Elektrotechnische Isolierstoffe: Entwicklung · Gestaltung · Verwendung

308 Pages·1937·14.767 MB·German

by  W. Eitel (auth.), R. Vieweg (eds.)

Elektrotechnische Isolierstoffe
Entwicklung· Gestaltung ·Verwendung
Vorträge von
H. Burmeister, W. Eitel, W. Estorff, W. Fischer, K. Franz
G. Pfestorf, R. Vieweg, W. Weicker
Veranstaltetdur eh den
Bezirk Berlin-Erandenburg des Verbandes Deutscher Elektrotechniker
-vormals Elektrotechnischer Vereine. V.-in Gemeinschaft
mit dem Außeninstitut der Technischen Hochschule Berlin
Herausgegeben von
R. Vieweg
Darmstadt
Mit 235 Textabbildungen
und 2 Tafeln
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1937
Additional material to this book can be downloaded from http://extras.springer.com
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung
in fremde Sprachen, vorbehalten.
Copyright 1937 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Ursprünglich erschienen bei Julius Springer in Berlin 1937
Softcoverreprint ofthe bardeover Istedition 1937
ISBN 978-3-662-27310-4 ISBN 978-3-662-28797-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-28797-2
Vorwort.
Dieses Buch verdankt seine Entstehung einer Vortragsreihe, die der
Bezirk Berlin-Erandenburg des Verbandes Deutscher Elektrotechniker
-vormals Elektrotechnischer Vereine. V. -in Gemeinschaft mit dem
Außeninstitut der Technischen Hochschule Berlin in den Monaten
Januar bis März 1937 veranstaltete. Von acht Rednern wurde ein Über
blick über den heutigen Stand der elektrotechnischen Isolierstaffe ge
geben. Bereits 1921 hatte der Elektrotechnische Verein eine ähnliche
Vo rtragsfolge durchgeführt, die ihren Niederschlag in dem bekannten
Buche von H. SCHERING: "Dieisolierstoffeder Elektrotechnik" gefunden
hat. Bei dieser ersten Reihe waren es wichtige Fortschritte in der physi
kalischen Erkenntnis und in der praktischen Meßtechnik, die neben den
stofflichen Errungenschaften das Neue kennzeichneten. Zu den dies
jährigen Vorträgen gaben ebenfalls bedeutsame Wandlungen Anlaß.
Der allgemeine Umbruch in der Werkstoffauffassung betrifft in hohem
Maße die Elektrotechnik, und hier ganz besonders die Isolierstoffe. Auf
allen Teilgebieten befindet sich die Entwicklung im Fluß. Die Er
kenntnis der Zusammenhänge ist durch die modernen Anschauungen
über den Molekülbau und die chemische Konstitution wesentlich voran
getrieben worden. Die Forderung werkstoffgerechter Gestaltung gibt
heute auch den Gegenständen aus Isolierstoff das Gepräge. Grund
legend hat sich in vielen Fällen die Verwendung der Isolierstaffe ge
ändert. In kaum geahnter Weise sind Werkstoffe, die noch vor kurzerr
auf die Elektrotechnik beschränkt schienen, in andere Gebiete ein
gedrungen. Der Pionierdienst, den die Elektrotechnik durch ihre Be
wertungen und Prüfungen in gleicher Weise an den organischen wie an
den anorganischen Stoffgruppen geleistet hat, kommt heute der ge
samten Technik zugute. Das Aufgabengebiet der Austausch- und Heim
stoffe wirkt sich befruchtend auf die Entwicklung aus, gilt es doch,
nicht nur selbstverständlich den alten Rang zu wahren, sondern zugleich
mit den neuen Möglichkeiten ungelöste Aufgaben erfolgreich anzu
greifen.
So liegt der V ortragsreihe eine Fülle von Tagesfragen zugrunde,
deren Bedeutung für den Elektrotechniker, aber auch für den Maschinen
bauer, den Chemiker und den Physiker einleuchtend ist. Dif Probleme
IV Vorwort.
sind nach der wissenschaftlichen und der technischen Seite von Männern
der Praxis und der Forschung erörtert worden. Was in mündlichem
Vortrag den Fachgenossen lebendig dargestellt werden konnte, ist ver
sucht, in dem Buche in ergänzter und abgestimmter Form wiederzu
geben. Da der Druck vor allem schnell durchgeführt werden sollte, sind
Überschneidungen, Wiederholungen und andere Mängel nicht ganz zu
vermeiden gewesen. Wir hoffen trotzdem, daß der Band der Fachwelt
einen willkommenen Überblick über den heutigen Stand eines wichtigen
Gebietes der modernen Werkstoffkunde gibt.
D a r m s t a d t , im Juni 1937.
R. VIEWEG.
Inhaltsverzeichnis.
Physikalische Grundlagen unter besonderer Berücksichtigung
der anorganischen Isolierstoffe.
Von Prof. Dr. W. EITEL, Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts
für Silikatforschung, Berlin-Dahlem.
Seite
Einleitung: Anforderungen der Technik an die IsoHerstoffe . 1
I. Die elektrophysikalischen Eigenschaften, besonders der an
organischen IsoHerstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
l. Ionenleitfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
a) Leitfähigkeit in der Masse. S. 3.-b) Oberflächenleitfähigkeit. S. 7.
2. Dielektrische Verluste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
a) Ladungsströme und Restladung. S. 10. - b) Dielektrizitätskonstante.
S. 12. -Dielektrischer Verlust im Wechselfeld. S. 13.
3. Durchschlagfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
a) Wärmedurchschlag. 8.18.-b) Elektrischer Durchschlag. S. 21.
II. Die Gitterstruktur der anorganischen IsoHerstoffe . . 25
l. Typen der Kristallgitter . . . . . . . . . . . . . . . . 25
a) Ionengitter, Gitter mit heteropolarem Gßfüge. S. 25.- b) Homöo
polare (unpolare) Gitter. S. 29. - c) Realkristalle und Gitteranomalien.
8.32.
2. Gefüge der Gläser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
a) Theorie der Glaskolloide. S. 34.-b) Netztheorie der Gläser. S. 37.
3. Gitter der speziellen kristallisierten und glasierten Isotierstoffe . 38
III. Aufbau und Zusammensetzung der technischen anorganischen
IsoHerstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
l. HeterogeneD Aufbau der keramischen IsoHerstoffe für niedere Tempe·
raturen ....................... . 46
a) Die Porzellane. S. 46. - b) Speckstein-(Steatit-)Gruppe. S. 47. -
c) Rutilgruppe. S. 49.
2. Aufbau von Isolierstoffen für Elektrowärmezwecke . . . . . . 51
a) Porzellangruppe. S. 52.-b) Tonsubstanz-Specksteinmassen. S. 53.
- c) Sinterkorundmassen. S. 54.
3. Das Glas als elektrischer Isolierstoff. 54
Schrifttum 57
VI Inhaltsverzeichnis.
Organische Isolierstoffe.
Von Prof. Dr. R. VIEWEG VDE, VDI, Darmstadt.
Seite
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Die organischen Isolierstoffe in der Elektrotechnik ... 63
Naturstoffe. Gummi; Öle; Harze; vergießbare Massen; Faserstoffe; Holz 64
Kunststoffe. Allgemeine Kennzeichen; Gliederung . . . . . . . . . . . 66
Kondensate. Phenoplaste, Aminoplaste. Anilinharz. Die Typisierung der
Preßstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Polymerisate. Chemische und physikalische Entwicklung Polystyrol; polymere
Akrylate; Polyvinyle; Luvican, Oppanol; Buna . . . . . . ..... 70
Die Erscheinungsformen der Polymerisate . . . . . . . . . . . . . . 73
Zelluloseabkömmlinge. Azetyl-, Benzylzellulose; Kunstseide; Zellophan;
Triazetat; Cellon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Chlorierung; chlorierte Naphthaline; Chlorkautschuk; Diphenylchlorid . . . 77
Anpassungsmittel; Verarbeitungsarten der Kunststoffe . . . . . . .... 77
Gewährleistungsgrenzen; Forschungsfragen; Begriffserklärungen. Ergänzung
der Wertetafeln . . 78
Aus dem Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Prüfung von Isolierstoffen und Meßergebnisse aus der
Isolierstofftecbnik.
Von Dr. G. PFESTORF VDE, VDI, Regierungsrat
bei der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt, Berlin.
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
I. Prüfung von Isolierstoffen . . . . . . . . . . . 83
Bewertung. S. 83.-Sicherheit. S. 84.-Elektrische Untersuchung. S. 85.
- Brückenverfahren. S. 85. - Messung großer Kapazitäten. S. 87. -
Messung kleiner Kapazitäten. S. 88.-Schreibende Meßgeräte für Isolier
stoff-Untersuchungen. S. 88.-Brückenmitselbsttätigem Abgleich. S. 90.
- Schreibende Leistungsmesser, S. 92. -Einige Sonderanforderungen.
S. 94. - Messungen bei Hochfrequenz. S. 94. - Tropensicherheit. S. 94.
-Kriechstromfestigkeit. S. 95.-Mechanische Prüfungen. S. 97.
Thermische Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient. S. 98. - Thermische
Leitfähigkeit. S. 101. - Wärmefestigkeit. S. 101. - Dauerwärme
beständigkeit. S. 101.
Prüfung von nichtkeramischen Isolierstoffen . . . . . 102
II. Ergebnisseaus der Isolierstofftechnik . . . . . 102
Erkennung von Kunststoffgruppen. S. 103.-Elektrische Eigenschaften
und Molekülbau. S. 103. - Gleichstromleitfähigkeit. S. 104. - Dielek
trische Verluste. 8.105.-Elektrische Durchschlagsfestigkeit. S. 108.
Chemische Gesichtspunkte bei den Kunststoffen . . . . . . . . . . . 112
Anwendung der Röntgentechnik zur Erforschung organischer Isolierstoff-
moleküle . . . . . . . . . . . . . 113
Gefügeuntersuchungen durch Schliffbilder ll4
Mechanische Eigenschaften . . . . . 115
Spannungsoptische Prüfungsergebnisse. 117
Zahlenwerte . . . . . . . . . . . . 120
Inhaltsverzeichnis. VII
Keramische lsolierstolle.
Von Direktor Dr.-Ing. W. WEICKER VDE, Hermsdorf (Thür.).
Einleitung:. Seite
Hauptgruppen keramischer Werkstoffe, Übersichts- und
Eigenschaftstafel .....•••..........•.•. 121
I. Hartporzellan:
Herstellung; Drehen, Strangpressen, Gießen, Pressen; Maßfragen; Glasur;
neuere Gesichtspunkte zu einigen Eigenschaften; Prüfkörper, Ermüdung,
Wechselfestigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Freileitungsisolatoren. Entwicklung. Mechanische, elektrische Ansprüche.
Schwierige Betriebsverhältnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Stützer, Durchführungen, Wandler. Kondensatoren. Hinweis auf In
stalb.tionstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Hochspannungsprüfung. Neuere Gesichtspunkte. Stoßspannungsfragen 136
li. Keramische Sondermassen . . . . . . . . . . . . . . . ... 138
Einteilung. Herstellung. Trockenpressen. Zwischenbearbeitung. Zusam
menglasierung. Maßhaltigkeit. Zusammenbau mit Metallteilen. Lei
tende Beläge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
A. Sondermassen Steatit, Calit, Frequenta. Richtunggebende Eigen
schaften. Verlustfaktor. Maßhaltigkeit. Mechanische Festigkeit. Un
veränderlichkeit der Eigenschaften. Bedeutung für die Hochfrequenz
technik. .Anwendung als allgemeiner Baustoff, in Kondensatoren, bei
Meßgeräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... 142
B. Rutilhaltige Sondermassen. Hohe Dielektrizitätskonstante, negativer
Temperaturkoeffizient der DK. Kleinste Verlustfaktoren . . ... 148
C. Sondermassen kleiner Wärmedehnung . .Anwendungen in der Hoch
spannungs-und Wärmetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
III. Verschmelzung keramischer Massen mit Glas und Metall:
Hochvakuumdichte und temperaturwechselbeständige Verbindung mit
Glas. Ein- und Anschmelzung von Metall 151
Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . .. 153
Organische IsoHerstoffe in der Hochspannungstechnik.
VonDr.-Ing. W.ESTORFF VDE,
Oberingenieur bei den Siemens-Schuckert-Werken A.-G., Berlin.
I. Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... 155
Gliederung in Trägerstoffe und Tränk- und Bindemittel; Anforderungen
an die mechanischen und elektrischen Eigenschaften; Beschränkung auf
Hartpapier und Hartgewebe 155
II. Die Ausgangsstoffe ... 156
1. Papier und Gewebe als Träger; Papier-und Faserstoffarten . 156
2. Natur- und Kunstharze als Tränk- und Bindemittel; Schellack;
Formaldehyd-Kondensationsstoffe mit Phenol und Kresol 160
3. Aufbringen des Harzes auf den Träger . , . . . . . . . . . . . . 163
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
III. Die Verarbeitung und Anwendung .............. 165
l. Das Wickeln und Härten . . . . . . . . . . . . . . ...... 165
Isotierrohre im Transformatoren- und Schalterbau; Durchführungs-
isolatoren, Aufbau und Prüfverfahren 169
2. Das Pressen von Platten . . . . . . . . 175
3. Das Pressen von Leisten . . . . . . . . 177
4. Das Pressen und Härten von Formstücken 177
Verformungsfragen. Sonderanforderungen für Expansionsschalter.
Kammern aus Hartgewebe. Prüfung der Isolierkörper.
IV. Der Oberflächenschutz 181
Keramische Überwürfe . . . 181
Lacke ......... . 182
V. Tropenfeste Isolierstaffe 183
Schrifttum . . . . . . . 81
IsoHerstoffe in der Niederspannungstechnik.
Von H. BURMEISTER, Oberingenieur
bei der Allgemeinen Elektrizitätsgesellschaft Berlin.
I. Grundstoffe der Isolierstofftechnik, bes. für Niederspannung. Die
Rohstoffe. Naturstoffe - Wirtschaftliche Gesichtspunkte -Keramische
Stoffe'-Kunststoffe.-Nähere Angaben für das Beispiel des Anilinharzes.
- Zelluloseabkömmlinge . . . . . . . . . . . 186
II. Isolierstoffauswahl beim Bau von Geräten 196
bei mechanisch stark beanspruchten Geräten . 197
bei wärmebelasteten und feuersicheren Geräten 199
bei Feuchtraumgeräten . . . . . . . 205
bei kriechstromsicheren Geräten . . . 207
bei Geräten in chemischen Betrieben . 210
III. Isolierstaffe für Drahtisolation. 2U
Isolationsauftrag bei Seide, Baumwolle, Lack, Apyrol 2ll
IV. Isolierstaffe für Maschinen und Apparate 216
Bedeutung der zulässigen Erwärmung; Einzelfragen aus dem Ma-
schinenbau . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . 217
Isolierstolle in der Fernmeldetechnik.
Von K. FRANZ, Oberingenieur bei der Siemens & Halske A.G., Berlin.
Einleitung: Aufgabenstellung, Begrenzung auf den Fernmeldegerätebau .. 220
Sonderanforderungen an IsoHerstoffe durch elektrische Be
·dingungen, durch Fragen der Massenerzeugung, durch die
Güte- und Maßhaltigkeitsansprüche der Feinwerkstechnik • 221
Die für die Fernmeldetechnik wichtigen Isolierstoffgruppen, mit
ausführlichen Gestaltungsbeispielen . . . . . . . . . 225
A. Natürliche Isolierstoffe; Schiefer, Marmor, Asbest, Glimmer. ·. 225
B. Keramische Isolierstaffe; die Sondermassen . . • . . . . . 226
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
C. Gummihaltige Isolierstoffe; Weich- und Hartgummi . . . . .... 230
D. Geschichtete Isolierstoffe, Kunstharz-Hartpapier, Kunstharz-Hart-
gewebe ...........•........•..••... 231
E. Kunstharzpreß- und -spritzstoffe; Typen S, K, 0; Azetylzellulose;
Trolitul, Luvikan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
F. Papiere und Gewebe; Papier im Kondensatorbau; Leinen, Seide,
Baumwolle; Isotierschläuche. . . . . . . 244
G. Isolation von Wickeldrähten; Lackdraht . . . . . . . . ..... 248
Isolierstolle in der Elektrowärmetechnik.
Von Dr.-lng. habil. W, FISCHER VDE, Berlin.
1. Die Isolierung in der Elektrowärmetechnik . . . . . ..... 251
2. 'Die physikalischen Eigenschaften der IsoHerstoffe für Wärme-
beanspruchung . . . . . . . . . 254
2 1. Die Temperaturbeständigkeit . . . 254
2 2. Die elektrischen Eigenschaften. . . 255
2 21. Der spezifische Widerstand . . 255
2 22. Die Durchschlagfestigkeit. . . 256
2 3. Die Wärmeleitfähigkeit . . • . . . 260
2 4. Die Temperaturwechselbeständigkeit . . 262
3. Die verschiedenen IsoHerstoffe und ihre Verwendung . 264
3 I. Die hochschmelzenden reinen Oxyde . 264
3 2. Geschmolzener Quarz. . . . . . . 267
3 3. Festgebrannte keramische Massen . 269
3 31. Schamotten. . . . . 269
3 32. MgO-haltige Massen 270
3 4. Einbettmassen . . . . 273
3 5. Rohrheizkörper . . . . 278
3 6. Glimmer und Asbest . . 282
4. Der Ableitstrom. . 284
Schrifttum • . . . . . . 286
Sachverzeichnis • • . . . 288
übersichtstafeln (am Schluß des Buches):
I. Übersicht zur Typisierung der "nichtkeramischen, gummifreien Isolierpreß
stoffe. ..
2. Übersichts- und Eigenschaftstafel keramischer Werkstoffe für die Elektro
technik.