DE2326201A1 - Klebstoffgemisch - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klebstoffgemisch
zum Verwenden an Stellen, die einem elektrischen Feld und besonders einem starken elektrischen Feld ausgesetzt sind, wie in Kondensatorisolationen, welches Gemisch eine geeignete, z.B. an sich bekannte eigentliche Klebstoffkomponente, wie Methylzellulose, Stärke, Gummiarabikum, Dextrin, Kunststoffklebstoff o.dgl,, aufweist.

Bei Elektroisolierkonstruktxonen werden solche Lösungen
erstrebt, wo möglichst wenig oder gar keine Teilentladungen bei Nennbeanspruchung entstehen, da es sich herausgestellt hat, dass die Teilentladungen dort, wo sie auftreten, die Isolierung zerstören.

Die Fugen der heutzutage als Isolierungen verwendeten
Papierstreifen werden als Leimfugen z.B. in der Weise hergestellt, dass der Klebstoff beim Anfertigen der Fuge durch Wärmebehandlung aus flüssigem oder erweichtem Zustand in festen
Zustand überführt wird. Es hat sich erwiesen, dass bei derartigen Leimfugen Teilentladungen schon bei niedrigen Feldstärken

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auftreten, was offensichtlich davon abhängt, dass innerhalb der Leimfuge Hohlräume entstehen, wenn der Klebstoff aus flüssigem in festen Zustand übergeht. Bei Verwendung von Isolierstoffen, die meist mit einem geeigneten isolierenden Stoff imprägniert sind, üben die Hohlräume eine schädliche Wirkung aus, da die Imprägniermittel in die Hohlräume innerhalb des Klebstoffes nicht einzudringen vermögen.

In Figur 1 ist eine gewöhnliche Leimschicht, die aus Klebstoff 1 und Hohlräumen 2 besteht, schematisch dargestellt. Wesentlich ist dabei, dass die Hohlräume 2 verhältnismässig gross sind, so^dass dort schon bei recht niedriger Feldstärke Teilentladungen entstehen, die das Material schnell zerstören. Dieser Mechanismus wirkt, wie bekannt, bei allen Elektroisolierungen.

Da es früher nicht möglich gewesen ist, solche Fugen anzufertigen, in denen keine schädlichen Teilentladungen vorkämen, hat man beim Herstellen von Kondensatoreinheiten angefangen, ein einheitliches, d.h. fugenloses Papier herzustellen, was zu einer erheblichen Materialverschwendung geführt hat, da diejenigen Kondensatoren, deren Isolierung mit Fugen versehen ist, nicht gleich gute Eigenschaften gehabt haben wie diejenigen Kondensatoren, deren Isolierung keine Fugen aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und ein solches Klebstoffgemisch zu schaffen, das auch nach Erhärtung fast ebenso hervorragende Entladungseigenschaften wie die darin enthaltene Klebstoffkomponente in idealem homogenen Zustand aufweist.

Darüber hinaus zielt die Erfindung darauf hin, Leimfugen mit so hervorragenden Teilentladungseigenschaften zustandezubringen, dass die Leimfuge nicht die schwächste Stelle in einer elektroisolierenden Konstruktion bildet.

Hauptsächlich kennzeichnend für das erfindungsgemässe Klebstoffgemisch sind in der Klebstoffkomponente eingemischte

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Teilchen aus irgendeinem isolierenden oder halbleitenden Mate- · rial, wie einem Metalloxyd, Siliziumoxyd, welche Teilchen eine Teilchengrösse von 0,01,um bis einige /Um, eine wesentlich glei.chmässige Grosse und eine gleichmässig gebogene Querschnittskontur aufweisen.

Besondere Ausführungsformen des erfindungsgemässen Klebstoff gemisches sind durch die Ausführungsformen gemäss den Ansprüchen 2 bis 8 gekennzeichnet.

Die Grundidee der Erfindung liegt also darin, dass dem Klebstoff feste Teilchen geeigneter Grosse in einer solchen Menge zugegeben werden, dass die Klebeigenschaften des Klebstoff gemisches nicht beeinträchtigt werden, dass aber die festen Teilchen das Entstehen von allzu grossen Hohlräumen im Klebstoffgemisch verhindern.

Hierdurch wird eine so geringe Klebstoffmenge zwischen den festen Teilchen erzielt, dass die darin enthaltenen Hohlräume entweder platzen und mit Imprägniermitteln gefüllt werden oder aber so klein verbleiben, dass die dort eventuell entstehenden Teilentladungen nicht schädlich sind.

Die Erfindung wird unten an Hand der beigefügten Zeichnungen und Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Figur 1 zeigt schematisch, wie oben erwähnt, eine gewöhnliche Klebstoff und Hohlräume enthaltende Leimschicht.

Figur 2 zeigt eine aus dem erfindungsgemässen Klebstoffgemisch hergestellte Schicht, die Klebstoff, kleine"Hohlräume und Teilchen enthält.

Figur 3 zeigt graphisch das Klebvermögen und den Gütegrad der Entladungseigenschaften als Funktion des Teilchenanteils .

In Figur 3 haben die Symbole die folgende Bedeutung:

C repräsentiert das Klebvermögen

D - " - den Gütegrad der Entladungseigenschaften

A - " - das Klebvermögen der reinen Klebstoffkomponente

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Mp/Mg repräsentiert das Verhältnis der Teilchenmenge

und der Klebstoffmenge

C-. - " - die Kurve des Klebvermögens einer

Mischung mit kleinen Teilchen

C₂ - " - die Kurve des Klebvermögens einer

Mischung mit grösseren Teilchen

D-, - " - die Kurve des Gütegrads der

Entladungseigenschaften einer Mischung mit kleinen Teilchen

D„ - " - die Kurve des Gütegrads der

Entladungseigenschaften einer Mischung mit grösseren Teilchen

Aus Figur 3 geht schematisch hervor, dass die Entladungseigenschaf ten sich bei erhöhter Teilchenanzahl des Gemisches verbessern, wogegen das Klebvermögen entsprechend abnimmt. Um das optimale Ergebnis zu erreichen, muss daher innerhalb eines Bereiches gearbeitet werden, wo beide Kurven gleichzeitig einen relativ hohen Wert erreichen. Der Teilchengehalt muss etwa 50 bis 5000 Gewichtprozent, vorzugsweise 100 bis 1500 Gewichtprozent von der Klebstoffmenge betragen. Ferner wurde festgestellt, dass der Bereich des optimalen Gewichtprozents bei verminderter Teilchengrösse abnimmt. Deshalb können nicht sehr kleine Teilchen gewählt werden. Andererseits werden bei allzu grossen Teilchen keine hinreichend guten Entladungseigenschaften erhalten.

Messungen haben ergeben, dass die Teilchengrösse etwa 0,01 um bis einige Mikrometer, vorzugsweise zwischen 0,2 und 3 iim, zu betragen hat. Darüber hinaus wurde festgelegt, dass die Teilchen im wesentlichen gleich gross sein sollten.

Es konnte auch festgestellt werden, dass es wichtig ist, dass das Verhältnis zwischen der grossten und kleinsten Ausdehnung jedes einzelnen Teilchens nicht allzu gross ist. Dieses Verhältnis darf höchstens 10:1 sein. Ferner ist es wichtig,

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dass die Teilchen in bezug auf ihre Querschnittskonturen gleichmassig gebogen sind. Die optimale Form ist offensichtlich die kugelförmige.

Da z.B. der Glimmer, der an sich ein ausgezeichneter Isolierstoff ist, blätterig verbleibt, auch wenn zu kleinen Teilchen gemahlen, führt er bei weitem nicht zu gleich guten Ergebnissen wie Stoffe aus kugelförmigen Teilchen. Auch nadeiförmige Teilchen sind bei weitem nicht so gut wie die kugelförmigen .

Zum Klebstoff eignet sich im Prinzip jeder beliebige Klebstoff, wie Methylzellulose, Stärke, Gummiarabikum, Dextrin und Kunststoffklebstoffe.

Als Rohstoff für die Teilchen hat sich vor allem Zinkoxyd als äusserst vorteilhaft erwiesen, aber auch Aluminiumoxyd eignet sich gut dafür. Im Prinzip kann hierzu jeder beliebige isolierende oder halbleitende Stoff verwendet werden. Die Teilchen müssen jedoch sorgfältig in irgendwelcher an sich bekannter Weise gereinigt werden.

Aus den folgenden Beispielen gehen die Ergebnisse hervor, die mittels der erfindungsgemässen, zum Fugen von Kondensatorpapier verwendeten Klebstoffgemische erreicht worden sind.

In den Tabellen IA, IB und IC sind die Ergebnisse der Teilentladungsmessungen angegeben, die mit Hilfe von Probekondensatoren aus Kondensatorpapier durchgeführt worden sind.

Die Dichte des benutzten Kondensatorpapiers (Terox SHV) betrug

3 2

0,8 g/cm und dessen Oberflächengewicht 18 g/m . Im Probekondensator betrug die Zahl der Isolierschichten 5, die Kapazität 0,1 /UF, dabei wurde ein Imprägniermittel (Trichlordiphenyl) verwendet und darin wies eine Wicklung 5 Leimfugen auf. Die Teilentladungsmessungen wurden bei Raumtemperatur durchgeführt.

Der beim Vermessen der Teilentladungseigenschaften benutzte Test umfasste folgende Stufen:

1. Die Spannung des Probekondensators wurde auf 5400 V

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(50 Hz) gesteigert und eine Sekunde lang bei diesem Wert gehalten.

2. Die Spannung des Probekondensators wurde auf den Wert 2500 V erniedrigt und hier 10 Minuten lang gehalten. Die Grosse der Entladungen wurden am Anfang und Ende dieser Zeitperio-de gemessen (Tabelle I.B.; Spalten (e) und (f).

3. Die Spannung wurde auf Null erniedrigt. Falls Teilentladungen am Ende der genannten Zeitperiode in Punkt 2 auftraten, wurde die Löschspannung U der Teilentladungen bei er-

niedrigter Spannung gemessen (Tabelle I.B.; Spalte (g)).

U. Die Spannung des Probekondensators wurde wieder so viel gesteigert, dass die Teilentladungen sich wieder entzündeten. Bei dieser Spannung wurden die Zündspannung U und die Entladungsgrösse festgestellt (Tabelle I.B.; Spalten (h) und (j)). Die Spannung wurde um 10% über die Zündspannung U hinaus gesteigert und wieder erniedrigt, wobei die Löschspannung U der Entladungen festgestellt werden konnte (Tabelle l.B.j

Spalte (i)).

5. Der Probekondensator wurde über Nacht bei Raumtemperatur mit einer Spannung von über 1800 V belastet. Hiernach wurdei noch die Zündspannung U und die Löschspannung U der Entladungen sowie ihre Grosse gemessen (Tabelle l.C; Spalten (k), (1) und Cm)).

Aus der Tabelle 2 gehen die Grössenverteilungen der in den Tabellen IA, IB und IG ersichtlichen Teilchenstoffe hervor. Die zahlenirüssige prozentuelle Verteilung der Teilchen auf verschiedene Teilchengrössen (um) wurde mittels eines Elektronenmikroskops bestimmt.

Das erfindungsgemässe Klebstoffgemisch eignet sich selbstverständlich für viele andere elektrotechnische Zwecke. Ausser zum Fugen von Kondensatorpapier kann das Gemisch auch z.B. bei Kabelisolierungen sowie als Klebstoff für verschiedene

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elektrotechnische Laminate verwendet werden. Ferner lässt sich das erfindungsgemässe Klebstoffgemisch zu verschiedenartigen Klebefilmen verwenden.

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Tabelle I.A.

	Klebstoffgemisch	Lösungs mittel	-	• Teilchen stoff	-	t!	ZnO	100 x Teilchen-	-
Nr	Klebmittel	(b)	Wasser Il	(c)	ZnO	ti	SuOiιmenge r	200
	Klebstof (a)	Il	11	Klebstoffmenge	U70
1		11	11	(d)	67O
2 3	-	It	Il	1330
U	Methyl zeil. 11	11	Al2O	200
5	11	Il	11	U70
6	11	11	11	67O
7	It	It	11	1000
8	ti	Il 11	ZnO	100
9	It	tt	It	200
10	It	Il	Il	Π00
11 12	11	11	ZnO	-
13	Gummi arabikum Il	Il	It	100
lU	It	ti	Il	270
15	It	M Il	Glimmer 11	70 200
16	Stärke	11	11	330
17	It	11 11	sio2 Il	100 170
18 19	ti	Il	SiC	330
20	Methyl- zell. ti	It	670
21 22	Il	ti	1000
23	Methy1- zell. ti	Methyl chlorid 11	120
2k	ti
25	It
26 27	Il
Polykar- bonat 11

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Tabelle l.B.

Nr.	Teilentladungseigenschaften 2326201	Entladungs- grösse am An fang der 10 Min. Zeitperio de , λ pc (e)	Entladungs- grösse am Ende der 10 Min. Zeit periode pc (f)	Usa (V) am Ende der 10 Min. Periode (g)	Usy (V) (h)	U sa (V) (i)	Entladungs- grösse pe (J)
1	169	-	-	3150	212U	233
2 3 U 5 6	2U25" Uoo 67 60 133	U50 380 38	305 775 I850	757 900 26ΟΟ 3000 3315	337 750 2225 2350 2U30	U05 159 50 150 265 .
7 8 9 ίο ·	155 19 27 27	155	700	1100 3175 3075 3075	900 1650 21U0 2075	53 370 130 I90
11 12 13 lU 15 16 17	1365 56 1350 170 211 132 56	1690 56 1100 155 220	6U5 - 650 570 2000 1112	875 8Uo 770 25ΟΟ 1518 3000 316Ο	635 600 620 2100 II85 2575 26 UO	2 Uo UU 37 155 78 167 2U0
18 19 20	3100 310 680	3300 85 680	500 1000 8Uo	810 2200 1000	500 1785 880	375 107 1U0
21 22	VJl tr U) VO O	530	98Ο 2100	1100 2885	880 2200	170 93
ro ro ro VJl *r U)	2U0 325 501	2U0 325 U8	530 620 I8OO	7U0 910 266Ο	U80 69Ο 20 Uo	170 19 133
ro ro —3 ON	552 IUl	786 U2	982 20U3	I29U 2U2O	10 UU 2100	302 26

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COPY

-IQ-

Tabelle l.C.

	Teilentladungseigenschaften nach einer Nacht	Usa V (1)	Grosse der Entladungen (PC) (m)	Bemerkungen	-
Nr.	U ' sy V •00	1768	IU8	Kondens atorwi cklung ohne Fugen
1	2670	U95	183
2	675	605	63
3	. 705	1350	86
U	1800	1900	318
5	2U00	1970-	6U
6	27.15	900	15
7	lioo	1950	120
8	2655	1985	56
9	2565	1655	3U
10	2275	9U5	220
11	1000	690	56
12	790	710	56
13	770	2100	170
IU	2900	I387	91
15	1620	2365	96
16	2875	2265	133
17	2950	635	310
18	7U0	1200	19
19	1375	700	31
20	8Uo	570	530
21	720	I87O	62
22	25OO	500	2U0
23	56O	620	107
2U	695	1935	118
25	2UlO	II8U	903
26	I31U	I815	78
27	2380

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Tabelle 2

] ZnO	%	Al2O3	lU	%	SiO2	%	SiC	%	,5	Glimmer	6U	%	K) U)
! Teilchengrosse um		Teilchengrosse um	2U	,1	Teilchengrosse um	16,0	Teilchengrosse um	12	,5	Teilchengrosse um	22	,0	K)
0,1	U5U	0,3	35	,2	0,1	16,0	U1O	12	,0	1	7	,U
0,2	8,9	0,6	lU	,9	0,2	U.O	5,0	25	,5	2	2	,6
0,3	8,9	1,0	6	,8	0,3	20,0	6,0	12	»0	3	2	,0
0,U	11,1	2,0	2	,2	0,5	8,0	.7,0	25	.5	U	0	,0
0,5	11,1	3,0	2	,u	0,6	U1O	8,0	12		5	1	,7
0,6	15,7	U,o		,U	0,7	U1O	9,0			6 .	0	,0
co o,7	8,9	5,0			0,9	8,0 8,0	10,0			8		,3
CD 0,8 00 oo 0,9	11,1				1,0 1,1	U1O				13
^ lj0	6,7				1,2	8,0
O er· 1,2 "1,3					1,3							■
l.U	U1U
1,5
1,6
1,7
1,8 1,9 2,0
Im Durch schnitt 0,7U	Im Durchschnitt 1,2U	Im Durchschnitt 0,59	Im Durchschnitt 6,62		Im Durchschnitt 1,66

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Klebstoffgemisch zum Verwenden an Stellen, die einem elektrischen Feld und besonders einem starken elektrischen Feld ausgesetzt sind, wie in Kondensatorisolationen, welches Gemisch eine geeignete, z.B. an sich bekannte eigentliche Klebstoffkomponente, wie Methylzellulose, Stärke, Gummiarabikum, Dextrin, Kunststoffklebstoff o.dgl., aufweist, gekennzeichnet durch in der Klebstoffkomponente eingemischte Teilchen aus irgendeinem isolierenden oder halbleitenden Material, wie einem Metalloxyd, Siliziumoxyd, welche Teilchen eine Teilchengrösse von 0,01 um bis einige lim, eine wesentlich gleichmässige Grosse und eine gleichmässig gebogene Querschnittskontur aufweisen.

2. Klebstoffgemisch nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse 0,2 bis 3 um beträgt.

3. Klebstoffgemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Teilchengehalt bis 5000 Gewichtprozent vom Klebstoff beträgt.

4. Klebst off gemisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchengehalt 100 bis 1500 Gex^ichtprozent betrag:.

5. Klebstoffgemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der grössten und der kleinsten Ausdehnung der Teilchen höchstens 10 :1 ist.

6. Klebstoffgemisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen im wesentlichen kugelförmig sind.

7. Klebstoffgemisch, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus Zinkoxyd bestehen.

8. Klebstoffgemisch nach einem der vorhergehenden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen aus Aluminiumoxyd bestehen.

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