DE2361633A1

DE2361633A1 - Leitfaehiger teer und zement fuer isolatoren

Info

Publication number: DE2361633A1
Application number: DE19732361633
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: CANADIAN PORCELAIN CO Ltd
Current assignee: CANADIAN PORCELAIN CO Ltd
Priority date: 1972-12-13
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1974-06-20
Also published as: AU6338173A; ES421308A1; NL7317094A; IT1002298B; JPS4996288A; FR2210807A1

Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ΙΝΘ. CURT WALLACH ⁸ München 2, 1 !. DIPL.-JNG. GÜNTHER KOCH SSSTST" DR. TINO HAI BACH UNSER ZEICHEN: /i 4

CANADIAN PORCELAIN COMPANY LIMITED Paradise Road and Stu&holme P.O. Bex 428
Hamilton, Ontario, Canada

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Isolatoren und insbesondere auf einen leitfähigen Teer auf den Oberflächen der Metallteile des Isolators und auf der Oberfläche der Isolatorglocke, die durch Zement miteinander verbunden sind, sowie außerdem auf einen leitfähigen Zement zum Verbinden der Metallteile mit einer I so lato r glocke , wobei die I sol a tor glocke eine halbleitende Oberfläche aufweist, die mit den Metallteilen elektrisch in Verbindung zu bringen ist·

Elektrische Isolatoren, beispielsweise Hängeisolatoren, die einzeln oder in Ketten zur Anordnung elektrischer Leiter an einem tragenden Aufbau dienen, bestehen im allgemeinen aus zwei leitenden Metallteilen, die mit Zement an entgegeng© gstzten Flächen einer Isolatorglocke von geeigneter itormgsbung befe stigt sind· Die

Metallteile

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Metallteile, bei denen es sich im typischen Pail um eine obere Metallkappe und einen unteren Me tall stift handelt, sind durch eine Zementschicht an den entgegengesetzten Flächen der Isolatorglocke befestigt. Es ist jedoch üblich, die Isolatorflächen und die Leiterflächen zunächst mit einem Teeranstrich zu versehen oder mit dünnen, fest anhaftenden Asphaltschichten au überziehen, was eine Dämpfungswirkung vermittelt, so daß die durch die Wärmedehnung und durch, mechanische Erschütterungen hervorgerufenen Kräfte aufgenommen werden können, die mitunter zwischen dem Zement und der Isolatorglocke oder den leitenden Metallteilen auftreten.

Zur Verbesserung der Leistungseigenschaften des Isolators kann auf die Oberfläche der Isolatorglocke eine halbleitende Glasur aufgebracht werden. Diese halbleitende Schicht führt dann einen schwachen Strom, was sich in einer Erwärmung der Isolatoroberfläche auswirkt, so daß sich das Leistungsverhalten unter ungünstigen !tage bungsbe dingungen der verschiedensten Art verbessert. Falls eine halbleitende Glasur vorgesehen wird* muß zwischen der Oberfläche der Isolatorglocke und den leitenden Metallteilen eine elektrische Verbindung he rge stellt werden. Zur Herstellung dieser Verbindung kann man sich verschiedenartiger Methoden bedienen und meistens wird so verfahren, daß man Me tall schichte η auf den nichtleitenden Zement und auf die Teerschichten aufsprüht, um so eine direkte Strombahn Ton der Isolatorglocke zu den Metallteilen zu bilden.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dem zum Beschichten der Oberfläche der Isolatorglocke und der Oberfläche der Metallteile benutzten Teer einen stromleitenden Stoff wie beispielsweise Büß beizumischen, um so eine direkte Strombahn zwischen den Metallteilen des Isolators über die halbleitende Oberfläche der Isolatorglocke zu bilden. Der Zement, der die Metallteile mit der Isolatorglocke verbindet, muß ebenfalls leitfähig sein. Im Rahmen der Erfindung kann also darauf verzichtet werden, die aufwendigen elektrischen Anschlußteile vorzusehen, die nach dem bekannten Stand der Technik erforderlich waren, um den herkömmlicherweise benutzten isolierenden Teeranstrich zu überbrücken.

Der erfindungsgemäße leitfähige Zement kann in Verbindung

mit

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ORIGINAL INSPECTED

mit dem leitfähigen Teer oder ohne diesen verwendet werden, um eine Bahn für den Stromdurchgang durch die halbleitende Glasur von dem einen der leitenden Metallteile zu dem anderen verfügbar zu machen. Für den erfindungsgemäßen Zement ist im allgemeinen die Verwendung von Graphitfasern vorgesehen, um so innerhalb einer Zementgrundmasse wie beispielsweise Portlandzement ein stromleitendes Gerüst oder Netzwerk zu bilden, so daß also ein elektrisch leitfähiger Zement mit hoher Druckfestigkeit geschaffen wird. Im Rahmen einer bevorzugten Aasführungsform der Erfindung wird dem Zement außerdem auch ein Ruß anteil beigemischt.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Hängeisolators, bei dem der erfindungsgemäße leitfähige Teer und Zement vorgesehen sind* und

Fig.. 2 ein Diagramm, das die zwischen dem spezifischen Oberflächenwiderstand und dem Kohlenstoffgehalt bestehenden Beziehungen wiedergibt.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Hängeisolator gezeigt ist, der leitende Metallteile aufweist, wozu eine obere Metallkappe. 10 und ein unterer Metall stift 11 gehören, wobei die Kappe 10 und der Stift 11 die herkömmliche Form haben, so daß ihre Isolatoren kettenförmig miteinander verbunden werden können. Sine üblicherweise aus Porzellan bestehende Isolatorglocke 12 ist zwischen die Teile 10 und 11 einzementiert. Es ist dies die übliche Form eines Hängeisolators. Für den Fachmann bedarf es keiner besonderen Hervorhebung, daß die im folgenden beschriebene Erfindung nicht nur-auf Hängeisolatoren Anwendung finden kann, sondern ebenso auch auf Isolatoranordnungen von beliebiger anderer Art.

Die Innenfläche der Metallkappe 10 ist mit einer dünnen bituminösen Schicht 20 überzogen. In ähnlicher Weise ist auch die Außenfläche des Me tall stifte s 11 von einer dünnen bituminösen Schicht 21 bedeckt. Die äußere zylindrische Fläche 22 und die innere zylindrische Fläche 23 werden durch Porzellansandschichten gebildet, wobei diese Schichten wiederum mit dünnen bituminösen Schichten 24 b,zw.

überzogen

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überzogen sind. Die bituminösen Schichten 20, 21, 24 und 25 haften fest an den betreffenden Oberflächen.

Die Kappe 10 ist mit der Glocke 12 durch eine Zementschicht 50 verbunden, während der Stift 11 durch eine Zementschicht 31 an der Glocke 12 befestigt ist.

Der obige Aufbau ist herkömmlich und die Schichten 20, 21, 24 und 25 sowie die Zement schichte η 30 und 31 besitzen üblicherweise Isolationseigenschaften. Wie bereits erwähnt wurde, entspricht es dem bekannten Stand der Technik, daß die Glocke 12 an der Außenfläche mit einer halbleitenden Glasur 40 überzogen sein kann. Falls eine solche Glasur vorgesehen war, mußten bislang die nichtleitenden Zement schichten 30 und 31 sowie die bituminösen Schichten 20, 21, 24 und 25 mit Me tall schichte η besprüht werden, um die Glasurfläche 40 mit der Kappe 10 und mit dem Stift 11 zu verbinden.

In einem Aspekt betrifft die Erfindung insbesondere die leitfähigen Zementschichten 30 und 31 sowie deren Zusammensetzung und die Verfahrensweise beim Ansetzen der Mischung. Es ist zu beachten, daß auch die Teerschichten 20, 21, 24 und 25 leitfähig sein müssen, wenn die durch die Erfindung vermittelten Vorteile im vollen Umfang genutzt werden sollen, worauf noch näher einzugehen sein wird. Es sei weiterhin hervorgehoben, daß der erfindungsgemäße Zement auch ohne die Teerschichten verwendet werden kann und daß auch eine Anwendung für andere Zwecke als für elektrische Isolatoren ins Auge gefaßt werden kann.

Soll ein Zement für elektrische Isolatoren mit einer halbleitenden Glasur verwendet werden, so ist für diesen Zement zu forde rnj

1. Eine entsprechende elektrische Leitfähigkeit, die einen hinreichenden Stromschluß zwischen der halbleitenden Glasur und den Metallteilen verbürgt. Die mechanische Bindung zwischen dem Zement und der Unterlage, bei der es sich entweder um eine leitfähige bituminöse Schicht oder um eine halbleitende Glasur handeln kann, muß so beschaffen sein, daß hohe Kontaktwiderstandswerte vermieden werden.

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2. Der Zement muß eine hohe Druckfestigkeit haben, damit der Isolator, beispielsweise also der in der Zeichnung dargestellte Hängeisolator, der mit einer halbleitenden Glasur versehen X3t, eine geeignete mechanische Festigkeit besitzt.

3. Das Schwindmaß des Zements muß auch über längere Zeit hinweg niedrig sein, damit in den mechanischen Bindungskräften zwischen dem Zement und dem Keramikmaterial und/oder den Metallflächen im Gebrauch keine Änderung eintritt.

4· Der Zement muß eine geeignete Konsistenz haben, so daß der Zementfluß beim Einsetzen der Metallteile begrenzt bleibt, und er darf nicht so dickflüssig sein, daß die eingeschlossene Luft nicht entweichen kann.

Den letztgenannten drei Erfordernissen einer hohen Druckfestigkeit, eines geringen Schwindmaßes und einer geeigneten Konsistenz wird normalerweise durch das bei diesen Zementen in Anwendung kommende niedere Wasser-Zement-Verhältnis Eechnung getragen. In der gängigen Praxis, wenn also keine Einbringung leitfähiger' Phasen beispielsweise in Form von Graphitfasern oder Buß erfolgt, beläuft sich das Wasser-Zement-Verhältnis auf etwa O₉25 bis 0_f 28» Bei dem erfindungsgemäßen Zement ist das Wasser-Zement-Verhältnis wegen der hier vorgesehenen Einbringung der leitfähigeii phasen wie etwa Graphitfasern oder Buß indessen höher anzusetzen.. Diese Erhöhung des Wassergehalts ist erforderlich, weil der Saß Wasser adsorbiert und.absorbiert und weil sich hierdurch die für die Zementaushärtungsreaktionen verfügbare Wassermenge verringert. Im allgemeinen wird sich dieses Verhältnis auf etwa 0,35 bis 0,45 belaufen_$ vorzugsweise auf etwa 0,36 bis 0,40.

Ein leitfähiger Zement kann auch unter Verwendung von Graphitfasern allein, also ohne Bußzugabe hergestellt werden.» Doch muß in diesem Fall ein höherer Fasergehalt vorgesehen sein als im Fall eines Zements, der sowohl Ruß als auch Graphitfasem enthält, da sich gezeigt hat, daß niedere Fasergehalte ein thermisches Ausbrennen begünstigen. Dieses thermische Ausbrennen wird durch die über einer zu kleinen Querschnittsfläche der Fasern auftretenden hohen Stromdichten verursacht, was also bedeutet, daß- für den elektrischen

Strom

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Strom zusätzliche Strompfade erforderlich sind, womit eine Erhöhung¹ des Fasergehalts angezeigt ist.

Im allgemeinen beträgt der Anteil der Graphitfasern etwa 0,5 bis 2 Gewichtsprozent j bezogen auf das Gesamttrockengewicht des leitfähigen Zements. Bei ausschließlicher Verwendung des Fasermaterials sind die Fasern für gewöhnlich in einem Anteil von etwa 1 bis 2 Gewichtsprozent der Zementmenge beizumischen. Wird das Fasermate— rial zusammen mit Ruß verwendet, so beläuft sich sein Anteil im typischen Fall auf etwa 0,5 his 1 Gewichtspro se nt, bezogen auf die Zementmenge, vorzugsweise aber auf etwa 0,75 his 1 Prozent. Der Bußanteil be läuft sich im allgemeinen auf etwa 0,5 his 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise auf etwa 1 bis 2 Gewichtsprozent» bezogen auf das Ge saatt rockenge wicht des Zements.

Durch die gemeinsame Verwendung von Ruß und Graphitfasem. lassen sich die gewünschten Eigenschaften des Zements verbessern«, Für den Zement eignen sich diejenigen RuSsorten am besten, die üblicherweise auch für leitfähigsn Gummi oder für leitfähige Kunststoffe benutzt werden. Diese Rußsortsn haben im allgemeinen eine feine 5?eilchengröße (etwa 15 bis 55 mu) _s eine große Oberfläche (etwa 55 bis 200 m /g) und besitzen eine Eigenschaft, die man mit dem Begriff "hochstrukturiert" umschreibt, nämlieh die auf die kettenartige Struktur zurückzuführende Eigenschaft des Rußes, Leiterbrücken zu bilden· "Hochstrukturiert" sind diejenigen Rußsorten, die eine DBP-Absorptionszahl in dem Bereich von 100 bis 225 haben. Die DBP-Absorptionszahl (Dibutylphthalat-Absorptionezahl) , gemessen nach der Methode der amerikanischen Prüfnorm ASlMD 2414-70, drückt das von 100 Gramm Ruß absorbierte Volumen Dibutylphthalat in Milliliter aus, wobei für höherstrukturierte Rußsorten entsprechend höhere Zahlenwerte erhalten werden. Für zwei gut geeignete handelsübliche Büßsorten wurden die folgenden Werte ermittelt:

DBP-Ab so rp ti ο η (ml pro 100 g Ruß)

Ruß A 200

Ruß B 101

Soll ein Stromdurchgang durch den leitfähigen Zement erfolgen, so muß ein Blektronenfluß entlang der Rußnester eintreten, so

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daß also diese Nester entweder miteinander Kontakt haben oder aber sehr nahe beieinander liegen müssen. Die obengenannten Eigenschaften wirken sich auf die Zahl und Form der vorhandenen Ko hie η stoffneater und damit auch auf die elektrische Leitfähigkeit des Zements aus. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Rußes» die sich auf den schließlich erreichten Wert der elektrischen Leitfähigkeit wie ebenso auch auf die mechanische Festigkeit auswirkt, ist die chemische Oberflächenbeschaffenheit des jeweiligen Rußes. Falls an den Oberflächen der Bußteile größere Mengen Sauerstoff vorhanden sind, auch als "Gehalt an flüchtigen Be st andte ilen" bezeichnet, so können, sich Isolierschichten bilden, wodurch die Leitfähigkeit des Zements herabgesetzt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Zement kommt es gleichermaßen auch darauf an, einer ungenügenden Dispergierung und der hiermit verbundenen Ausflockung des Rußes beim Mischen mit Wasser sorgsam vorzubeugen, da dies nach dem Trocknen einen hohen elektrischen Widerstand zur Folge haben würde. Besonders deutlich zeigte sich dies bei einer der'untersuchten handelsüblichen Rußsorten (Biß C), "bei der es sich nicht um einen Ruß handelt, wie man ihn üblicherweise einsetzt, wenn eine hohe elektrische Leitfähigkeit erzielt werden soll. Bei den geprüften und für den Yerguß zu leitfähigen Zementen als geeignet befundenen Rußsorten handelt es sich um solche mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Zwei geeignete handelsübliche Rußsorten, die beide durch EIektreofenproze sse erzeugt und anschließend nach anderen Verfahrensweisen gereinigt worden waren, so daß ein leicht in Wasser dispergierbarer Ruß anfiel, sind nachstehend in der Reihenfolge ihrer Eignung aufgeführt:

	A	Teilchengröße (Millimikron)	Oberfläche
Ruß	B	30	230
Ruß	17	200

Auch andere handelsübliche Rußprodukte kommen für eine Verwendung bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Zements in Betracht.

Ein handelsübliches Graphitfasermaterial (Faser A, Burchschnittslängs 50,8 mm und Faserdurchmesser zwischen 5 und 25 Mikron), das sich als geeignet erwiesen hat, wird durch Graphi tie rung von "

Cellulo se fäden.

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Cellulose fäden bei geregelter Wärme führung erzeugt, wie dies in der US-Patentschrift 3107152 mit dem Titel "Fibrous Graphite" für ein am 15.Oktober I963 an C.E. Ford u.a.. erteiltes Patent beschrieben ist'. Pur dieses Fase rma te rial A wird eine Zugfestigkeit von 2812 kg/cm und ein spezifischer Widerstand von 5500 Mikroohmzentimeter angegeben. Auch von anderen Herstellern nach anderen Verfahrensweisen erzeugte ähnliche Graphitfasern sind für den erfindungsgemäßen Zement geeignet und können entweder allein oder zusammen mit Ruß in einer Zementgrundmasse Verwendung- finden, um ein leitfähiges Zementvergußmaterial mit einer hinreichenden Druckfestigkeit zu schaffen. Ein Vorteil der kombinierten Verwendung- von Graphitfasern und Ruß in dem leitfähigen Zement liegt darin, daß hierdurch die Abhängigkeit von der chemischen Oberflächenbeschaffenheit des Rußes drastisch herabgesetzt wird. Anders ausgedrückt, die Dispergierung des Rußes wird weniger kritisch und man kann routinemäßig hochleitfähige Zemente herstellen.

Das Verfahren zur Herstellung des leitfähigen Zements umfaßt zwei Stadien;

1. Die Benetzung und Dispergierung des Rußes in einer Wassermenge, die etwa 95 bis 9$ Prozent des für den Zement benötigten Wassers ausmacht. Dieser Benetzungsprozeß hängt vom Zustand der Ruß-•be rf lache ab und kann eine Burchtränkung-adauer bis zu 24 Stunden e rf ο rde rn.

2. Die Zerteilung der Graphitfasern und die Dispergierung in der trockenen Zementgrundmasse durch mechanisches Rühren,, was je nach der Art des benutzten Mischers meistens 10 bis 15 Minuten dauert. Der benetzte Büß und das Wasser werden dann durchgerührt und zu dem graphitfaserhaltigen Zement hinzugegeben, der hierauf 10 bis 15 Minuten durchgemischt wird, was von dem Mischer und der Heftigkeit des Durchrührens abhängt, während das Gemisch mit dem restlichen Wasser versetzt wird. Während der letztgenannten Stadien des Mischvorgangs wird die geeignete Konsistenz erreicht und der Zementbrei ist nun gebrauchsfertig. Es kommt darauf an, daß nicht zu heftiggerührt und nicht zu lange gemischt wird, um ein durch Ausflocken des Rußes bewirktes Ausfallen des Kohlenstoffs zu vermeiden.

Die

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ORDINAL IWSPHCTE5

Die Menge nan teile des Rußes und der Graphitfasern sowie das vorgesehene Wasser-Ze me nt-Verhältnis wirken sich unmittelbar auf die elektrische Leitfähigkeit und auf die Druckfestigkeit wie ebenso auch auf das Schwindmaß und die Zementkonsistenz aus. Diese Eigenschaften und ihre Änderungen sind in den Tabellen I und II aufgeführt.

Tabelle I

	Prozentanteile ,	6,0	1,0 "	bezogen	A	W	A	auf spe zi f i s ehe r	Durchgangswi de r	A) Raumtempera	372O	weitere Woche	süblichen Dispergens (l) in	, bezogen auf das	Ruß ge wicht:
	die	6,0	1,0	Zementmenge	A	A	stand (Ohm-cm) des Zements	tur	3990	bei 110⁰C ge-	Prozent	170 χ 10⁵	.80 χ 10^
Anmach		Hochwertiger Zement	1,0	Cjj	A	A	0 Kohlefaser 1 Woche bei	3270	tro ckne t	ohne	IO6O	IO6O
verhält	fo Ruß Ru	0,45		A	(paser	2550	I860	ohne
nis		0,42		A		I769O	1330		1810	2130
0,35	ohne	0,40		A	0,5	5320	IO6O	0,75	4260	2670
0,40	ohne		A	0,5	26IO	430	0,75	I277O	IO64O
0,45	ohne		A	0,5	266O	II7OO	0,75
0,40	ohne		A	2,0	720	2130 ·
0,40	0,5	C	1,0	690	670
0,42	0,5	B	1,0	880	1010
0,45	0,5	B	1,0	720	400
0,35	1,0	A	0,75	740	690
0,41	I₅O	handel	0,75	532 χ 10⁵	510
0,45	1,0	von 7,3	0,75	532 χ 10⁵	530
0,40	2,0	B	0,75	532OO	450,
0,42	2,0	A	0,75	5850	266O χ 10^b
0,45	2,0	O₉ 75	259O χ 10⁵
0,51	8,0	ohne	4520
0,46	6,0	ohne	6920
0,45	2,0	0,5
0,45	4,0	ohne
Bei Benutzung eines
einer Anteilsmenge
0,47
0,50

(l) Bei dem handelsüblichen Dispergens handelte es sich um ein wasserlösliches Neutral salz einer kondensierten Aryl sulf ο säure , das als Kohle nstoffdisperge ns fungiert.

Die. obige Tabelle I enthält die Zementwiderstandswerte von Zementen mit unterschiedlichem Zement-Wasser-Verhältnis und mit unterschiedlichen Mengenanteilen an verschiedenartigen Rußsorten und

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23b · G33

Kohle fasern. Bei dem für die Proben der Tabelle I benutzten Zement handelte es sich um einen normalen Portlandzement. Die Rußsorten A, B und C waren die weiter oben genannten handelsüblichen Ruße .

In der nachstehenden Tabelle II ist die Druckfestigkeit verschiedener Zementmassen angegeben, die mit unterschiedlichem Wasser-Zement-Verhältnis sowie unter Verwendung verschiedener Zementarten, unterschiedlicher Kohle fase ran teile und unterschiedlicher Rußanteile und -arten angesetzt waren.

	Zement-	Tabelle	II	<fo Kohle	Brack-	Aushärtungs-	; dingungen	in	Wa s se r
	art	Pro ze ntante ile	, bezogen	faser	festig·- lcsi "ti .		Tage	in	Wa s se r
	KP	- auf	die Zementmenge -	ohne	kg/cur	7	Tage	in	Wasser
Anmach-	HP	<fo Ruß	Ruß typ	ohne	516,8	7	Tage	in	Wasser
nis	IiP			2,0	808,6	7	Tage	in	Wasser
0,55	SP	ohne		0,75	475,5	7	Tage	in	Wasser
0,50	KP	ohne		0,75	695,2	6	Tage	in	Wa sse r
0,40	KP	ohne		0,5	592,5 "	7	Tage	in	Wa s se r
0,58	KP	1,0	A	0,5	388,1	14	Tage	in	Wasser
0,58	KP	IiO	A	ohne	605,7	7	Tage	in	Wasser
0,45	Hp	2,0	B	ohne	555*8 .	7	Tage
0,40	HP	2,0	B	ohne	567,7	7
0,45		4,0	A		414*8
0,46	6,0	B
0,51	8,0	C

Bei Verwendung des In Tabelle I genannten handelsüblichen Dispergens:

0,47 KP 6,0 B ohne 541,4 7 Tage in Wasser

(Sprödbrach)

6,0

ohne 295,3 7 Tage in Wasser

(SprSdbrneh)

Bas in Tabelle I genannte Kohlefasermaterial ist die bereits erwähnte handelsübliche Faser A, die in öiesem Fall eine Durchschnittslänge von 6 mm hat. Bei den benutzten Zeiaeiitarten ha.ndelt es si ch um

IiP - Noriaalportlandzement

HP - hochwertiger Portlandzement.

Die Versuche wurden nach den üblichen Meßmethoden mit Zementwürfeln mit einer Kantenlänge von 50,8 uns durchgeführt.

Aus

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23616

Aus den obigen Angaben geht hervor, daß brauchbare Zemente für Isolatoren hergestellt werden können, bei denen der Wert des spezifischen Wi der Standes unter etwa I50OO Ohmzentimeter liegt und

ο deren Druckfestigkeit höher ist als etwa 350 kg/cm »

Überdies haben die Zemente eine Konsistenz, die ein müheloses Aufbringen auf Oberflächen gestattet, und die Schwindung ist gering.

Wie bereits erwähnt wurde, kann man bei Zugabe von 0»5 bi s 2 Gewichtsprozent Kohlefasern (bezogen auf die Zementmengs) leitfähige Zementvergußmassen erhalten, wobei ein höherer Gehalt zur Vermeidung eines Ausbrennens im Gebrauch zu bevorzugen ist» Allerdings erhält man bei höheren Fasergehalten pastose, schwer zu handhabende Vergußmassen. Ein für elektrische Isolatoren besonders geeigneter leitfähiger Zement kann mit einem Gehalt von etwa O_s75 Prozent Graphitfasern und I₉O Prozent des handelsüblichen Rußes A bei einem Wasser-Zement-Verhältnis von 0,36 bis O₅39 unter Verwendung von Ubrmalportlandzement angesetzt werden. Bei' dieser Zusammensetzung zeigt das Material eine gute elektrische Leitfähigkeit (der spezifische Durchgangswiderstand beträgt etwa 500 Ohmzentimeter) und eine gute Druckfestigkeit (633 *>is 703 kg/cm ). Erhöht man das Wasser-Ze me nt-Verhältnis 9 so nimmt der spezifische Yfiderstand ab (Tabelle i) , doch verringert sich dann auch die Druckfestigkeit (Tabelle II) und der Zement schuindet stärker.

Ein wichtiges Verfahrensmerkmal liegt, in der Art und Weise der Vornahme der Wasseraushärtung der Zementmasssn, die darauf abgestellt ist, ein Austrocknen des Zements beim Aushärtungsvorgang zu vermeiden, was eine verminderte Druckfestigkeit zur Folge haben würde. Zur Erzielung der erforderlichen Druekf e stigke it swe rte wird eine siebentägige Aushärtungsdauer bei Wasser- oder Dampfhärtung bevorzugt.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Erkenntnis, daß es möglich ist, die Schichten 2O₉ 21, 24 und 25 leitfähig zu machen, ohne ihre Stoßfestigkeitseigenschaften nachteilig zu beeinflussen. Wenn man gleichfalls auch den Zement schichte η 30 und 31 durch Einbringung νο,η Ruß oder Graphitfasern in die Zementmadse

Leitfähigkeit 40982 5/036 3

Leitfähigkeit verleiht, steht die halbleitende Glasur 40 also mit der Kappe 10 wie auch mit dem Stift 11 in einer leitenden Verbindung, ohne daß es hierzu sonstiger Anschlußmittel bedürfte.

Allgemein hat sich gezeigt, daß die Leitfähigkeit des Teers durch Zugabe leitfähiger Stoffe wie beispielsweise Ruß oder Graphitpulver zu dem Teer so weit erhöht werden kann, daß eine geeignete Strombahn von der Halbleiterglasur zu den Metallteilen gebildet wird. Die Verwendung von Ruß hat sich für diesen Zweck als vorteilhafter erwiesen als die von Graphitpulver, und insbesondere wurde eine befriedigende Eignung eines Rußes festgestellt, wie man ihn für die Herstellung von leitfähigem Gummi oder Kunststoff benutzt, da dieser Ruß in bestimmten Anteilsverhältnissen die gewünschte mechanische Beschaffenheit des Teers nicht nachteilig bee i nflußt.

Es wurden Versuche mit zwei Rußsorten durchgeführt, nämlich mit dem bereits erwähnten handelsüblichen Ruß B und mit dem gleichfalls erwähnten handelsüblichen Ruß A. Der Ruß A wird für diesen Zweck bevorzugt, da er bei niederem Anteil eine leitfähigere Schicht liefert.

Ein typischer Teeransatz, der für die Bildung der Schichten 20, 21, 24 und 25 in der Anordnung der Fig, 1 gut geeignet ist, hatte die Zusammense tzungj

Kohle (Ruß B) 57,5 Gewichtsprozent

Teer (venezolanischer Rohasphalt) 62,5 Gewichtsprozent

Obenstehend und im folgenden ist den prozentangaben für den Kohlegehalt der mit 100 multiplizierte Wert de s Verhältnisse s der Kohlemenge zur Gesamtmenge der Kohle und des Teers zugrunde zulegen.

Es wurde festgestellt, daß der Rußgehalt bei Verwendung des handelsüblichen Rußes B von etwa 35 bis etwa 40 Gewichtsprozent variieren konnte und bei Verwendung des handelsüblichen Rußes A von etwa 20 bis etwa 35 Gewichtsprozent. Der obere Grenzwert ergibt sich aus dem Ri.ssigwerden des Teers bei zu hohem Rußgehalt, während als unterer Grenzwert die zulässige Mindestleitfähigkeit des Teers anzusehen

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sehen ist.

Es hat sich gezeigt, daß der handelsübliche Ruß A in einem geringeren Gehaltsanteil eingesetzt werden kann als der handelsübliche Ruß B, wenn entsprechende Leitfähigkeitswerte erhalten werden sollen. So wurde beispielsweise bei einem Gehalt von 30 Gewichtsprozent an Ruß A (bezogen auf die Gesamtmenge von Teer und Ruß)e'ine stärker leitfähige Schicht erhalten als bei einem Gehalt von 37»5 Gewichtsprozent an Ruß B. Typische Ablesewerte für den Widerstand bei Verwendung der beiden Rußarten sind nachstehend aufgeführt. Die Widerstandswerte wurden an trockenen, beschichteten Gleitstücken mit einem Ohmmeter gemessen, wobei die Sonden auf einem zollbreiten Streifen einen Abstand von einem Zoll hatten»

37·5 Prozent Ruß B (in Teer) 80000 0hm

32,5 Prozent Ruß A (in Teer) 20000 0hm.

Es konnte festgestellt werden, daß die Schichten auf Keramikunterlagen festhaften, so auch auf Glasuren oder Glas, und daß si« auch andere erforderliche Eigenschaften besitzen, wie beispielsweise Elexibilität und Rißfestigkeit. Bs sei betont, daß Beschichtungen dieser Art auch auf anderen Gebieten als in der Herstellung von Isolatoren Anwendung finden können, beispielsweise etwa allgemein für Widerstandsbe Schichtungen. Da als Schichtgrundmasse Asphalt vorge sehen ist, wird ein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient erzielt, was für Isolationszwecke vorteilhaft ist.

Zur Herstellung der Teermasse wird der Teerbestandteil in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst, beispielsweise in einem mineralischen Lösemittel wie etwa Naphtha. Es kommen auch andere Lösungsmittel in Betracht, wie beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff oder Rohbenzol, wenn in der Handhabung dieser Stoffe entsprechende Vorsichtsmaßregeln eingehalten werden.

Das Lösungsmittel soll vorzugsweise eine geringe Verdampfungsgeschwindigkeit haben. Es wird daher meistens erst im Verlauf von drei bis fünf Stunden verdunsten. In der Praxis bedient man sich einer etwa zwölf stündigen Lufttrocknung, um den Verdampfungsvorgang zum Abschluß zu bringen.

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Zur Erzeugung einer Teermasse mit einem Gehalt von 37,5 Gewichtsprozent des handelsüblichen Rußes B wurde der folgende Ansatz zusammengestellt:

Kohle (handelsüblicher Ruß B) 10,6 Gewichtsprozent

Teer (venezolanischer Rohasphalt) 17,6 Gewichtsprozent Naphtha (technisch rein) 71,8 Gewichtsprozent

Ein anderer Ansatz mit einem Gehalt des handelsüblichen Rußes A entsprechend einem Anteil von 32,5 Gewichtsprozent Kohle, bezogen auf die Gesamtmenge von Kohle und Teer, wurde wie folgt bereitet:

Kohle (handelsüblicher Ruß A) 9,0 Gewichtsprozent

Teer (venezolanischer Rohasphalt) 18,7 Gewichtsprozent Naphtha 72,3 Gewichtsprozent

Es zeigte sich, daß sich die Leitfähigkeit der Teenaasse , gemessen durch den Oberflächenwiderstand einer Prüfschicht, mit steigendem Prozentanteil des Eußes erhöht. Die Abnahme des spezifischen Oberflächenwiderstandes, die der Steigerung der Leitfähigkeit des Teers entspricht, ist in Fig. 2 für unterschiedliche Prozentanteile des Kohlegehalts (Ruß A) einer Teergrundmasse wiedergegeben. Die in Fig. 2 enthaltenen Baten wurden ermittelt, indem ein Probekörper für die Zeitdauer einer Sekunde in eine Anstrichmasse von geeigneter Zusammensetzung eingetaucht wurde , worauf die Anstrichschicht an der Luft getrocknet und ihr spezifischer Oberflächenwiderstand in Ohm pro Flächeneinheit gemessen wurde. Es sei darauf verwiesen, daß sich der spezifische Oberflächenwiderstand von etwa 2 χ 10 Ohm/Flächeneinheit auf etwa 3»5 x 10 Ohm/Flächeneinheit verringert, wenn man den Kohlegehalt von etwa 28,5 Gewichtsprozent auf etwa 35 Gewichtsprozent erhöht, bezogen auf die Gesamtmenge von Kohle und Teer.

Die Anstrichniasse wird durch Auflösen des Teerbestandteils in einem Teil des Naphtha und anschließendes Vermischen mit einem Naphtha-Ruß-Gemisch bereitet, zu dessen Herstellung so verfahren wird, daß man die Gesamtcharge des Rußes über Nacht mit Naphtha durchweicht. Dieses Gemisch wird eine Stunde in einer Kugelmühle vermählen, worauf das restliche Naphtha hinzugegeben und die Masse weitere drei bis sechs Stunden vermählen wird. Proben der Anstrich-

masse

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ORKaINAL INSPECTED

masse werden durch Eintauchen gläserner .Objektträger entnommen und der Endpunkt des Mahl Vorgangs kann dann durch eine an der Schicht vorgenommene Leitfähigkeitsmessung ermittelt werden. Zur Herstellung der Anstrichmasse kann eine Kugelmühle oder ein sonstiger Schermischer benutzt werden, um so ein homogenes Gemisch zu erzeugen.

Hierauf wird eine Schicht der Anstrichmasse beispielsweise durch Streichauftrag auf die Oberflächender Isolatorglocke 12 sowie der Metallteile 10 und 11 aufgebracht und es erfolgt eine Lufttrocknung. Die Trocknung kann auch mit einer Warmluftquelle vorgenommen werden. Die Schicht kann aber auch durch Eintauchen oder nach einer sonstigen erwünschten Methode aufgebracht werden. Die Schicht wird zu einer Starke von etwa 0,025 mm ausgebildet, wobei sich der Stärkenbereich von 0,012 bis 0,050 mm erstrecken kann.

Die Erfindung wurde obenstehend in bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, doch können in den Einzelheiten zahlreiche Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden, die gleichfalls in den Kahme η der Erfindung fallen.

Patentansprüche

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Claims

_ patentansprü ehe

.!Elektrischer Isolator mit einer eine halbleitende Glasurfläche ,-^ aufweisenden Isolatorglocke, einem ersten und einem zweiten, auf entgegengesetzten Seiten der Isolatorglocke angeordneten leitfähigen Metallteil und einer ersten und einer zweiten Zementschicht zum festen Verbinden des ersten und des zweiten Me tall te ils mit der Isolatorglocke, wobei die erste und die zweite Ze me nt schicht mit der halbleitenden Glasurfläche in elektrischem Kontakt stehen, gekennzeichnet durch die elektrische Leitfähigkeit der ersten und der zweiten Zementschicht (3Oj 31) > die eine Strombahn von dem ersten Metallteil (lO) durch die halbleitende Glasurfläche (40) zu dem zweiten leitfähigen Metallteil (ll) bilden.
2. Elektrischer Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin je eine leitfähige Teerschicht (24% 25) vorgesehen ist, die zwischen die erste beziehungsweise die zweite Zementschicht (30; 31) und die betreffenden Oberflächen der Isolatorglocke (12) eingefügt sind, an denen sie festhaften.
3. Elektrischer Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Zementschichten (30, 31) eine Ze me η t grün dma s se mit beigemischten Graphitfasern enthalten.
4. Elektrischer Isolator nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitfasern einen Anteil von weniger als etwa 2,0 Gewichtsprozent des Zements ausmachen.
5· Elektrischer Isolator nach Anspruch 3 ■> dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Zementschichten (JO, 31) beigemischten Ruß enthalten.
6. Elektrischer Isolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Ruß um einen hochstrukturierten Kuß handelt.
7. Leitfähiger Zement mit einer hohen Druckfestigkeit nach erfolgter Trocknung·, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung aus einer Portiandzement-Grundmasse , der Portlandzement-Grundmasse beigemischten Graphitfasern und Wasser, wobei die Graphitfasern einen Anteil von weniger als etwa 2,0 Gewichtsprozent der Portlandzement-Grundmasse ausmachen und wobei für diesen Zement ein Wasser-Zement-

Yerhältni s

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Verhältnis τοπ etwa 0,35 Ms 0,45 vorgesehen ist.
8. Leitfähiger Zement nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitfasern einen Durchmesser von 5 Ms 25 Mikron haben.
9· Leitfähiger Zement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Zement einen der Zementgrundmasse beigemischten hochstrukturierten Ruß enthält.
10. Leitfähiger Zement nach Anspruch 9? dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß einen Anteil von etwa 0,5 bis etwa 3 Gewichtsprozent des Zements ausmacht.
11. Elektrischer Isolator mit einem eine halbleitende Oberfläche aufweisenden Isolierglockenteil, einem leitfähigen Metallteil und einer Zementschicht zur. Zementierung eines ersten Oberflächenbereichs des Isolierglockenteils an einem ersten Oberflächenbereich des Metallteils, gekennzeichnet durch das Festhaften einer leitfähigen Teerschicht (24) an dem ersten Oberflächenbereich (22) des Isolierglockenteils (12), die zwischen dem ersten Oberflächenbereich (22) des Isolierglockenteils (l2) und der Zementschicht (30) vorgesehen ist, wobei die leitfähige Tserschicht (24) mit der halbleitenden Schicht (40) in elektrischem Oberflächenkontakt steht.
12. Elektrischer Isolator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ze me nt schicht (30) leitfähig ist, wobei die halbleitende Oberfläche (40) mit dem leitfähigen Metall teil (lO) elektrisch verbunden ist.
13. Elektrischer Isolator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Oberflächenbereich des leitfühigen Metall teils (lO) eine zweite Teerschicht (20) vergesehen ist, die zwischen diesem ersten Oberflächenbereich des Me tall te ils (lO) und der Zementschicht (30) angeordnet ist.
14· Elektrischer Isolator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teerschicht (24) aus einer Asphaltgrundmasse mit beigemischtem Ruß besteht.
15· Elektrischer Isolator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teerschicht (24) Ruß in einem Anteil von 20 bis 40 Ge-

wichtsprozent 409825/0 363 _0R,G,_NAL INSPECTED

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wichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Teer und Ruß, enthält.
l6. Elektrischer Isolator nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Teer schient (24) etwa $2 bis 38 Gewichtsprozent Ruß enthält.
17· Elektrischer Isolator mit einem ersten und einem zweiten Itietallteil sowie mit einem mit einer halbleitenden Glasurschicht versehenen Isolierten, gekennzeichnet durch je eine auf die betreffenden Oberflächenbereiche des ersten und des zweiten Metallteils (lOj 11) aufgebrachte leitfähige Teerschicht (20; 21) und je eine auf einen ersten und zweiten, auseinanderliegenden Oberflächenbereich (22* 23} des Isolierteils (l2) aufgebrachte und mit der halbleitenden Glasurschicht (40) in Kontakt stehende leitfähige Teerschicht (24? 25) > wobei eine erste und eine zweite leitfähige Zementschicht (JO; 31) die betreffenden Oberflächenbereiche des ersten und zweiten Metall teils (lO; 11) mit dem ersten beziehungsweise mit dem zweiten der auseinanderliegenden Oberflächenbereiche (22* 23) des Isolierteils (12) verbinden.
18. Elektrischer Isolator nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Teerschicht (20, 21, 24, 25) aus einer durch Anstrich aufgebrachten Asphaltschicht besteht, der Ruß beigemischt ist, wobei der Ruß einen Anteil von 20 bis 40 Gewichtsprozent ausmacht, bezogen auf die Gesamtmenge des leitfähigen Teers und des Bußes.
Iy. Leitfähige Anstrichmasse zum Beschichten der Oberfläche eines elektrischen Isolatorbauteils, auf das ein leitfähiger Zement aufgebracht werden soll, gekennzeichnet durch eine Mischungszusammensetzung' aus Ruß , einem Asphalt und einem Lösungsmittel zum Auflösen des Asphalts, wobei der Ruß einen Anteil von 20 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge der nach dem vollständigen Verdampfen des Lösungsmittels gebildeten, aus Teer und Ru£ bestehenden Masse, ausmacht.
20. Leitfähige Anstrxchmasse nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Lösungsmittel um Kaphtha handelt und der Ruß einen Anteil von etwa 32 bis 38 Gewichtsprozent, bezogen auf die

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nach dem Verdampfen des Lösungsmittels gebildete Schicht, ausmacht.
21. Teerschicht auf der Oberfläche eines elektrischen Isolatorbauteils, auf die eine Ze ment schicht aufgebracht werden soll _y gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Teer schicht aus einer Asphaltgrundmasse , der zur Herbeiführung einer relativen Leitfähigkeit dieser Schicht im Vergleich zur Leitfähigkeit einer solchen Schicht in Abwesenheit einer leitfähigen Beschichtung ein leitfähiger Stoff beigemischt ist.

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