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Vorrichtung zur Prüfung der elektrischen Festigkeit von Materialien,
insbesondere Flüssigkeiten. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung
der elektrischen Festigkeit von Materialien, insbesondere von flüssigen und zähflüssigen
Stoffen. Sie kann aber mit gleichem Vorteil auch zur Prüfung anderer Materialien
verwendet werden, sofern diese vermöge eigener Plastizität oder leichter Bearbeitung
oder Formgebung in die Vorrichtung eingebracht werden können.
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In erster Linie ist die Erfindung dazu bestimmt, die elektrische Festigkeit,
insbesondere die Durchschlagsfestigkeit flüssiger Isoliertnaterialien,
wie
Öl, Paraffin usw., zu prüfen. Mit derselben Vorrichtung könnte aber auch die Leitfähigkeit,
die Dielektrizitätskonstante des Materials usw. geprüft werden.
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Die Erfindung bezweckt, eire Vorrichtung zu schaffen, welche es gestattet,
auch mit ganz geringen Proben des zu prüfenden Materials verläßliche Ergebnisse
rasch zu erhalten, darüber hinaus aber auch eine Vorrichtung zu schaffen, deren
bei der Durchführung der Prüfung einer Abnutzung unterliegenden Teile leicht ausgewechselt
werden können, und bei der schließlich auch die Stärke bzw. Merge des zu prüfenden
Materials beliebig eingestellt werden kann. Weitere Vorteile der Erfindung werden
im späteren auseinanderzusetzen sein.
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Abb. i der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Prüfung der
elektrischen Festigkeit, beispielsweise von Öl; es kann aber auch für andere Zwecke
verwendet werden. Der zu prüfende Stoff wird zwischen zwei Elektroden
a, b gebracht, welche gemäß der Erfindung zum ersten Male parallele, ineinandergreifende
Flächen besitzen, nicht, wie bisher, den zu prüfenden Stoff zwischen Spitzen oder
Kugeln der Prüfung unterwerfen. Im Beispiel besitzt die Elektrode kegelmantel- oder
zylinderförmige Begrenzungsflächen, deren gegenseitiger Abstand genau einstellbar
und meßbar ist. Die eine Elektrode b stellt ein Futter, einen Einsatz o. dgl. in
einem Behälter c dar, dessen obere Wand so geformt ist, daß der Fuß eines Isolators
e eingesetzt werden kann. Zweckmäßig besitzt diese Einsatzöffnung eine zylindrische
seitliche Abgrenzungswand f und einen horizontalen Boden g. Die Seitenwand
f wird zweckmäßig durch einen Ring aus Messing gebildet, und der Fuß des
Isolators e ist ebenfalls mit einem Messingring k umgeben. so daß ein dichter Schluß
zwischen diesen beiden Metall-Zylinderflächen möglich ist. Die Zuleitung zu der
am Isolator e hängenden Elektrode a erfolgt durch einen Messing- oder Kupferstab
i, welcher durch eine Bohrung des I@ola!ors hindurchgeht. die zweckmäßig mit einem
Ring k ebenfalls aus Kupfer oder Messing gefüttert ist, so daß bei der Verschiebung
der Zuführung i in der Bohrung des Isolators Metall auf Metall schleift und auch
hier ein möglichst dichter Schluß durchführbar ist. Am oberen Ende der Stromzuführung
i ist einerseits eine Klemme zur Zuführun; der Spannung befestigt und andrerseits
ein Zeigerwerk angebracht, welches erkennen läßt, wie groß die Entfernung der beiden
Elektroden a, b voneinander ist oder wie tief die Elektrode a eingeschoben
ist, woraus die gleiche Erkenntnis geschöpft werden kann. Die Änderung der Hi;henlage
der Elektrode a kann in einfachster Weise dadurch erfolgen, daß die stabförmige
Zuführung i gehoben oder gesenkt wird und in der endgültigen Stellung durch eine
Schraube 1, welche mit der Zuführungsklemme m verbunden ist, festgestellt wird.
In geeigneter Höhe oberhalb der Klemme 7n ist dann ein Zeiger zweckmäßig aus Isoliermaterial
n befestigt, der auf einer Skala o die Höhe der Elektrode anzeigt. Der Zeiger wird
aus Isoliermaterial hergestellt, um irgendwelche Spitzenwirkungen der meistens an
Hochspannung liegenden Stromzuführung zu vermeiden. Natürlich kann an Stelle der
dargestellten Vorrichtung zur Änderung der Höhenlage der Elektrode auch ein- Schraubentrieb
verwendet werden, der so wirkt, daß die Stromzuführung i an der Drehung verhindert
iit und eine Schraubenmutter am Kopf des Isolators gelagert ist, welche in ein entsprechendes
Gewinde der Stromzuführung eingreift. Wird nun die Schraubenmutter gedreht, so hebt
oder senkt sich die Stromzuführung und mit ihr die Elektrode ä. Die Anzeige der
Höhenlage der Elektrode kann nun entweder wieder durch eine ähnliche Zeigervorrichtung
geschehen, wie im Beispiel der Abb. i dargestellt ist, oder durch eine Zeigervorrichtung,
welche an der Schraubenmutter angebracht ist und auf einer kreisringförmigen festen
Skala die Stärke der Drehung und damit gleichzeitig auch die Tiefenlage der Elektrode
erke _nen läßt. Sollte zwecks feinster Einstellung eine mehrfache. Drehung der Schraubenmutter
erforderlich sein, um die Elektrode aus der tiefsten in die höchste Stellung zu
bringen, so könnte entweder zwischen Zeigervorrichtung und Schraubenmutter eine
Übersetzung eingeschaltet sein oder eine Zeigervorrichtung der in Abb. i dargestellten
Art mit der zuletzt besprochenen verbunden werden. Die erste Zeigervorrichtung würde
dann gleichsam eine grobe Ablesung zulassen und die zweite die feine Ablesung. Natürlich
kann auch die umgekehrte Anordnung gewählt werden, bei der die Schraubenmutter feststeht
und die Stromzuführung mit der Elektrode drehbar ist. Schließlich könnte im letzteren
Fall die Elektrode nicht mitgedreht werden, indem eine relative Bewegung zwischen
Stromzuführung und Elektrode, welch letztere gerade geführt ist, zugelassen ist
Der l#uß des Isolators besitzt eine innere Aussparung p, in die bei Anwendung des
Apparats zur Prüfung flüssiger Materialien eine Einführungsöffnung für die letztere
q mündet.
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Die Benutzung des Apparats erfolgt nun in der Weise, daß zunächst
der Elektrodenabstand festgesetzt und hierauf der Iso'ator eingesetzt wird. Hierauf
wird das 01 o. dgl.
durch die Öffnung q eingegossen. Da sich
jedoch hierbei Luftblasen im Öl oder an den berührten Oberflächen ansammeln können,
kann auch ein anderes Verfahren eingehalten werden, bei dem vor dem Einsetzen des
Isolators das Ölquantum eingefüllt und hierauf der Isolator eingeschoben wird. Wird
nun die Öffnung q mit dem Finger zugehalten, so erfolgt eine Kompression der eingeschlossenen
Luft und damit des Öls, und es ist anzunehmen, daß sich keine Luftblasen ausbilden
können. Jedenfalls würden solche Luftblasen höheren Druck besitzen als die Außenluft
und nach Abheben des Fingers entweichen.
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Am unteren Boden der inneren Elektrode b befindet sich eine Ausflußöffnung
v, welche nach unten führt und durch einen Stöpsel oder auf sonstige geeignete Weise
verschlossen werden kann, so daß eine vollkommene Entleerung der Elektrode gesichert
ist.
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Zur richtigen Erprobung mancher Materialien ist es auch erforderlich,
diese auf konstanter Temperatur zu erhalten. Zu diesem Zweck ist der Behälter c
vorgesehen, der etwa als Durchflußbehälter ausgebildet ist und in dem bei s eine
Flüssigkeit ein treten und bei t austreten kann. Es kann nun diese Flüssigkeit auf
einer bestimmten Temperatur erhalten werden, die mveckmäßig auf einem eingeführten
Thermometer u kontrolliert wird.
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Die Elektrodenform ist einerseits mit Rücksicht darauf gewählt, um
möglichst kleine Quanten des zu prüfenden Materials anwenden zu können. Von besonders
teuren und schwer erhältlichen Materialien werden gewöhnlich nur ganz geringe Proben
übergeben, deren Prüfung mit dem Apparat gemäß der Erfindung leicht durchführbar
ist. Andrerseits erlaubt es die kegelförmige Ausbildung der Elektroden, die feinsten
Abstände zwischen diesen einzustellen. Die Elektrode a wird nämlich in der Richtung
der Achse des Kegelmantels verschoben und hierbei der Abstand der Elektroden-Kegelmantelflächen
in weit geringerem Maße verändert, als der Verschiebung der Elektrode in senkrechter
Richtung entspricht. Wie die Zeichung der Abb. 2 erkennen läßt, wird nämlich bei
Zurücklegung eines Wegstücks t in senkrechter Richtung der Abstand der Elektrodenflächen
nur um das viel geringere Wegstück 2 verändert, so daß es möglich ist, tatsächlich
eine sehr feine Einstellung zu erhalten.
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Um diese Einstellung auch absolut zutreffend vornehmen zu können,
gegebenenfalls ohne Anwendung einer Zeigervorrichtung, können Zwischenstücke z zwischen
die Oberfläche der Elektrode a und die untere Fläche des Isolators e eingelegt werden,
welche einen bestimmten Abstand der Elektrode von dem Isolator und damit auch der
Elektrode a von der Elektrode b sichern (Abb.3). Diese Zwischenstücke können aus
Platten geformt sein, die in Draufsicht in Abb. 4 dargestellt sind.
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Abgesehen von diesem erheblichem Vorteil, den die Erfindung mit sich
- bringt und die Erprobung kleiner Mengen ohne Blasen bei konstantem, kontrollierbarem
Elektrodenabstand ermöglicht, können die Elektroden auch leicht ausgewechselt werden.
Bekanntlich erfolgt die Prüfung in der Weise, daß an die beiden Elektroden eine
Spannung gelegt wird und diese allmählich unter Beobachtung des Voltmeters erhöht
wird, bis ein Durchschlag erfolgt. Die Anzeige des Voltmessers im Augenblick vor
dem Durchschlag läßt die höchste Spannung erkennen, welche das geprüfte Material
verträgt, und hieraus auch die Durchschlagsfestigkeit desselben berechnen, bei bekannter
und am Apparat ohne weiteres feststellbarer Dicke der geprüften Schicht. Der erfolgte
Durchschlag zeigt sich an dem plötzlichen starken Sinken der Spannung. Durch ihn
erfolgt eine Verkohlung des Öls, und es werden auch oft die Elektroden hierdurch
angegriffen. Die leichte Auswechselbarkeit-des Futters b und der anderen Elektrode
a, welche an der Einführung- ä angeschraubt ist, gestattet dann nach Abnutzung dieser
beiden Elektroden sofort neue einzusetzen und eine andere Prüfung durchzuführen.
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Die Elektroden bestehen zweckmässig aus Messing oder Zink, welche
auch von den zu prüfenden Flüssigkeiten nicht angegriffen werden und sich leicht
bearbeiten lassen. Die Herstellung erfolgt durch Abdrehen der Fläche und nachfolgendes
Polieren, gegebenenfalls durch Einschleifen der Elektrode a in die Elektrode b.
, Die Neigung der Kegelmantelfläche wird mit Rücksicht darauf zu wählen sein, daß
einmal eine feine Abstufung der Materialstärke möglich ist bezw. des Abstandes der
Elektroden, und dann mit Rücksicht darauf, daß eine gleichmäßige Verteilung der
elektrischen Ladung über die beiden-Flächen erfolgt, die bis zum Auftritt des Durchschlags
gleichsam als Kondensatorbelegungen wirken. Ferner werden die oberen und unteren
Ränder der Elektrcden möglichst abgerundet, um Feldanhäufungen zu vermeiden. Insbesondere
kann das untere Ende der Elektrode a kugelförmig gestaltet werden, wie in Abb. 3
gestrichelt eingezeichnet ist. Schließlich ist es zweckmässig, daß die Entfernung
der Kegelmantelflächen voneinander geringer ist als diejenige der unteren Begrenzungsfläche
der Elektrode a von dem Boden der Elektrode b.
Dies
wird im übrigen gleichsam selbsttätig dadurch erreicht, daß beim Abziehen der Elektrode
a von der Elektrode b diese beiden letzterwähnten Flächen in viel
größerem Maße voneinander entfernt werden als die beiden Kegelmantelflächen, wie
Abb. 2 lehrt.
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Um schließlich Spitzenwirkungen an der Zeigervorrichtung zu vermeiden,
kann an dieser ein Rohr w (Abb. 5) befestigt werden, um welches ein Zeiger o. dgl,
n aus Glimmer gelegt wird.
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Die Anwendung des Apparats zur Prüfung von festen Stoffen ist ohne
weiteres klar. Es wird aus diesem Stoff ein Stück ausgeschnitten, das die Form der
abgewickelten Kegelmantelfläche der Elektrode besitzt, und hierauf zwischen die
Elektroden eingespannt.
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Der eine Pol der Prüfspannung wird an das obere Ende der Stromeinführung
i gelegt, der andere Pol an den Behälter c; um jede Gefährdung der Prüfenden auszuschließen,
wird der am Behälter liegende Pol an Erde gelegt.
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Der Isolator e kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden.
Es hat sich gezeigt, das in Paraffin gekochtes Hartholz einen leicht bearbeitbaren
Isolator ergibt, der die erforderlichen Prüfspannungen ohne weiteres aushält.
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Bei zylindrischen Begrenzungsflächen der Elektroden kann deren Abstand
durch Einfügen von dünnwandigen Rohrstückchen geändert werden.