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Publication number: DE255569C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 255569 -KLASSE 21 c. GRUPPE

C. LORENZ AKT.-GES. in BERLIN.

Isolator für die Zwecke der Hochfrequenztechnik.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Juni 1911 ab.

Die Form der Hochspannungsisolatoren der Starkstromtechnik wird in erster Linie mit Rücksicht auf die Überschlagsspannung des benetzten Isolators gewählt. Denn die Verluste durch mangelhafte Oberflächenisolation . (Ableitung) oder infolge dielektrischer Hysteresis beginnen erst bei außerordentlich hoher Spannung und ungeeigneter Ausführung des Isolationskörpers wirtschaftlich fühlbar zu werden.

Im Gegensatz hierzu ist in der Hochfrequenztechnik der Hauptwert darauf zu legen, daß erstens die Oberflächenisolation vorzüglich sein muß und zweitens die dielektrischen Verluste auf ein Minimum zu beschränken sind, da beide die Dämpfung des Strahlensystems schädlich beeinflussen und damit den gesamten Schwingungsvorgang in erheblichem Maße stören können.

ao Die erste Forderung ist dadurch zu verwirklichen, daß man dafür Sorge trägt, die Oberfläche des eigentlichen Isolationsmaterials stets politurartig glatt zu erhalten, um die Festsetzung von Fremdkörpern, welche die Oberflächenleitung begünstigen können, zu vermeiden. Die bloße Benetzung durch Regen, Tau oder Nebel kann damit eine dauernde Störung nicht verursachen, da die Ableitungsströme Wärme erzeugen, welche die anhaftende Feuchtigkeit zum Verdampfen bringt.

Die zweite Forderung, die an einen brauchbaren Isolator nach den obigen Gesichtspunkten zu stellen ist, verlangt die möglichste Herabsetzung der dielektrischen Verluste. Da die zu isolierende Spannung und die Periodenzahlen der Wechselströme gegeben sind, werden in erster Linie solche Materialien verwendet, deren dielektrische Verluste möglichst klein sind. Hierzu gehören z. B. Hartgummi, Stabilit und ähnliche. Von besonderer Wichtigkeit ist hierbei die Verbindung" des Isolierstückes mit den notwendigen Metallansätzen (z. B. zum Anschluß der Antenne und der Erde). . Denn es besteht bei unrichtiger AuS-führung leicht die Gefahr, daß an den Verbindungsstellen eine unerwünscht hohe elektrische Felddichte auftritt, die zur Entwickelung eines Glimmstromes an den betreffenden Teilen führt, welcher die Ursache einer unzulässigen Erwärmung und somit der Zerstörung des Isolationsmaterials ist.

Ein Isolator, der unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte die betreffenden Nachteile nicht aufweist, ist in Fig. 1 in einer Ausführungsform dargestellt. In dieser bedeuten :

α einen Hartgummi-, Stabilit-, Fibre-, Holzoder ähnlichen Stab, an dessen Enden zwei Metallfassungen b und c, die die Halter g und h tragen, eingreifen und in beliebiger Weise angeordnet, z. B. eingebohrt, eingepreßt oder durch Keilverschluß befestigt sein können, da infolg-e der Gesamtanordnung an der Befestigungsstelle eine Glimmlichterscheinung nicht auftreten kann. Denn um zu vermeiden, daß die elektrostatischen Linien von diesen Metallstücken ausgehen, und um jede unzulässige Kraftliniendichte und Glimmlichterscheinung auszuschließen, sind zwei Metallkörper, welche z. B., wie in der Figur angedeutet, als Metallrotationskörper d und e ·

(2. Auflage, ausgegeben am 25. Februar igiS.J

Claims

ausgebildet sein können, von den Befestigungs- i stellen nach dem eigentlichen Haltestab derart gebogen, daß der Widerstand für den elektrostatischen Kraftfluß zwischen den , Punkten A. und B über die Metallhüllen erheblich kleiner wird wie zwischen den Punkten m und 11. Der in Fig. ι dargestellte Rotationskörper d ist direkt durch den Halter Ji in seiner Lage festgehalten,, während die Lage

ίο des Rotationskörpers e durch einen federnden, am Halter g befestigten Metallstreifen k gegeben ist. Zum Schutz, und zur elektrischen Entlastung des eigentlichen Tragkörpers kann man diesen noch mit einem umhüllenden Rohr f versehen, dessen Dielektrizitätskonstante zweckmäßig größer ist als die des Kernes (z.B. Glas, Porzellan usw.), um zu erreichen, daß die entstehenden Linien vorzugsweise in der äußeren Hülle verlaufen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist in Fig. 2 dargestellt. Der zweckmäßig aus Porzellan bestehende Isola'tionskörper c wird durch die den einen Pol bildende Stange σ und den den zweiten Pol bildenden Metallrotationskörper b auf Druck beansprucht. Der Kraftlinienverlauf ist bei der vorhandenen Spannungsdifferenz V₁-V₂ der in der Figur angedeutete, d. h. die elektrostatischen Kraftlinien treten überhaupt nicht in den Isolierkörper ein.

Die Anforderungen, welche die Hochfrequenztechnik an einen guten Isolator stellt und welche durch vorliegende Erfindung erfüllt sind, sind wesentlich verschieden von denjenigen, die für die Typen der Hochspannungstechnik erfüllt sein müssen. Ein vollkommener Hochspannungsisolator kann daher für die Hochfrequenztechnik völlig wertlos sein, und umgekehrt. Die physikalische Ursache dieser Tatsache ist darin begründet, daß bei der hohen Periodenzahl im letzteren Falle in dem verwendeten Dielektrikum, solche Verluste hervorgebracht werden, daß eine unzulässige Erhitzung mit darauffolgender Zer-Störung des Isolationsmaterials eintritt. Dagegen ist ein Überspringen und direktes Durchschlagen des Isolators, deren Vermeidung die Formgebung des Hochspannungsisolators beeinflußt, im praktischen Betriebe mit Hochfrequenzströmen kaum zu befürchten, es sei denn, daß infolge dielektrischer Verluste und der hierbei bedingten hohen Erhitzung' die elektrische Widerstandskraft des Isolators geschwächt wird.

Zum Vergleich ist in Fig. 3 ein Isolator dargestellt, der für die Hochspannungstechnik ' brauchbar ist, jedoch nicht für die Hochfrequenztechnik. Das Isolationsmaterial α ist mit zwei Metallkappen b versehen, an denen zwei Schirme c befestigt sind. Unter dem Einfluß der elektrischen Potentiale F₁-F₂ bildet sich zwischen den Metallkappen b ein elektrostatisches Feld aus, dessen Größe durch die vorhandene Spannungsdifferenz (V₁-V₂) und den Widerstand bestimmt ist. Dabei werden die elektrostatischen Linien vorzugsweise innerhalb des Körpers verlaufen, da dessen Leitfähigkeit meist ein Vielfaches derjenigen der Luft ist. Die Verlustarbeit in dem Körper α ist abhängig von der Spannung und der Periodenzahl des Wechselstroms. Hierbei sind die am meisten gefährdeten Stellen diejenigen, an welchen die Verbindung der Metallhüllen mit dem Isolationskörper hergestellt worden ist. Denn selbst bei vorzüglichster mechanischer Bearbeitung ist es unmöglich, die Luft zwischen beiden völlig auszuschließen (Ausbildung von Glimmströmen) und weiterhin das Metall so zu formen, daß überall die elektrostatische Dichte gleich groß ist..

Hieraus ergibt sich der Übelstand, daß an den Befestigungsstellen (α, b) der Isolator zuerst erwärmt wird und so fortschreitend seine mechanische und elektrische Festigkeit verliert. Die elektrische Entlastung dieser gefährdeten Stellen ist daher der wichtigste Gesichtspunkt für die Herstellung eines brauchbaren Hochfrequenzisolators. Dieses ward bei vorliegender Erfindung durch die Anbringung der Metallringc oder Metallrotationskörper in vollkommener Weise erreicht, wie ein Blick auf das beistehende Diagramm (Fig'. 4) des Spannungsgefälles zeigt. Infolge der künstlichen Vergrößerung des elektrischen Kraftflusses zwischen η und 0 wird der größte Teil des Spannungsgefälles zwischen die Querschnitte η und 0 verlegt. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß infolge der Zusammendrückung der Kraftlinien der Widerstand der Isolatorteile m η und 0 p vergrößert wird.

Beide Ursachen: Verringerung des Spannungsgefälles (F₁-F₁' bzw. V₂"-V₂) und Vergrößerung des Widerstandes bewirken, daß die Zahl der von den Haltestücken direkt ausgehenden elektrostatischen Linien nur sehr gering' sein kann und Verluste und damit unzulässige Erwärmung an diesen gefährdeten Stellen ausgeschlossen sind.

Für die Hochspannungstechnik, wäre diese Konstruktion (Fig. 4) dagegen jedenfalls schlechter wie die in Fig. 3 dargestellte, da beim Überschlagen der Strecke η ο der sich bildende Lichtbogen wegen seiner Nähe den eigentlichen Isolationskörper schwer gefährdet.

Pate KT- Ansprüche:

i. Isolator für die Zwecke der Hochfrequenztechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile, welche die mechanischen

Kräfte übertragen, keiner oder nur einer geringen elektrischen Beanspruchung ausgesetzt werden,, indem durch Ablenkung des elektrostatischen Kraftflusses von diesen Teilen das Spannungsgefälle innerhalb der Einspannstelle verringert wird.
2. Ausführungsform nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des von den beliebig befestigten Haltestücken ausgehenden elektrostatischen Kraftflusses gegeneinander gerichtete Metallkörper, \velche keine mechanischen Kräfte aufnehmen können, vorgesehen sind, die ihrerseits als Ausgangspunkte des Kraftflusses dienen, diesen also von den mechanisch beanspruchten Teilen ablenken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.