DE477121C - Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierkoerper aus nichtkristallinischen Stoffen - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Eine gemäß der Erfindung hergestellte Anordnung kann desgleichen als Kondensator von sehr großer Kapazität und sehr hoher Durchschlagfestigkeit dienen.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung elektrischer Isolierkörper aus nichtkristallinischen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, 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 unpolärisierten Zustand erhöht ist, und daß mehrere derartig polarisierte Schichten mit dazwischenliegenden dünnen Metallschichten zu einem Ganzen vereinigt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als dielektrische Ausgangsstoffe Calcumkarbonat, Aluminiumphosphat oder Aluminiumoxyd unter Zusatz von Bindemitteln oder ferner Zement, Leinölfirnis oder amorphe Körper, wie Glas, dienen.
3. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i und 2 zur Herstellung von Hochspannungsakkumulatoren, elektrischen Kondensatoren und Apparaten zur Erzeugung großer elektrostatischer Anziehungskräfte. q.. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i und 2 zur Sicherung von Hochspannungsleitungen oder Hochspannungsisolatoren gegen Entladung und Kurzschluß derart, daß sie je nach ihrer Spannung mit einer oder mehreren dielektrischen polarisierten Schichten und dazwischenliegenden Metallbelägen unter Erdung des äußeren Metallbelages ganz oder teilweise bedeckt werden.