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Zusatzdielektrikum für elektrische Kondensatoren Elektrische Kondensatoren
mit Dielektrikumsbändern als Abstandshalter für die metallischen Belegungen werden
bekanntlich mit zusätzlichem Dielektrikum getränkt, denn die elektrischen Eigenschaften
werden hierdurch verbessert. Die im Kondensator enthaltene Luft wird damit durch
Stoffe ersetzt, die z. B. eine höhere Dielektiizitätskonstante und eine bessere
elektrische Durchschlagsfestigkeithaben.
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Tränkmittel aus Mischungen von festen und flüssigen Bestandteilen
sind. für bestimmte Zwecke be,kanntgeworden, so ist z. B. ein Zusatz von
Öl zu kristallisierten Kohlenwasserstoffen, z, B. Naphthalinabkömmlingen,
vorgeschlagen worden, durch welch-en die kristallisierten Stoffe amorph gemacht
werden sollen oder, besser gesagt, mit denen diese eine homogene Lösung er,-eben.
Auch sind Mischungen mit hoher Dielektrizitätskonstante (DK) bekannt, z. B. die
Halogenabkömmlinge von Benzoll Naphthalin und Anthrazen, die an sich eine hohe DK
zeigen, mit festen Halogenabkömmlingen oder festen Oxydationsprodukten dieser Stoffe
mit dem Ziel, den Schmelzpunkt der Mischung zu erhöh-en. Schließlich sind noch Mischungen,
z. B. von Nitrobenzol als flüssigem Begtandteil mit Wachs oder Paraffin als festem
Bestandteil und solchen Zusätzen, die deren Entmischung verhindern sollen, bekannt.
Maßgebend für diese Mischung war die hohe DK des Nitrobenzols. Es -ibt auch schon
Mischungen aus Wachsund Öl, bei denen ebenfalls
Wert auf
ei ' ne hohe DK des Wachses gelegt wird, und das Öl beim Abkühlen
nur die Schrumpfrisse des Wachses ausfüllen soll.
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In Kondensatoren mit metallisierten Dielektrikumbändern, die ausbrennfähig
sind (selbstausheilende Kondensatoren), hat man sich bisher jedoch auf bei Raumtemperatur
feste zusätzliche Dielektrika beschränken müssen. Erfahrungsgemäß -zeigten die gebräuchlichen
flüssigen Tränkmittel kein gutes Ausbrennen im Kondensator, da sie den Isolationswiderstand
herabsetzen. Das Ausbrennen tritt bekann.tlich beim Durchschlagen einer elektrisch
leitenden Fehlstelle im Dielektrikum ein, wobei unter dem Einfluß des Kurzschlußstromes
die 11etallbelegung um die Fehlstelle herum verdampft. Die Fehlstelle wird auf diese
Weise isoliert und der Kurzschlußstrom unterbrochen. Das Tränkmittel muß also vor
allen Dingen ebenfalls eine vorzüglich isolierende Wirkung an diesen Ausbrennstellen
ausüben, und das kann man nach der Erfahrung nur von bei Raumtemperatur festen Tränkmitteln
erwarten. Diese haben aber den Nachteil, daß sie beim Abkühlen schrumpfen und Hohlräume
biliden, die sich wieder mit Luft füllen und damit die elektrischen Werte des Kondensators
verschlechtern können. je vollkommener nämlich die Luft durch das Zusatzdielektrikum
ersetzt wird, um so weniger wird auch der Verlustwinkel des Kondensators mit steigender
angelegter Spannung zunehmen, d. h. die Ionisierungskennlinie wird Z, Grünstig
verlaufen.
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Wegen des guten Ausbrennens mußte man bisher in Kondensatoren mit
ausbrennfähigen metallisierten Dielektrikumsbänfdern bei Raumtemperatur feste Tränkmittel
anwenden und den Nachteil einer ungünstigen Ionisierungskennlinie dafür in Kauf
nehmen, da man flüssilge Tränkmittel nicht brauchen konnte, denn auf ein gutes Ausbrennen
kann man bei diesen Kondensatoren auf keinen Fall verzichten.
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Überraschenderweise wurde nun bei der Anwendung von Mischungen aus
mindestens zwei Bestandteilen, von denen mindestens einer bei Raumtemperatur fest
und einer flüssig oder halbflüssig ist, als zusätzliches Dielektrikum für solche
Kondengenschaften -der satoren gefunden, daß die gut-en Eig Bestandteile in ihrer
Wirkung erhalten bleiben. Ohne daß die gute Ausbrennwirkung des festen Bestandteils
beeinträchtigt wird, wird durch den flüssigen Bestandteil die Luft im Kondensator
vollständig verdrängt und eine überaus gute Ionisierungskennlinie erreicht. Im allgemeinen
z' kann man nämlich beobachten, daß Mischungen von Stoffen mit verschiedenen Eigenschaften
keineswegs wieder die guten Eigenschaften der einzelnen Bestandteile zur Geltung
kommen lassen, und so war es nicht vorauszusehen, daß man ein Zusatzdielektrikum
erhält, das dem Kondensator sowohl ein gutes Ausbrennverhalten als auch eine gute
Ionisierungskennlinie vermittelt.
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Erfindungsgemäße Mischungen werden nun zweckmäßig so aus festen und
flüssigen bzw. halbflüssigen Bestandteilen zusammengestellt, daß man feste Bestandteile
mit gutem Ausbrennverhalten und flüssige oder halbflüssige Bestandteile mit guter
Ionisierungskennlinie auswählt, wie sie einzeln für diese Z-weck-, schon bekannt
sind.
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Als festes Dielektrikum -mit guten Ausbrenneigenschaften eignen sich
zur erfindungsgemäßen t' ZD Mischung z. B. Paraffin, Hartparaffin, Montanwachs und
Sch-,wefel, als flüssiges oder halbfestes Dielektrikum mit guter Ionisierungskennlinie
z. B. Vaseline oder Transformatorenöl. Günstige Ergebnisse erzielt man z. B. mit
einer Mischung von i51/o Hartparaffin, 50"lo normalem Paraffin und 3511/oTransformatorenöl.
DieIonisierungsspannung und die Durchschlagsspannung werden durch den Zusatz des
Trafoöls als flüssiges Tränk-mittel zu dem festen Paraffin heraufgesetzt, -und die
Schrumpfungshohlräume zwischen den Paraffinkristallen werden beim Abkühlen vom flüssigen
Tränkmittel ausgefüllt. Die guten Ausbrenneigenschaften sind für Kondensatorwickel
aus metallisierten Dielektrikunibändern eine Notwendigkeit und, um aus ihnen hochwertige
Kondensatoren mit günstiger Ionisierungsspannung zu erhalten, müssen beide Tränkmittel,
die fl üssigen und die festen angewendet werden, die nun gemeinsam dem Wickel die
geforderten guten Eigenschaften verleihen.
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Da nicht jedes bei Raumtemperatur fest-, Tränkmittel gute Ausbrenneigenschaften
hat und nicht jedes bei Raumtemperatur flüssige oder halbflüssige Tränkmittel gute
Ionisierungskennlinien ergibt, muß die Auswahl der Komponenten für die Tränkmittelmischung
auf Grund ihrer Eigenschaften nach oben erläutertem Prinzip erfolgen. Zum Beispiel
hat Nibrenwachs gegenüber dem Paraffin sehr schlechte Ausbrenneigenschaften, eine
Mischung z. B. von Nibrenwachs und Clophen kann also im dargelegten Sinne nicht
vorteilhaft sein. Ebenso würde.z. B. eine Mischung von Trafoöl und Nibrenwachs schlecht
ausbrennen. Weiter wird man danach streben, günstige Verhältnisse bei der Schrumpfung
der getränkten Wickel zu erhalten, und man wird vorteilhaft die Komponenten
der Mischung mit verschiedenen, aber nahe beieinanderliegenden Schmelzpunkten bzw.
Stockpunkten wählen.
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Da nun erf ahrungsgemäß Tränkmittelmischungen in ihren dielektrischen
Verlusten ungünstiger abschneiden als die reinen Komponenten, ist es zweckmäßig,
womöglich die gleichen Grundstoffe für die Mischungen zu verwenden, die sich lediglich
durch den Grad der Raffination unterscheiden.
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Weiterhin ist es bekannt, daß die Brauchbarkeit bei tiefen Temperaturen
von der Komponente mit dem niedrigsten Schmelz- bzw. Stoch:punkt beeinflußt wird.
Für tiefe Temperaturen wird man also z. B. kältebeständige Öle mit möglichst tiefem
Stockpunkt den Mischungen zusetzen.
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Es ist bekannt, mit festem Zusatzdielektrikum getränkte Kondensatoren
noch ein zweites Mal, und zwar mit flüssigem oder halbflüssigem Zusatzdielektrikum,
nachzutränken, z. B. mit Vaseline. Man erreicht dadurch, daß die beim Abkühlen und
Schrumpfen gebildeten Risse und Hohlräume im
festen Zusatzdielektrikum
ausgefüllt werden, d. h. daß die eingedrungene Luft vertrieben und durch
Stoffe mit vorteilhafteren elektrischen Eigenschaften ersetzt wird. Man fand aber,
daß die Ionisierungskennlinie der auf diese Art nachbehandelten Kondensatoren keineswegs
den Erwartungen entsprach. Außerdem trat noch ein schwerwiegender Fehler in gepreßten
Kondensatorwickeln auf. An den Knickstellen der Kondensatorenlagen treten beim Pressen
nämlich die meisten Falten und dadurch nach der ersten Tränkung auch die gefürchteten
Hohlräume beim Schrumpfen des festen D#ielektrikums auf, dorthin gelangt also mit
Vorzug das zweite, flüssige g -Nachtränkmittel. L Diese Stellen sind aber auch im
Betrieb besonders gefährdet, d. h. an ihnen treten sehr häufig Durchschläge
auf. Gerade an diesen Stellen ist also die Anwesenheit von flüssigen Tränkmitteln,
die schlechte Ausbrennstellen ergeben, besonders unerwünscht. So gern man die gute
Eigenschaft der flüssigen Zusatzdielektrika, nämlich die günstige Ionisierungskennlinie,
schätzt, so sehr muß aber eine Gefährdung des guten Ausbrennens vermieden werden.
Als weiterer Nachteil kann beim Nachtränken mit flüssigen oder halbflüssigen Tränkmitteln
noch der eintreten, daß das feste Dielektrikum zum Teil im zweiten Zusatzdielektrikum
aufgelöst und das Tränkmittel dadurch immer viskoser wird, wodurch das Verfahren
sehr erschwert bzw. nach kurzer Zeit schon unwirksam wird.
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Diese Nachteile werden bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Mischung
für die Nachtränkung vermieden, die z. B. als festen Bestandteil mit guten Ausbrenneigenschaften
Montanwachs oder Ceresin und als flüssigen oder halbflüssigen Bestandteil mit günstiger
Ionisierungskennlinie Ül oder Vaseline enthalten kann. Ein vorteilhaftes Gemisch
aus nur zwei Bestandteilen besteht z. B. aus 5o'/o Paraffin und 50'/o Vaseline.
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Die Nachtränkung von mit festem Zusatzdielektrikum vorgetränk
' ten Kondensatoren läßt sich zweckmäßig nach einem bereits vorgeschlagenen
Verfahren -durchführen. Danach werden die Kondensatorwickel zunächst in Preßrahmen
im Vakuum mit dem bei Raumtemperatur festen und gutes Ausbrennverhalten bewirkenden
Zusatzdielektrikum getränkt, z. B. mit Paraffin oder einer- Mischung von Paraffin
mit Hartparaffin. Die Kondensatorwickel wer-den aus dem Rahmen genommen und durch
elektrische Beanspruchung auf ihre Brauchbarkeit geprüft: und gleichzeitig die elektrisch
leitenden Fehlstellen in den Dielektrikurnsbändern durch Ausbrennen der Belegung
an diesen Stellen isoliert. Damit nun die beim Abkühlen an der Luft gebildeten Hohlräume
und Risse die Ionisierungskennlinie nicht zu sehr verschlechtern, tränkt man die
Kon:densatorwickel nochmals nach, und zwar vorteilhaft nach dem Einbau in ihr Gehäuse
mit einem flüssigen oder halbflüssigen Zusatzdielektrikum, das aus einer Mischung
aus einem bei Raumtemperatur festen und einem flüssigen oder halbflüssigen Tränkmittel
besteht. Dabei hat sich gezeigt, daß man beim Nachtränken mit der Temperatur bis
oder möglichst nahe an den Schmelzpunkt des- e»rsten (festen) Tränkmittels gehen
kann, denn damit wird die Ionisierungskennlinie ganz erheblich verbessert.
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Gewisse Vorteile für bestimmte Anwendungsgebiete bietet es nun, für
die erste- und Z wei te Tränkung je ein Gemisch aus einem bei Raumtemperatur
festen und einem flüssigen oder halbflüssigen Tränkmittel zu verwenden. Hierbei
kann man sowohl für die erste als auch für die z-weite Tränkung das gleiche Gemisch
anwenden. Man kann dem Kondensatorwickel dadurch bei höheren Temperaturen noch eine
Festigkeit geben, die ein Ausbrennen bei dieser höheren Temperatur zuläßt, und damit
die Verwendung des Kondensators für höhere Betriebstemperaturen ermöglichen.
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Wurde z. B. di*e erste Tränkung mit einer Mischung aus Paraffin und
01, z. B. der obengenannten Mischung aus 15% Hartparaffin, 5o'/o normalem
Paraffin und 3511/o Transformatorenöl, bei iio' vorgenommen, so kann die zweite
Tränkung mit der gleichen Mischung sogar b el bei io5' noch erfolgen, obwohl
der Schmelzpunkt der Mi schung bei 99' liegt. Wahrscheinlich ist die Hartparaffinkomponente,
die einen Schmelzpunkt von i2o0 aufweist, beim Erwärmen auf io50 teilweise noch
fest, und der Wickel behält eine ge-
wisse mechanische Festigkeit.
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Die sogenannten eirtlagigen. Kondensatorwickel, welche nur aus zwei
metallisierten Dielektr-ikumsbändern bestehen, werden zur Verbesserung ihrer Isolation
bei erhöhter Temperatur nachausgebrannt, d. h. durch elektrische Beanspruchung
von ihren elektrisch leitenden Fehlstellen, und zwar bei höherer Temperatur, befreit.
Bei dem oben angegebenen speziellen Tränkmittel, welches einen Schmelzpunkt von
99' hat, läßt sich dieses Ausbrennen erfahrungsgemäß noch bei iio' durchführen,
so daß diese Wickel später bei einer Betriebstemperatur von ioo' brauchbar sind.
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Man kann auch die Mischung für die Nachtränkung nach dem Gesichtspunkt
zusammenstellen, daß man das flüssige Zusatzdielektrikum mit dem festen, schon verwendeten
ersten Zusatzdielektrikum sättigt.