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Dielektrikum Die als Dielektrikum zur Verwendung kommenden Papiere
besitzen alle eine Anzahl leitender Stellen. Beim Anlegen einer gewissen Spannung
an eine einzelne Papierlage erhält man infolge dieser leitenden Stellen Durchschläge
durch das Papier, und zwar wächst die Zahl der Durchschläge je Meter Papierlänge
mit ansteigender Feldstärke nach einer Kurve, wie sie in der Abbildung als Kurve
i am Beispiel eines 8,u starken Natronpapiers gezeigt ist. Man erkennt aus dieser
Kurve, daB von etwa 4oo kV/cm Feldstärke an ein geradliniger Anstieg der Durchschlagzahl
pro Meter Papierlänge mit steigender Spannung erfolgt. Unterhalb von 4.00 kV/cm
hat die Kurve einen anderen Verlauf: Die Zahl der Durchschläge sinkt mit fallender
Feldstärke wesentlich langsamer als oberhalb 4ookV/cm, und unterhalb eines gewissen
Wertes, der meist in der Nähe von 5o kV/cm liegt, ist die Zahl der Durchschläge
beinahe konstant, und zwar bis auf niedrigste Werte der Feldstärke. Der obere geradlinige
Anstieg zwischen den Punkten c und b ist im wesentlichen durch die Porosität des
Papiers bestimmt und kann durch nachträgliche Behandlung des Papiers, insbesondere
durch ein- oder zweiseitiges
Lackieren, beeinfiußt werden, Der
Kurvenbereich unter b zeigt jedoch auch bei lackierten Papieren den erwähnten Verlauf,
d. h. trotz der Verringerung der Durchschläge im Gebiet höherer Feldstärke gelingt
es nicht, die bereits- bei sehr geringen Feldstärken einsetzenden Durchschläge völlig
zu beseitigen.
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Man hat zur Erklärung dieser Erscheinung angenommen, daß im Papier
eingeschlossene Fremdkörper die Ursache dieser Durchschläge bei niedrigen Feldstärken
sind. Danach leiten in das Papier eingeschlossene leitende Fremdkörper durch Feldverzerrung,
d. h. durch Zusammendrängung der Kraftlinien und örtliche überanspruchung des Papiers,
die Durchschläge ein. Da die Anzahl der Durchschläge bei maschinenglatten, d. h.
nichtsatinierten Papieren geringer war als bei satinierten, glaubte man, daß es
sich im wesentlichen um beim Satinierverfahren in 'das Papier eingelagerte Metallteilchen
handeln müsse: Weiterhin nahm man an, daß Flugascheteilchen, die bei der Fabrikation
in das Papier gelangen, und Wassereinschlüsse, die so fest an die Cellulosefaser
gebunden sind, daß sie ähnlich wie Kristallwasser durch nachträgliche Trocknung
nicht mehr entfernt werden können, an der Bildung dieser leitenden Stellen beteiligt
seien.
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Die Beseitigung dieser Fehlstellen durch eine besondere Vorbehandlung
elektrischer Art gelingt nicht in befriedigendem Umfange, das Vorausbrennen des
reinen Papiers zwischen Aluminiumbändern oder Metallwalzen z. B., die an Spannung
gelegt sind, so daß die leitenden Stellen durchschlagen und ihre Leitfähigkeit verlieren
oder das Durchführen des Papiers durch ein Hochfrequenzfeld, um durch Erhitzen der
im Papier eingeschlossenen leitenden Stellen ihr Verdampfen und damit ihre Beseitigung
zu erwirken, bringt nicht den vollen Erfolg. Soweit sie, wie das Vorausbrennen zwischen
Bändern oder Walzen, von einem gewissen Erfolg begleitet sind, erfordern sie größere
-Apparaturen und verhältnismäßig viel Zeit.
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Erfindungsgemäß wird als dielektrisch beanspruchtes Isoliermittel
ein Papier verwendet, das nach dem Satinieren nochmals angefeuchtet und wieder getrocknet
worden ist. Für ein solches Papier ergibt sich nämlich die in der Abbildung gezeigte
Kurve 2. Sie zeigt, daß unter 450 kV/cm so gut wie keine Durchschläge mehr auftreten,
daß auch die Durchschlagzahlen oberhalb 450 kV/cm stark herabgesetzt sind und daß
unter 2öo kV/cm überhaupt-keine Durchschläge mehr auftreten. Auch die Durchschläge
im Bereich zwischen Zoo und 450 kV/cm lassen sich vollständig beseitigen, wenn man
zum Anfeuchten des Papiers Wasser benutzt, das eine höhere Temperatur (etwa 8o°
C) hat.
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Das Anfeuchten des Papiers geschieht am besten e.infachi indem man
es durch ein Wasserbad hindurchzieht, das Trocknen .durch eine geheizte Walze, über
die das Papier unmittelbar nach dem Anfeuchten gezogen wird.
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Durch diese nachträgliche Behandlung wird das Papier etwa 5 % dicker.
Diese Dickenzunahme ist ' in den- -wenigsten Fällen störend und kann durch entsprechende
Bemessung des Ausgangspapiers völlig unschädlich gemacht werden. Führt man die Behandlung
gleich im Anschluß an die Papierfertigung im gleichen Arbeitsgang wie die Satinage
durch, so ist der Kostenaufwand für das Verfahren außerordentlich gering. Ebenso
sind die dafür notwendigen Vorrichtungen leicht und billig zu erhalten, da man praktisch
lediglich einen Wasserbehälter und eine Trockenwalze braucht, Elemente, die bei
der Papierfabrikation sowieso verwendet werden.
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Es ist bei der Papierfabrikation bekannt, schlecht geleimtes Papier
dadurch leimfest zu machen, daß man es schwach anfeuchtet und dann ganz langsam
wieder trocknen läßt. Dieser unter dem Namen Matrisierung bekannte Vorgang stellt
einfach ein erneutes Lösen der Leimstoffe dar, so daß beim nachfolgenden langsamen
Trocknen eine ganz geschlossene Leimschicht entsteht, während sie vorher z. B. durch
zu rasches Trocknen Risse aufwies. Über die Wirkung dieses bekannten Verfahrens
auf die elektrischen -Eigenschäften des Papiers .ist nichts bekannt. Es- konnte
im übrigen nach diesem bekannten Verfahren auch nicht angenommen werden, daß eine
nachträgliche Anfeuchtung und Trocknung bei dem zur Verwendung als dielektrisches
Material fast ausschließlich in Betracht kommenden ungeleimten Papier -irgendwelche
Verbesserungen ergeben würde, denn hier fehlen ja alle Voraussetzungen, die beim
geleimten Papier den beabsichtigten Erfolg ergeben. Abgesehen davon; daß das bekannte
Verfahren also eine ganz andere Papierart verbessert als diejenige, die vorzugsweise
zur Verwendung als Dielektrikum geeignet ist, ist es auch hinsichtlich der Art der
Wirkung selbst und hinsichtlich der Durchführung von dem unterschieden, das zu dem
erfindungsgemäßen Zweck hergestellt wird. Das bekannte Verfahren-verbessert den
Leimüberzug des Papiers, beim vorstehenden beschriebenen, auch an ungeleimtem Papier
ausführbaren Verfahren wird durch Wasser offenbar das Papier selbst, also nicht
irgendwelche Zusatz- oder Überzugsstoffeverändert. Dementsprechend muß das bekannte
Verfahren so durchgeführt werden, daß die Trocknung ganz langsam bei sehr niederen
Temperaturen erfolgt (die Temperatur soll 38"C nicht überschreiten), während das
oben beschriebene Verfahren auch mit kurzen Trockenzeiten und hohen Trockentemperaturen
arbeiten kann: Dies ist vor allem für die laufende Verarbeitung des Papiers zu Kondensatordielektriken
u. dgl. wichtig, -weil hierbei durch das Veredeln des Papiers keine Verzögerung
eintritt, für die Herstellungsgeschwindigkeit des Endproduktes also nur andere Faktoren
begrenzend wirken.
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Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Verfahrens läßt sich
vielleicht auf folgende Art und Weise erklären: Bei der Herstellung des Papiers
werden beim Walzen der nassen Papiermassen und vor allem beim Satinieren Wasserteilchen
durch rasch erhärtende Papierbestandteile derart eingekapselt, daß sie durch die
sie umgebende harte Haut
nicht mehr erweicht werden können. Durch
das nachträgliche Anfeuchten des Papiers werden diese erhärteten Teile wieder so
weit aufgelockert, daß die eingeschlossenen Wasserteilchen bei der darauffolgenden
Trocknung erweichen können.