DE596124C

DE596124C - Elektrischer Apparat, bei welchem die sich erhitzenden Teile in ein hauptsaechlich aus Quarz bestehendes Isoliermaterial eingebettet sind

Info

Publication number: DE596124C
Application number: DE1930596124D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Alexander Meissn Dr
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1930-01-16
Filing date: 1930-01-16
Publication date: 1934-04-27

Description

DEUTSCHES REICH

• -BMoflieek
£>ür. ind. Eigendor,

2 2 MEI 1934

AUSGEGEBEN AM 27. APRIL 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 596124 KLASSE 21 d 2 GRUPPE

21 d² T 22.

•s. ,

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Januar 1930 ab

Es sind elektrische Apparate bekannt, bei welchen die sich erhitzenden Teile in ein hauptsächlich aus Quarz bestehendes Isoliermaterial eingebettet sind. Diese Ausführung wurde gewählt, um die elektrischen Leiter gegen eine Lageveränderung durch elektro-' magnetische Kräfte zu sichern. Bei dieser Anordnung war auch vorgesehen, die Zwischenräume zwischen den Einzelteilen des festen Isolierstoffes mit öl auszufüllen.

Es ist bekannt, daß Quarz ein außerordentlich gutes Wärmeleitvermögen besitzt, wenn man ihn in kristalliner Form und in grobkörniger oder stückiger Form benutzt. Seine Wärmeleitfähigkeit in diesem Zustande beträgt angenähert ¹J₃ oder */₄ der Wärmeleitfähigkeit des Eisens, und sie ist um ein Vielfaches größer als die Wärmeleitfähigkeit des Mineralöles. Da Quarz außerdem sich als einer der besten Isolatoren herausgestellt hat, so sollte man erwarten, daß die älteren Anordnungen, welche Quarz zum Festlegen der Spulen benutzen, hinsichtlich ihres Wirkungsgrades, insbesondere mit Rücksicht auf die Wärmeabfuhr, denjenigen Apparaten weit überlegen sind, welche als Isolierflüssigkeit beispielsweise öl enthalten.

Diese Annahme hat sich aber in ihrer Allgemeinheit als unzutreffend erwiesen, und es hat sich herausgestellt, daß es nicht allein auf die Art der Einbettungsmasse ankommt, sondern auch auf die Größenverhältnisse der Vorrichtungen und daß man nur unter bestimmten Bedingungen sich die gute Wärmeleitfähigkeit des Quarzes zur Verbesserung der Wärmeabfuhr zunutze machen kann. Die Erklärung für diese Tatsache liegt darin, daß bei Kühlung von elektrischen Vorrichtungen, bei denen die sich erhitzenden Teile in Mineralöl eingebettet sind, die Wärmeabfuhr nicht allein durch die Wärmeleitfähigkeit des Mineralöls beeinflußt wird. Vielmehr tritt bei genügend großem Querschnitt der dem Mineralöl zur Verfügung stehenden Räume eine intensive Zirkulation des Öls ein, und diese Zirkulation des Öls bewirkt eine wesentlich raschere Übertragung der Wärme als die Wärmeleitfähigkeit des Mineralöls selbst erwarten läßt. Die Zirkulation des Mineralöls hat zur Folge, daß die Wärmeableitung unter diesen Bedingungen wesentlich größer ist, als man sie bei Verwendung des Quarzes je erreichen könnte. Daraus ergibt sich, daß eine Überlegenheit des Quarzes hinsichtlich der Wärmeableitung nur dann gegeben ist, wenn der Bau der Vorrichtungen dem Mineralöl keine ausreichende Zirkulationsmöglichkeit bietet, da in diesem Falle bei den mit Mine-

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

Dr. Dr.-Ing. e. Ji. Alexander Meißner in Bcrlin-DaJilon.

ralöl gefüllten Vorrichtungen die Wärmeableitung im wesentlichen durch die Wärmeleitfähigkeit bedingt ist und deshalb erheblich hinter der Wärmeableitung zurückbleibt, welche man mit Quarz erreichen kann.

In denjenigen Fällen, in denen man möglichst kleine Apparate bauen will, wird der Zwischenraum zwischen den sich erwärmenden Teilen und der Wandung des Gehäuses \o nur so groß gemacht, daß die Stärke der Isolationsschicht etwa eine Dicke von höchstens 20 mm besitzt. Dieser Zwischenraum wird mit einer Schicht aus größeren Quarzstücken oder Ouarzkörnern ausgefüllt, und solch eine Schicht von 20 mm Dicke besitzt etwa eine 3- bis 5mal höhere Durchschlagsfestigkeit als Öl, d. h. eine größere Durchschlagsfestigkeit von mehreren 100 000 Volt. Die Wärmeableitung ist in diesem Falle erheblich größer als die Wärmeableitung in der gleichen Vorrichtung sein würde, wenn der Zwischenraum mit öl ausgefüllt würde; denn bei derart engen Querschnitten ist die ölzirkulation zu gering, um wesentlich zur Wärmeableitung beizutragen. Würde man die Isolationsschicht größer wählen, so würde der neue Transformator mit der Ouarzfüllung einem Transformator mit guter ölkühlung unterlegen sein; denn in diesem Falle würde die Zirkulation des Öls eine bessere Wärmeableitung bewirken als eine entsprechend dickere Quarzschicht.

Die Erfindung besteht danach in der Anordnung einer nach außen isolierenden und die Wärme ableitenden Schicht, die nicht dicker als 20 mm ist und aus größeren'Quarzstücken oder Ouarzkörnern besteht. Eine solche Schicht hat gegenüber einer gleich dicken ölschicht den Vorteil einer höheren Durchschlagsfestigkeit und gleichzeitig einer besseren Wärmeableitung.

Bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Wicklungen durch eine Ouarzmasse mechanisch festgelegt werden sollten, wurde der Wärmeableitung keine Bedeutung beigemessen, und nach dem Gesagten konnten derartige Vorrichtungen auch keine gegenüber dem öl verbesserte Wärmeableitung besitzen. Will man gemäß der Erfindung Quarz als Isolator und zur Wärmeabführung verwenden, so stellen bei dem heutigen Stand der Technik keine geeigneten Quarzkörper zur Verfugung, die dem betreffenden technischen Apparat in der Form angepaßt sind. Man muß daher zerkleinerten Quarz verwenden, Quarzkörner oder grobkörnigen Sand. Dann ist freilich die Wärmeleitfähigkeit dadurch erheblich vermindert, daß beim Übergang der Wärme von einem Korn zum anderen die Wärme eine Lufthaut an der Oberfläche der Körner passieren muß und nun hier einen sehr großen Wännewiderstand findet, so mißt man z. B. bei Ouarzsand wegen der feinen Verteilung einen Wärmewiderstand, der in der Größenordnung von Mineralölen liegt. Will man also Ouarzkörner oder Quarzsand für die Ableitung der Wärme verwenden, so muß man die Lufthaut beseitigen. Man erreicht dies dadurch, daß man die betreffende Ouarzmasse mit Öl, Ceresin, Asphalt oder, mit irgendeiner anderen Bindenlasse ausfüllt,; zweckmäßig auch auskocht. Würde man eine;-: so hergstellte Masse größtmöglichster Wärmeleitfähigkeit in das Umfassungsgefäß eines normalen öltransformator füllen, so würde man finden, daß die Wärmeableitung trotz der viel größeren Wärmeleitfähigkeit gegenüber öl doch wesentlich schlechter ist als bei ölfüllung. Die Gründe dieser Erscheinung sind oben auseinandergesetzt.

Macht man aber das Kühlgefäß gemäß der Erfindung nur gerade so groß, daß es nicht mehr als etwa 20 mm größer ist als die Wicklungskörper und füllt man dann dieses Kühlgefäß, mit einer zerkleinerten Quarz- oder Sandmasse, so ist ein derartiger Transformator hinsichtlich Durchschlagsfestigkeit und Wärmeableitung den bisherigen Transformatoren schon überlegen.

Soll von der äußeren Oberfläche des Transformators die gleiche Wärmemenge nach außen abgeleitet werden, so ist natürlich erforderlich, daß die äußere Kühloberfläche "des Transformatorgefäßes dieselbe Größe hat wie bei einem normalen Transformator mit ölkühlung, d. h. es sind an dem an sich kleineren Kühlgefäß reichlich Rippen, möglichst solche Rippen, die für die Wärmeableitung in ihrem Ansatz auch einen für die Wärmeleitung günstigen Querschnitt haben, vorzusehen. Als Füllmasse des Transformators kann man entweder Ouarzsand verwenden oder besser zerkleinerten kristallinen Quarz. Die Wärmeableitung und auch die Isolationsfähigkeit wird um so größer sein, je größer die Ouarzstücke sind. Zweckmäßig kann man hier auch, zum mindesten außen am Kühlmantel, größere Ouarzstücke verwenden, wobei natürlich darauf zu achten ist, daß die in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Stücken vorhandenen Lufthüllen entfernt sind.

In der Abbildung ist ein erfindungsgemäßer Transformator dargestellt. Es bedeutet K den Eisenkern, auf welchem die beiden Transformatorspulen angeordnet sind. G bedeutet das zweckmäßigerweise mit Kühlrippen versehene Transformatorgefäß.· Die elektrische Isolierung zwischen den Spulen und der Gefäßwandung erfolgt mittels Ouarzkörnern, welche in Ol eingebettet sind. Der Abstand D zwischen den isolierten Spulen und der Gefäß-

wand ist vorliegender Erfindung gemäß kleiner als 20 mm zu wählen.

Für günstiges Arbeiten der Anordnung ist es zweckmäßig, die elektrisch isolierenden, S mit dem Bindemittel versehenen Quarzkörner unter Druck in das Transforniatorgetäß einzufüllen.

Claims

Patentansprüche:

1: Elektrischer Apparat, bei welchem die sich erhitzenden Teile in ein hauptsächlich aus Quarz bestehendes Isoliermaterial eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen isolierende und die Wärme ableitende Schicht

aus größeren Ouarzstücken oder Ouarzkörnern besteht und eine Dicke von weniger als 20 mm hat.
2. Elektrischer Apparat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarz kristalline Form hat.
3. Elektrischer Apparat nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit die Lufthaut an der Oberfläche der isolierenden Masseteilchen in an sich bekannter Weise durch Einbetten in einer gut isolierenden Masse beseitigt, zweckmäßig die aus Quarz und Einbettungsmasse bestehende Mischung ausgekocht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen'