Die Materialpriifung der Isolierstoffe der Elektrotechnik. Herausgegeben von Walter Demuth Oberingenieur Vorstand des mechan.·techn. Laboratoriums der Porzellanfabrik Hermsdorf i. Th. unter Mitarbeit der Oberingenieure Hermann Franz Kurt Bergk und Zweite vcrmehrte und verbesserte Auflage Mit 132 Abbildungen illl Text Berlin Verlag von Julius Springer 1923 Aile Rechte, insbesondere das der Ubersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. ISBN-13: 978-3-642-89223-3 e-ISBN-13: 978-3-642-91079-1 001: 10.1007/978-3-642-91079-1 Copyright 1923 by Julius Springer in Berlin. Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1923 V orwort zur ersten Anflage. Del' Krieg hat die Industrie, insbesondere die mit hochwertigen fremdlandischen Materialien arbeitende Elektrotechnik, gezwungen, zum Teil zu Ersatzstoffen iiberzugehen. Die Fabriken miissen seitdem bisher bewahrte Baustoffe verlassen, weil diese entweder infolge mangelnder Zufuhr an Rohmaterialien iiberhaupt nicht mehr zu haben sind odeI' doch fiir wichtigere Zwecke zuriickgesetzt werden miissen. Die Rohstoffe schwanken somit erheblich nach Art und Beschaffenheit. Es ist darum n6tig, in wei taus gr6Berem MaBe als friiher die eingehenden Rohmaterialien sowie die Fertigfabrikate regelmaBigen Priifungen zu unterwerfen. Das vorliegende Buch solI nun dazu dienen, dem in del' Praxis stehenden Ingenieur zunachst einmal eine ausfiihrliche Anleitung zur Priifung del' Isolierstoffe zu geben an Hand eines alle vorkommenden Anforderungen enthaltenden Fragebogens, weiterhin abel' eine Dber sicht iiber die hauptsachlichsten Isolierstoffe unter Angabe ihrer Form und Verarbeitungsm6glichkeit zu verschaffen. Ftir den Studierenden soll die Arbeit eine willkommene Hilfe sein, werden die hier behandelten Aufgaben doch in den Vorlesungen meist nur kurz gestreift. Den Spezialvorlesungen abel' tiber das Materialpriifungs wesen wird gerade von den H6rern del' Elektrotechnik oft nicht das erforderliche Interesse gewidmet. Die verschiedenen Priifungsmethoden, die zum Teil vom Verband Deutscher Elektrotechnikcr nach den Arbeiten des K6niglichen Material priifungsamtes in Berlin-Dahlcm (M. P. A.) und del' Physikalisch-Tech nischen Reichsanstalt in Charlottenburg (P. T. R.) vorgeschrieben sind, werden ausfiihrlich behandelt. Insbesondere werden die hierfiir n6tigen Materialpriifungsmaschinen und Sondereinrichtungen, die Art del' zWfck maBigsten AusfUhrung del' Probestiicke, sowie del' Vorgang del' mecha nischen und elektrischen Untersuchung beschrieben, so daB danad1 der Praktiker sofort in del' Lage ist, sich iiber aIle erforderlichen Ein l'ichtungen zu unterweisen, ohne erst umfangreiche und aueh fast dureh weg fiir den Maschinen- und Bauingenieur zugeschnittenc WEl'ko studieren und das fUr ihn Geeignete miihsam zusammentragen zu miissen. Die einschlagige Literatur ist an passendtn Stellen crwahnt, so daB dem sieh eingehender mit del' Materie beschaftigenden Spezialisten cin IV Vorwort. Hinweis gegeben ist. Ein tieferes Eingehen auf theoretische Unter suchungen muD umfangreicheren Werken, als nicht dem Zwecke eines Handbuches fUr den praktischen Ingenieur und Studierenden ent sprechend, iiberlassen werden. Die dem Texte beigefiigten Skizzen und Lichtbilder stellen die gebrauchlichsten Ausfiihrungen der Materialpriifmaschinen verschie dener Sonderfirmen dar, ohne daB ein bestimmtes Fabrikat oder eine besondere Bauart bevorzugt werden solI. Die Auswahl ist vielinehr nach den praktischen Anforderungen von Fall zu Fall zu treffen. Allen Firmen, sowohl den Materiallieferanten als den Maschinen fahrikanten sei fiir die freundliche Hilfe durch Auskunftserteilung und Hergabe von Druckstocken an dieser Stelle gedankt. Die Namen der Hersteller sind an den entsprechenden Stellen angefiihrt. Den Herren Be r g k und F ran z sei gleichfalls hier fiir ihre treue l\'litarbeit gedankt. Wenn nun das vorliegende Buch dazu dient, das Interesse fUr sach gemaBe Materialpriifungen unter den Elektrotechnikern, insbesondere auch bei den Fabrikanten, zu heben und zu festigen, sowie die Erfah rungen von Fachgenossen weiter zusammenzutragen, so daB daraus Material fiir die Schaffung von Verbandsvorschriften fiir das gesamte Gebiet der Isolierstoffe gesammelt werden kann, ist der Zweck meiner Arbeit erreicht. Berlin, im Dczember 1918. Der Herausgeber. Vorwort znr zweiten Anflage. Wenig iiber ein Jahr nach Erscheinen der ersten Auflage trat die Verlagsbuchhandlung mit dem Wunsche an mich heran, die Bearbeitung einer zweiten Auflage in Angriff zu nehmen; widrige Umstande schoben die Fertigstellung der Umarbeitung bis jetzt hinaus. Die freundliche Aufnahme, die meine aus den Erfahrungen und Bediirfnissen der Praxis heraus geschriebene Arbeit gefunden hat, zeigt, daB sich auch in der Elektroindustrie allgemein die Erkenntnis Bahn gebrochen hat, daB nur sorgfaltigste Rohstoffuntersuchung und regelmaBige Nachpriifung der Fertigware zu erstklassigen und gleich mal3igen Erzeugnissen fUhren kann. Die vielen, besonders aus den Kreisen der Hersteller und praktisch tatigen Ingenieure an mich nach Bekanntwerden des Buches ergangenen v Vorwort. Anfragen und Anregungen sind mir eine rechte Freude und ffu die Neubearbeitung wertv olle Unterstiitzung gewesen, sie gaben mir AnlaB zu erheblichen Erweiterungen. Das dem Elektrotechniker verhaltnismaBig fernliegende Gebiet der Priifmaschinen und Kleingerate wie der Oluntersuchungen wurde weit eingehender behandelt, der elektrotechnische Teil durch Aufnahme der neuesten Vorschriften und Richtlinien des V. D. E. erganzt, sonst aber mit Riicksicht auf die zur Verfiigung stehenden bekannten Arbeiten im alten Umfang belassen. Der Abschnitt iiber die lsolierstoffe bringt eine ausfiihrlichere Zusammenstellung der derzeit handelsiiblichen Isolierstoffe, insbesondere konnten ihm mehr zahlenmaBige Angaben zugefiigt werden. lch spreche hiernach die Hoffnung aus, daB auch die neue Ausgabe eine freundliche Beurteilung finden moge. Meinen alten getreuen Mitarbeitern, den Herren Franz und Bergk, wie allen Firmen, die mich durch Hergabe von Unterlagen, Druck stocken, Priifwerten u. dgl., wie auch durch G€dankenaustam:ch in entgegenkommendster Weise unterstiitzten, meinen verbindlichsten Dank. Klosterlausnitz i. Th., Juli 1923. Der Herausgeber. Inhaltsverzeichnis~ Erste r Teil: Die festen Isolierstoffe. A. Die Priifverfahren. Bearbeitet von W. De m u t h. Seite I. Einleitung und Arbeitsplan 1 II. Allgemeine Vorfragen iiber Herkunft. Lieferungsmoglieh. keiten und Eigensehaften . . . . . . . . . . . . 3 a) Fragebogen zur Beurteilung von festen Isolierstoffen . 3 b) Erklarungen zu den allgemeinen Vorfragen . . . . 4 III. Meehanisehe und teehnologisehe Priifungen 6 I Die allgemeine Bearbeitungsmog· Seite Die Bestimmung der Zugfestig- Iiehkeit. . . . . . . . .. 6 keit.... ..... 7 Die erforderliehen Priifmasehinen S. 14. - Die Lasterzeugung S. 15. - Die Kraftmessung S. 27. - Die Einspannvorriehtungen S. 3S. - Die Ver. gIeiehs. und Eiehgerate S. 40. - Abnahmebestimmungen fiir Priif. masehinen S.47. Die Bestimmung der Druekfestig. Die Bestimmung der Biegsamkeit 62 keit . . . . . . . . . . . 47 Die Bestimmung del' Falzbiege. Die Bestimmung der Biegefestig- festigkeit . . . . . . . . . 63 lwit . . . . . . . . . . . 54 Die Bestimmung der Hiirte . . 64 Die Bestimmung del' Sehlagbiege- Die Bestimmung der Verdrchungs- festigkeit . . . . . . . . . 5S festigkeit......... 71 Die Bestimmung der Sehlagzug. Die Bestimmung der Seherfestig- festigkeit . . . . . . . . . 62 keit........... 72 IV. Physikalisehe Priifungen Die Bestimillung der WarmC' Die Bestimmung del' Seewasspr- bestandigkeit . . • . . . . 73 bestandigkeit....... 82 DiC' Bestimillung dC'r :Frost· Die Bestimmung der Wetter- bestandigkeit . 75 bestandigkeit (Alterung) . . 82 Die Bestimmung dC'r \Vasser Die Bestimmung des AI1SdC'h- aufnahille. . . . . . . . . 76 nungskoeffizienten..... R3 Das Verhalten in wannem Wasser 79 ' Die Diekenbestimlllung('Jl . . . 86 Die Bestimmung der Feuersieher Die Bestimm~ngen des spezifi- I heit ..... SO sehen GewIChtes. . . . . . 88 Die Bestimmung del' :::laure- bestandigkeit . SI Aufbau eines Festigkeitslaboratoriums ......... . . . . . 90 V. Elektrisehe Priifllngen. (Bearbeitet von K. Bergk) ...... 93 Die Hoehspannungspriifanlage. 951 Die Bestimmung del' Erwarmung I Die Bestimmung der Dureh- unter dauernder Strombela- sehlagsfestigkeit . . . . . . 99 stung........... 103 Inhaltsverzeiehnie. VII Seite Seite Die Bestimmung des Oberflaehen Die Bestimmung der Dielektrizi widerstandes . . _ . _ . _ 104 tatskonstante _ . . . . . . III Die Bestimmung des Durehgangs Die Bestimmung der Dampfung, widerstandes 107 bezogen auf Luft _ . . . . 113 Die Bestimmung des inneren Die Bestimmung der Liehtbogen Widerstandes _ 109 sieherheit . . . . . . . _ . 116 Die Prtifung mit Rontgenstrahlen 117 R. Die festen Isolierstoffe und ihre Eigensehaften. Bearbeitet von W. De m u t h. I. Reine Naturerzeugnisse ....... . 121 I Asbest ........... 121 Holz . . 130 Basalt. . . . . . . . . . . . 122 Marmor . 130 Glimmer. . . . . . . . . . . 1221 Schiefer . 132 II. Keramische Erzeugnisse 132 Glas 132 \ Steinzeug 159 Porzellan 135 TIl. Kunststoffe verschiedenster Zusammensetzung 159 Adit 159 Gummoid 173 Atemit 159 Gummon 173 Agalit . 160 Haresplatten 174 Ambroin. 161 Hartgummi 174 Amianit 161 Heliosit 175 Asbestzement 162 Karton 175 Australit 162 Leinwand 176 Bakdura. 162 Leatheroid . 176 Bakelit 162 Lithogen 176 Bikarton 164 Lonarit 177 Bituba 164 Megohmit 177 C0110n 165 Megotalc 177 Comit . 165 Mikanit 177 Durax. 166 Peralit 178 Eburill 166 Pertillax . 178 Eisengummi 166 PiJit 179 Eshalit 167 Pyrostat . 179 Eswelit 169 Repelit 179 Faturan 170 Resistan . 179 Fermit 170 Rhadoonit 180 Festonit 170 Stabilit 180 Futurit 171 Tenacit 180 Galalith 171 Turbollit 180 Gummi 171 Vuleoasbest lSI Cummiasbest 172 Vulkallfi ber 181 Zwei ter Teil: Die fliissigen Isolierstoffe einschlielHich erhartender Lacke ll. dgI. Bearbeitet von H. Franz. I. Allgemeine Vorfragen tiber Herkunft und Lieferungsform IS2 II. Verwendungs- und Lieferungsbedingungen IS3 1. Transformatoren- und Schalterole IS3 2. Sehmierole und Fette . . . . IS9. 3. Isolierlacke und VerguBmassen . . 198 VIn Inhaltsverzeichnis. Seite III. Priifung der ble und Lacke 200 1. ble und Fette . . . 200 a) Probeentnahme 200 b) Mechanische und physikalische Priifungen 201 Seite AuBere Beschaffenheit. . . . . 201 Flammpunkt 209 Mechanische Verunreinigungen. 201 Brennpunkt 212 Spezifisches Gewicht . . . . . 202 Stockpunkt 213 Bestimmung des Ausdehnungs- Tropfpunkt 217 koeffizienten 203 Verdampfbarkeit 218 Fliissigkeitsgrad . . . . .. 204 Emulgierbarkeit von Dampftur- Konsistenz. . . . . . . ., 208 binenolen .. 219 c) Chemische Pl'iifungen. . . .. ....... 220 Allgemeine Reinheit 2201 Harz61 .... 224 Wassel'gehalt . 220 Schwefelgehalt . 225 Sauregehalt 222 Gehalt an freiem Alkali . 226 Saul'ezahl . . . 2231 Aschegehalt . . 226 Angriffsvermi:igen auf Metalle Asphaltgehalt. 226 und Baumwolle . . 223 Verteerungszahl 226 d) Maschinelle blpriifung . . 230 2. Isolierlacke und VerguBmassen 233 a) Mechanische und physikalische Priifungen 233 Spezifisches Gewicht . . . . . 2331 Biegsamkeit . . . . . . . . . 234 Schmelz- und Erweichungspunkt 233 Trockens1!:bstanzaufnahme . . . 235 Ritzharte .......... 234 1 Wasser-, OI-u.Saurebestandigkeit 235 b) Chemische Priifungen. . . . . . . . . . 235 Untel'scheidung von mageren und bllacken 235 Gehalt an Li:isungsmitteln . . . . . . . . 236 Art del' Losungsmittel . . . . . . . . . 236 Terpentinol . . . . . . . . . 2381 ~ylol . . . . . . . . .. 239 Kieni:iJ. . . . . . . . . . . . 238 Athylalkohol . . . 239 Lackbenzin . . . . . . . . . 238 Methylalkohol . . . . .. 239 Benzol 2381 Azeton . . . . . , . .. 240 Solvent-Naphtha 239 Chlorierte Kohlenwasserstoffe 240 Toluol 239 . cj Elektrische Priifungen. (Bearbeitet yon K. Bergk) 242 Oberflachenwiderstand 243 Durchgangswiderstand 243 Dielcktrizitatskonstantt' 244 Dampfung ..... . 245 Durchschlagsfestigkeit 245 Lit era tu r v e r z eic h n is 248 f'achverzeichnis 251 Erster Teil. Die festen Isolierstoffe. A. Die Priifverfahren. Bearbeitet von W. Demuth. I. Einleitung und Arbeitsplan. Um zunachst eine Dbersicht fiber die Eignung eines fiir einen be stimmten Zweck in Aussicht genommenen Werkstoffes zu erhalten, ist ein Fragebogen aufgestel1t, der zweckmii.Big schon dem Hersteller vor zulegen und von diesem so ausfiihrlich wie moglich auszufiillen ist, umgekehrt kann der Fragebogen dem Erzeuger von Isolierstoffen in sinngemaBer Anwendung als Unterlage fiir Angebotszwecke dienen. Aus der Beantwortung der einzelnen Punkte lassen sich schon viele Schliisse ziehen. Soweit angangig, wird der Lieferant auch Abschriften von seinerseits veranlaBten Priifungen bei staatlichen Anstalten, wie bei dem Materialpriifungsamt (M. P. A.) in Berlin-Dahlem, der Physi kalisch-Technischen Reichsanstalt (P. T. R) in Charlottenburg oder ii.hnlichen Staatslaboratorien beifiigen. Bei solchen Zeugnissen ist be sonders zu beachten, aus welcher Zeit sie stammen und in welcher Richtung die Priifungen vorgenommen wurden, durch Wechsel der Rohstoffquellen konnen ganz erhebliche Schwankungen herbeigefiihrt sein, obgleich die auBere Beschaffenheit gewahrt blieb. Oft werden der artige amtliche Bescheinigungen aber auch vom Lieferanten weiter ausgelegt, als es nach Stellung des urspriinglichen Priifantrages zu lassig ist. Neue behordliche Priifungen nehmen auBerordentlich viel Zeit fort, da die Amter teils iiberlastet sind, teils aber auch nicht so eingehend und regelmaBig fortlaufend priifen konnen, wie es fiir den Verbraucher erwiinscht ist; so sind diese Anstalten beispielsweise nicht in der Lage, die elektrische lind die mechanische Priifung unmittelbar amchlieBend oder, wie oft erforderlich, durcheinander wechselweise oder gar parallel De m u t h. MateriaiprUfungswesen. 2. Auf!. 1 2 Die Priifverfahren. auszufiihren. Hier muB die Arbeit der der Fabrik eigenen Priifstelle einsetzen, der Ingenieur muB sich sofort aus vorgelegten Mustern, nach einer Probeerzeugung oder auch stichweise aus der Massenlieferung heraus Klarheit verschaffen k6nnen, zu diesen Aufgaben soil ihm der Fragebogen und in weiterer Verfolgung vorliegende Arbeit die An leitung geben. Von der "Kommission fiir Isolierstoffe des Verbandes Deutscher Elektrotechniker" (V. D. E.) sind in Gemeinschaft mit dem M. P. A. und der P. T. R. in den Jahren 1912, 1913 und 19141) einzelne Grundsatze fiir vorlaufige Priifungsverfahren fUr Isolierstoffe aufgestellt. Die Kommission beantragte damals, die abgekiirzten Verfahren grundsatz lich fiir die Dauer von 2 Jahren anzunehmen. Durch den Krieg wurden dann die weiteren V. D. E.-Arbeiten behindert, erst im Friihjahr 1921 konnte ein neuer Entwurf zu "Priifvorschriften fiir die abgekiirzte Unter suchung elektrotechnischer Isolierstoffe" in der E. T. Z. ver6ffentlicht werden 2). Endgiiltige Vorschriften fanden auf der Jahresversammlung des V. D. E., Munchen 1922 Annahme3). Von den Isolierstoff-Fabrikanten ist in Essen 1921 beantragt worden, Priifverfahren fiir Fertigwaren herauszugeben. Die Vorarbeiten sollen an einer besonderen Untersuchungsstelle durchgefiihrt werden, die in Niirnberg an der bayrischen Landesgewerbeanstalt eingerichtet wurde. Die yom V. D. E. vorgesehenen Priifungen umschlieBen noch nicht aile von der Praxis fUr die verschiedensten Notwendigkeiten zu for dernden Untersuchungen, diese sind deshalb yom Verband selbst als "gekiirzte" bezeichnet, sie fanden an den entsprechenden Stellen in besonderer Schriftart sinngemaBe Einordnung in den Arbeitskreis der vorliegenden Aufgaben. Beziehen sich die V. D. E.-Vorschriften nur auf Isolierstoffe im allgemeinen, so werden auf einem Sondergebiet noch an anderer Stelle fiir die Priifungen wichtige Normungsarbeiten geleistet. Durch den Verfasser, der inzwischen in den Hochspannungsisolatorenbau uber gegangen ist, wurde auf Grund der praktischen Erfahrungen fiir 1l0t wendig erachtet, die in den 6ffentlichen Schriftwerken vielfach zu findenden, in der ersten Auflage des Buches wie auch in der E. T. Z.4) beanstandeten und auch von anderer Seite5) kritisierten unzutreffenden 1) V. D. E. Vorsehriften. E. T. Z. 1912, S. 455, 1913, S. 79 und 688 und 1914, S. 399. 2) V. D. E. Vorsehriften. E. T. Z. 1921, S. 500. 3) V. D. E. Vorsehriften. E. T. Z. 1922, S.446-449, 655, 858. 4) Demuth: Festigkeitsuntersuehungen an teehnisehem Porzellan. E. T. Z. 1920, S. 891. 5) Rosen thaI u. Singer: Die meehan. Eigensehaften des Porzellans und exakte Priifungsmethoden. E. T. Z. 1920, S. 705.