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Elektrischer Flüssigkeitskondensator Bei dem Aufbau von elektrischen
Trockenschichtkondensatoren bestehen bekanntlich die Schichten abwechselnd aus metallischen
Leitern, wie Zinn, Aluminium, Folien, und aus einem Dielektrikum wie Papier. An
Stelle von Papier hat man auch veresterte Cellulose als trockene Zwischenschicht
selbst verwandt bzw. aus der Lösung auf dem isolierenden Material verfestigt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines flüssigen
Dielektrikums aus Estern mit hoher Dielektrizitätskotistante bei der Herstellung
von elektrischen Flüssigkeitskondensatoren. Diese Ester können sowohl für sich allein
wie auch im Gemisch mit anderen Dielektriken benutzt und auch in Verbindung mit
Schutzschichten, z. B. Papier, angewandt werden. Besonders geeignet als hochwertige
Dielektrika sind die 13ster der Phosphorsäure, wie Trikresylphosphat, Tributylphosphat,
Triäthylphosphat, ferner Phthalsäureester, z. B. Phthalsäuredibutyl-, -diamyl-,
-diäthylester, oder auch Ester des Glycerins, z. B. Triacetin. Die Eigenschaften
dieser Verbindungen können durch Vorbehandlung in einem :Maße beeinflußt werden,
daß ihre Eignung für den beabsichtigten Zweck außerordentlich gesteigert wird. Die
Vorbehandlung besteht in einem Filtrationsvorgang über ein Material mit Absorptionseigenschaften,
z. B. wird handelsübliches Trikresylphosphat durch Filtration über Fullererde, Silicagel
oder ähnliche Stoffe gereinigt, um Wasser und die geringen Mengen anderer Verunreinigungen
zu entfernen, die auch im gereinigten- Trikresylphosphat stets vorhanden sind. Dazu
genügt gewöhnlich eine Schicht von Fullererde von i m Höhe. Während vor der Behandlung
die Dielektrizitätskonstante des Esters schwankende Werte besitzt, hat sie nach
der Reinigung mit Fullererde stets denselben Wert von etwa j. Der Leistungsfaktor
wird durch die Vorbehandlung etwas erniedrigt und der Widerstand erhöht. Der Wert
des Widerstandes, der vor der Behandlung mitunter sehr niedrig ist und erheblich
schwankt, beträgt nach der Behandlung etwa i bis 21/2 X i o0 Ohm/cm3.
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Die Zusammenstellung- des Kondensators kann in der gleichen Weist
vorgenommen werden, die bei der Verwendung von Ü1 oder anderen flüssigen Dielektriken
üblich ist, z. B. kann ein Kondensator mit- zwischengelegten Papierschichten bei
gewöhnlicher Temperatur im Vakuum getränkt werden.
Ein für 220 Volt
geeigneter Kondensator mit Papierdielektrikuni, dessen Abmessungen etwa
8,9 X io,S X 12,7 cm betragen und welcher Aluminiumfolien als Elektroden
und drei Schichten Papier von 1/i00 nun Dicke enthält, besitzt eine Kapazität von
iBMil:rofarad bei Verwendung von 'Mineralöl als Dielektrikuni. Wird aber die Tränkung
mit Trikresylphosphat vorgenommen, so weist ein solcher Kondensator eine Kapazität
von 35 N-Iilcrofarad, also eine Steigerung um etwa 95 01o auf. Andererseits
kann man natürlich bei Verwendung des neuen Tränkmittels die Größe des Kondensators
vermindern, wenn gleiche Kapazitäten verlangt «-erden, z. B. besitzt ein ölgetränkter
Kondensator, dessen Kapazität ein Mikrofarad beträgt und der bei Wechselstrom von
220 Volt benutzt werden kann, einen Rauminhalt von etwa 67 cm3. Dagegen beansprucht
ein mit Trikres_v-Iphosphat getränkter Kondensator gleicher kapazität nur einen
Raum von etwa 3¢ cm3.
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Eine weitere Beeinflussung der Eigenschaften, der Kondensatoren ergibt
sich aus den Veränderungen, denen die genannten Phosphorsäureester beim Erhitzen
unterliegen. Wenn man z. B. das durch Filtration gereinigte TrikresylphosphatetWa
2 bis io Stunden auf Temperaturen zwischen i05 und i65° C hält, so wächst die Dielektrizitätskonstante
an und steigt von etwa 7 auf 31. Dabei entspricht die längere Dauer der Erwärmung
der Behandlung im tieferen Temperaturbereich und umgekehrt. Der Widerstand des Phosphorsäureesters
wird zwar ein wenig vermindert, ist aber immerhin noch sehr hoch und beträgt etwa
iog Ohm/cm3. Der Leistungsfaktor wird erhöht und kann z. B. von etwa z bis 4 01o
auf 25 bis 3o 01o ansteigen. Indessen ist diese Vergrößerung des Leistungsfaktors
in all den Fällen ohne Bedeutung, wo die Kondensatoren für Gleichstrom oder intermittierenden
Strom benutzt werden sollen, wie beispielsweise beim Anlassen von Motoren mit hohem
Drehmoment oder z. B. auf dem Gebiet des Radiowesens.
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Ein Kondensator der oben beschriebenen Art und der gleichen Abmessungen,
bei dem die Verwendung von filtriertem Trikresylphosphat eine Kapazität von 35 Mikrofarad
herbeiführte, besitzt bei der Tränkung mit heiß behandeltem Trikresylphosphat eine
Kapazität von 65 Mikrofarad. Das bedeutet eine weitere Steigerung um 85 0/0.
Diese Steigerung erlaubt andererseits, die Abmessungen des Kondensators. zu vermindern,
wenn die gleiche Kapazität gewünscht wird. Die Größe eines Kondensators von i Mikrofarad,
die hei Verwendung von über Fullererde filtriertem Tril:resylpliosliliat sich auf
rund 3.4 cm3 herabsetzen ließ, kann weiter auf etwa i8 cm3 vermindert werden, wenn
hocherhitztes Trikresylphosphat als Tränkmittel dient.
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Wenn die Steigerung des Leistungsfaktors unerwünscht ist, so kann
sie nachträglich dadurch ausgeglichen werden, daß der mit dem Phosphorsäureester
getränkte Kondensator in geschmolzenes Paraffin getaucht wird. Taucht man z. B.
einen Kondensator mit Papierisolation, die mit erhitzten Trikresylphosphat getränkt
ist, in ein Paraffinbad von etwa i65° C und läßt man ihn etwa i Stunde darin, so
wird zwar ein Teil des Esters durch das Paraffin verdrängt, aber die Hauptmenge
bleibt vorhanden. Nach der Behandlung ist der Leistungsfaktor auf mindestens 150/"
mitunter sogar unter 7 01o gefallen.
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Die gemäß der Erfindung erreichbaren Vorteile wirken sich besonders
günstig aus, wenn bei Kondensatoren mit Papierzwischenschichten diese Schichten
aus Kraftpapier bestehen. Der Leistungsfaktor wird erniedrigt, und die Lebensdauer
bei den üblichen Spannungen wird erhöht, wenn statt des gewöhnlich benutzten Leinenpapiers
das aus Sulfatzellstoff hergestellte Kraftpapier als Zwischenschicht die=nt. Man
kann solches Papier in hinreichender Dünne herstellen. Zwischen den Platten des
Kondensators werden vorzugsweise drei Schichten Kraftpapier von 11,0, mm Dicke angebracht.
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In den Fällen, wo Zwischenschichten aus Papier zwischen den Kondensatorplatten
vorgesehen werden, ist es mitunter vorteilhaft, das Papier mit wäßrigen Lösungen
anorganischer Salze zu tränken, und zwar kann man die Behandlung mit Calciumsalzen
oder Natriumphosphat vor- oder nach dem Zusammenbau des Kondensators vornehmen.
Durch diese Vorbehandlung des Papiers wird der Leistungsfaktor des nachträglich
mit Estern getränkten Kondensators herabgesetzt, ohne daß die sonstigen elektrischen
Eigenschaften wesentlich geändert werden.
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Auch mit anderen festen Zwischenschichten als Papier lassen sich die
Ester gemäß der Erfindung vereinigen, z. B. kann eine Aluminiumfolie benutzt werden,
die auf chemischem Wege oder durch elektrolytische Behandlung oder durch eine Kombination
beider Behandlungsweisen mit einer Schicht von Aluminiumoxyd überzogen worden ist.
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Bei der Verwendung von Phosphorsäureester kann man auch Gemische von
diesen Stoffen und Paraffin benutzen. Man kann also z. B. bei ioo bis i50° C wechselnde
,Mengen von Paraffin, z. B. von a bis 75 o/., auflösen und mit dieser Lösung den
Kondensator tränken. Derartige Gemische bieten den Vorteil, daß sie bei Erkalten
fest werden und daß dadurch der Möglichkeit vorgebeugt wird, claß etwa <las Dielektrikuni
ausläuft, Auch
sichern solche Mischungen den Zusammenhang innerhalb
des Kondensators. Statt des Paraffins kann man auch andere wachsartige Stoffe benutzen,
wie Karnaubawachs oder auch Schellack.
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Die Imprägnierung des Kondensators kann in üblicher Weise erfolgen,
bei Kondensatoren mit Papierzwischenschichten z. B. so, daß der Kondensator zunächst
getrocknet wird und daß dann das Tränkmittel hinzugefügt wird. Sowohl die Trocknung
wie die Tränkung werden am besten im Vakuum vorgenommen. Man kann auch die Kondensatoren
in die hocherhitzte Tränkmasse tauchen, und, wenn eine Nachbehandlung mit Paraffin
erwünscht ist, eine solche nachträglich vornehmen.
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Ein mit Paraffin nachbehandelter Kondensator obergenannter Abmessungen
besitzt einen Leistungsfaktor vön rund 6 bis io °/o gegenüber rund io bis 12
% eines gleichen Kondensators mit Kraftpapier.