DE549120C - An electrical capacitor, the insulating layer of which is made using a dielectric with a high dielectric constant - Google Patents

Description

Elektrischer Kondensator, dessen Isolierschicht unter Benutzung eines Dielektrikums mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten hergestellt ist Es ist bereits bekannt, zwecks Erhöhung der Leistungsfähigkeit bzw. Herabsetzung der Abmessungen von Kondensatoren gleicher Leistungsfähigkeit statt der üblichen Isolationsmittel, wie Öl, Paraffin o. dgl., Isolierschichten mit besonders hohen Dielektrizitätskonstanten zu benutzen. So wurden bereits halogensubstituierte cyclische Kohlenwasserstoffe und deren Oxydationsprodukte als Dielektra verwendet. Es ist auch bekannt, den halogensubstituierten Kohlenwasserstoff Tetrachlornaphthochinon als Dielektrikum zu verwenden, der den Vorteil einer höheren Dielektrizitätskonstante gegenüber den anderen halogensubstituierten cyclischen Kohlenwasserstoffen und deren Oxydationsprodukten aufweist. Der Nachteil des Tetrachlornaphthochinons ist aber, daB es bei normaler Temperatur fest ist. und deshalb ein aus ihm hergestelltes Dielektrikum im praktischen Betrieb zu unvermeidlichen Hohlraum- und Rißbildungen führt. In die Hohlräume und Risse dringt Luft oder Feuchtigkeit ein, so daß die elektrische Festigkeit des Dielektrikums erheblich beeinträchtigt wird. Diese Nachteile werden bei dem elektrischen Kondensator nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß als alleiniges Dielektrikum oder als Zusatzdielektrikum organische, bei normaler Temperatur flüssige Verbindungen mit ringförmig gebundenen Kohlenstoffatomen, die im Kern oder in der Seitenkette stickstoffhaltige Gruppen enthalten, wie insbesondere Nitrobenzol, Anilin, Pyridin, allein oder in Mischung verwendet sind. Die Untersuchungen haben drgeben, daß die Dielektrizitätskonstanten der genannten Stoffe um ein Vielfaches höher sind als diejenigen der bisher für denselben Zweck -vorgeschlagenen halogensubstituierten Kohlenwasserstoffe. So hat beispielsweise mit Nitrobenzol getränktes Papier eine Dielektrizitätskonstante 18-2o, während das gleiche Papier mit Mineralöl getränkt bloß eine Konstante 3,1 aufweist. Demnach ist die Dielektrizitätskonstante des mit Nitrobenzol getränkten Papiers ungefähr sechsmal so groß wie die der üblichen Isolierschichten. Nimmt man an, daß Nitrobenzol etwa dreimal soviel kostet als das 01, so kann doch eine Ersparnis von 5o % der Gesamtkosten erzielt werden, da der Kondensator nur ungefähr i/6 so groß ist wie der mit Öl tiergestellte.Electrical capacitor, the insulating layer of which is made using a dielectric with a high dielectric constant to use high dielectric constants. Halogen-substituted cyclic hydrocarbons and their oxidation products have already been used as dielectrics. It is also known to use the halogen-substituted hydrocarbon tetrachloronaphthoquinone as a dielectric, which has the advantage of a higher dielectric constant compared to the other halogen-substituted cyclic hydrocarbons and their oxidation products. The disadvantage of tetrachloronaphthoquinone, however, is that it is solid at normal temperature. and therefore a dielectric made from it leads to the inevitable formation of cavities and cracks in practical operation. Air or moisture penetrates into the cavities and cracks, so that the electrical strength of the dielectric is considerably impaired. These disadvantages are eliminated in the electrical capacitor according to the invention in that, according to the invention, organic compounds which are liquid at normal temperature and which have ring-shaped carbon atoms and which contain nitrogen-containing groups in the core or in the side chain, such as in particular nitrobenzene, aniline, are used as the sole dielectric or as an additional dielectric. Pyridine, used alone or in admixture. The investigations have shown that the dielectric constants of the substances mentioned are many times higher than those of the halogen-substituted hydrocarbons previously proposed for the same purpose. For example, paper impregnated with nitrobenzene has a dielectric constant of 18-2o, while the same paper impregnated with mineral oil only has a constant of 3.1. According to this, the dielectric constant of the paper soaked with nitrobenzene is about six times that of the usual insulating layers. If one assumes that nitrobenzene costs about three times as much as the 01, a saving of 50% of the total costs can be achieved, since the condenser is only about 1/6 the size of the one made with oil.

Vorteilhaft ist es, bei einem elektrischen Kondensator gemäß der Erfindung die nachstehend beschriebenen Verfahren zur Erhöhung der Dielektrizitätskonstante des genännten Materials, das in handelsüblichem Zustand bezogen wird, anzuwenden.It is advantageous in an electrical capacitor according to the invention the procedures described below to increase the dielectric constant of the named material, which is obtained in a commercial condition.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß diese Stoffe einen geringen elektrischen Widerstand und hohen Leistungsfaktor aufweisen. Der verhältnismäßig geringe Widerstand ist meist auf das Vorhandensein größerer Verunreinigungen zurückzuführen. Die elektrischen Eigenschaften dieser Stoffe können daher durch Entfernung eines Teiles der Verunreinigungen verbessert werden, derart, daß sie als Dielektrikum oder auch Isolierstoff Verwendung finden können.It has been shown that these substances have a low electrical Have resistance and high power factor. The relatively low resistance is mostly due to the presence of major contaminants. The electric Properties of these substances can therefore be improved by removing some of the impurities be improved so that they can be used as a dielectric or insulating material can find.

Nitrobenzol ist gewöhnlich durch größere Mengen von Wasser und Säuren verunreinigt; nach deren Abscheidung kann aber der Widerstand bis auf a y 1010 Ohm pro Kubikzentimeter gebracht werden.Nitrobenzene is usually contaminated with large amounts of water and acids; after their deposition, however, the resistance can be brought to ay 1010 ohms per cubic centimeter.

Die Behandlung erfolgt am besten mit Aluminiumoxyd, das in fein verteiltem Zustand das Wasser aufnimmt, ohne aber selbst in erheblichem Maße in Lösung zu gehen. Es kann leicht aus dem Nitrobenzol entfernt und durch Erhitzen getrocknet werden, so daß ein und dieselbe Aluminiumoxydmenge immer wieder verwendet werden kann. Das Aluminiumoxyd kann dabei auch zur Entfernung der Säure aus dem Nitrobenzol dienen. Für diesen Zweck sind aber auch andere basische Oxyde, wie Calciumoxyd oder Bariumoxyd, verwendbar. Das Verfahren wird im einzelnen wie folgt durchgeführt: Dem Nitrobenzol wird frisches Aluminiumoxyd in entsprechender Menge zugesetzt. Normalem Handelsnitrobenzol muß etwa i Teil Aluminiumoxyd auf io bis 3o Volumenteile Nitrobenzol zugesetzt werden. Die Mischung wird bei Raumtemperatur 8 Stunden hindurch gerührt, dann wird sie erwärmt und das Aluminiumoxyd absetzen gelassen, und das Nitrobenzol kann abdestilliert werden. Die ersten Mengen des Destillats können auch dekantiert werden. Oft ist eine zweite Destillation zweckmäßig. Das so gereinigte Nitrobenzol besitzt als spezifischen Widerstand z X ioio Ohm pro Kubikzentimeter bei 55o Volt Gleichstrom.The treatment is best done with aluminum oxide, which is finely divided State that absorbs water without going into solution to any significant extent. It can be easily removed from the nitrobenzene and dried by heating, so that one and the same amount of aluminum oxide can be used over and over again. That Aluminum oxide can also be used to remove the acid from the nitrobenzene. Other basic oxides, such as calcium oxide or barium oxide, are also suitable for this purpose. usable. The process is carried out in detail as follows: The nitrobenzene fresh aluminum oxide is added in the appropriate amount. Ordinary commercial nitrobenzene about 1 part of aluminum oxide must be added to 10 to 3o parts by volume of nitrobenzene. The mixture is stirred at room temperature for 8 hours, then it is heated and the aluminum oxide is allowed to settle, and the nitrobenzene can be distilled off will. The first quantities of the distillate can also be decanted. Often is a second distillation is advisable. The nitrobenzene purified in this way has as specific Resistance z X ioio ohms per cubic centimeter at 55o volts direct current.

Es hat sich ferner gezeigt, daß der Widerstand des Materials sich steigert, wenn es längere Zeit unter elektrischer Spannung gehalten wird. Nitrobenzol enthält leicht außer anderen Verunreinigungen Spuren von Salpetersäure und Schwefelsäure sowie mehrere Prozent Wasser. In diesem Zustand hat das Nitrobenzol eine nicht vernachlässigbare Leitfähigkeit. Es kann daher eine mit Nitrobenzol gefüllte elektrische Zelle, die mit einem Voltmeter in Serie geschaltet ist, zur Feststellung des Reinheitsgrades des Materials dienen, wenn nämlich der Widerstand anfänglieh nach Aufdrückung einer Spannung zuerst verhältnismäßig klein ist und dann etwa nach 5 Minuten oder mehr anwächst.It has also been shown that the resistance of the material increases increases if it is kept under voltage for a long time. Nitrobenzene Slightly contains traces of nitric acid and sulfuric acid in addition to other impurities and several percent water. In this state the nitrobenzene has a non-negligible one Conductivity. It can therefore be an electric cell filled with nitrobenzene, which is connected in series with a voltmeter to determine the degree of purity of the material, namely when the resistance is initially applied after a Voltage is relatively small at first and then after about 5 minutes or more grows.

In der Zeichnung sind zwei Schaulinien dargestellt, die die Verminderung des Leistungsfaktors bei wachsender Spannung erkennen lassen. Die Kurven wurden von zwei bestimmten Kondensatoren aufgenommen, die als Dielektrikum mit Nitrobenzol getränktes Papier enthielten.In the drawing, two sight lines are shown, which show the reduction of the power factor as the voltage increases. The curves were added by two specific capacitors that act as a dielectric with nitrobenzene soaked paper.

Wie man aus den Kurven erkennen kann, nimmt der Leistungsfaktor bei wachsender Spannung zuerst sehr rasch, dann aber langsam ab.As you can see from the curves, the power factor increases increasing tension at first very quickly, but then slowly decreasing.

Wenn bloß Wasser als Verunreinigung vorhanden ist, ist die Steigerung des Widerstandes durch Entfernung des Wassers ohne weiteres erklärbar. Dasselbe gilt auch für die Verunreinigung durch Säuren.If there is only water as an impurity, there is an increase the resistance can easily be explained by removing the water. The same thing also applies to acid contamination.

Es hat sich auch gezeigt, daß der elektrische Widerstand des reinen Materials, z. B. von Nitrobenzol, durch eine Zugabe von Wasser oder anderen Verunreinigungen herabgesetzt wird. Dies tritt schon bei verhältnismäßig sehr kleinen Mengen der Verunreinigungen ein. Diese Verschlechterung kann aber durch Aufdrücken einer geeigneten Spannung wieder rückgängig gemacht werden; es ist sogar möglich, den vollen Widerstand wiederherzustellen.It has also been shown that the electrical resistance of the pure Materials, e.g. B. of nitrobenzene, by adding water or other impurities is reduced. This occurs even with relatively very small amounts of Impurities. This deterioration can, however, by pressing a suitable Tension can be undone; it is even possible to use the full resistance restore.

Wird Papier, das selbstverständlich auch Verunreüiigungen enthält, mit Nitrobenzol getränkt, so kann der Widerstand in der gleichen Weise erhöht werden. Das Unterspannungsetzen hat in jedem Falle die Wirkung einer Reinigung ergeben.If paper, which of course also contains impurities, is soaked with nitrobenzene, the resistance can be increased in the same way. In any case, applying the voltage has the effect of cleaning.

Kondensatoren gemäß der Erfindung sind bedeutend weniger kostspielig in der Herstellung und haben den bisher nicht bekannten Vorzug, daß im Gebrauch der Widerstand steigt und der Leistungsfaktor fällt. Die angegebenen Stoffe können auch gemeinsam als Dielektrikum in einem Kondensator Verwendung finden.Capacitors according to the invention are significantly less expensive in production and have the previously unknown advantage that in use the resistance rises and the power factor falls. The specified substances can can also be used together as a dielectric in a capacitor.

Die angeführten Ausgangsstoffe für das Dielektrikum können sinngemäß auch als Isoliermittel für andere elektrotechnische Zwecke Verwendung finden.The listed starting materials for the dielectric can be used accordingly can also be used as insulation for other electrical engineering purposes.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:. i. Elektrischer Kondensator, dessen Isolierschicht unter Benutzung eines Dielektrikums mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als alleiniges Dielektrikum oder als Zusatzdielektrikum organische, bei normaler Temperatur flüssige Verbindungen mit ringförmig gebundenen Kohlenstoffatomen, die im Kern oder in der Seitenkette stickstoffhaltige Gruppen enthalten, wie insbesondere Nitrobenzol, Anilin, Pyridin, allein oder in Mischung verwendet sind. PATENT CLAIMS :. i. Electrical capacitor, its insulating layer manufactured using a dielectric with a high dielectric constant is, characterized in that as the sole dielectric or as an additional dielectric organic compounds that are liquid at normal temperature with ring-shaped bonds Carbon atoms that contain nitrogen-containing groups in the core or in the side chain contain, in particular nitrobenzene, Aniline, pyridine, alone or used in a mixture. 2. Verfahren zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Kondensators nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum mit einer Base behandelt und erforderlichenfalls nachher destilliert wird. ,3. 2. A method for increasing the electrical resistance of the capacitor according to claim i, characterized in that the dielectric is treated with a base and, if necessary, is distilled afterwards. , 3 . Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Nitrobenzol mit Aluminiumoxyd behandelt wird, ehe es als Dielektrikum im Kondensator verwendet «ird. Process according to claim 2, characterized in that nitrobenzene with Aluminum oxide is treated before it is used as a dielectric in the capacitor. Verfahren zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Kondensators nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum unter elektrische Spannung gebracht wird. A method for increasing the electrical resistance of the capacitor according to claim i, characterized in that the dielectric is brought under electrical voltage will. 5. Elektrischer Kondensator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektiikum aus mit Nitrobenzol getränktem Papier besteht.5. Electrical capacitor according to claim i, characterized in that the Dielektiikum consists of paper soaked with nitrobenzene.