mg(OH)₂.5H₂O) enthält.

6. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (22) 20 bis 70 Gewichtsprozent des Zusatzstoffes enthält.