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Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierkörper aus nichtkristallinischen
Stoffen Es ist bekannt, daß beim Durchgang eines elektrischen Stromes durch dielektrische
Kristalle bei einer Spannung von io ooo Volt oder mehr der Kristall eine Polarisation
erfährt, wobei die elektromotorische Kraft der Polarisation die Größe des angelegten
Potentials erreicht. Versuche haben gezeigt, daß die Polarisation sich nur auf eine
sehr dünne Schicht (unter o,oi mm) erstreckt, die an die angelegte Kathode grenzt,
während die Dicke des Dielektrikums die Polarisationserscheinung nicht beeinflußt.
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Weitere Untersuchungen haben in unerwarteter Weise gezeigt, daß außer
den dielektrischen Kristallen sich auch andere, und zwar nichtkristallinische dielektrische
Stoffe und Halbleiter in gleicher Weise verhalten, jedoch immer unter der Bedingung,
daß sie eine feste oder zähe Konsistenz besitzen. Derartige polarisierte Stoffe
haben demzufolge eine sehr hohe Durchschlagfestigkeit. Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierkörper aus nichtkristallinischen
Stoffen, welches darin besteht, daß eine Schicht von höchstens o,oi mm Dicke eines
dielektrischen oder halbleitenden Ausgangsstoffes fester oder zäher Konsistenz in
den Zustand elektrischer Polarisation überführt wird, derart, daß ihre Durchschlagfestigkeit
gegenüber derjenigen im unpolarisierten Zustand erhöht ist, und daß mehrere derartig
polarisierte Schichten mit dazwischenliegenden dünnen Metallschichten zu einem Ganzen
vereinigt werden. Höchst befriedigende Resultate wurden bei Verwendung von -Ausgangsstoffen,
wie Calciumkarbonat, Aluminiumphosphat oder Aluminiumoxyd mit geeigneten Bindemitteln,
sowie ferner bei Zement, Leinölfirnis, Glas. usw. erhalten.
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Erfindungsgemäß wird das die Polarisation dieser Stoffe benutzende
Verfahren zur Herstellung von Isolationen, Hochspannungsakkumulatoren, Kondensatoren
u. dgl. sowie zur Erzeugung großer elektrostatischer Anziehungskräfte in der Weise
verwendet, daß mehrere sehr dünne polarisierte Schichten des Dielektrikums bzw.
des Halbleiters mit dazwischenliegenden, ebenfalls dünnen Metallschichten zu einer
gemeinsamen Anordnung vereinigt werden. Denn eine derartige Anordnung von abwechselnd
aneinanderliegenden dünnen Schichten aus polarisiertem Dielektrikum und Metall kann
beispielsweise zum Aufspeichern elektrischer Energie Verwendung finden, also einen
leichten Hochspannungsakkumulator darstellen. In diesem Falle werden die Metallschichten
abwechselnd untereinander parallel verbunden und bilden so zwei Gruppen von Metallzwischenlagen,
die durch das Delektrikum voneinander getrennt sind und während des Polarisationsvorganges
(Ladung) je an einen der beiden Pole einer Hochspannungsquelle angeschaltet werden.
So kann man z. B., wenn man kolloidales, unter Beimischung eines zähen organischen
Bindemittels präpariertes Calcium oder Zement in dünnen Schichten von etwa o,oi
mm Dicke zwischen Aluminiumplatten ungefähr derselben Dicke aufträgt und dann den
in dieser Weise hergestellten Akkumulator bei einer Temperatur über ioo° C bis zu
einigen io ooo Volt ladet, den größten Teil der aufgespeicherten Elektrizitätsmenge
wieder erhalten,
und zwar bei einer allmählich vom Maximalwert des
angelegten Potentials bis Null abfallenden Spannung. Je nach den Eigenschaften des
Dielektrikums, der Anzahl der Schichten und deren Dicke sowie der angewandten Spannung
besteht die Möglichkeit in i cm8 etwa von 1o bis ioe Joule zu konzentrieren. Die
vom Akkumulator gelieferte hochgespannte elektrische Energie kann in üblicher Weise
in Strom niederer Spannung umgewandelt werden.
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Der Aufbau eines derartigen Akkumulators ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt; hierbei sind: a und b die beiden Systeme parallel geschalteter Metallplatten,
c das Dielektr ikum und d die Anschlußleitung.
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Indem man den Hochspannungsakkumulator gemäß der Erfindung parallel
mit einem Gleichstromgenerator oder gleichgerichteten Wechselstrom schaltet, besteht
die Möglichkeit, den Akkumulator als zusätzliche Spannungsquelle zu verwenden.
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Eine gemäß der Erfindung hergestellte Anordnung kann desgleichen als
Kondensator von sehr großer Kapazität und sehr hoher Durchschlagfestigkeit dienen.
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Belegt man eine Hochspannungsleitung je nach der Größe der Spannung
mit einer .dielektrischen Schicht, deren äußere Oberfläche mit Hilfe einer metallischen
Belegung geerdet ist, oder mit mehreren solcher Schichten unter Zwischenschaltung
von Metallzwischenlagen und Erdung der Oberfläche der äußeren metallischen Schicht,
so kann man das äußere elektrische Feld der Leitung vernichten und die Leitung vor
Entladung sowie vor Kurzschluß schützen. So z. B. vernichtet eine gemäß der Erfindung
behandelte Leinölfirnisschicht von 0,05 mm Dicke mit absoluter Durchschlagsicherheit
das Feld einer 15 ooo Volt führenden Leitung. Zum Schutz einer Leitung, die
ioo ooo Volt Spannung hat, wären etwa sieben dielektrische Schichten mit sechs Metallzwischenlagen
nötig. In derselben Weise können Hochspannungsisolatoren ausgeführt werden. Nach
einmaliger Polarisation schützen dieselben den geladenen Körper dauernd gegen Abfluß
der Ladung.
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Da ferner die elektrostatische Anziehungskraft zwischen der Elektrode
und der anliegendenPolarisationsschicht einige ioooo Atm. erreicht, so kann man
das die Erfindung bildende Verfahren zur Erlangung von sehr großen, die Kraft der
gegenwärtig verwendeten Elektromagneten vielfach übersteigenden Anziehungskräften
benutzen.
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Für die Herstellung der dünnen dielektrischen Polarisationsschichten
kommen beispielsweise folgende an sich bekannte Methoden zur Herstellung dünner
Schichten in Betracht i. Auftragen des Stoffes in zähem oder kolloidalem Zustande
mit nachfolgender Trocknung oder Erwärmung; 2. abwechselnde Auftragung der dielektrischen
und Metallschichten durch Sublimation im Vakuum oder in einem Gase, welches, mit
dem Niederschlag reagierend, die gewünschte dielektrische Substanz bildet; 3. Elektrolyse,
gegebenenfalls mit Herbeiführung einer nachträglichen Reaktion; q.. kathodische
oder mechanische Zerstäubung (Spritzverfahren) ; 5. Ausscheidung aus einer Lösung
oder aus einem kolloidalen Stoffe; 6. andere Prozesse, die genügend dünne Schichten
ergeben, z. B. Pressen, Walzen usw.