DE587771C - Hochspannungsisolator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
8. NOVEMBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21G GRUPPE 2

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*) Hochspannungsisolator und Verfahren zu seiner Herstellung

Patentiertim Deutschen Reiche vom 22. März 1928 ab

Durch die Untersuchungen von Joffe ist bekanntgeworden, daß isolierende Schichten von sehr geringer Dicke (weniger als 0,01 mm) außerordentlich hohen elektrischen Beanspruchungen widerstehen, ohne zu durchschlagen, weil bei so geringen Schichtdicken die zum Durchschlag erforderliche Ionenlawine sich nicht in genügender Stärke ausbilden kann.

Zur Nutzbarmachung dieser Erkenntnis ist vorgeschlagen worden, Isolierkörper, wie sie für Isolationen, Hochspannungsakkumulatoren und Kondensatoren benutzt werden, aus dünnen Isolierschichten aufzubauen, die mit leitenden oder weniger gut isolierenden Schichten abwechseln. Es ist auch vorgeschlagen worden, die Herstellung eines Isolationskörpers dadurch vorzunehmen, daß die beiden Stoffe von verschiedener Leitfähigkeit derart miteinander emulgiert werden, daß der Stoff größerer Leitfähigkeit kleine Kugeln von wenigen μ Durchmesser bildet, die durch dünne Wände von einer Dicke von S μ oder weniger aus dem Stoff der geringeren Leit-

fähigkeit. voneinander -getrennt gehalten wer-

• den. :

Während bei dem letztgenannten Verfahren die beiden verschiedenen Stoffe, mindestens aber der die Wände bildende Stoff, um eine Emulsion zu erreichen, bei der Vermischung flüssig sein muß und daher nach der Verfestigung des Körpers sämtliche Zwischenräume mit veränderlicher Schichtdicke gleichmäßig ausfüllt, wird gemäß der Erfindung ein Hochspannungsisolator von sehr hoher 35 · Durchschlagsfestigkeit nach dem Prinzip von Joffe dadurch erhalten, daß Körner oder pulverförmige Teilchen von metallischer oder größenordnungsmäßig gleicher Leitfähigkeit, jedes für sich, mit einer sehr dünnen, weniger als 0,01 mm starken, festen Schicht überzogen werden, die eine erheblich geringere, größenordnungsmäßig verschiedene elektrische Leitfähigkeit besitzt. Alsdann werden die mit der festen Schicht überzogenen Teilchen durch Pressen oder Spritzen zu dem festen Isolierkörper vereinigt.

Ähnliche Verfahren sind zwar schon für die Herstellung magnetischer Kerne, sog. Massekerne, vorgeschlagen worden. Hierbei handelt es sich aber um magnetisches Material, dessen kleinste Teilchen voneinander isoliert werden müssen. Die zu bewältigenden Spannungen sind auch nur sehr kleine. Andererseits ist auch schon erwähnt worden, daß man elektrische Widerstände nach dem gleichen Prinzip bauen könnte. Elektrische Widerstände sind aber von Isolierkörpern grund-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans Busch in Berlin-Karlshorst.

verschieden. Auf die Höhe der Durchschlagsspannung kommt es bei Widerständen im Gegensatz zu Isolierkörpern gar nicht an.

Gemäß der Erfindung können Hochspannungsisolatoren hergestellt werden, die allen Anforderungen, insbesondere auch bezüglich der Durchschlagsfestigkeit, genügen.

Die dünne, schlecht leitende Schicht auf den besser leitenden Teilchen kann nach zwei verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Bei dem ersten wird der Überzug auf den Körnern oder pulverförmigen .Teilchen eines unmagnetischen Stoffes von metallischer oder größenordnungsmäßig gleicher Leitfähigkeit dadurch hergestellt, daß dieses Pulver mit einem zweiten Stoff in Berührung gebracht wird, der mit dem Stoff der Körner chemisch reagiert und auf diese Weise auf jedem Korn einen dünnen, weniger als 0,01 mm starken, festen Überzug aus einer chemischen Verbindung des Stoffes mit dem Stoff der Körner erzeugt, und zwar einer solchen chemischen Verbindung, deren elektrische Leitfähigkeit größenordnungsmäßig geringer ist als die elektrische Leitfähigkeit des gut leitenden Pulvers. Beispielsweise kann man Metallpulver bei höherer Temperatur dem Einfluß von trockener oder feuchter Luft oder Sauerstoff oder einer Mischung von Luft oder Sauerstoff mit Kohlendioxyd aussetzen und dadurch die Metallkörner mit einer schlecht leitenden Oxyd- oder Carbonatschicht überziehen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, ein leicht schmelzbares Metall, beispielsweise Blei oder Zink, zu verwenden und die Pulverform dadurch herzustellen, daß das Metall in flüssigem Zustande zerstäubt wird. Führt man die Zerstäubung beispielsweise in Luft oder Sauerstoff von geeigneter Temperatur aus, so werden die gebildeten Tröpfchen sofort oxydiert, so daß die Herstellung des Pulvers und die Oxydation in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen kann. Man kann auch Metallpulver in eine oxydierende oder die Oberfläche unter Bildung einer unlöslichen Haut angreifende Flüssigkeit einbringen und nachher auswaschen und trocknen.

Der zweite Weg besteht darin, daß die einzelnen Körner des besser leitenden Pulvers mit einem lackartigen Überzug eines nicht mit dem Pulver reagierenden Stoffes, z. B. Schellack, Kunstharz o. dgl., versehen werden. Hierzu mischt man das Pulver mit einer Lösung des Lackes, z. B. Schellack in Alkohol oder Kunstharz in Aceton, und trocknet die Mischung beispielsweise mittels eines warmen Luftstromes so lange, bis das Lösungsmittel verdampft. Durch Umrühren während des Trocknungsvorganges läßt .es sich erreichen, daß dabei die einzelnen Körner nicht zusammenbacken, sondern nach Beendigung der Trocknung ein Pulver zurückbleibt, bei dem jedes einzelne Korn mit einer schlecht leitenden Lackschicht überzogen ist.

Aus dem so, sei es nach dem ersten, sei es nach dem zweiten Verfahren, hergestellten Pulver wird erfindungsgemäß der gewünschte Isolierstoff dadurch hergestellt, daß das Pulver gepreßt wird, und zwar vorzugsweise in Plattenform. Statt dessen kann man bei denjenigen Verfahren, bei denen die Herstellung der Körner durch Zerstäuben des flüssigen Stoffes und anschließendes Oxydieren o. dgl. erfolgt, zur Herstellung der kompakten Form auch die kinetische Energie der Pulverteilchen ausnutzen, indem man in ähnlicher Weise, wie es vom Metallspritzverfahren her bekannt ist, beispielsweise flüssiges Blei durch heiße Luft oder Sauerstoff in eine Form oder gleich auf den zu isolierenden Körper spritzt. Man kann so den Isolierstoff in einem einzigen Arbeitsgang herstellen und zugleich auf den zu isolierenden Körper aufbringen.

Durch dieses Verfahren oder durch Pressen des getrennt hergestellten Pulvers erhält man einen Isolierkörper, wie er etwa durch Abb. 1 dargestellt ist: Die einzelnen Körner sind durch Zwischenwände getrennt, die durch die isolierenden Überzüge gebildet werden, und zwar wirken dabei als Zwischenwände nur diejenigen Teile der isolierenden Überzüge, die in unmittelbarer Umgebung der Berührungspunkte der einzelnen Teilchen liegen. Infolgedessen ist die Größe dieser Trennflächen im allgemeinen sehr gering und infolgedessen die Kapazität zwischen den Leitern, die durch den so hergestellten Isolierstoff getrennt werden, verhältnismäßig klein. Das ist kein Nachteil, wenn der Isolierstoff nur zur Isolation verwendet werden soll; will man aber eine besonders hohe Kapazität erhalten, so muß man Sorge tragen, daß die Berührungsflächen möglichst groß werden. Erfindungsgemäß läßt sich das erreichen durch Wahl eines so hohen Preßdrucks, daß die einzelnen Körner zu Polyedern deformiert werden und eine Struktur nach Abb. 2 entsteht, bei der die einzelnen Körner durch nahezu ebene Flächen von annähernd gleichmäßiger Dicke getrennt sind. Gleichzeitig sind dabei die bei Abb. 1 noch vorhandenen Luftzwischenräume ganz oder zum Teil ausgefüllt, was einen weiteren Vorteil bedeutet, da solche Luftzwischenräume wegen der in ihnen möglichen Ionisation für die Erreichung einer höheren Durchschlagsfestigkeit schädlich sind.

Die gleiche hier durch den hohen Preßdruck erzielte Wirkung läßt sich beim Spritzverfahren durch hohe Spritzgeschwindigkeit und eine hohe Arbeitstemperatur erreichen, die so zu wählen ist, daß die Teilchen bereits

unter dem Einfluß geringer Kräfte deformiert werden.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß es wichtig ist, dieLuf tzwisehenräume zwischen den Teilchen zu beseitigen. Um dieseZwischenräume bis auf den letzten Rest zu entfernen, ist ein überaus hoher Druck erforderlich. Man kann jedoch mit weniger hohem Druck auskommen, wenn man die Körner vor dem

ίο Pressen mit einem feinkörnigen Isolierstoff in geeignetem. Mengenverhältnis mischt, dessen Korngröße wesentlich geringer als die des Stoffes größerer Leitfähigkeit ist. Man erhält so eine Struktur nach Abb. 3, bei der der feinkörnige Isolierstoff die Lücken zwischen den Körnern zum Teil ausfüllt, so daß schon mit einem geringen Preßdruck eine weitgehende Entfernung der Luftzwischenräume möglich ist.

Eine weitere Möglichkeit, die schädlichen Luftzwischenräume zwischen den Teilchen zu beseitigen, besteht darin, daß der Isolierkörper nach dem Pressen mit einem flüssigen Isöliermittel, z. B. geschmolzenem Kolophonium oder Kunstharz, getränkt wird. Gegebenenfalls kann das Tränken unter gleichzeitigem Erhitzen und Entgasen der Isoliermasse stattfinden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Hochspannungsisolator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus nichtmagnetischen körnigen oder · pulverförmigen Teilchen von metallischer oder größenordnungsmäßig gleicher Leitfähigkeit besteht, die, jedes für sich, mit einer sehr dünnen, weniger als 0,01 mm starken, festen Schicht von größenordnungsmäßig geringerer elektrischer Leitfähigkeit überzogen und darauffolgend durch Pressen oder Spritzen zu dem festen Isolierkörper vereinigt sind.
2. 2. Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er "aus mit einem isolierenden Überzug versehenen Teilchen größerer elektrischer Leitfähigkeit besteht, die vor dem Pressen mit Isolierpulver gemischt sind, dessen Korngröße kleiner ist als die Korngröße der besser leitenden Teilchen.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsisolators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff größerer elektrischer Leitfähigkeit im flüssigen Zustand in Gegenwart eines mit ihm chemisch reagierenden Stoffes, insbesondere Gases, z. B. Luft oder Sauerstoff, zerstäubt wird, so daß zugleich eine Pulverisierung dieses Stoffes und chemische g₀ Umsetzung der Oberfläche der feinsten Teilchen in einem Arbeitsgang erzielt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff größerer Leitfähigkeit im flüssigen Zustand unmittelbar auf den zu isolierenden Leiter gespritzt wird, der sich dabei in einer chemisch wirksamen Atmosphäre, beispielsweise Luft oder Sauerstoff, befindet.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen