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Ratgeber
Um geschlossene Stromkreise realisieren zu können, müssen Stromquellen und -verbraucher über elektrische Leiter miteinander verbunden werden. In der Technik werden dafür Drähte, Litzen und Einzeladern verwendet. Diese gibt es wegen der Vielzahl der jeweiligen Anforderungen in den unterschiedlichsten Ausführungen. Gemeinsam ist ihnen, dass sie einen möglichst geringen ohmschen Widerstand aufweisen sollen und nach außen hin elektrisch isoliert sind. Ein weitere wichtige Anwendung von Drähten sind die Wicklungen von elektromagnetischen Spulen und Induktivitäten.
Drähte sind runde metallische Leiter, die wegen des massiven Querschnitts für starre Verdrahtung und Installation verwendet werden. Wenn Drähte zu oft und zu eng abgebogen werden, kann das Material ermüden und an der Biegestelle brechen.
Litzen, Typenkennzeichnung „Li“, bestehen aus vielen sehr dünnen Drähten, die zu einem Leiter gebündelt sind. Deswegen sind Litzen flexibel und können für Verbindungen zwischen beweglichen Anschlüssen verwendet werden. Außerdem lassen sie sich leichter in Rohren und Kanälen verlegen.
Drähte und Litzen werden sowohl als Einzeladern als auch zu mehreren Adern kombiniert angeboten, z. B. als Zwillingsleitung oder als vieladriges Flachbandkabel.
Drähte und Litzen für elektrische Verbindungen bestehen in den meisten Fällen aus Kupfer, weil dieses Material mit 0,018 µΩ m einen sehr geringen spezifischen Widerstand hat und zu den Leitern der 1. Klasse gehört. Kupferdrähte, die zur Verdrahtung von elektronischen Schaltungen verwendet sind in der Regel verzinnt. Diese lassen sich besser löten.
Für interne Verdrahtungen, die von außen unzugänglich sind, gibt es auch Drähte ohne Isolierung. Diese dienen beispielsweise zur Masseverbindung, sind deshalb spannungsfrei und können erforderlichenfalls mit Isolierschlauch gegen unbeabsichtigte Berührung und Kurzschlüsse geschützt werden.
Wird der Draht zur Weiterleitung von hochfrequenten Strömen vorgesehen, ist es vorteilhaft, wenn dieser versilbert ist, weil mit zunehmender Frequenz der Skineffekt wirkt, der die leitenden Elektronen vom Kern des Leiters an die Oberfläche drängt. Silber hat einen noch geringeren Leitungen, die störempfindliche Signale führen oder solche, die nicht abgestrahlt werden dürfen, z. B. Nieder- oder Hochfrequenz, sind mit einer EMV-wirksamen Abschirmung ausgerüstet.
Zur Isolierung gegenüber der Umgebung und benachbarten Leitern sind Drähte und Litzen mit Kunststoff beschichtet, in der Regel PVC mit verschiedenen Farben, gekennzeichnet mit „Y“. Für Anwendungen insbesondere in der Industrie und Fertigung sowie für den Außenbereich gibt es speziell geeignetes Isoliermaterial.
Das Material der Isolierung ist eingefärbt, so dass sich die einzelnen Leitungen in komplexen Installationen und Verdrahtungen leicht verfolgen und erkennen lassen. Für Drähte, die in Installationen oder in Schaltschränken verwendet werden, sind aus Sicherheitsgründen bestimmte Farben vorgeschrieben, beispielsweise Grün-Gelb für den Schutzleiter PE, Braun oder Schwarz für die Phase L und Blau für den Neutralleiter N.
Litzen gibt es in vielen Farben.
Wickeldraht für Spulen wird zur Isolierung mit einer Lackschicht überzogen, deshalb wird dieser auch „Kupferlackdraht“ genannt.
Die Adern der Drähte und Litzen werden in unterschiedlichen Durchmessern hergestellt. Dazu wird die runde Fläche des Querschnittes angegeben, die im Bereich von Bruchteilen von mm² bis 250 mm² liegt. Die Stromdichte in einem elektrischen Leiter, gemessen in A/mm², sollte einen maximalen Wert nicht überschreiten, damit dieser sich nicht unzulässig erwärmt. In der Technik liegt die maximal zulässige Stromdichte für Kupferleiter je nach Anwendung und Umgebungstemperatur zwischen 1,2 und 6 A/mm². Die maximale Strombelastbarkeit der Leiter unter den üblichen Umgebungsbedingungen ist für den jeweiligen Leitungstyp in den Normen DIN VDE 0298-4, DIN VDE 0276-603, DIN VDE 0276-620 und DIN VDE 0276-1000 festgelegt.
Für so gut wie jeder technische Anwendung steht ein passender Typ elektrischer Leitung zur Verfügung. Die wichtigsten Auswahlkriterien werden von der Strombelastung und den auftretenden Spannungen sowie den Umgebungsbedingungen im Betrieb bestimmt. Die zulässigen Werte sind in den Datenblättern der Hersteller genau angegeben. Heute erhältliche Drähte, Litzen und Einzeladern erfüllen die RoHS-Vorgaben.
Beispiele aus der Praxis:
Für Verdrahtung innerhalb von elektronischen Geräten und Schaltschränken eignen sich übliche Y-Schaltdrähte und -Litzen. Bei Lötverbindungen sollten verzinnte Einzeladern gewählt werden. Bei Schraub- und Klemmverbindungen müssen Litzenenden mit Adernhülsen versehen werden. Für Verdrahtungen mit Wickelverbindungen gibt es spezielle "Wire Wrap"-Drähte.
Die Durchschlagfestigkeit der Isolation von Drähten, Litzen und Einzeladern muss so ausgelegt sein, dass sie weit über der Nennbetriebsspannung liegt. Die Prüfspannung für Leitungen ab 50 V Wechsel- und 120 V Gleichspannung sollte für die Dauer von fünf Minuten bei 2.000 V betragen.
Bei Elektroinstallationen dürfen einzelne Drähte nur in Rohren und geschlossenen Kabelkanälen verlegt werden. Aufputz- und Unterputzverlegung ist nur für Mantelleitungen zulässig. Zum Schutz gegen das Überschreiten der in den Normen vorgegebenen maximalen Strombelastungen müssen entsprechende Schutzeinrichtungen in den Stromkreisen, d. h. Sicherungen, vorgesehen werden. Beispiele: Leiter mit 1,5 mm² müssen mit 16 A abgesichert werden, Leiter mit 2,5 mm² mit 20 A. Die Drähte und Litzen für Phase, Neutral- und Schutzleiter in einem Stromkreis müssen den gleichen Querschnitt aufweisen.
- Litzen und Drähte für Anwendungen im KFZ sind großen Temperaturschwankungen ausgesetzt müssen deshalb für einen Bereich von -40 bis über 100 0C geeignet sein.
Fahrzeugleitungen sind hohen Temperaturen ausgesetzt.
In industriellen Umgebungen und Fertigungsbereichen sind elektrische Anlagen und aggressiven Medien wie Öl, Fett, Wasserdampf usw. ausgesetzt und im Freien der UV-Strahlung. Die Isolation der verwendetet Drähte, Litzen und Einzeladern muss für solche Umgebungsbedingungen geeignet sein.
- Besondere Anforderungen werden an technische Anlagen in sicherheitsrelevanten Bereichen gestellt, z. B. Aufzüge, Türsteuerungen und Brandmeldeanlagen. Hier müssen die elektrische Verbindungen und damit auch alle Drähte und Litzen im Falle eines Brande noch eine bestimmte Zeit funktionieren. In feuergefährlichen Bereichen sollten Leiter mit halogenfreien Isolationen verwendet werden.