Excerpt

I S O L I E R S T O F F E

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1. Anforderungen an Isolierstoffe

1. 1. Hoher Isolationswiderstand

a) Hoher Widerstand im Inneren des Werkstoffes (Durchgangswiderstand, kleiner Sickerstrom)
b) Hoher Widerstand auf der Obersfläche (Oberflächenwiderstand, kleiner Kriechstrom)

Verunreinigungen und Feuchtigkeit verschlechtern den Isolationswiderstand. Der Widerstand von Isolierstoffen wird in [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] ·cmangegeben. Dies ist der Widerstand eines Würfels mit 1cm Kantenlänge.

1.2. hohe Durchschlagfestigkeit

Beim Durchschlag findet ein gewaltsamer Ladungsausgleich statt, der den Isolator unbrauchbar macht.

Angabe in kV/cm oder kV/mm

1.3. hohe oder niedrige Dielektrizitätskonstante e

Werkstoffe für das Dielektrikum von Kondensatoren erfordern eine hohe Dielektrizitätskonstante, bei der Isolation von Kabeln oder sonstigen Hochfrequenzleitungen soll sie möglichst niedrig sein.

1.4. mechanische Festigkeit

Bei Beanspruchung auf Zug, Druck oder Biegung darf keine starke Formveränderung eintreten, außerdem ist eine gewisse Härte erforderlich.

1.5. nicht brennbar und wärmebeständig

Bei Entzündung eines Isolierstoffes mittels einer Flamme darf dieser nach Wegnahme des Wärmeträgers nicht selbständig weiterbrennen.

Ebenso darf die Einwirkung einer hohen Temperatur den Isolierstoff nicht wesentlich ändern. Anstelle der höchstzulässigen Temperatur kann auch die Wärmeklasse des Isolierstoffes angegeben werden.

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1.6. chemische Beständigkeit

Die Einwirkung von Säuren, Laugen, Gasen oder sonstigen Chemikalien darf den Isolierstoff nicht unbrauchbar machen.

Besonders gefährdet sind organische Isolierstoffe einschließlich Kunststoff, wenn zusätzlich z.B. flüssige Isoliermittel (Öle und noch nicht ausgehärtete Gießharze) und Betriebsstoffe (u.a. Kältemittel) verwendet werden.

Isolierstoffe sollen außerdem bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ihre eigenschaften nicht verschlechtern. Insekten und z.B. Nagetiere sollen Isolierstoffe nicht beschädigen bzw. zerstören können.

1.7. nicht hygroskopisch

Wasseraufnahme setzt die Isoliereigenschaften herab. Faserstoffe und Papier müssen deswegen imprägniert werden.

1.8. niedrige dielektrische Verluste tan d

Beim Anschluss eines Kondensators an Gleich- und Wechselspannung fließt durch das Dielektrikum ein sehr kleiner Strom (Isolationswiderstand). Beim Anlegen von Wechselspannung ist mit jeder Halbwelle eine Umpolarisierung des Dielektrikums verbunden. Die zur Umpolarisierung benötigte Energie ergibt zusammen mit der vom Strom durch den Isolationswiderstand erzeugten Wärme die sogenannten dielektrischen Verluste.

2. Anorganische Isolierstoffe

2.1. Glimmer

Vorkommen

Glimmer ist ein Material in Form von Platten, die wenige mm dick und bis zu 1m2 groß sind. Er kommt vor allem in vulkanischem Gestein und in Meeresablagerungen vor.

Muskovit: Kaliglimmer, Kaliumsilikat

Diese Glimmerart wird meist in der Elektronik verwendet.

Biotit: Magnesiumglimmer, Magnesiumsilikat Ist auch unter dem Namen Marienglas bekannt.

Paragonit: Natronglimmer, Natriumsilikat

Eigenschaften

Dichte: 2,8...3,2 g/cm3

Spezifischer Widerstand: 5 * 1016 W*cm

Durchschlagfestigkeit: 60 kV/mm

e = 5...8

tan d = 2...15 *10-4

Glimmer brennt nicht und ist je nach Art bis über 600°C verwendbar. Im elektrischen Lichtbogen wird er zerstört.

Glimmer ist durchsichtig. Verunreinigungen vermindern die Durchschlagfstigkeit und damit die Qualität.

Glimmer nimmt kein Wasser auf (nicht hygroskopisch), ist sehr witterungsbeständig, wird aber von Säuren angegriffen.

Bei nur geringer mechanischer Festigkeit ist das Material sehr elastisch und biegsam. Es kann sehr leicht gestanzt, gebohrt und sogar mit der Schere geschnitten werden.

Verwendung

Glimmer wird zur Isolation von Hochspannung, elektrischen Maschinen und in Wärmegeräten verwendet.

Kunstglimmer

Kleine Glimmerstücke, Abfälle usw. werden mit einem Bindemittel verklebt und unter Wärme gepresst.

Der so hergestellte Kunstglimmer (Mikanit) hat schlechtere Eigenschaften als Naturglimmer, ist aber wesentlich billiger.

Häufig gestellte Fragen

Welche Anforderungen werden an Isolierstoffe gestellt?

Isolierstoffe müssen einen hohen Isolationswiderstand, eine hohe Durchschlagfestigkeit, eine hohe oder niedrige Dielektrizitätskonstante (abhängig von der Anwendung), mechanische Festigkeit, Nichtbrennbarkeit und Wärmebeständigkeit, chemische Beständigkeit, Nicht-Hygroskopie und niedrige dielektrische Verluste aufweisen.

Was bedeutet ein hoher Isolationswiderstand?

Ein hoher Isolationswiderstand bedeutet, dass der Isolierstoff einen hohen Widerstand im Inneren (kleiner Sickerstrom) und auf der Oberfläche (kleiner Kriechstrom) hat. Verunreinigungen und Feuchtigkeit verschlechtern den Isolationswiderstand.

Was ist Durchschlagfestigkeit?

Die Durchschlagfestigkeit ist die Fähigkeit eines Isolierstoffs, einer hohen elektrischen Spannung standzuhalten, bevor ein gewaltsamer Ladungsausgleich (Durchschlag) stattfindet, der den Isolator unbrauchbar macht. Sie wird in kV/cm oder kV/mm angegeben.

Was ist die Dielektrizitätskonstante?

Die Dielektrizitätskonstante (ε) ist ein Maß dafür, wie gut ein Material elektrische Energie speichern kann. Für Kondensatoren ist eine hohe Dielektrizitätskonstante erwünscht, während für die Isolation von Kabeln eine niedrige Dielektrizitätskonstante bevorzugt wird.

Warum ist mechanische Festigkeit bei Isolierstoffen wichtig?

Isolierstoffe müssen mechanisch fest sein, um Formveränderungen bei Belastung (Zug, Druck, Biegung) zu vermeiden und eine gewisse Härte aufzuweisen.

Warum müssen Isolierstoffe nicht brennbar und wärmebeständig sein?

Isolierstoffe sollten nicht selbständig weiterbrennen, nachdem eine Flamme entfernt wurde. Hohe Temperaturen sollten die Eigenschaften des Isolierstoffs nicht wesentlich verändern. Die Wärmeklasse des Isolierstoffs gibt seine Temperaturbeständigkeit an.

Warum ist chemische Beständigkeit wichtig?

Isolierstoffe müssen beständig gegen Säuren, Laugen, Gase und andere Chemikalien sein, um ihre Funktionstüchtigkeit zu erhalten. Organische Isolierstoffe und Kunststoffe sind besonders gefährdet.

Was bedeutet nicht hygroskopisch?

Nicht hygroskopisch bedeutet, dass der Isolierstoff keine oder nur wenig Wasser aufnimmt, da Wasseraufnahme die Isoliereigenschaften verschlechtert. Faserstoffe und Papier müssen imprägniert werden.

Was sind dielektrische Verluste?

Die dielektrischen Verluste (tan δ) sind die Energie, die benötigt wird, um das Dielektrikum eines Kondensators bei Wechselspannung umzupolarisieren, zusammen mit der Wärme, die durch den Strom durch den Isolationswiderstand erzeugt wird.

Welche anorganischen Isolierstoffe werden erwähnt?

Glimmer wird als anorganischer Isolierstoff erwähnt.

Wo kommt Glimmer vor und welche Arten gibt es?

Glimmer kommt in vulkanischem Gestein und in Meeresablagerungen vor. Es gibt verschiedene Arten wie Muskovit (Kaliglimmer), Biotit (Magnesiumglimmer) und Paragonit (Natronglimmer).

Welche Eigenschaften hat Glimmer?

Glimmer hat eine Dichte von 2,8...3,2 g/cm3, einen spezifischen Widerstand von 5 * 1016 Ω*cm, eine Durchschlagfestigkeit von 60 kV/mm, ε = 5...8, tan δ = 2...15 *10-4. Er ist nicht brennbar und bis über 600°C verwendbar. Er ist nicht hygroskopisch, witterungsbeständig, aber wird von Säuren angegriffen.

Wofür wird Glimmer verwendet?