Isolierstoff

Ein Isolierstoff (auch Isoliermittel) ist in der Fachsprache ein nichtleitendes Material, das also nur eine extrem geringe und somit vernachlässigbare elektrische Leitfähigkeit hat.^[1] Isolierstoffe werden in der Elektrotechnik verwendet, um den elektrischen Stromfluss auf die spannungsführenden Teile zu begrenzen. Aus Isolierstoffen werden Isolatoren (z. B. bei Kabeln) hergestellt (auch Isolation genannt).

Im Alltag sind mit dem Begriff Isolierstoff allgemein alle Dämmstoffe gemeint, die eine Energie- oder Stoffübertragung behindern sollen, beispielsweise Wärme (Wärmedämmung), Schall (Schalldämmung) oder auch Wasserdampf (z. B. Anstrichstoffe) und Wasser (Bauwerksabdichtung).

Elektrische Isolierstoffe

Hochspannungsisolator aus Keramik

Elektrische Isolierstoffe haben einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand (min. 10¹⁰ Ω·cm) und sind Nichtleiter. Weiterhin zeichnen sie sich durch eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit und ein geringes Wasseraufnahmevermögen aus. Weitere Anforderung sind je nach Anwendungsbereich mechanische Festigkeit und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen.

Wichtige Eigenschaften sind eine hohe Kriechstromfestigkeit und thermische Belastbarkeit. Die thermische Belastbarkeit wird durch Isolierstoffklassen angegeben.

Im Gegensatz zum elektrischen Strom können elektromagnetische Felder (abhängig von Frequenz und Wellenlänge) Isolierstoffe in unterschiedlichem Ausmaß durchdringen, sind diese also nicht erwünscht, müssen Kabel zusätzlich abgeschirmt werden.^[2][3][4]

Eine der ersten technisch verwendeten elektrischen Isolierstoffe Mitte des 19. Jahrhunderts war Guttapercha, der eingetrocknete Milchsaft des im malaiischen Raum heimischen Guttaperchabaumes, welcher im Bereich der damals entstehenden Telegrafenleitungen eingesetzt wurde.

Heute meistens eingesetzte Isolierstoffe sind Kunststoffe (Duroplast, Thermoplast, Elastomere), technische Keramik, Isolieröl, ölgetränktes Papier, Glas.

Beispiele

Adernisolation aus Mineralfasern (Feuerschutzkabel)

• Technische Keramik, z. B.:
  • Steatit, Porzellan (Isolatoren, Strom-Durchführungen)
  • Aluminiumoxid-Keramik
• Kunststoffe
  • Thermoplast, z. B.:
    • Polyethylen bzw. PE (Koaxialkabel, Telefon- und Netzwerkkabel)
    • vernetztes Polyethylen bzw. VPE (Hochspannungskabel)
    • Polyvinylchlorid bzw. PVC (Niederspannungskabel)
    • Polytetrafluorethylen bzw. PTFE (hochbeanspruchte, verlustarme Kabel und Bauteile, Hochfrequenz-Isolatoren)
    • Polyester (PES) bzw. Polycarbonate (PC) (Kabel, Kondensatoren, Isolation für Wickeldrähte)
  • Duroplaste, z. B.:
    • Hartpapier (Leiterplatten-Basismaterial), Phenoplast (Gehäuse und Klemmen)
    • Hartgewebe (Elektromotoren und -generatoren)
    • Epoxidharz (Verguss, Umhüllungen) und Epoxidharz-Faserverbundwerkstoffe (Leiterplatten-Basismaterial)
    • Melaminharz (Aminoplast)
    • Polyurethanharz (Lacke, Verguss-Bauteile, Isolation für Wickeldrähte)
  • Elastomere
    • Silikonelastomere (Verbundisolatoren, Beschichtungen für Keramikisolatoren)
    • Ethylen-Propylen-Copolymer (Kabelisolation)
• Öle
  • Silikonöl
  • Chlordiphenyl (nicht mehr zulässig)
  • Transformatorenöl in Leistungsschalter, Leistungstransformatoren, Leistungskondensatoren, Ölkabel.
• Elektroisolierpapier
• Glas
  • Borosilikatglas
  • Aluminosilikatglas
• Glimmer

Supraisolator-Effekt

Analog zum Supraleiter gibt es bei Temperaturen um den absoluten Nullpunkt den Effekt, dass der elektrische Widerstand mancher (Supra)-Isolatoren um mehrere Größenordnungen ansteigt. Dies kann sich bis zum völligen Verschwinden des elektrischen Leitwertes steigern, derartige Materialien bezeichnet man auch als Supraisolator (engl. superinsulator).^[5][6] Das Phänomen tritt nur bei supraleitenden Materialien auf und hängt eng mit dem Phänomen der Supraleitung zusammen.

Überlastungsschäden

Jeder reale Isolierstoff kann immer nur bis zu einer gewissen Spannung und Temperatur isolieren.^{[7][8][9][10]} Siehe dazu: Isolator: Überlastungsschäden

Einzelnachweise

1. Karl Küpfmüller, Wolfgang Mathis, Albrecht Reibiger: Theoretische Elektrotechnik: Eine Einführung. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-37940-6, S. 263 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 8. September 2016]).
2. Otfried Georg: Elektromagnetische Felder und Netzwerke: Anwendungen in Mathcad und PSpice. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-58420-6, S. 97 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 15. Juni 2016]).
3. Siegfried Hunklinger: Festkörperphysik. Walter de Gruyter, 2014, ISBN 978-3-486-85850-1, S. 592 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 15. Juni 2016]).
4. Hans Spülbeck: Theoretische Elektrizitätslehre: Eine Einführung für Studierende und Ingenieure. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-663-04360-7, S. 333 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 18. November 2016]).
5. Valerii M. Vinokur, Tatyana I. Baturina, Mikhail V. Fistul, Aleksey Yu. Mironov, Mikhail R. Baklanov, Christoph Strunk: Superinsulator and quantum synchronization. In: Nature. Band 452, Nr. 7187, 2008, S. 613–615, doi:10.1038/nature06837.
6. Ute Kehse: Plötzlicher Widerstand. In: wissenschaft.de. 7. April 2008, abgerufen am 8. September 2019.
7. Wilhelm Oburger: Die Isolierstoffe der Elektrotechnik. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-26196-5, S. 10 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 20. Juli 2016]).
8. Günther Oberdorfer: Kurzes Lehrbuch der Elektrotechnik. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-7091-5062-7, S. 75 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 20. Juli 2016]).
9. Eugen Flegler: Probleme des elektrischen Durchschlags. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-663-02856-7, S. 10 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 8. September 2016]).
10. Richard Marenbach, Dieter Nelles, Christian Tuttas: Elektrische Energietechnik: Grundlagen, Energieversorgung, Antriebe und Leistungselektronik. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-8348-2190-4, S. 241 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 27. Januar 2017]).

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4027786-0 (lobid, OGND)