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Zusammengesetzter elektrischer Isolierkörper Um die Herstellung von
Isolierkörpern, insbesondere solchen aus keramischem Material, wie Porzellan- zu
erleichtern, kann man sie aus einzelnen Teilen zusammensetzen. Die Herstellung der
-Isolierkörper aus Einzelteilen empfiehlt sich besonders bei Körpern großer Abmessungen
oder bei. -Hohlkörpern, in deren Hohlräume irgendwelche Metallteile o. dgl. eingesetzt
werden sollen.
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Die Zusammensetzung der Einzelteile ist bei verschiedenen Herstellungsstufen
' möglich; so kann man z. B. bei keramischem Material die einzelnen Teile für sich
formen; durch Glasur oder Schlicker im Rohzustand miteinander verbinden und dann
gemeinsam brennen. Bei diesem Verfahren wird zwar die Formarbeit vereinfacht, aber
beim Brennen ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten, wie wenn der Körper von
Anfang an als einheitliches Ganzes hergestellt worden wäre. Auch neigen leicht derartig
zusammengesetzte Körper beim Brennen zu Rißbildungen an der Fuge, oder sie sind
an der Fuge mechanisch und elektrisch wesentlich weniger widerstandsfähig als an
den übrigen Stellen. Muß vor dem Zusammensetzen der Einzelteile in irgendeinen Hohlraum
ein Metallkörper, z. B. eine Wicklung, Eisenkern o. dgl., eingesetzt werden; so
müssen die eingesetzten Metallteile den Brennprozeß mitmachen, müssen also aus thermisch
widerstandsfähigem Material hergestellt sein, wenn sie durch diesen Prozeß nicht
Schaden leiden sollen. Soll in einen Hohlraum eines keramischen Isolierkörpers eine
isolierte Wicklung o. dgl. eingesetzt werden, so sind derartige Verfahren überhaupt
kaum anwendbar.
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Werden dagegen die Einzelteile erst nach endgültiger Fertigstellung,
also z. B. bei Porzellan nach dem Brennen, zusammengesetzt, so waren nach dem bisherigen
Verfahren die Stoßfugen immer der schwächste Teil des Gesamtkörpers, und zwar sowohl
in mechanischer wie elektrischer Hinsicht: Bei zusammengesetzten öl- oder massegefüllten
Isolatoren machte schon allein die Abdichtung der Fugen gegenAustritt des dieFuge
dielektrisch entlastenden Füllmittels großeSchwierigkeiten, die man durch Planschleifen
der Stoßflächen und Zwischenlage von geöltem oder zelloniertem Löschpapier o. dgl.
zu überwinden suchte. Die Verbindung der Einzelteile durch beispielsweise treibenden
Kitt u. dgl. ergab zwar einen genügenden mechanischen Zusammenhalt, die Fuge war
aber elektrisch wenig widerstandsfähig, sie mußte außerhalb der elektrisch hoch
beanspruchten Teile verlegt werden oder man mußte sie durch vorgelagerte zusammenhängende
Isolierschichten, z. B. durch vorgeschaltete, mit C51, Masse o. dgl. ausgefüllte
Kammern, Isolierwickel, durch die Fuge überlappende feste Isolierteile o. dgl.,
möglichst weitgehend elektrisch entlasten. Ein anderer Weg, die spezifische elektrische
Belastung
pro Längeneinheit der Fuge herabzudrücken, bestand darin, der Füge eine möglichst
große Ausdehnung zu gehen, indem man entweder an der Stoßfuge den Einzelteilen eine
sehr große Wandstärke gab oder sie schräg, z. B: in Form einer Kegelfläche, oder
unter mehrfachem Richtungswechsel, z. B. in Form einer Sinuslinie, durch den Isolierkörper
zog. Man gab dabei der Fuge eine Ausdehnung, die meist größer war als die effektive
Isolatorhöhe bzw. der Durchschlags-. weg in Luft. Auch hat man vorgeschlagen; auf
eine unmittelbare Verbindung der Einzelteile durch Stoßfugen zu verzichten und die
Einzelteile elektrisch durch eine zwischengeschaltete, mit Öl, Masse o. dgl.
ausgefüllte Kammer zu einem brauchbaren Isolierkörper zu ergänzen. Alle diese Maßnahmenzwingen
dazu, in der Nähe der Stoßfuge wesentlich mehr Material, insbesolidere Isoliermaterial,
anzuhäufen, als bei einem einheitlichen Körper notwendig wäre: Dabei ergeben sich
mitunter auch für die Einzelteile verwickelte, schwer herstellbare Formen, insbesondere
dann, wenn dieEinzelteile mit wellenförmig ausgebildeten Stoßflächen ineinandergeschaltet
werden müssen. Wird der Zwischenraum zwischen den Einzelteilen durch Öl, Isoliermasse
o: dgl.-ausgefüllt; so müssen diese Räume besonders abgekapselt werden, damit die
Füllung nicht im Laufe der Zeit ausfließt. Eine vollkommene" Dichtung der Räume
macht wegen des Arbeitens der Füllung bei Temperaturschwankungen praktisch unüberwindliche
Schwierigkeiten: Da sich ferner die Einzelteile an den-Stoßfugen nicht genügend
gegeneinander abstützen können und auch sonst nicht mechanisch zusammengehalten
werden, sind zur 1, mechanischen Verbindung noch besondere Fassungen u. dgl. notwendig.
Wegen der Verschiedenheit der Wärmeausdehnung des Fassungsmaterials und des Isolierkörpers
kann bei Temperaturschwankungen der Isolierkörper leicht zersprengt werden, oder
der Isolierkörper kann sich in der Fassung lockern. Flüssiges oder breiiges Füllrnäterial
zwischen den Einzelteilen fließt dann aus, festes Füllmaterial löst sich von den
Stoßflächen der Einzelteile ab. Dadurch geht die elektrische Festigkeit des Gesamtkörpers
verloren.
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Bei aus Faserstoff und einem Bindemittel, z. B. aus Papierwickeln
und härtbaremKunstharz hergestellten -Isolierkörpern macht die Zusammensetzung aus
Einzelteilen keine-Schwierigkeiten, wenn man die einzelnen Teile z. B. gemeinsam
aus aneinandergrenzenden, entsprechend vorbereiteten Papierbahnen wickelt und in
den einzelnen Wickellagen die Stoßfugen der Bahnen gegeneinander versetzt. Man kann
statt dessen auch einen Isolierkörper aus einzelnen mit Kunstharz getränkten Wickeln,
Stapeln o. dgl. unter Zugabe von Kunstharz an den Stoßstellen zusammensetzen. Bei
diesen Herstellungsverfahren können die Einzelteile erst nach ihrer Zusammen-_ setzung
zu einem Gesamtkörper dem Härtungsprozeß, bei dem gleichzeitig Drück und . Wärme
aufgewendet werden muß, unterworfen -werden, wenn man einen auch nur einigermaßen
elektrisch widerstandsfähigen Gesamtkörper erhalten will. Auch bei diesen Verfahren
können wie beim Züsammengarnieren von Porzellankörpern die Einzelteile nicht für
sich endgültig fertiggestellt werden, sondern machen gerade bei der letzten Fabrikationsstufe
große Schwierigkeiten, weil beispielsweise umfangreiche Preßformen für die Durchführung
des Härtungspräzesses nötig sind und die richtige Verteilung des bei der Härtung
weich werdenden Bindemittels das gleichmäßige Durchbacken des ganzen Körpers größte
Sorgfalt erfordert. Sind wie beispielsweise bei Transformatoren die Isolierwickel
unter Öl oder Masse angeordnet, öder ist doch wenigstens der Raum zwischen den Einzelteilen
mit derartigen Stoffen ausgefüllt; so ergibt sich zwar auch für die Stoßfugen eine
verhältnismäßig hohe elektrische Festigkeit, man ist aber an die Anordnung unter
Öl oder Masse bzw. an eine dichte Einkapselung der Füllräüine gebunden, muß die
mechanische Verbindung durch Fassungen, Zwingen o. dgl. herstellen und hat im wesentlichen
die gleichen Nachteile wie bei zusammengesetzten Porzellankörpern mit zwischengeschalteten
Öl- oder Massekammern. Solche Isolierkörper haben oft noch den weiteren Nachteil,
# daß - ihre elektrische Festigkeit an der Grenze zwischen festem und flüssigem
bzw. breiigem Isolierstoff kleiner ist als die der einzelnen Isolierstoffe. Um die
elektrische Beanspruchung der Grenzschicht zu verkleinern, müssen deshalb auch hier
meist die Stoßfugen in Form von Kegelflächen, schräg oder mit mehrfachem Richtungswechsel,
im Isolierkörper verlegt werden, wenn man sie nicht durch die Stoßfugen überdeckende;
zusammenhängende Isolierschichten elektrisch tentlasten will.
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Diese Mängel der bekannten zusammengesetzten Isolierkörper lassen
sich beseitigen, wenn es gelingt, die für sich fertiggestellten Einzelteile eines
zusammengesetzten Isolierkörpers an ihren Stoßflächen derart fein aufeinander abzustimmen;
daß die elektrische Festigkeit der Stoßfugen in der Größenordnurig derjenigen der
Einzelteile selbst liegt. Eine solche Feinabstimmung versuchte man beispielsweise
durch Aufeinanderschleifen der beiden Teile eines Durchführungsisolators zu erzielen.
Den Stoßflächen gab man dabei die Form eines Kegelstumpfes; dessen Höhe etwa gleich
der Überschlagshöhe des Isolators war.
Durch eine solche verhältnismäßig
lange Fuge glaubte man am sichersten eine ausreichende elektrische Festigkeit zu
erzielen, insbesondere wenn man sie nachträglich mit Fett, --Kitt o. dgl. ausfüllte.
Die Herstellung und namentlich das genaue Feinschleifen solcher langen Fugen ist
aber sehr schwierig und zeitraubend.
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Erfindungsgemäß wird die Länge der Stoßfuge wesentlich kürzer gemacht
als die Überschlagshöhe des Isolators. Die Erfindung geht von der neuen Erkenntnis
aus, daß durch eine solche Verkürzung der Fuge ihre Herstellung und namentlich das
genaue Feinschleifen wesentlich vereinfacht und verbilligt ist, daß sich ferner
-bei kürzeren Fugen die Feinabstimmung leicht so weit treiben läßt, daß trotz der
geringen Länge die Fuge immer noch etwa die gleiche elektrische Festigkeit hat wie
die Einzelteile selbst. Es genügt, wenn die Länge der Fuge weniger als hälb so groß
ist als die Länge der für den Überschlag in Betracht kommenden Isolatoroberfläche.
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Die Erfindung läßt sich außer für Durchführungsisolatoren auch für
Isolierkapseln verwenden. Bei der Herstellung von Isolierkapseln aus keramischem
Material für Wicklungen, lamellierte Eisenkerne und andere druck- und hitzeempfindliche
aktive Teile elektrischer Apparate wird die Kapsel in einzelnen Teilen für sich
fertiggestellt. In die Hohlräume dieser Teile wird die Wicklung o. dgl. eingelegt,
und hierauf werden die Teile in der obengenannten Weise dielektrisch dicht zusammengesetzt.
Sie sind bei etwaiger Nach-Behandlung des Fugenfüllmaterials gegen Druck geschützt
und brauchen keinen gefährlichen Temperaturen ausgesetzt zu werden, da ja beispielsweise
auch bei härtbaren Kunstharzen die Härtungstemperatur so niedrig gehalten werden
kann, daß sie der Wicklungsisolation' nicht schadet. Da die Stoßfuge nicht durch
vorgeschaltete zusammenhängende Dielektrikumschichten dielektrisch entlastet werden
muß, kann sich die Isolierkapsel eng der Wicklung bzw. dem Eisenkern anschmiegen.
Man erhält dadurch verhältnismäßig kleine Abmessungen, dis z. B. bei Transformatoren
kleine Eisenweglängen und geringe Windungslängen, also durchaus günstige Eigenschaften
bei hoher elektrischer. und mechanischer Festigkeit des Isolierkörpers ergeben.
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Bei geeignetem Füllmittel für die Fuge, z. B. bei Anwendung von Pech,
Harz; Kunstharz, werden die Einzelteile des Isolierkörpers trotz der kleineren Fugenlänge
auch mechanisch derart fest miteinander verbunden; daß auch die mechanische Festigkeit
der Fuge in der Größenordnung der Einzelteile selbst liegt. Schellen, Fassungen,
Zwingen u. dgl. zum Zusammenhalten der Einzelteile fallen fort; dadurch ergibt sich
eine wesentliche Vereinfachung der Konstruktion und erheblicher Raumgewinn.
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Zwecks Erzielung gleichmäßiger Feldverteilung kann der Isolierkörper
einseitig oder beiderseitig mit leitenden Belägen versehen werden, derart, daß sie
auch die Fugenränder überdecken. Die leitenden Beläge werden in, der üblichen Weise
durch geeignete Verbindungen auf das Potential der voneinander zu isolierenden Teile
gebracht; dem Isolierkörper vorgelagerte Lufträume werden dadurch elektrisch überbrückt,
und zwar gerade auch in unmittelbarer Nähe der Stoßfuge, während bei bekannten zusammengesetzten
Isolierkörpern der Zwischenraum zwischen den Potentialträgern und dem Isolierkörper
vollkommen durch irgendein flüssiges oder breiiges Dielektrikum ausgefüllt oder
so groß gehalten werden mußte, daß der Luftraum nicht glimmen konnte. Gerade die
Überdeckung der Fugenränder durch Leitbeläge gestattet eine erhebliche Verkleinerung
der Isolierkörper und erleichtert wesentlich den Zusammenbau des Körpers mit spannungsführenden
Teilen. Der Wegfall der sonst bei zusammengesetzten Isolierkörpern notwendigen,
den Zwischenraum zwischen Isolierkörper und Wicklung, Eisenkern usw. ausfüllenden
Masse gestattet, die elektrischen Apparate nach den gleichen Gesichtspunkten zu
bauen wie die bekannten trocken isolierten Apparate mit einteiligem Isolierkörper,
ergibt aber eine wesentlich einfachere Herstellung, da die Wicklung o. dgl. nicht
erst nachträglich in den fertigen Isolierkörper eingefädelt werden muß, sondern
für sich hergestellt und als Ganzes zwischen den einzelnen Isolierkörperteilen eingesetzt
werden kann.
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Bei genügendem Grad von Feinschliff lassen sich auch Bei schwer bearbeitbaren
Isolierstoffen, wie z. B. bei Porzellan, mit einfachen Mitteln mechanisch und elektrisch
äußerst widerstandsfähige Fugen herstellen, bei denen der Stoßflächenabstand etwa
in der Größenordnung von 1/10o mm und _ weniger liegt. Die !Torwendung der Erfindung
auf verschiedene Isolierkörper soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Die Abb. i zeigt im Axialschnitt einen Stromwandler, die Abb. 2 einen
Schnitt durch die Ebene AB der Abb. i, die Abb. 3 einen Spannungswandler
im Axialschnitt; die Abb. q. zeigt denselben Wandler in einem Axialschnitt, dessen
Ebene um go ° gegen die Schnittebene der Abb. 3 versetzt ist.
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Der mittlere Schenkel des Eisenkerns i (Abb. i und 2) ist von der
aus den Teilen 2 und 3 zusammengesetzten, die Unterspannungswicklung4 enthaltenden
Porzellankapsel
umschlossen: Außen auf der Porzellankapsel sitzt
die Oberspannungswicklung 5. Die Porzellankapsel hat einen rohrförmigen, als Stützisolator
ausgebildeten Fortsatz 6, der bei 7 in der Grundplatte 8 gefaßt ist. Durch diesen
Fortsatz sind die . Ansehlüßleiter 9 für die Unterspannungswicklung 4 zu den Klemmen
io herausgeführt. Die Oberspannungswicklung 5 ist mit den Klemmen r r verbunden
und von der Schirmkappe 12 umschlossen: Der Eisenkern i ist durch elektrische Verbindung-
mit der Oberspannüngswicklung 5 auf das Potential dieser Wicklung gebracht: Die
Porzellankapsel ist auf der Innen- und Außenseite mit einem elektrisch leitenden
Belag versehen, der äußere Belag ist mit der Oberspan-' nungswicklung, der innere
Belag mit der Unterspannungswicklung leitend verbunden: Um Kurzschlußströme in den
Belägen zu vermeiden, sind diese an einer öder mehreren Stellen geschlitzt.
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Bei hohen Spannungen werden im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der
Eisenkern i und die Anschlüßklemmen z i v ollkommen innerhalb der metallischen Schirmkappe
12 angebracht, um ein Sprühen der Ecken oder Kanten dieser Metallteile zu verhüten.
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Die Kapselteile 2, 3 werden vor dem Zusammensetzen mit ihren kegelförmigen
Stoßflachen r3,- 14 zweckmäßig ineinändergeschliffen: Nach sorgfältigem Reinigen
werden die Stoßflächen mit einem dielektrischen Dichtungsmittel benetzt und beimZusämmensetzen
kräftig aüfeinandergedrückt. Dadurch ist ein dielektrisch dichter Abschluß erzielt.
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Um eine elektrische Verbindung der Innen-Beläge der Porzellanteile
2 und 3 herzustellen; können in den einen Teil geschlitzte Metallringe mit eingeschnittenen,
federnden Rändern eingesetzt werden. Sollte das dielektrischeDichtungsmittel nicht
selbst zur mechanischen Verbindung der Teile 2 und 3 ausreichen, so können diese
Teile noch durch Bandagen, Pressen; Keile usw. zusammengehalten werden. . Bei dem
Spannungswandler der Abb.3 und q. ist die Hochspannungswicklung 15 in einer aus
den Teilen 16, 17 zusammengesetzten Porzellankapsel eingeschlossen, deren Hohlraum
durch den von der Unterspannungswicklung 18 umschlossenen mittleren Schenkel des
Eisenkernes i9 durchdrungen ist. An den Flanschen des Kapselteiles 17 sind die Durchführungsisolatoren
2o für die Anschlußleiter der Hochspannungswicklung angebracht. Der Teil 17 bildet
eine Flanschspule; auf die die Hochspannungswicklung 15 dielektrisch dicht aufgewickelt
werden kann, der Teil 16 eine Überwurfhülse, deren kegelförmige Stoßflächen 21,
22 mit den entsprechenden Flächen des. Teiles 17 zusammengeschliffen sind. Um das
Zusammenschleifen zu erleichtern, sind beide Stoßflächen an den äußeren .Umfang
der Isolierkapsel verlegt, sie haben annähernd gleichen radialen Abstand von der
Kapselachse.
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Die Oberspannüngswicklung 15 wird zweckmäßig in- axialen Lägen
gewickelt, es können dann die zylindrischen Innenflächen 23, 24 je mit einem leitenden
Belag versehen werden, Der Belag 24 wird zweckmäßig bis über die Ränder- der Stoßfugen
2i, 22 verlängert. Der ganze äußere Umfang der Isolierkapsel bis zu den Wulsten
25 der Isolatoren 2o ist dielektrisch dicht mit dem leitenden Belag 26 versehen,
der zusammen mit dem Eisenkern an irgendeinem Punkt der Unterspannungswicklang oder
an Erde liegt.