Kabel und Leitungen sind die Grundlage eines jeden Stromkreises. Ohne sie wäre eine physische Verbindung der Bauteile nicht möglich. Um die Kabel und Leitungen dem Verwendungszweck anzupassen, muss man mehrere wichtige Aspekte berücksichtigen. Die richtige Auswahl der spezifischen Art, die Leiterfarbe und ein geeigneter Querschnitt.

Zu allererst soll auf den Unterschied zwischen den beiden Begriffen Kabel und Leitungen eingegangen werden. Kabel werden auch Leitungen genannt. Manche Leute sagen Kabel zu dem, was in der Erde verlegt wird und Leitungen zu dem, was über der Erde verwendet wird. Vielfach benutzt man den Begriff Kabel, wenn man Leitungen mit besonderem Schutz (besonderer Mantel) meint.

In der Praxis verwischen diese Begriffe. Kabel und Leitungen dienen dem Transport von Energie und Daten (Signalen) mit Hilfe des elektrischen Stromes.

Der Leiter

Der Leiter eines Kabels kann aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt werden:

  • Kupfer (am häufigsten)
  • Aluminium (seltener)
  • Silber (sehr selten)
  • POF (Plastic Optical Fiber)
  • GOF (Glass Optical Fiber)

Am häufigsten wird Kupfer wegen seiner vergleichsweise sehr guten elektrischen Leitfähigkeit verwendet.

Aluminium weist zwar nur rund 2/3 der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer auf, womit bei gleicher Länge und Widerstand eine Leitung aus Alumium im Gegensatz zur Kupferleitung ca. den 1,5-fachen Querschnitt bedarf. Allerdings beträgt das spezifische Gewicht von Aluminium nur rund 1/3 von Kupfer. Somit stellt in allen Anwendungen, wo Platzprobleme für die dickeren elektrischen Aluminiumleiter keine, aber das Gewicht eine wesentliche Rolle spielt, Aluminium gegenüber Kupfer die bessere Wahl dar. Typischerweise liegt dieser Fall z.B im Bereich der Freileitungen vor.

Silber weist zwar unter den Metallen die höchste elektrische Leitfähigkeit auf, wird allerdings aus Kostengründen nur in Sonderfällen, wie im Bereich der Hochfrequenztechnik, als dünner Überzug über einem Kupferkabel verwendet.

In Kommunikationsnetzen kommen neben Kupferadern auch optische Leiter zum Einsatz. Insbesondere in der Kurzstrecken-Datenübertragung gelten POF als Alternative zur Glasfaser (GOF), dem derzeit technisch bedeutsamsten Lichtwellenleiter.

 

Des Weiteren unterscheidet man Leiter nach ihrem Aufbau. Es gibt Massivleiter sowie Litzenleiter:

  • Massivleiter bestehen aus einem festen Strang des verwendeten Werkstoffes, wie zum Beispiel Kupfer. Sie werden eindrähtig bis etwa 16 mm2 hergestellt. Sie sind nur für feste Verlegung zugelassen.

  • Litzenleiter bestehen aus bis zu mehreren hunderten hauchfeinen Leitern, die in einem Verbund zusammengefasst werden.

Massivleitungen lassen sich im Vergleich zu Litzenleitungen kaum biegen. Der Biegeradius muss hier sehr groß sein, damit die einzelne Ader nicht bricht. Bei gleichbleibendem Leiterquerschnitt lässt sich eine Litzenleitung umso besser biegen, je mehr Litzen (= einzelne kleine Adern) sich darin befinden. Somit wird auch der maximal zulässige Biegeradius kleiner. Bei einem Litzenleiter, der mit einem Radius kleiner des Biegeradius gebogen wird, können einzelne Litzen brechen. Der Mindestbiegeradius bei flexiblen Leitungen beträgt z. B. 3 x d (drei mal dem Durchmesser).

Die Normung DIN EN 60228 (VDE 0295) gibt vier Klassen von Leitern an: eindrähtig, mehrdrähtig, fein- und feinstdrähtig. Ersterer ist der oben beschriebene Massivleiter.

 

Die Isolierung

Die Isolation ist eine elektrisch nicht leitende Schutzschicht um den Leiter. Die Kombination aus Leiter und Isolation nennt man Ader. Den Vorgang bei dem die Isolation aufgetragen wird, nennt man Extrusion. Erst nachdem der Leiter isoliert wurde, kann die stromdurchflossene Ader berührt werden, ohne dabei einen elektrischen Schlag zu bekommen. Dadurch wird der von der DIN VDE geforderte Schutz gegen direktes Berühren gewährleistet. In der Vergangenheit wurden die Leiter in Papier gewickelt und mit Pech, Wachs oder Öl getränkt.

Vor ca. 100 Jahren hat man Kautschuk als Isolationsmaterial entdeckt, denn Kautschuk ist ein wesentlich besserer Isolator als Papier. Wenige Jahre später wurden die Kunststoffe als Isolationsmaterial entdeckt, welche zügig in die Massenfertigung gingen und somit schnell und günstig herstellbar sind.

Heutzutage gängige Kunststoffe sind PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), PVC (Polyvinylchlorid), PUR (Polyurethan) und viele mehr. Diese Kunststoffe bieten einen besseren Schutz gegen äußere Umwelteinflüsse, wie z.B. Feuchtigkeit und Schmutz. PVC ist der weitverbreitetste Kunststoff, da er billig und flammwidrig ist.

 

Der Schirm

Der Schirm bietet Schutz vor Immissionen und Emissionen. Dies ist vor alllem bei Datenleitungen von großer Bedeutung, denn jeder stromdurchflossene Leiter erzeugt magnetische Felder, die durch die Isolierung hindurchdringen und andere Leiter durch Induktion beeinflussen. Deshalb muss bei Datenleitungen ein Schirm verwendet werden, um eventuelle Verluste von Daten zu verhindern. Die Art des Schirms wird immer dem Verwendungszweck angepasst, denn es gilt ein Kompromiss zwischen Flexibilität und ausreichendem Schutz zu finden. Das heißt ein Kupferrohr um die Adern würde zwar vollständigen Schutz bieten, es wäre jedoch nicht flexibel verlegbar.

In der heutigen Zeit gewinnt die elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, immer mehr an Bedeutung. Die Anlagen sind immer mehr vernetzt und damit anfälliger gegenüber Störungen, die durch entstehende Magnetfelder verursacht werden. Eine gute Schirmung bietet ausreichenden Schutz dagegen.

Die Schirmung besteht meistens aus einem Drahtgeflecht um die Ader herum, oder aus einer Folie, die um die Ader gewickelt wird.

Immissionsschutz
Der Schirm schützt die Daten, die auf der Ader transportiert werden, vor elektromagnetischen Einflüssen von Außen.
Anwendung: Leitungen vom Frequenzumrichter zum Motor

 

Emissionsschutz
Der Schirm verhindert die Abstrahlung von elektromagnetischen Störungen durch die Ader.
Anwendung: Leitungen zum Transport von analogen Signalen oder in der Datenübertragung

 


 

Der Außenmantel

Kabel und Leitungen müssen so ausgewählt werden, dass sie den mechanischen, chemischen und thermischen Einflüssen entsprechen. Die Anpassung des Außenmantels an die Beanspruchungen erfolgt durch Auswahl des richtigen Mantelwerkstoffes. Mechanische Ansprüche sind zum Beispiel Biegung, Zug oder auch Stoß. Chemische Belastungen können zum Beispiel durch Kontakt mit Säuren, Ölen oder auch Kühlmitteln entstehen.

Des Weiteren gibt es thermische Anforderungen an den Außenmantel. In manchen Einsatzgebieten herrschen Temperaturen von -50°C bis 1400°C, denen Kabel und Leitungen standhalten müssen.

Das Sonnenlicht stellt eine zusätzliche Schwierigkeit bei der Auswahl der Mantelwerkstoffe dar, denn durch UV-Strahlung kann es zu Brüchigkeit des Mantels und somit zu dessen Beschädigung, da kein ausreichender Schutz vor mechanischer Belastung mehr gewährleistet werden kann, kommen. Außerdem muss der Außenmantel die Anforderungen an die Brandschutzvorschriften erfüllen.

Weitergehende Informationen zu Leitungen und Kabeln gibt der 'Lapp Cable Guide', der als PDF-Dokument heruntergeladen bzw. geöffnet werden kann.

Zuletzt geändert: Dienstag, 10. April 2018, 19:46