Kupfer in Kabel und Leitungen

Kupfer in der Elektrotechnik – Kabel und Leitungen Deutsches Kupfer-Institut e.V. Auskunfts- und Beratungsstelle für die Verwendung von Kupfer und Kupferlegierungen

Danksagung  Für die freundliche Unterstützung bei der Erstellung dieser Broschüre  danken wir Dr. Hermann Franke und Kurt Juhl sowie dem Fachverband Kabel  und isolierte Drähte im ZVEI. Besonderer Dank gilt der ICA International  Copper Association, New York, für ihre finanzielle Unterstützung. Impressum Herausgeber:Deutsches Kupfer-InstitutAuskunfts- und Beratungsstelle für die Verwendung von Kupfer und KupferlegierungenAm Bonneshof 5 40474 DüsseldorfTelefon (02 11) 4 79 63 00Telefax (02 11) 4 79 63 10E-mail: [email protected] Bildnachweis: Alcatel Bild 30, 31, 35, 37Leoni Bild 36, 39, 40, 41, 42Niehoff Bild 15Pirelli Bild 16, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 32, 33, 34 Gestaltung:Kommunikation und Design Bernard Langerock,Düsseldorf Druck:breuerdruck, Düsseldorf 03/2000

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 2 Kupfer als Leiterwerkstoff 3 2.1 Kupfersorten  3 2.2 Eigenschaften  5 2.2.1 Physikalische Eigenschaften  5 2.2.2 Mechanische Eigenschaften  8 2.2.3 Chemische Eigenschaften –  Korrosionsbeständigkeit  10 2.3 Verbindungstechnologien  10 2.3.1 Löten und Schweißen  11 2.3.2 Mechanische Verbindungen  13 3 Anwendungen 16 3.1 Überblick  16 3.2 Elektrische Leiter  18 3.3 Isolier- und Mantelwerkstoffe für Kabel und  Leitungen  22 3.4 Produktgruppen  24 3.4.1 Starkstromkabel  24 3.4.2 Starkstromleitungen  27 3.4.2.1 Leitungen für feste Verlegung  27 3.4.2.2 Flexible Leitungen  28 3.4.3 Elektrische Nachrichtenkabel und -leitungen  30 3.4.3.1 Nachrichtenkabel  32 3.4.3.2 Nachrichtenleitungen  34 3.4.4 Wickeldrähte  35 4 Nationale, europäische und internationale  Normung 37 5 Kennzeichnung 38 1

1 Einleitung Kupfer war das erste Gebrauchsmetall des Menschen. Seine Geschichte reicht weit zurück. Schon 4000 v.Chr. wurden Werkzeuge und Waffen aus Kupfer in Ägypten hergestellt und verwendet [1]. Der Name des Kupfers geht wahrscheinlich auf die Insel  Zypern  zurück.  Die  Römer  nannten  das  rote  Metall  aes  cyprium  (Erz  aus  Zypern),  später  cuprum.  Die  zyprischen  Erzgruben  versorgten  im  Altertum  Grie- chenland, Rom und andere Mittelmeerländer mit Kupfer. Eine völlig neue Bedeutung erlangte das Kupfer mit der einsetzenden technischen Nutzung  der  Elektrizität  in  der  Mitte  des  19.  Jahrhunderts.  Bei  den  ersten  Versu- chen,  den  Transport  (die  Leitung)  des  elektrischen  Stromes  effektiv  zu  realisieren, erkannte  man  die  guten  Eigenschaften  des  Kupfers  für  diese  Zwecke.  Seine  hohe elektrische  Leitfähigkeit  gab  u.  a.  den  Ausschlag  für  die  seit  dieser  Zeit  unbestrit- tene  Verwendung  des  Kupfers  als  Leitermaterial  in  der  Elektrotechnik.  Ein  erfolg- reicher  Auftakt  für  die  Anwendung  der  Elektrizität  war  u.  a.  der  Demonstrations- versuch von Gauß mit einem Induktionstelegraphen 1833 in Göttingen. Die ersten Telegrafenfreileitungen,  die  im  Jahre  1847  Werner  von  Siemens  verlegte,  waren Kupferleiter. Aufgrund der Störanfälligkeit versuchte man bald, Freileitungen durch erdverlegte  Kabel  zu  ersetzen.  Bereits  im  Jahre  1866  gelang  die  erste  Inbetrieb- nahme eines transatlantischen Kabels. Mit  der  Erfindung  des  Telefons  im  Jahre  1875  zeichnete  sich  der  Beginn  der  modernen Nachrichtentechnik ab, verbunden mit der Entwicklung von Fernmelde- leitungen  und  -kabeln.  Die  Starkstromübertragungsleitung  hingegen  entwickelte sich  erst,  als  die  Erzeugung  und  der  Verbrauch  von  elektrischer  Energie  so  weit  gestiegen  war,  dass  die  Verteilung  auf  größere  Entfernungen,  mindestens  aber  im Bereich einer Stadt, notwendig wurde. Dem voraus ging die Entwicklung des Dyna- mos  durch  Werner  von  Siemens  im  Jahre  1866.  Mit  der  Entdeckung  des  elektro- magnetischen  Prinzips  wurden  die  grundlegenden  Voraussetzungen  für  eine  weit reichende  wirtschaftliche  Nutzung  der  elektrischen  Energie  geschaffen.  Die  Erfin- dung des Wechselstromtransformators und des Wechselstrommotors im Jahre 1889 leitete die nächste wichtige Etappe in der Nutzung der elektrischen Energie ein. Die  1.  Internationale  Elektrotechnische  Ausstellung  in  Frankfurt  am  Main  1891 wurde durch  eine 178  km  lange 15 kV-Drehstromleitung  vom  Wasserkraftwerk  in Laufen a. N. mit elektrischer Energie versorgt. Oscar von Miller bewies durch den Bau  dieser  Leitung  erstmals  die  Möglichkeit  der  elektrischen  Energieübertragung über weite Entfernungen. Es konnten damals bereits 220 kW mit einem Wirkungs- grad  von  70  %  übertragen  werden.  Waren  die  ersten  Elektrizitätswerke  Blocksta- tionen, die zur Versorgung einer bestimmten Abnehmergruppe errichtet wurden, so entstanden  mit  Beginn  des  20.  Jahrhunderts  Großkraftwerke  überall  dort,  wo  die entsprechenden  Energieressourcen  zur  Verfügung  standen.  Eine  Grundlage  für  die Überlandfernversorgung in Deutschland bildeten im Jahre 1905 die 50 kV-Verbin- dung Moosburg – München (47 km), im Jahre 1911 die 100 kV-Verbindung Lauch- hammer  –  Riesa  –  Gröbau  und  1913  der  Bau  des  Goldenberg-Werkes  durch  die Rheinisch-Westfälische-Energiegesellschaft. Diese  Entwicklung  wurde  durch  die  sichtbaren  Vorteile  des  Drehstroms  beschleu- nigt, nämlich die Transformierbarkeit seiner Spannung und die einfache Bauart der Drehfeldmotoren. Der Übergang zu höheren Übertragungsspannungen ermöglich- te den wirtschaftlichen Transport größerer elektrischer Leistungen. Als erste Leitung für 380 kV Betriebsspannung wurde im Jahre 1952 in Schweden eine fast 1000 km lange  Übertragungsanlage  zwischen  dem  Wasserkraftwerk  Harspranget  und  dem 2

schwedischen Verbraucherschwerpunkt im Raum Stockholm in Betrieb genommen. In  Deutschland  erfolgte  die  erste  Inbetriebnahme  einer  380-kV-Leitung  von  Rom- merskirchen nach Hoheneck im Jahre 1957. Inzwischen hat sich die Elektrotechnik mit einem umfangreichen Erzeugnisspektrum entwickelt,  das  sowohl  Maschinen,  Geräte  und  Anlagen  für  die  Erzeugung,  Über- tragung  und  Anwendung  von  Elektroenergie  als  auch  informationsverarbeitende Geräte  und  Anlagen  der  Nachrichten-,  Mess-  und  Automatisierungstechnik  sowie der  Datenverarbeitung  und  Rechentechnik  umfasst.  In  allen  diesen  Bereichen  hat sich das Kupfer als Leiterwerkstoff bewährt, so dass heute bereits mehr als die Hälf- te der gesamten Kupfererzeugung der Welt für die Erzeugnisse der Elektroindustrie verwendet werden. Die Entwicklung des Kupferverbrauches unter dem Einfluss der steigenden Nut- zung der Elektroenergie ist aus der Dar- stellung im Bild 1 ersichtlich. Dabei muss jedoch  darauf  hingewiesen  werden, dass  Kupfer  und  die  meisten  anderen Metalle  nicht  verbraucht,  sondern  ge- nutzt werden, denn nach Gebrauch lau- fen  sie  zum  großen  Teil  zurück  in  den Stoffkreislauf. Gerade Kupfer kann ohne Qualitätsverlust  beliebig  oft  wieder  aufbereitet  werden.  So  stammt  heute schon  rund  die  Hälfte  des  erzeugten Kupfers  aus  Schrott,  und  sollte  der  Be- darf  eines  Tages  aufhören  zu  steigen, würde sich diese Quote auf 90 % erhö- hen.  Da  die  meisten  Kupferprodukte  sehr  langlebige  Güter  sind,  ist  das  heutige Rücklaufmaterial Jahrzehnte alt und macht etwa 90 % des damaligen Marktes aus. 2 Kupfer als Leiterwerkstoff Die Elektroindustrie bedient sich einer Vielzahl von Leiterausführungen, von denen jede einzelne für ein besonderes Anwendungsgebiet bestimmt ist und somit spezi- fische Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften stellt. Der Einsatz von Kupferwerkstoffen basiert auf den herausragenden Eigenschaften, wie  der  sehr  guten  Leitfähigkeit  für  elektrischen  Strom  und  Wärme,  der  ausrei- chenden  Festigkeit,  guten  Bearbeitbarkeit  (sowohl  bei  der  Herstellung  der  Halb- zeuge als auch bei der Anwendung) sowie der guten Korrosionsbeständigkeit, wel- che  bei  entsprechender  metallurgischer  Behandlung  optimal  an  die  Erfordernisse des Einsatzfalles angepasst werden können. Eine Auswahl der für die Elektroindustrie wichtigsten Kupferwerkstoffe wird im Fol- genden beschrieben. 2.1 Kupfersorten Die unlegierten Kupfersorten werden unterteilt in die sauerstoffhaltigen, sauerstoff- freien und sauerstofffreien desoxidierten Kupferwerkstoffe (Tabelle 1). 3 Bild 1: Entwicklung des Kupferverbrauchs Kupferverbrauc h  in  1 000  MT 1850 10.000 10 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 Jahr 100 1.000 Dynamo Telefon 1. Weltkrieg 2. Weltkrieg 1998:13.388

Die Zugfestigkeit des reinen Kupfers be- trägt  im  weichen  Zustand  200  N/mm 2 , im  kaltverfestigten  360  N/mm 2 bei einer  Bruchdehnung  (A 5 )  von  45  %.  Der  Elastizitätsmodul  liegt  je  nach  Kaltverfestigung  zwischen  110  und  130  kN/mm 2 und  die  Brinellhärte  zwischen 40 und 120. Die  sauerstoffhaltigen  Kupfersorten  Cu-ETP  und  Cu-FRHC  enthalten  bis 0,04  %  Sauerstoff,  der  im  Kupfer  als Kupfer(I)-oxid  (Cu 2 O)  vorliegt.  Diese Kupfersorten  mit  der  hohen  elektri- schen  Leitfähigkeit  von  mindestens  58  m/ Ω mm 2 kommen  fast  in  allen  Gebieten  der  Elektrotechnik  und Elektronik  zur  Anwendung.  Bei  den  sauerstoffhaltigen  Kupfersorten  ist  die  Verarbeitung  durch  Löten,  Schweißen  und Glühen in reduzierender Atmosphäre mit der Gefahr der Versprödung (sog. Wasser- stoffkrankheit) verbunden. In der Wärme diffundiert Wasserstoff in das Kupfer und reagiert  dort  mit  Cu 2 O  unter  Bildung  von  Wasserdampf,  der  nicht  diffusionsfähig  ist und die Kupferkristallite auseinander drückt. Die Wasserstoffversprödung beginnt bereits bei etwa 500°C. Sauerstofffreies Kupfer ist wasserstoffbeständig, d. h. alle Schweiß- und Lötverfah- ren sind problemlos anwendbar. Die sauerstofffreie (nicht desoxidierte) Kupfersorte Cu-OF ist völlig sauerstofffrei und hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit von min- destens 58 m/ Ω mm 2 . Als Ausgangsmaterial verwendet man hierzu Kathoden der Höchstgüte Cu-CATH-1, die in einem elektrischen Ofen unter reduzierender Atmo- sphäre  eingeschmolzen  und  anschließend  in  wassergekühlten  Kokillen  oder  im Strangguss unter Schutzgas vergossen werden. Cu-OF ist auch frei von ausdampf- baren  Elementen  lieferbar  und  findet  deshalb  in  der  Vakuumtechnik,  Raumfahrt, bei Linearbeschleunigern und in der Supraleittechnik Verwendung.  Die  sauerstofffreien,  mit  Phosphor  desoxidierten  Kupfersorten  Cu-DHP,  Cu-DLP, Cu-HCP und Cu-PHC werden durch Zugabe von Phosphor, vereinzelt auch Lithium, während  des  Raffinationsprozesses  vom  Sauerstoff  befreit.  Neben  dem  häufigsten Desoxidationsmittel Phosphor können auch die Elemente Silizium, Lithium, Magne- sium, Bor oder Kalzium zugesetzt werden. Sie verbinden sich mit Sauerstoff zu Oxi- den, die als Schlacke aus der Schmelze aufsteigen. Liegen die Oxidationsmittel im Überschuss vor, verringern sie die elektrische und die Wärmeleitfähigkeit. Dies gilt vor allem für Phosphor. Der Überschuss an Phosphor wird vom festen Kupfer unter Mischkristallbildung aufgenommen. Cu-HCP  und  Cu-PHC  mit  dem  geringsten  Restphosphorgehalt  von  ca.  0,003  % haben eine recht hohe elektrische Leitfähigkeit von mindestens 57 m/ Ω mm 2 und lassen sich überall dort einsetzen, wo Halbzeuge hoher elektrischer Leitfähigkeit mit besonderen Anforderungen an die Umformbarkeit sowie gute Schweiß- und Hart- lötbarkeit gefordert werden (z. B. in der Elektronik, als Plattierwerkstoff und in einer Sonderqualität, frei von ausdampfbaren Elementen, auch für Vakuumkontakte). Cu-DLP  ist  eine  Kupfersorte  mit  begrenztem,  niedrigem  Restphosphorgehalt  von 0,005  bis  0,013  %  ohne  genau  festgelegte  elektrische  Leitfähigkeit  um  etwa  52  m/ Ω mm 2 .  Ihr  Einsatz  erfolgt  vorwiegend  im  Apparatebau  und  Bauwesen  mit Anforderungen an gute Schweiß- und Hartlöteignung. 4 Tabelle 1: Physikalische Werte für Kupfersorten nach EN Kurzzeichennach EN Kurz-zeichennach vorm. DIN Werkstoff-Nummernach EN Werkstoff-Nummernach vorm. DIN ElektrischeLeitfähigkeitbei 20 °C K m/ Ωmm 2 Wärmeleit-fähigkeitbei 20 °C λW/m · K Längenaus-dehnungs-koeffizientbei 20 bis 30 °Cα10 -6 /K Cu-ETP Cu-FRHC Cu-OF Cu-PHC Cu-HCP Cu-DLP Cu-DHP E-Cu58 E-Cu58 OF-Cu SE-Cu SE-Cu SW-Cu SF-Cu CR004A CR005A CW008A CW020A CW021A CW023A CW024A 2.0065 2.0065 2.0040 2.0070 2.0070 2.0076 2.0080   58   58   58 57 - 58 57 - 58 ≈ 52 41 - 52  394  394  393  386  386 ≈ 364 293 - 364 17,7 17,7 17,7 17,7 17,7 17,7 17,7 Sauerstofffreies Kupfer (nicht desoxidiert) Sauerstofffreies Kupfer, mit Phosphor desoxidiert Sauerstoffhaltiges Kupfer

Cu-DHP  mit  einem  vorgeschriebenen  hohen  Restphosphorgehalt  von  0,015  bis 0,04  %  ist  eine  Kupfersorte,  an  die  in  Bezug  auf  elektrische  Leitfähigkeit  keine  besonderen Anforderungen gestellt wird (41 bis 52 m/ Ω mm 2 ). SF-Cu ist sehr gut schweiß- und hartlötbar und die wichtigste Kupfersorte im Maschinen- und Appa- ratebau,  für  Rohrleitungen,  im  Elektrogerätebau  (z.  B.  für  elektrische  Abschirmun- gen) und im Bauwesen (z. B. Dachabdeckungen). Die  niedriglegierten  Kupfersorten  sind  Legierungen  auf  Kupferbasis  mit  verhältnis- mäßig geringen Zusätzen anderer Elemente, durch deren Einfluss spezifische Eigen- schaften des Werkstoffes erreicht werden. Entscheidend für die Verwendung dieser Werkstoffe in der Elektroindustrie ist die Tatsache, dass die elektrische Leitfähigkeit bei  den  niedrigen  Legierungszusätzen  nur  geringfügig  verringert  wird,  aber  gleich- zeitig  andere  geforderte  Eigenschaften,  wie  z.  B.  Festigkeit,  Kaltformbarkeit,  Zer- spanbarkeit,  Zeitstandsfestigkeit  u.a.m.  je  nach  Element  und  Zusatzmenge  gezielt verbessert werden können (siehe auch Kapitel 2.2). 2.2 Eigenschaften 2.2.1 Physikalische Eigenschaften Die elektrische Leitfähigkeit ist die wichtigste Eigenschaft der Kupferwerkstoffe für ihre  Verwendung  in  der  Elektrotechnik  und  Elektronik.  Bei  hochreinem  Kupfer ( 99,998 % Cu) kann dieser Wert annähernd 60 m/ Ω mm 2 = 103,5 % IACS (Inter- national  Annealed  Copper  Standard)  erreichen.  Das  heißt,  ein  Kupferdraht  mit einem Querschnitt von 1 mm 2 hat erst bei einer Länge von 60 m einen elektrischen Widerstand  von  1  Ω. Die entsprechen- den  Längen  für  Silber,  Aluminium  und Eisen  betragen  63  m,  38  m  und  10  m. Nur  um  5  %  übertrifft  die  Leitfähigkeit des  relativ  teuren  Silbers  diejenige  von Kupfer.  Tabelle  2  gibt  einen  Vergleich der  Leitfähigkeit  einiger  Metalle  und verdeutlicht, dass Kupfer für die Elektro- technik  das  wichtigste  Metall  ist,  wenn es  um  die  möglichst  verlustarme  Lei- tung des elektrischen Stromes geht. Die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers wird,  wie  auch  bei  anderen  Reinmetal- len zu beobachten, durch die Verunrei- nigung  oder  Legierung  mit  anderen  Elementen  negativ  beeinflusst  [2,  3]. Der  Grad  der  Einwirkung  hängt  davon ab,  ob  sich  die  Verunreinigungen  oder Zusätze  im  Grundmetall  unter  Misch- kristallbildung lösen oder als neue Pha- sen ein heterogenes Gefüge bilden. Der Einfluss auf die Eigenschaften einer Legie- rung  ist  im  Falle  einer  Mischkristallbildung  (lösliche  Metalle)  weitaus  stärker  als  bei  der  heterogenen  Kristallgemischbildung  (unlösliche  Metalle).  Bei  Gegenwart mehrerer,  im  festen  Kupfer  gelöster  Elemente  ergibt  die  Summe  der  Einzeleffekte die beobachtete Widerstandserhöhung. Bei Mischkristallbildung verändern oftmals 5 Metall Silber Kupfer Gold Aluminium Magnesium Zink Nickel Cadmium Kobalt Eisen Stahl Platin Zinn Blei Relative elektrische Leitfähigkeit (Kupfer = 100) 106 100 72 62 39 29 25 23 18 17 13 - 17 16 15 8 Relative Wärme-leitfähigkeit(Kupfer = 100) 108 100 76 56 41 29 15 24 17 17 13 - 17 18 17 9 Linearer Wärme-ausdehnungs-koeffizient bei 20 °C (10 -6 /K) 19 17 14 23 26 30 13 31 12 12 12 9 21 28 Dichte 10,5 8,9 19,3 2,7 1,7 7,1 8,9 8,7 8,9 7,3 7,8 21,5 7,3 11,3 Tabelle 2: Vergleich technisch reiner Metalle

bereits kleine Zusatzmengen die Eigenschaften stark; so kann z. B. die Leitfähigkeit bis auf die für elektrische Anwendungen erforderlichen Mindestwerte herabgesetzt werden.  Deshalb  schreiben  die  Normen  außer  einem  Mindestgehalt  von  99,90  % Kupfer noch einen Mindestwert der elektrischen Leitfähigkeit vor. In Anlehnung an die IEC-Werte wird in den ausländischen Normen (Tabelle 3), z. B. den international bedeutenden amerikanischen Normen ASTM und den internatio- nalen Normen der ISO, von dem Kupfer hoher elektrischer Leitfähigkeit eine Min- destleitfähigkeit von 58,0 m/ Ω mm 2 verlangt. Die deutschen Normen bezeichneten früher  mit  der  Abkürzung  „E-Cu“  Kupfer  für  elektrotechnische  Zwecke  und  verlang- ten  von  diesem  eine  Mindestleitfähigkeit  von  57,0  m/ Ω mm 2 für  E-Cu57  (2.0060; wurde nicht in die EN übernommen) bzw. 58,0 m/ Ω mm 2 für E-Cu58 (DIN 1787). Im Bild 2 ist der Einfluss der verschiedenen Elemente auf die elektrische Leitfähig- keit des Kupfers dargestellt. Im Mischkristallbereich setzen Elemente wie Phosphor, Silizium und Arsen die Leitfähigkeit stark herab. Die in Kupfer praktisch unlöslichen Elemente  Blei,  Selen  und  Tellur  mindern  die  Leitfähigkeit  nur  in  geringem  Maße. Durch  Zusatz  von  0,03  %  Ag  erhält  man  eine  Kupfersorte  mit  der  gleichen  Leit- fähigkeit  wie  Cu-ETP.  Durch  diesen  geringen  Silberzusatz  wird  jedoch  die  Zeit- standfestigkeit  (s.  Pkt.  2.2.2)  wesentlich  erhöht.  Zusätze  von  Cadmium,  Chrom,  Tellur  und  Zirkon  unter  1  %  bewirken  zwar  eine  leichte  Verringerung  der  elektri- schen  Leitfähigkeit,  dafür  aber  die  Verbesserung  anderer  Eigenschaften.  Cadmium und Chrom erhöhen insbesondere die mechanische und Verschleißfestigkeit, Tellur hingegen übt einen günstigen Einfluss auf die Span abhebende Verarbeitbarkeit des Kupfers aus. Kupfer-Zirkon besitzt neben der erhöhten Warmfestigkeit eine geringe Kerbempfindlichkeit  und  ist  daher  besonders  für  Kommutatorlamellen  geeignet. Alle fünf Legierungselemente erhöhen bei nur wenig verringerter elektrischer Leit- fähigkeit die Anlass- und Erweichungstemperatur des Kupfers. Bevorzugt für diesen Zweck  wird  z.  B.  Silber  als  Zusatzelement  bei  der  Herstellung  von  Hartloten  ver- wendet [4, 5]. Die elektrische Leitfähigkeit ist, wie bei allen Metallen, von der Temperatur abhän- gig. Ein Vergleich der Leitfähigkeiten von SF-Cu mit einem Restphosphorgehalt von 0,042  %  und  E-Cu  in  Abhängigkeit  von  der  Temperatur  ist  im  Bild  3  dargestellt.  Bei tiefen Temperaturen nimmt die Leitfähigkeit des Kupfers kontinuierlich zu, zeigt aber keine Tendenz zur Supraleitfähigkeit. Selbst bei sehr tiefen Temperaturen tritt keine  Versprödung  des  Materials  auf.  Deshalb  ist  Kupfer  auch  für  die  Anwendung in der Kältetechnik und in der Tieftemperaturtechnik besonders geeignet. 6 Kurzzeichennach EN Kurzzeichennach vorm.DIN 1787 Werkstoff-Nr.nach EN Werkstoff-Nr.nach vorm.DIN InternationalISO 1337ISO 431 USAASTM B 224 FrankreichNF-A51-050 GroßbritannienBS 6017 ItalienUNI 5649 Cu-ETP Cu-FRHC Cu-OF Cu-PHC Cu-HCP Cu-DLP E-Cu58 E-Cu58 OF-Cu SE-Cu SW-Cu SF-Cu CR004A CR005A CW008A CW020A CW021A CW023A 2.0065 2.0065 2.0040 2.0070 2.0076 2.0090 Cu-ETPCu-FRHC Cu-ETPCu-FRHC Cu-OFCu-OFE Cu-HCP Cu-DLP Cu-DHP C 11000/ETPC 11020/FRHC C 11000/ETPC 11020/FRHC C 10200/OFC 10100/OFE C 10300/OFXLP C 1200/DLP C 12200/DHP Cu-a1Cu-a2 Cu-a1Cu-a2 Cu-c1Cu-c2 Cu-b2 Cu-b1 Cu-ETP-2/C 101Cu-FRHC/C 102 Cu-ETP-2/C 101Cu-FRHC/C 102 Cu-OF/C 103Cu-OFE/C 110 Cu-DHP/C 106 Cu-ETP Cu-ETP Cu-DLP Cu-DHP Sauerstofffreies Kupfer (nicht desoxidiert) Sauerstofffreies Kupfer, mit Phosphor desoxidiert Sauerstoffhaltiges Kupfer Tabelle 3: Normbezeichnungen im internationalen Vergleich

Nach  der  Matthiessen-Regel  gilt  für  den  elektrischen Widerstand R (als Kehrwert der Leitfähigkeit) die Glei- chung  R  =  R id +  R Rest .  Das  heißt,  die  Temperatur- abhängigkeit  des  elektrischen  Widerstandes  unreiner Metalle  besteht  aus  einem  temperaturabhängigen Widerstand des reinen Metalls R id und dem tempera- turunabhängigen Restwiderstand R Rest , der auf Verun- reinigungen  und  Störungen  des  Kristallgitters  zurück- zuführen ist. Für die Untersuchung des Reinheitsgrades von Kupfer wird die Messung des Restwiderstandsver- hältnisses genutzt. Unter dem Restwiderstandsverhält- nis  versteht  man  im  Allgemeinen  das  Verhältnis  des Widerstandes bei 300 K zu demjenigen bei 4 K (Tem- peratur  des  flüssigen  Heliums);  dieses  Verhältnis  stellt ein Maß für die Reinheit des Kupfers dar [6]. Neben der elektrischen Leitfähigkeit spielt die Wärme- leitfähigkeit  eine  wichtige  Rolle  für  die  Anwendung  in  der  Elektrotechnik.  Die  gute  Ableitung  der  beim Stromdurchgang in einem elektrischen Stromkreis ent- stehenden  Wärme  hat  besonders  für  die  Übergangs- zonen, z. B. Kontakt- oder Verbindungsstellen, Bedeu- tung. Vorteilhaft ist auch die gute Wärmeableitung in elektrischen  Einrichtungen,  bei  denen  Schaltvorgänge oder  Kurzschlüsse  mit  hohen  Stromstärken  auftreten können.  Bei  Kabeln  und  Leitungen  erhöht  die  gute Wärmeableitung  deren  Strombelastbarkeit,  wodurch der  Materialaufwand  bei  gleicher  zu  übertragender elektrischer  Leistung  verringert  werden  kann.  Zwi- schen  beiden  Größen,  der  elektrischen  Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit, besteht bei Raumtempe- ratur  ein  näherungsweise  linearer  Zusammenhang. Während  die  Wärmeleitfähigkeit  mit  zunehmender Temperatur  für  sauerstoffhaltiges  Kupfer  sinkt,  steigt sie  bei  allen  Legierungen,  auch  bei  phosphordesoxi- diertem  Kupfer  an  (Bild  4).  Beim  sauerstoffhaltigen Kupfer,  das  bereits  eine  hohe  Leitfähigkeit  aufweist, wird die Wärmeleitung durch Gitterschwingungen be- hindert,  hingegen  ermöglichen  Verunreinigungen  der zulegierten Elemente sowie Störungen im Gitteraufbau der  Kupferlegierungen  (mit  einer  bereits  herabgesetz- ten  Leitfähigkeit)  mit  zunehmender  Temperatur  eine bessere Wärmeleitung. Obwohl  das  Kupfer  selbst  nicht  supraleitend  ist,  spielt  es  auf  Grund  seiner  guten  Wärmeleitfähigkeit  z.  B.  beim  Bau  von  Spulen  mit  supraleitendem  Mate- rial  eine  wichtige  Rolle.  Zur  Vermeidung  der  lokalen Widerstandserhöhung  (Degradation)  im  Supraleiter, die  zur  Zerstörung  der  Spule  führen  kann,  wird  das  Supraleitmaterial  in  eine  Kupfermatrix  eingelagert.  In einer  anderen  Ausführung  werden  die  verwendeten NiZr-Leiter mit einer Kupferoberfläche versehen [44]. 7 elek trisc he  L eitfähigk eit  in  m/ Ω ·  mm 2 elek trisc he  L eitfähigk eit  in  %  IACS Zusätze in Masse-% 0 35 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 40 45 50 55 60 100 95 90 85 80 75 70 65 Bild 2: Einfluss von Zusätzen auf die elektrische Leitfähigkeit Ag O In HfTeZn PbCdZn VNi Mg Sn Al Ti P Co Fe As Si Mn Ge Cr NbY Sb Bild 3: Einfluss der Temperatur auf die elektrische Leitfähigkeit Bild 4: Einfluss der Temperatur auf die Wärmeleitfähigkeit elek tr .  L eitfähigk eit  in  m/ Ω ·  mm 2 Temperatur in °C 0 50 100 150 200 60 50 40 30 E-Cu  (0,03  %  O 2 ) SF-Cu  (0,042  % P) Wärmeleitfähigk eit  in  W /m  ·  K Temperatur in °C 0 50 100 150 200 400 350 300 E-Cu SF-Cu  (0,042  % P)

Einige weitere physikalische Eigenschaften des reinen Kupfers sind in Tabelle 4 zu- sammengestellt [8, 9]. 2.2.2 Mechanische Eigenschaften Kupfer ist sehr duktil, also sehr gut kalt verformbar. Die mögliche Umformung, d. h. der Umformungsgrad, bis zu dem ohne Zwischenglühen umgeformt werden kann, ist größer als bei den meisten anderen Metallen. Beim Drahtziehen ist auf diese Art eine  Querschnittsverminderung  von  mehr  als  99  %  möglich.  Bei  einer  Wärme- behandlung  über  die  Rekristallisationstemperatur  (s.  u.)  hinaus  entfestigt  sich  das Material vollständig und setzt günstige Voraussetzungen für weitere Umformungs- vorgänge  (Weichglühen,  Rekristallisationsglühen).  Glühbehandlungen  werden  zur Entspannung vorgenommen und dienen dem Abbau von Spannungsspitzen, ohne dass  dadurch  das  bei  der  Kaltumformung  erzielte  Verfestigungsniveau  wesentlich beeinträchtigt wird (Spannungsfreiglühen). Die  mikroskopische  Untersuchung  kaltgeformten  Kupfers  zeigt,  dass  die  einzelnen Kristallite  in  der  Umformrichtung  ausgestreckt  sind.  Während  der  Kaltumformung kann  man  an  diesem  Kupfer  eine  mit  der  Umformung  zunehmende  Verfestigung bemerken. Glüht man dieses Material, so bilden sich neue, kleine Kristallite, die mit steigender  Temperatur  oder  Glühdauer  wachsen.  Bei  dieser  als  Rekristallisation  bezeichneten Neubildung eines Korngefüges gehen auch die Festigkeitseigenschaf- ten  auf  die  Werte  des  unverformten  Kupfers  zurück.  Ein  Maß  für  den  Ablauf  der  Rekristallisation  ist  die  Rekristallisationstemperatur.  Darunter  versteht  man  allge- mein denjenigen Temperaturbereich, in dem man nach etwa einer Stunde Glühzeit nach  mittleren  Verformungsgraden  die  Kaltverfestigung  abbauen  kann.  Das  sehr gute  Formänderungsvermögen  des  Kupfers  ist  besonders  zur  Herstellung  von  Halbzeugen  mit  sehr  geringer  Dicke  (Folien,  Feindrähte),  ferner  für  Treibarbeiten und zum Drücken geeignet. Kupfer  hat  keine  Streckgrenze.  Das  Spannungs-Dehnungs-Diagramm  des  weich- geglühten  Reinkupfers  zeigt  keinen  Übergang  vom  elastischen  in  den  plastischen Bereich. Deshalb wird diejenige Spannung, bei der die Dehnung 0,2 % der verwen- 8 Ordnungszahl relative Atommasse Kristallstruktur Gitterkonstante (20°C) Dichte (20°C) Schmelzpunkt Siedepunkt spezifische Wärme (20°C) Wärmeleitfähigkeit bei 20°C spezifische elektrische Leitfähigkeit bei 20°C spezifischer elektrischer Widerstand bei 20°C Längenausdehnungskoeffizient (von 20 - 100°C) Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes bei 20°C (gültig von 100 - 200°C) elektrisches Normpotential gegenüber H magnetische Eigenschaft Elastizitätsmodul bei 20°C 29 63,546 kubisch-flächenzentriert 3,607 · 10 -10 m 8,94 kg/dm 3 1083,4°C 2595°C 0,386 J/(g · K) 394 W/(m · K) 58 m/( Ωmm 2 ) 0,017 ( Ωmm 2 )/m 17 · 10 -6 K 3,93 · 10 -3 K Cu ++ -0,344 V Cu + -0,47 V diamagnetisch 96 - 190 kN/mm 2 Tabelle 4: Eigenschaften für Reinkupfer (= 99,9 % Cu) für die Elektrotechnik

deten Messlänge beträgt, an Stelle der Streckgrenze bestimmt und als 0,2 %-Dehn- grenze bezeichnet. Üblicherweise wird dieser Wert aus dem Spannungs-Dehnungs- Diagramm  grafisch  ermittelt.  Die  0,2  %-Dehngrenze  liegt  bei  weichem  Kupfer  zwischen 40 und 80 N/mm 2 . Die  Härte  im  weichgeglühten  Zustand  ist  abhängig von  der  Korngröße  des  Mikrogefüges  und  beträgt  in Brinellhärte etwa 45 bis 120 HB. Die Zugfestigkeit des weichgeglühten  Kupfers  liegt  zwischen  200  und  250 N/mm 2 . Sorten geringerer Reinheit liegen an der obe- ren  Grenze,  während  sehr  reines  Metall  etwas  niedri- gere Werte haben kann (Tabelle 5). Die Bruchdehnung von sauerstofffreiem Kupfer (weich- geglüht) liegt bei etwa 40 bis 60 %, die Einschnürung bei etwa 75 %. Für Druckbeanspruchungen kann man die  Werte  für  Festigkeit  und  0,2  %-Dehngrenze  aus dem Zugversuch annehmen. Bei reiner Druckbelastung des  Kupfers  sind  hohe  Umformgrade  ohne  Kanten- risse  möglich.  Die  Einflüsse  der  Kaltumformung  und der  Temperatur  auf  die  Festigkeitseigenschaften  des Kupferwerkstoffes zeigt Bild 5 [10]. Eine  Kenngröße,  mit  der  das  mechanische  Langzeit- verhalten  von  Bauteilen  bei  häufig  wiederholter  wechselnder  Beanspruchung  beurteilt  wird,  ist  die Dauerschwingfestigkeit  (Biegewechselfestigkeit).  Sie hat  für  weiches  Kupfer  bei  Raumtemperatur  und  10 8 Lastspielen  etwa  den  Wert  70  N/mm 2 (Richtwer- te:  Aluminium  50  N/mm 2 ,  Bronze  90  N/mm 2 ,  Mes- sing 120 N/mm 2 ) und ist für federnde Bauteile von Be- deutung,  deren  Funktion  auch  bei  längerem  Einsatz gesichert sein muss, wie z. B. Kontakte für Relais. Die Zeitstandfestigkeit des Kupfers ist auf Grund seiner gegen Null gehenden Kriechgeschwindigkeit sehr vor- teilhaft  für  die  Zuverlässigkeit  von  Schraubverbindun- gen,  welche  deshalb  in  gefährdeten  Einsatzbereichen (z.  B.  im  Bergbau,  wo  wegen  der  Explosionsgefahr 9 Kurzzeichennach EN Festigkeits-zustand Kurzzeichennach EN ElektrischeLeitfähigkeitbei 20 °C mindestens m/ Ωmm 2 SpezifischerWiderstandbei 20 °C höchstens Ωmm 2 /m Zugfestigkeit R m N/mm 2 0,2 %-Grenze R ρ  0,2 N/mm 2 Brinellhärte (Mittelwerte; eine Umrechnung von Härte in Festigkeit ist nicht möglich) HV Cu-ETP Cu-ETP R200 R220 R240 R290 R360 R200 R250 R300 R350 58 58 57 57 56 58 57 57 56 0,01724 0,01724 0,01754  0,01754 0,01786 0,01724 0,01754 0,01754 0,01786 200 - 250 220 - 260 240 - 300 290 - 360 min. 360 min. 200 min. 250 min. 300 min. 350 max. 100 max. 140 min. 180 min. 250 320 max. 120 min. 200 min. 260 min. 320 55 weichgegelühtes Band (5 - 10 mm) 55 weichgegelühtes Band (0,1 - 5 mm) 80 kaltgewalztes Band 95 min. 110 55 weichgeglühter Draht (2 - 80 mm) 80 kaltgezogener Draht (2 - 10 mm) 95 110 Tabelle 5: Einfluss des Festigkeitszustandes auf die elektrische Leitfähigkeit Bild 5: Einfluss der Kaltformung (Richtwerte) Bild 6: Typisches Kriechverhalten von Kupfer und Aluminium 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 200 300 400 500 600 700 Strec kg renz e  R p0,2 ,  Zugfestigk eit  R m  in  (N /mm 2 ) Dehnung  A 10 in  % 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 HV R m R p0,2 A 10 Här te  HV Verformung in % 0 0,06 0 10 20 30 40 0,01 0,02 Al (80 °C) E-Cu (150 °C) Al (20 °C) OF-Cu (150 °C) 0,03 0,04 0,05 M indestk riec hg esc hwindigk eit  in  %/ 1 000  h Belastung in N/mm 2

keine  Löt-  oder  Schweißarbeiten  durchgeführt  werden  dürfen)  ausschließlich  angewendet  werden.  Ein  während  der  Dauer  eines  Jahres  bei  Raumtemperatur  mit  75  %  seiner  Zugfestigkeit  belasteter  Draht  zeigte  nach  der  Anfangsperiode  mit  etwas  verstärktem  Kriechen  eine  gleichmäßige  Kriechgeschwindigkeit  von  5 x 10 -7 mm/(mm Tag) [6]. Die vorteilhafte Eigenschaft der Kupferwerkstoffe zeigt der Vergleich des Kriechverhaltens zwischen Kupfer- und Aluminiumwerkstoffen im Bild  6  [11].  Das  Zeitstandsverhalten  ist  abhängig  von  der  Korngröße  im  Kristall- gefüge des Materials. Feineres Korn zeigt im Allgemeinen unterhalb der Rekristalli- sationstemperatur, gröberes Korn oberhalb dieser Temperatur bessere Dauerstand- eigenschaften  [6].  Die  Dauerstandfestigkeit  von  unlegiertem  und  auch  niedrig- legiertem Kupfer hat u. a. Bedeutung beim Bau großer Elektromaschinen. 2.2.3 Chemische Eigenschaften – Korrosionsbeständigkeit Das chemische Element Kupfer steht im periodischen System der Elemente zusam- men mit Silber und Gold in der I. Nebengruppe bzw. in der 4. Periode zwischen den Elementen Nickel und Zink. Kupfer ist in der Regel einwertig, kann aber auch zwei- und dreiwertig, im Einzelfall sogar vierwertig auftreten. Zu Silber und Gold ist, wie bei  Elementen  der  gleichen  Gruppe  üblich,  eine  gewisse  Verwandtschaft  hinsicht- lich  seiner  Eigenschaften,  wie  z.  B.  der  elektrischen  Leitfähigkeit  sowie  der  Korro- sionsbeständigkeit, vorhanden. Kupfer ist in zahlreichen Medien, auch in Industrie- atmosphäre, gut korrosionsbeständig [12]. Die hohe Korrosionsbeständigkeit in der Atmosphäre gegen Witterungseinflüsse beruht auf der Bildung einer gleichmäßigen Schutzschicht  aus  Korrosionsprodukten  auf  seiner  Oberfläche,  der  Patina,  die  im Gegensatz zum Rost auf Stahl den weiteren Angriff stark verzögert. Kupfer  ist  das  einzige  Gebrauchsmaterial,  das  in  der  normalen  Spannungsreihe edler  ist  als  Wasserstoff.  Auf  Grund  des  edleren  Potenzials  in  Lösungen  mit  Was- serstoffionen  wird  Kupfer  von  Wasser,  wässrigen  Lösungen  und  nicht  oxidierend wirkenden  Säuren  bei  Abwesenheit  von  Oxidationsmitteln  nicht  angegriffen.  Ein Angriff des Kupfers kann dann stattfinden, wenn das Angriffsmittel Sauerstoff oder Oxidationsmittel enthält oder oxidierend wirkt, wie z. B. Salpetersäure. Die Korrosionsbeständigkeit des Kupfers ist ferner dann gefährdet, wenn Kupfer mit dem  einwirkenden  Mittel  Komplexsalze  bildet,  da  hierdurch  die  Ausbildung  von Schutzschichten  verhindert  wird.  Die  bei  der  Reaktion  entstehenden  Cu + -Ionen werden laufend abgetragen, so dass sie immer wieder aus dem Grundwerkstoff er- setzt  werden  müssen.  In  reiner,  trockener  Luft  überzieht  sich  blankes  Kupfer  mit einer dünnen Schicht aus Kupferoxid (Cu 2 O). Auch wenn diese Schicht unsichtbar sein  kann,  erhöht  sie  die  Beständigkeit  gegen  nachfolgende  Angriffe  von  Luft,  die durch  Industriegase  oder  anderweitig  verunreinigt  ist.  Im  Gegensatz  zu  der  sich schnell  bildenden  Oxidschicht  auf  Aluminium  behindert  diese  Kupferoxidschicht nicht  die  Kontaktierung,  was  ein  Vorteil  für  die  elektrische  Zuverlässigkeit  von Schraub- und Klemmverbindungen mit Kupferleitern ist. Eine Verbesserung des Kor- rosionsverhaltens  von  Kupfer  wird  durch  geringe  Zusätze  von  Nickel,  Aluminium oder Zinn erreicht. 2.3 Verbindungstechnologien Kupfer  lässt  sich  nach  allen  bekannten  Verfahren  einwandfrei  verbinden.  Neben den  wichtigen  Löt-  und  Schweißverfahren  spielen  in  der  Elektrotechnik  auch  die mechanischen Verbindungen eine wesentliche Rolle. 10

2.3.1 Löten und Schweißen Nach  DIN  8505,  Teil  1,  ist  Löten  ein  „thermisches  Verfahren  zum  stoffschlüssigen Fügen und Beschichten von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch Schmel- zen  eines  Lotes  (Schmelzlöten)  oder  durch  Diffusion  an  den  Grenzflächen  (Diffu- sionslöten)  entsteht.  Die  Solidustemperatur  (Grenztemperatur,  unterhalb  derer keine Schmelze vorliegt) der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht“. Die beim Löten anzuwendende Temperatur richtet sich nach der Schmelztemperatur des benutzten Lotes. Nach  der  Liquidustemperatur  der  Lote  (Grenztemperatur,  oberhalb  derer  nur Schmelze vorliegt) teilt man die Lötverfahren ein in: • Weichlöten (Liquidustemperatur unterhalb 450°C) und • Hartlöten (Liquidustemperatur oberhalb 450°C). Soll die Löttemperatur an der Lötstelle möglichst niedrig sein und steht die elektri- sche Funktion der Verbindung im Vordergrund, was häufig der Fall bei Lötstellen an isolierten Leitern oder empfindlichen elektronischen Bauelementen ist, so wird das Lot  mit  der  niedrigeren  Arbeitstemperatur  gewählt.  Weichlöten  ist  ein  einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Verbinden von Kupfer. Von allen Metallen lässt sich  Kupfer  am  besten  weichlöten,  wozu  die  gute  Lösung  der  Oxide  des  Kupfers durch  die  Flussmittel  und  die  gute  Legierbarkeit  mit  dem  Lotwerkstoff  beitragen. Die überwiegende Anzahl der Weichlote ist auf Zinn- und/oder Bleibasis aufgebaut (EN 29453). Im Elektromotorenbau werden auf Grund der hohen Warmfestigkeits- forderungen  Sonderweichlote  eingesetzt,  deren  Liquidustemperatur  etwas  höher liegt (bis 400°C). In EN 29453 sind alle gebräuchlichen Weichlote, sowohl in ihrer Zusammensetzung,  dem  Schmelzbereich,  der  Dichte,  dem  bevorzugten  Lötverfah- ren  als  auch  in  ihrer  Verwendung  aufgeführt.  Beim  Weichlöten  muss  immer  ein Flussmittel verwendet werden, das die auf der metallischen Oberfläche vorhande- nen,  die  Benetzung  durch  das  flüssige  Lot  herab  setzenden  Oberflächenfilme  be- seitigt und durch Abdeckung der Lötstelle während des Erwärmungsvorganges eine Neubildung verhindert [13, 14]. Nach EN 29454 teilt man die Weichlötflussmittel in drei Gruppen ein: • Flussmittel, deren Rückstände Korrosion hervorrufen • Flussmittel, deren Rückstände korrodierend wirken können • Flussmittel, deren Rückstände nicht korrodierend wirken. Werden  dagegen  hohe  Anforderungen  an  die  Festigkeit  bzw.  Warmfestigkeit  und Temperaturbeständigkeit gestellt, so ist das Hartlöten vorzuziehen. Kupfer lässt sich durch Hartlöten sehr gut verbinden. Dabei ist vorausgesetzt, dass das Weichglühen von  kaltverfestigten  Werkstücken  in  Kauf  genommen  werden  kann,  weil  die  Re- kristallisationstemperatur  des  Kupfers  unter  der  Arbeitstemperatur  des  niedrigst schmelzenden  Hartlotes  (610°C)  liegt.  Die  Hartlote  nach  EN  1044  für  Schwer- metalle  sind  überwiegend  kupferhaltige,  oft  auch  edelmetallhaltige  Nichteisen-Le- gierungen.  Neben  den  Standard-Hartloten  gibt  es  für  eine  breit  gefächerte  Ver- wendung verschiedene Gruppen von Spezial-Hartloten mit speziellen Eigenschaften für gezielt vorgegebene Einsatzgebiete. Hartlöten wird üblicherweise unter Verwendung von Flussmittel nach EN 1045 vor- genommen, wobei die technisch gebräuchlichen Schwermetalle mit sich selbst und in nahezu beliebiger Kombination unter einander verbunden werden können. Das flussmittelfreie  Hartlöten  an  der  Luft  ist  auf  Kupfer  als  Grundwerkstoff  mit  phos- phathaltigen Hartloten beschränkt. 11

Nach  wie  vor,  wenn  auch  weniger  als  früher,  werden  Lote  mit  niedrigstmöglicher Arbeitstemperatur  zwischen  610  und  700°C  angewandt.  Diese  Lote  lassen  hohe Lötgeschwindigkeiten und schonendes Erwärmen des Werkstückes zu. Da sie Cad- mium  enthalten,  ist  während  des  Lötens  für  eine  Absaugung  der  entstehenden Dämpfe zu sorgen. Der Ersatz durch cadmiumfreie Lote bereitet in einigen Anwen- dungen  noch  fertigungstechnische  Probleme.  Die  Festigkeit  der  Hartlötverbindun- gen überschreitet die Scher- und Zugfestigkeit der Kupfersorten im weichgeglühten Zustand,  sofern  sachgemäße  Vorbereitung  und  Ausführung  der  Lötung  gewähr- leistet sind [15]. Zur  Beurteilung  der  Lötbarkeit  von  Werkstoffen  wird  deren  Benetzungsverhalten  geprüft. Dieses Verhalten ist im Wesentlichen abhängig • von den stofflichen und geometrischen Eigenschaften der Probe, • von den Eigenschaften des Lotes, • von den Hilfsmitteln zur Benetzungsförderung und • von der Wärmeführung während der Prüfung. Lötbarkeitsprüfverfahren für das Weichlöten werden in der DIN 32506, Teil 1 bis 4, ISO  9455-10,  eingehend  beschrieben.  Die  Beeinträchtigung  der  Benetzbarkeit hängt ab von der Einwirkung der Umgebungsbedingungen auf die Oberfläche, z. B. während der Lagerung. Eine Präventivmaßnahme ist die Anwendung vorverzinnter Oberflächen. Schweißen  ist  nach  DIN  1910  „das  Vereinigen  von  Werkstoffen  in  der  Schweiß- zone unter Anwendung von Wärme und/oder Kraft mit oder ohne Schweißzusatz.“ In der Einteilung nach dem Ablauf des Schweißens kann man zwei Hauptgruppen unterscheiden: • Schmelzschweißen: Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss ohne  Anwendung von Kraft mit oder ohne Schweißzusatz • Pressschweißen: Schweißen unter Anwendung von Kraft mit oder ohne Schweißzusatz In der praktischen Anwendung ist auch eine Kombination beider möglich. Beim schweißtechnischen Verbinden von Kupferwerkstoffen sind einige Werkstoff- eigenschaften  in  besonderem  Maße  zu  berücksichtigen.  Neben  dem  Sauerstoff- gehalt  sind  das  die  gute  Wärmeleitfähigkeit,  die  relativ  hohe  Wärmeausdehnung und die Gasaufnahme [16, 17]. Bei  der  Schweißung  von  Kupfer  bewirkt  die  hohe  Wärmeleitfähigkeit  ein  rasches Abwandern  der  eingebrachten  Wärme  in  den  benachbarten  Grundwerkstoff.  Zur Aufrechterhaltung  des  Schmelzflusses  wird  daher  eine  größere  Wärmezuführung oder/und eine Vorwärmung des Grundwerkstoffes erforderlich. Die Wärmeausdeh- nung  des  Kupfers  verursacht  thermische  Ausdehnungsbewegungen,  die  z.  B.  ein  Fixieren  des  Schweißspaltes  durch  Heftstellen  erschweren,  oder  bei  der  Stumpf- nahtschweißung eine Schweißspaltverengung verursachen. Zur Eigenschaft der Gas- aufnahme während des Schweißens spielen zwei Vorgänge eine Rolle: Im flüssigen Zustand  nimmt  Kupfer  beachtliche  Mengen  Sauerstoff  auf,  der  sich  aber  bei  der  Erstarrung  in  Form  von  Kupfer(I)-oxid  ausscheidet  und  dadurch  die  Zähigkeit  der Schweißnaht  deutlich  herabsetzt.  Das  Eindringen  von  Wasserstoff  in  das  hoch  er- hitzte, sauerstoffhaltige Kupfer führt zu der beschriebenen Wasserstoffkrankheit. Unter  der  Vielzahl  gebräuchlicher  Schweißverfahren,  die  für  das  Verbinden  von Kupfer  und  Kupferlegierungen  untereinander  und  mit  anderen  Werkstoffen  ange- wendet  werden  [16,  17],  sollen  einige  Verfahren  erwähnt  werden,  die  auf  Grund weiter entwickelter Technologien neuerdings Bedeutung erlangt haben. 12

Ein  spezielles  Schutzgasschweißen,  das  Wolfram-Inertgas-Schweißen  (WIG),  wird  z.  B.  als  Automatenschweißverfahren  bei  der  Herstellung  längsnahtgeschweißter  Kabelmäntel aus Kupferwalzband eingesetzt. Das  Widerstandsschweißen  von  Kupfer  hat  für  die  Elektrotechnik  besondere  Be- deutung gewinnen können. Hierbei wird die zum Schweißen erforderliche Wärme durch  Stromfluss  über  den  elektrischen  Widerstand  der  Schweißzone  erzeugt.  Geschweißt wird mit oder ohne Kraftbeaufschlagung und mit oder ohne Schweiß- zusatz. So wird z. B. das Press-Stumpfschweißen, und zwar das Zweiphasen-Stauch- verfahren für das Verschweißen von Kupferlitzen und Kupferseilen bis zu Seilquer- schnitten von 630 mm 2 angewendet. Die Qualität von Press-Stumpfschweißungen ist für die Weiterverarbeitung durch Kaltziehen, für das Richten, Walzen und auch für die Verarbeitung in Kabelwerken geeignet. Die elektrische Leitfähigkeit der Ver- bindungsstelle  entspricht  der  des  Grundwerkstoffes.  Das  Abbrenn-Stumpfschwei- ßen ist ein zum Verbinden von Stromschienen und Walzdraht aus Kupfer mit Quer- schnitten von ca. 60 bis 500 mm 2 und größer angewandtes Verfahren. Das Kaltpressschweißen ist ein Verfahren, bei dem begrenzte Oberflächenbereiche im kalten Zustand mit hoher Kraft in so innige Berührung gebracht werden, dass die Kohäsion  beider  Oberflächen  eine  Bindung  bewirkt.  Dieses  Verfahren  findet  An- wendung an elektrischen Leitungen (z. B. Fahrleitungsdrähte, Kabelschuhe) [18], vor allem  beim  Verbinden  von  nicht  oder  schwer  schweißbaren  Werkstoffpaaren,  z. B. Kupfer-Aluminium. Die Anwendung des Mikroplasmaschweißens ist vorteilhaft im Bearbeitungsbereich dünner  Bänder,  Folien,  Drähte,  Siebe  und  Membranen  aus  Kupferlegierungen  bei Werkstoffdicken  von  0,01  bis  etwa  0,1  mm.  Mit  diesem  Verfahren  werden  z.  B. Mikrorelaisgehäuse  aus  dünnen  Kupfer-Nickel-Blechen  oder  auch  dünne  Drähte (0,05 mm Durchmesser) an Lötfahnen größeren Querschnitts geschweißt. 2.3.2 Mechanische Verbindungen Ganz gleich, wie eine mechanische Verbindung zwischen Strom führenden Bautei- len technisch ausgeführt wird, hat sie (bei gleichem Leiterquerschnitt) immer einen Bereich mit höherem elektrischem Widerstand als er den Bauteilwerkstoffen selbst eigen  ist.  Den  zwischen  den  metallischen  Berührungsstellen  entstehenden  Wider- stand  nennt  man  den  Engewiderstand,  so  bezeichnet,  da  die  Berührung  nicht  auf der gesamten makroskopischen Fläche erfolgt, sondern nur durch die vielen mikro- skopischen Unebenheiten (Engestellen), die jeder Oberfläche eigen sind. Diese  Erscheinung  bleibt  auch  bestehen,  wenn  die  mechanische  Verbindung  über eine sehr große Kraft (Kontaktkraft) hergestellt wird. Die wahre Berührungsfläche an den  einzelnen  erhabenen  Flächen  ist  also  immer  kleiner  als  die  äußere  Fläche  er- scheinen  lässt.  In  den  so  genannten  Engestellen  können  Stromdichten  von  10 5 A/mm 2 auftreten [10, 19]. Außerhalb der wahren Berührungsflächen verbleiben naturgemäß „Luftspalte“, in die die umgebende Atmosphäre (auch Schadstoffe) ein- dringt  und  Korrosionen  bewirkt.  Es  werden  Fremdschichten  gebildet,  die  sich  ab- hängig von der Reaktionsfähigkeit zwischen Grundwerkstoff und Atmosphäre aus- breiten und somit die Stromtragfähigkeit der Verbindung reduzieren. Es entsteht der so  genannte  Fremdschichtwiderstand,  der  sich  zum  Engewiderstand  addiert.  Die Aufgabe  für  die  Konstruktion  von  dauerhaften  Verbindungen  liegt  deshalb  darin, die  Stromwärme  an  der  Kontaktstelle  unter  der  Entfestigungstemperatur  der  be- treffenden  Leiterwerkstoffe  zu  halten,  was  nur  durch  eine  definierte  Kontaktkraft gesichert werden kann. 13

Eine mechanische Verbindung steht meistens nicht unter dauernder Strombelastung und  ein  Abbau  örtlicher,  mechanischer  Spannungen  durch  plastisches  Verformen des  Materials  im  warmen  Zustand  würde,  sofern  nicht  sehr  große  Federkräfte  zur Verfügung  stehen,  beim  zwischenzeitlichen  Erkalten  den  Kontaktspalt  vergrößern und damit den Kontakt lockern. Voraussetzung für eine elektrisch hochwertige Verbindung sind folgende Richtlinien: • Die Berührungsflächen müssen metallisch blank sein • Die Kontaktteile müssen so dimensioniert sein, dass ein örtlich entstehender Wärmestau ohne unzulässige Überhitzung durch Wärmeleitung wieder abge- führt wird • Der Kontaktwerkstoff muss eine ausreichende Kriechfestigkeit haben, damit die der Kontaktstelle ursprünglich gegebene mechanische Vorspannung über lange Zeit erhalten bleibt • Die Kontaktkraft muss bei allen thermischen Belastungen gewährleistet sein (Federelemente verwenden) In  der  praktischen  Anwendung  unterscheidet  man  lösbare  und  nicht  lösbare  me- chanische Verbindungen. Lösbare Verbindungen: Schraubverbindungen  für  elektrische  Leiter  an  Geräten,  Maschinen  und  Anlagen sind solche, die direkt über Schrauben (Bild 7) oder indirekt über Klemmvorrichtun- gen hergestellt werden. Die Basisbestimmung für letztere ist VDE 0609, Teil 1 /4.94 (EN  60999).  In  ihr  sind  alle  Anforderungen  enthalten,  die  bei  der  Konstruktion,  der  Fertigung  und  der  Prüfung  zu  beachten  sind.  Man  unterscheidet  im  Wesent- lichen zwei große Gruppen nach dem Konstruktionsprinzip: Flachklemmen werden mit  oder  ohne  Druckstück  für  direkten  Leiteranschluss  oder  für  Kabelschuhan- schluss  verwendet.  Buchsenklemmen  sind  ebenfalls  mit  oder  ohne  Druckstück  für direkten  Leiteranschluss  oder  Aderendhülsen  verwendbar  und  werden  als  Druck- oder Zugbügelausführung eingesetzt (Bild 8). Gut ausgeführte Schraubverbindungen haben gegenüber allen anderen Anschluss- arten folgende Vorteile: • hohe, querschnittsunabhängige Kontaktkraft • Selbstlockerungsschutz • großer Klemmbereich • Spezialwerkzeug ist nicht erforderlich • für alle Leiterarten ein-, mehr- und feindrähtig einsetzbar Zu den schraubenlosen Anschlüssen gehören die federbelasteten Steckkontaktver- bindungen,  bei  denen  der  blanke  Kupferleiter  durch  schraubenloses  Klemmen  elektrisch  verbunden  wird  (Bild  9).  Zur  Aufrechterhaltung  der  Kontaktkraft  sind Klemmkörper  und  Federn  erforderlich.  Da  das  Öffnen  und  Schließen  der  Klemm- stelle  insbesondere  bei  kleinen  Anschlussquerschnitten  schneller  möglich  ist  als  bei  einem  Schraubvorgang,  können  dadurch  Zeit  und  Montagekosten  erheblich  reduziert  werden.  Die  vom  Anschlusssystem  aufgebrachten  Haltekräfte  sind  bei allen  schraublosen  Klemmen  funktionsbedingt  geringer  als  bei  Schraubklemmen (Verhältnis 1 : 30). Nichtlösbare mechanische Verbindungen: Das Nieten erfolgt vorwiegend bei der Herstellung von Relaiskontakten, bei denen sich  die  Werkstoffkombination  zwischen  Kontakt  und  Träger  nicht  oder  nur  sehr 14 Leiter Klemmanschlussstück Leiter Klemmanschlussstück Bild 8: Buchsenklemme(Druckbügelausführung) Bild 7: Schraubenverbindung Schraubverbindung,z. B. Stromschiene Bild 9: Schraublose Klemmstelle Leiter

schlecht  mit  einander  verschweißen  lässt,  z.  B. AgCdO-Kontakte  auf  sämtlichen  Trägerwerkstoffen oder Silber auf Kupfer. Die Kontaktkräfte werden hier- bei  durch  den  Nietvorgang  vorgegeben,  und  die  Auf- rechterhaltung  der  im  Niet  erzeugten  Vorspannung hängt  von  den  Eigenschaften  des  Nietwerkstoffes  ab (hohe Zeitstandsfestigkeit). Durch die Verformung auf dem  Träger  entsteht  eine  innige  Verbindung  ohne Spalt. Der Vorteil des Einnietens eines Kontaktes liegt hauptsächlich  in  der  werkzeuggebundenen  kurzfristi- gen Ausführung und einer problemlosen Fertigung. Unter  dem  Begriff  Quetschverbindung  (Crimp)  (Bild 10) werden alle Anschlussarten zusammengefasst, bei denen  der  Leiter  mit  einem  Verbindungsteil  durch Kaltverformung  mittels  geeigneter  Werkzeuge  ver- bunden  wird.  Die  Crimptechnik  hat  den  Vorteil,  dass es  praktisch  keine  Querschnittsbegrenzung  gibt  und eine sehr zuverlässige Verbindung von mehrdrähtigen Leitern (Litze) z. B. mit Kabelschuhen, Steckverbindern und  Aderendhülsen  möglich  ist.  Sie  hat  aber  den Nachteil, dass sie sich im Allgemeinen für eindrähtige Leiter nicht eignet. Während  die  vorgenannten  Verbindungstechniken vorwiegend im Bereich der Starkstromtechnik Anwen- dung  finden,  haben  sich  im  Bereich  der  Schwach- stromtechnik verschiedene spezielle nicht lösbare Ver- bindungsverfahren durchgesetzt. Die  Wickelverbindung  (Wire-Wrap,  Bild  11)  ist  eine lötfreie  elektrische  Verbindung  (DIN  EN  60352-1). Dabei liefert ein blanker Kupferdraht, der unter hohem Zug um einen Vierkantstab z. B. aus Bronze, Neusilber oder  Messing  gewickelt  wird,  auf  Grund  der  Kanten- pressung  (Kaltschweißung)  den  eigentlichen  Kontakt. Der Wickelvorgang wird mit einer elektrisch getriebe- nen  Pistole  vorgenommen.  Der  verwendbare  Leiter- querschnitt reicht bis maximal 0,5 mm 2 . Die  Klammerverbindung  (Thermi  Point)  (Bild  12)  ist eine lötfreie elektrische Verbindung (DIN EN 60352-1). Der  Anschluss  erfolgt  mit  einer  Druckluftpistole.  Die Klammer wird gleichzeitig mit dem Leiter über einem Stift  geschlossen.  Die  Stifte  bestehen  z.  B.  aus  Bronze oder Neusilber mit rechteckigem Querschnitt. Es kön- nen sowohl ein- als auch mehrdrähtige Leiter bis ma- ximal 0,5 mm 2 angeschlossen werden. Sowohl  das  Klammer-  als  auch  das  Wickelverfahren haben den Vorteil, dass eine Vielzahl von Anschlüssen auf  engstem  Raum  hergestellt  werden  können.  Die Stiftlänge  wird  in  der  Regel  für  drei  Anschlüsse  über- einander  bemessen,  so  dass  trotz  des  engen  Raumes auch  Querverbindungs-  und  Rangiermöglichkeiten  bestehen. 15 Bild 10: Crimp-Verbindung an Litzen Bild 11: Wickelverbindung (Wire-wrap) d s b Schaltdraht Anschlussfahne d = 0,3 bis 1,0 mm Querschnitt WindungszahlW min  = 4 - 7 b  ≤ 2s Bild 12: Klammerverbindung (Thermi-Point) Schaltdraht Querschnitt Klemmhülse Anschlussfahne

Die Schneidklemmtechnik (Bild 13) ist durch die Miniaturisierung in den  Vordergrund  getreten,  insbesondere  bei  der  Verwendung  von Flachbandleitungen in Kombination mit Stecksystemen. Mit den ent- sprechenden Werkzeugen sind viele Verbindungen in einem Arbeits- gang  schnell  hergestellt.  Das  Schneidsystem  muss  jedoch  exakt  auf die verwendete Leitung abgestimmt sein [20]. Kupfer und Kupferlegierungen verfügen für mechanische Verbindun- gen  über  die  günstigsten  Voraussetzungen  auf  Grund  ihrer  vorteil- haften  physikalischen  (Leitfähigkeit),  mechanischen  (Zeitstandfestig- keit) und chemischen (Korrosionsbeständigkeit) Eigenschaften. 3 Anwendungen 3.1 Überblick Kupfer ist auf Grund seiner hervorragenden Eigenschaften, insbesondere der hohen elektrischen  Leitfähigkeit  der  mit  dem  Begriff  der  Elektrotechnik  am  engsten  ver- knüpfte Werkstoff. Als elektrischer Leiter findet er zur Energie- oder Signalübertra- gung in allen Produktgruppen der Kabelindustrie Anwendung. Starkstromkabel und -leitungen  werden  zur  Energieübertragung  und  -verteilung  sowie  zu  Steuerungs- und Regelungszwecken eingesetzt. Neben Kupfer ist Aluminium nur in Starkstromkabeln für Verteilungsnetze weit ver- breitet.  Für  Aluminium  spricht  das  geringere  Gewicht  bei  guter  Leitfähigkeit.  Der  belastungsgleiche  Querschnitt  beträgt  dabei  das  1,5-fache  eines  Kupferleiters,  die erforderliche Masse jedoch nur die Hälfte. Daraus resultieren, wenn der Einsatz von Aluminium  akzeptiert  werden  kann,  deutlich  geringere  Kosten  für  das  Leitermate- rial. In Verteilungsnetzen besteht in der Regel kein Platzmangel, und das geringere Kabelgewicht ist bei der Verlegung großer Kabellängen von Vorteil. Zu beachten ist jedoch  die  Erhöhung  des  Gewichtes  für  die  den  Leiter  umgebenden  Aufbauele- mente. Für Hochspannungskabel sind daher auch Kupferleiter die bessere Wahl.  Das geringere Gewicht des Aluminiums war auch dafür entscheidend, dass sich die- ses im Freileitungsbau überwiegend kombiniert mit zugfesten Stahldrähten durch- gesetzt  hat.  Bei  Anwendung  von  Aluminium  problematisch  sind  die  Neigung  zum Kaltfließen  bei  Druck  (Problem  bei  Klemmverbindungen),  der  hohe  Wärmeaus- dehnungskoeffizient und die starke Reaktionsfähigkeit. Die mit Sauerstoff gebildete Oxidhaut schützt zwar zum Teil vor weiterer Korrosion, ist jedoch ein guter Isola- tor.  Ein  dauerhaft  guter  Kontakt  an  den  Verbindungs-  und  Anschlussstellen  muss daher durch Anwendung von Schweißverbindungen bzw. speziellen Presstechniken gesichert werden. In  Industrienetzen  werden  deshalb  wegen  der  geringeren  Abmessungen  und  der größeren Kontaktsicherheit in der Regel Starkstromkabel aus Kupfer bevorzugt. Im Bergbau, Tunnelbau oder auch in der Chemieindustrie werden Kupferleiter über- all  dort  eingesetzt,  wo  wegen  der  Explosionsgefahr  auf  größte  Kontaktsicherheit  geachtet  werden  muss  und  keine  Löt-  oder  Schweißverbindungen,  sondern  nur Schraub- oder Klemmverbindungen zugelassen sind. 16 Bild 13: Steckerleiste mit in Schneidklemmtechnikkontaktierter 34-poliger Flachbandleitung

Im Schiffsbau oder auch auf Förderanlagen sind vor allem die Korrosionsbeständig- keit insbesondere auch gegen Salzwasser und die Schwingungsfestigkeit sowie die Eignung für beengte Verlegebedingungen ausschlaggebend. Bei der Gebäudeinstallation hat sich der Kupferleiter aus mehreren Gründen durch- gesetzt und hat dort wegen des vielfältigen Einsatzes elektrischer Geräte mit hoher Leistungsaufnahme große Bedeutung. Aluminium war nur in wirtschaftlichen Man- gelsituationen (z. B. in Kriegszeiten und in der ehemaligen DDR) im Einsatz und hat viele Probleme in der Anwendung gebracht. Die guten physikalischen und mecha- nischen Eigenschaften (s. Pkt. 2.2.1 und 2.2.2) gewährleisten zuverlässige und Kos- ten  sparende  Installationen.  Die  hohe  elektrische  und  Wärmeleitfähigkeit  z.  B.  er- lauben  die  Verwendung  kleinerer  Leiterquerschnitte,  was  der  leichteren  Verlegung (kleinere  Raumerfordernisse  und  Biegeradien)  und  der  möglichen  elektrischen  Belastungserweiterung der Stromkreise entgegen kommt. Die guten Festigkeitswer- te  und  hohe  Biegbarkeit  erhöhen  die  Zuverlässigkeit  bei  der  Legung  (keine  Quer- schnittsverminderung,  kein  Bruch-  und  Kerbungsschaden),  wie  auch  die  Langzeit- zuverlässigkeit für die elektrischen Verbindungen (kriechfeste Schraub- und Klemm- verbindung),  die  durch  die  gute  Korrosionsbeständigkeit  des  Kupfers  unterstützt wird. Hinzu kommen die leichte Montage der Leitungen, die ohne spezielle Werk- zeuge und Fertigkeiten ausführbar sind, wie sie z. B. bei Aluminiumleitern benötigt werden. In Leitungen zum Anschluss elektrischer Maschinen, Geräte und Anlagen, die wäh- rend des Betriebes mechanischen Wechselbeanspruchungen unterworfen sind, die z. B. ständig gebogen, auf- oder abgewickelt oder über Rollen geführt werden, ver- wendet  man  ausschließlich  Kupfer  als  Leiterwerkstoff.  Die  gute  Biegefestigkeit  des Kupfers in Verbindung mit einem fein- oder feinstdrähtigen Leiteraufbau garantie- ren langzeitige Einsatzbereitschaft. Sehr  große  Anwendungsgebiete  für  Kupfer  und  Kupferlegierungen  sind  auch  die Nachrichtentechnik und Elektronik. Nachrichtenkabel dienen der leitungsgebunde- nen Übertragung von Informationen in Gebäuden sowie im Orts- und Fernverkehr. Im Fern- und teilweise auch im Ortsverkehr ist das elektrische Nachrichtenkabel mit Kupferleiter  allerdings  von  den  optischen  Nachrichtenkabeln  ersetzt  worden,  in denen  der  Lichtwellenleiter  durch  seine  Breitbandigkeit  eine  sehr  hohe  Übertra- gungskapazität  bietet.  Große  Fortschritte  hat  es  aber  auch  bei  den  elektrischen Nachrichtenkabeln mit Kupferleiter für den ständig wachsenden Markt im Bereich lokaler  Kommunikationsinfrastrukturen  (Local  Area  Networks  –  LAN)  gegeben. Nachrichtenleitungen stellen die Verbindung zu bzw. zwischen Informationsanlagen her oder werden für Regelungs- und Messzwecke eingesetzt. Hier, wo in der Regel viele  Schnittstellen  vorhanden  sind,  dominiert  wegen  der  einfacheren  Anschluss- technik  und  der  noch  geringeren  Kosten  für  die  aktiven  Schnittstellen  noch  der Kupferleiter.  Lichtwellenleiter  kommen  bevorzugt  bei  besonderen  Anwendungen zum Einsatz, z. B. wenn neben der Breitbandigkeit seine Unempfindlichkeit gegen- über  elektromagnetischer  Beeinflussung  oder  Potenzialfreiheit  ausgenutzt  werden soll. Wegen der Unsicherheiten bei der Kontaktierung werden Aluminiumleiter auch bei Nachrichtenkabeln und -leitungen nicht eingesetzt. Im  Elektromaschinenbau  ist  Kupfer  das  Leitermaterial,  das  allen  Anforderungen  gerecht  werden  kann.  Die  Haupteinsatzform  bilden  Wickeldrähte  für  Spulen  und Wicklungen  vorwiegend  im  Einsatz  in  elektrischen  Maschinen  (Transformator, Motor, Generator) sowie in Relais und in mess- und nachrichtentechnischen Gerä- ten. Die hohe elektrische Leitfähigkeit (geringe Stromwärmeverluste) bei gleichzei- tig guter thermischer Leitfähigkeit (gute Wärmeableitung bei Stromstößen) ermög- licht  eine  hohe  Strombelastbarkeit  bei  relativ  geringem  Leiterquerschnitt  (kleine 17

Bauausführung  des  Motors,  Generators  oder  Transformators).  Die gute  mechanische  Festigkeit  spricht  für  den  Einsatz  auch  bei  rotie- renden  Maschinen  (hohe  Zentrifugalkräfte).  Hinzu  kommt  die  gute Verarbeitbarkeit  hinsichtlich  der  Formgebung  und  der  Verbindungs- technik (gute Löt- und Schweissbarkeit). Elektrische Leiter sind Werkstoffe, die den elektrischen Strom gut lei- ten.  Damit  die  Übertragung  der  elektrischen  Energie  leitungsgebun- den  erfolgt,  muss  das  leitende  Material  (der  Leiter)  von  nichtleiten- dem Material (der Isolierung), umgeben sein. Bei Freileitungen ist die Isolierung die Luft. Ein Maß dafür, wie gut ein Werkstoff den elektri- schen  Strom  leitet,  ist  die  elektrische  Leitfähigkeit;  sie  beträgt  für einen sehr guten Leiter   58 m/ Ω mm 2 . Für einen Isolator ist die Leit- fähigkeit     10 -10 m/ Ω mm 2 ;  für  die  häufig  verwendeten  Isolierstoffe  10 -16 m/ Ω mm 2 . Leiter und Isolierhülle bilden die Ader und sind das Grundelement  für  elektrische  Kabel  und  Leitungen.  Mehrere  Adern werden  außer  bei  Flachleitungen  verseilt,  um  einen  runden,  Platz sparenden und allseitig biegbaren Aufbau zu erhalten. Allgemein  versteht  man  unter  Kabel  isolierte  elektrische  Leiter  mit zusätzlich schützenden Hüllen, welche fest verlegt sind und auch in Erde und Wasser verlegt sein können. Leitungen sind für feste oder lose  Verlegung  bestimmte  isolierte  Leiter  mit  oder  ohne  zusätzliche schützende Hüllen, die bevorzugt in Innenräumen eingesetzt werden. Sie dürfen in der Regel nicht in Erde oder Wasser verlegt werden. Die  Grenze  zwischen  Kabeln  und  Leitungen  ist  nicht  eindeutig  und wird vom jeweiligen Anwendungsfall bestimmt. Eindeutige Merkma- le sind: • Kabel sind nur für feste Verlegung geeignet und haben immer  einen Mantel. • Immer als Leitungen anzusprechen sind flexible Bauarten und  solche ohne Mantel. Wickeldrähte dienen zur Herstellung von Spulen und Wicklungen für elektrische  Maschinen  und  Geräte  und  sind  nur  aus  Leiter  und  Iso- lierhülle zusammengesetzt. Die  wichtigsten  Aufbauelemente  für  Kabel,  Leitungen  und  Wickel- drähte sind: • Leiter • Isolierhülle • Leitschichten (bei Kabeln und Leitungen ab 6 kV) • Schirm oder konzentrischer Leiter • Mantel • Schutzhüllen und Bewehrungen die  entsprechend  ihrem  jeweiligen  Anwendungsfall  sowohl  in  ihrer Anordnung als auch in der Wahl des Materials in unterschiedlichster Form  bei  der  Fertigung  der  Endprodukte  zusammengestellt  werden können (Bild 14).  3.2 Elektrische Leiter Elektrische  Leiter  für  Kabel,  Leitungen  und  Wickeldrähte  sind  Dräh- te, aus Drähten hergestellte Seile oder Profilleiter aus einem gut elek- 18 Bild 14: Aufbauelemente Wickeldraht und einadrige Leitungen 1 3 1 3 5 9 Mehradriges Kabel oder mehradrige Leitung 1/2 3/4 5 6 7 8 9 Mehradriges Kabel oder mehradrige Leitung 1/2 3 4 6 7 8 9 Einadriges Mittel- oder Hochspannungskabel 1 Leiter 2 innere Leitschicht (Leiterglättung) 3 Isolierhülle 4 äußere Leitschicht (Aderschirm) 5 gemeinsame Aderumhüllung oder Innenmantel 6 metallischer Schirm oder konzentrischer Leiteroder Metallmantel 7 innere Schutzhülle 8 Bewehrung 9 äußere Schutzhülle bzw. Außenmantel

trisch leitfähigen Metall. In der Kabeltechnik sind dies Kupfer und Aluminium. Auf Grund der Summe der hervorragenden Eigenschaften ist das Kupfer bis auf wenige beschriebene Ausnahmen dabei der dominierende Werkstoff. Zur  technischen  und  kommerziellen  Verständigung  zwischen  den  Herstellern  und Anwendern von Kabeln, Leitungen und Drähten werden bestimmte Angaben über die  Leiterabmessungen  verwendet,  die  in  genormten  Größen  festgelegt  sind.  Bei Starkstromkabeln und -leitungen sowie bei feindrähtigen Leitern von Nachrichten- leitungen  wird  der  Nennquerschnitt  angegeben.  Bei  Nachrichtenkabeln  und  ein- drähtigen Nachrichtenleitungen sowie für Wickeldrähte erfolgt die Angabe des Lei- terdurchmessers. Die Angabe des Nennquerschnitts erfolgt in mm 2 , er ist jedoch nicht als geometri- scher, sondern bestimmungsgemäß als elektrisch wirksamer Querschnitt des Leiters durch einen Widerstandswert bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C definiert. Er dient zur Bestimmung der maximalen Strombelastbarkeit und damit der Erwär- mung der Kabel und Leitungen. Diese in der internationalen Norm IEC 60228 fest- gelegten  Nennquerschnitte  und  zugeordneten  Widerstandswerte  werden  weltweit angewendet. Eine Ausnahme bildet Nordamerika (USA und Kanada). Hier wurden Normquerschnitte  definiert.  Kleine  Abmessungen  werden  mit  einer  AWG-Num- mer  (American  Wire  Gauge)  bezeichnet,  die  im  Starkstrombereich  mit  19  AWG (0,653  mm 2 )  beginnend  mit  größer  werdendem  Querschnitt  kleiner  wird  und  ab 126,64  mm 2 mit  250  MCM  (milli  cicular  mill)  aufsteigend  die  Querschnittsfläche beschreibt. Eine praktisch anwendbare Zuordnung von Produkten zwischen beiden Systemen ist nicht möglich. Der  geometrische  Leiterquerschnitt  wird  aus  den  Leiterabmessungen  oder  bei mehrdrähtigen  Leitern  aus  der  Masse  eines  Probestückes  und  der  Dichte  des  Materials  errechnet.  Der  elektrisch  wirksame  Querschnitt  wird  durch  Messung  des  elektrischen  Widerstandes  ermittelt.  Für  die  Umrechnung  eines  gemessenen Leiterwiderstandes  auf  die  Bezugstemperatur  von  20°C  und  1000  m  Länge  gilt  bei Kupfer: R 20 = R ϑ ·    254,5 ·  1000 ( Ω/m) 234,5 ·  ϑ l R 20 Widerstand bei 20°C R ϑ Widerstand bei Messtemperatur ( Ω) ϑ Messtemperatur  (°C) l Länge des Kabels oder der Leitung (m) Die Einhaltung des dem Nennquerschnitt zugeordneten Widerstandes wird bei der Endprüfung  der  Produkte  nachgewiesen  und  ist  auch  einer  der  Schwerpunkte  der laufenden Fertigungsüberwachung. Die  Auswahl  des  anzuwendenden  Nennquerschnitts  erfolgt  im  konkreten  Anwen- dungsfall  nach  entsprechenden  Belastungstabellen.  Zur  verlustarmen  Energieüber- tragung wählt man den wirtschaftlichen Querschnitt. Er ist größer, als der durch die Strombelastung  erforderliche  Nennquerschnitt  und  bildet  ein  Optimum  zwischen Anschaffungs-  und  Kapitalkosten  für  die  Kabelanlage  und  der  jährlichen  Verlust- leistung.  Dies  ist  bei  einer  Lebensdauer  der  modernen  Starkstromkabel  von  etwa  50 Jahren von größter wirtschaftlicher Bedeutung. Gleichfalls ist das Vorhandensein einer Leistungsreserve bei fest verlegten Kabeln und Leitungen sinnvoll. Neben  dem  Querschnitt/Widerstand  sind  auch  die  Leiteraufbauten  normiert.  In Deutschland sind diese Festlegungen in DIN VDE 0295 (basiert auf IEC 60228) ent- halten. 19

Eindrähtige runde Leiter (RE) sind bei fester Verlegung und als kleinere Abmessun- gen im Einsatz. Bei größeren Abmessungen nehmen die erforderlichen Biegekräfte zu, was der Anwendung eindrähtiger Leiter Grenzen setzt. Mehrdrähtige  runde  Leiter  (RM)  sind  aus  Einzeldrähten  zusammengesetzt.  Dazu werden mehrere Drähte um einen Kern lagenweise verseilt. Geschlossene Lagen er- hält man, wenn die Drahtzahl je Lage um 6 zunimmt. Die Leiterfläche ist nun nicht mehr massiv und der Leiterdurchmesser nimmt zu. Dies hat negative Auswirkungen auf  den  Kabeldurchmesser  und  führt  zu  erhöhtem  Materialverbrauch  für  die  den Leiter umhüllenden Aufbauelemente. Dem kann durch Verdichten des Leiters ent- gegengewirkt werden. Behält der Leiter seine runde Form, spricht man von mehr- drähtigen runden verdichteten Leitern (RM/V ) ( - /v  Zusatz nicht normiert).  Für  einadrige  Ölkabel  werden  runde  Hohlleiter  (RM/H)  aus  Profildrähten  herge- stellt. Bei mehrdrähtigen Sektorleitern (SM) wird der Leiter im Kabel z. B. durch Walzen sektorförmig  entsprechend  der  vorgesehenen  Aderzahl  geformt  und  verdichtet,  wodurch eine weitere Reduzierung des Kabelaußendurchmessers erreicht wird. Ein- drähtige Sektorleiter (SE) sind nur bei Aluminium zugelassen und in Energievertei- lungsnetzen üblich. Neben dem geringen Kabeldurchmesser wird durch den massi- ven  Aufbau  und  damit  geringerer  Metalloberfläche  der  Korrosionsanfälligkeit  des Aluminiums  begegnet.  Eine  Sonderform  der  Anwendung  von  Sektorleitern  stellen die  segmentierten  Leiter  (Miliken-Leiter)  dar.  Drei  oder  mehr  mehrdrähtige  Sekto- ren werden elektrisch von einander isoliert zu einem runden Leiter verseilt, um bei sehr  großen  Querschnitten  (   1000  mm 2 )  den  Wechselstromwiderstand  durch  Reduzierung  der  Auswirkungen  des  Skineffektes  zu  senken.  Der  Skineffekt  be- schreibt  die  Stromverdrängung  innerhalb  eines  Leiters  an  die  Leiteroberfläche  bei Wechselstrom insbesondere bei hoher Frequenz. Bei Hochfrequenzkabel spielt die- ser Effekt somit schon bei kleinen Leiterabmessungen eine große Rolle. In einigen Fällen  ist  daher  die  Beschränkung  des hochwertigen  Kupfers  auf  die  leitende Außenschicht  durch  Anwendung  von kupferümhüllten  Aluminiumdrähten sinnvoll. Werden Leitungen häufig gebogen, sind nur  Kupferleiter  mit  höheren  Drahtan- zahlen geeignet. Nur Kupfer hat die er- forderliche Biegefestigkeit für die Belas- tungen bei Herstellung und Anwendung und lässt sich wirtschaftlich zu den not- wendig  kleinen  Durchmessern  ziehen. Selbst  an  den  vom  Grundsatz  her  her- vorragend  für  diese  Einsatzfälle  geeig- neten  Werkstoff  Kupfer  werden  für  die heute  im  Einsatz  befindlichen  moder- nen  Mehrdrahtziehanlagen  erhöhte  Anforderungen an die Feinziehfähigkeit gestellt.  In  solchen  Anlagen  werden  z.  B.  gleichzeitig  28  Drähte  auf  einen Durchmesser  von  0,10  oder  0,16  mm gezogen.  Die  Maximalgeschwindigkeit solcher  Anlagen  liegt  zwischen  30  und  40 m/s. (Bild 15) 20 Bild 15: Mehrdrahtziehanlage

Bei den für flexible Leitungen eingesetzten vieldrähtigen Leitern (Litzenleiter) ist der jeweils  maximal  zulässige  Einsatzdrahtdurchmesser  festgelegt.  So  sind  z.  B.  für  die Abmessung 1,5 mm 2 bei feindrähtigen Leitern (F) 0,21 mm und bei feinstdrähtigen Leitern (H) 0,16 mm maximal zulässig. Kleine Drahtabmessungen führen zu hohen Drahtzahlen, welche für einfachste Anwendungen als parallel liegendes Drahtbün- del (Strähne), allgemein jedoch wendelförmig zusammengelegt (Litze) sind.  Beim  einfachen  aber  hocheffektiven  Verseilen  auf  Würgelitzmaschinen  zu  Würge- litzen ist eine geordnete Lage der vielen kleinen Drähte nicht sicher gewährleistet. Unregelmäßigkeiten  in  der  Litze  können  zu  Störstellen  in  der  Isolierung  führen. Daher  werden  für  anspruchsvolle  Aufgaben  bei  Anwendung  kleiner  Wanddicken wie  z.  B.  Kraftfahrzeugleitungen  regelmäßig  aufgebaute  Leiter  hergestellt,  die  ent- sprechend der 6er Regel aus 7, 19, oder 37 Drähten bestehen. Bei größeren Quer- schnitten  und  damit  sehr  hohen  Drahtzahlen  (z.  B.     100)  ist  die  Herstellung  in  2  Verseilarbeitsgängen  (Vorlitze  würgen  und  zu  Rundseilen  weiter  verseilen)  not- wendig.  Besonders hohe Flexibilität haben Lahnlitzenleiter (Y), welche aus Bündeln von mit feinen Kupferbändern (0,3 x 0,02 mm) wendelförmig umwickelten tragen- den Kunststofffasern bestehen. Konzentrische  Leiter  und  metallene  elektrische  Schirme  in  Kabeln  und  Leitungen dienen dem Schutz gegen gefährliche Berührungsspannungen, dem Führen der Ab- leit-, Lade- und Fehlerströme und der Reduzierung des elektromagnetischen Feldes in  seiner  Wirkung  auf  die  Umgebung  oder  des  umgebenden  elektromagnetischen Feldes auf das Produkt. Bevorzugtes Leitermaterial ist auch hier wieder Kupfer. Die genannten  Aufgaben  können  funktionell  auch  von  Metallmänteln  oder  metalli- schen Bewehrungen übernommen werden. Der  konzentrische  Leiter,  der  in  Niederspannungskabeln  generell  als  Schutzleiter einzusetzen ist, besteht aus einer Lage Kupferdrähten mit Kupfergegenwendel, wel- che über der die verseilten Adern umgebenden gemeinsamen Aderumhüllung kon- zentrisch  aufgeseilt  (Ausführung  C)  oder  wellenförmig  (Ausführung  CW)  aufge- bracht sind. Kupferschirme von Mittelspannungskabeln sind üblicherweise im Auf- bau identisch mit konzentrischen Leitern, können aber auch aus geschlossenen Be- wicklungen  aus  Kupferband  bestehen.  Schirme  aus  Kupferdrahtgeflecht  bestehen aus sich kreuzend aufgelegten Bündeln feiner Kupferdrähte. Die Herstellung ist sehr aufwändig.  Sie  sind  mechanischen  Belastungen  jedoch  besonders  gut  gewachsen und  werden  z.  B.  bei  Schiffskabeln,  flexiblen  Steuerleitungen  und  hochwertigen Nachrichtenleitungen eingesetzt. In Nachrichtenkabeln und -leitungen weit verbrei- tet  sind  auch  Schirme  aus  kunststoffkaschierten  Metallfolien  oder  -bändern  (stati- scher Schirm). In  besonderen  Fällen  werden  für  elektrische  Leiter  und  Schirme  verzinnte  Kupfer- drähte verarbeitet. Neben einer verbesserten Lötbarkeit war überwiegend die Ver- hinderung  von  Wechselwirkungen  zwischen  Kupfer  und  bestimmten  Kunststoffen (insbesondere schwefelvernetzter Gummi) der Anlass. Für  Hochleistungskabel  zur  Energieübertragung  gibt  es  Bemühungen,  Supraleiter einzusetzen. Diese Leiter bestehen aus Metallverbindungen, deren Widerstand bei tiefen Temperaturen praktisch Null ist, z. B. bei Niob unter 9,5 K. Durch die 1986 entdeckten  Hochtemperatur-Supraleiter  (HTSL),  wie  Verbindungen  aus  Wismut- Strontium-Kalzium-Kupfer-Oxid und Ytrium-Barium-Kupfer-Oxid mit einer Sprung- temperatur  unter  110  K  hat  diese  Entwicklung  neue  Impulse  bekommen,  da  eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff (77 K) möglich wird [22]. Mit einer praktischen An- wendung ist in naher Zukunft jedoch nicht zu rechnen. 21

3.3 Isolier- und Mantelwerkstoffe für Kabel und  Leitungen Die geforderten Gebrauchseigenschaften von Kabeln und Leitungen sind entschei- dend für die Auswahl der Werkstoffe für Isolierungen und weitere schützende Hül- len wie z. B. Mäntel. Insbesondere sind dies solche Kriterien wie ausreichende Be- triebssicherheit und Betriebslebensdauer, sowie Umweltverträglichkeit und Kosten. Auf die Betriebssicherheit haben neben der richtigen Auswahl des Leiters vor allem die elektrischen Eigenschaften der Isolierhülle sowie Dimensionierung der Aufbaue- lemente den entscheidenden Einfluss. Die Wanddicken der Isolierhüllen bei Stark- stromkabeln  und  -leitungen  richten  sich  nach  der  Nennspannung,  bis  1  kV  auch nach dem Leiterquerschnitt, und bei Nachrichtenkabeln und -leitungen vorwiegend nach  den  geforderten  Übertragungseigenschaften.  Die  Wanddicke  von  Schutzhül- len  ist  in  der  Regel  unter  dem  Gesichtspunkt  der  mechanischen  Belastung  durch- messerabhängig festgelegt. Unter  dem  Gesichtspunkt  der  Betriebslebensdauer  (Lebensdauer  im  Gebrauch) spielen  bei  der  Materialauswahl  vor  allem  die  Berücksichtigung  der  Einsatztempe- raturen  und  weiterer  Einsatzbedingungen  (z.  B.  mechanische  Belastung  durch  lau- fende Biegung; chemische Einflüsse durch Öle und Fette; UV-Strahlung u. a.), aber auch die gegenseitige Beeinflussung der Materialien untereinander eine große Rolle. In den Kunststoffen finden stets Alterungsprozesse statt, die durch Wirkung der ge- nannten Einflüsse beschleunigt werden, was ohne wirksame Stabilisierung zum vor- zeitigen Ausfall der Produkte führen könnte. Aus  der  Sicht  der  Umweltverträglichkeit  werden  vor  allem  Forderungen  zur  Re- zyklierbarkeit,  zur  Halogenfreiheit  und  zum  Verhalten  im  Brandfall  gestellt.  Forde- rungen  zum  Brandverhalten  beziehen  sich  z.  B.  auf  Funktionserhalt  über  30  oder  90  min,  auf  Vermeidung  der  Brandfortleitung  sowie  geringe  Toxizität  und  Dichte der Rauchgase. Für  die  kostenorientierte  Auswahl  der  Werkstoffe  sind  neben  den  Beschaffungs- kosten  und  dem  spezifischen  Materialverbrauch  die  Verarbeitungskosten  zu  be- rücksichtigen. So kann bei einigen Kunststoffen durch Vernetzung ihr Eigenschafts- bild wesentlich verbessert werden, die Verarbeitungskosten steigen aber erheblich und die Rezyklierbarkeit ist stark eingeschränkt. Das Eigenschaftsbild der Werkstoffe kann weiterhin durch Kombination der Kunst- stoffe, aber auch durch Zuschlagsstoffe modifiziert werden. Z. B. ist Kreide ein be- liebter Füllstoff zur Kostensenkung, aber auch zur Verbesserung der mechanischen Kennwerte.  Ruß  wird  nicht  nur  als  preiswerter  Farbstoff,  sondern  auch  als  wirksa- mer UV-Schutz für Kunststoffmäntel eingesetzt. Als klassischer in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts dominierender Isolierstoff für  Starkstromkabel  ist  das  geschichtete  Dielektrikum  aus  lagenweise  gewickeltem getränktem Papier anzusehen. Wegen der guten dielektrischen Eigenschaften ist die Papierisolierung  auch  noch  heute  bei  Hochspannungskabeln  in  geringem  Umfang im  Einsatz.  Als  moderne  Isolierstoffe  sind  die  in  einer  Schicht  extrudierten  Kunst- stoffe zu nennen, welche die Papierisolierung in den letzten Jahrzehnten im Bereich der  Nieder-  und  Mittelspannung  bis  30  kV  abgelöst  haben.  Dieser  Trend  hat  sich auch im Hochspannungsbereich bis 400 kV fortgesetzt. Als Kunststoffe für Isolier- hülle und Mantel sind Thermoplaste und Elastomere im Einsatz. Bedeutung haben aber auch Werkstoffe, die nicht eindeutig diesen beiden Gruppen zugeordnet wer- den können, wie vernetzte Thermoplaste als auch thermoplastische Elastomere. 22

Die größte Bedeutung als Thermoplast hat immer noch der Massenkunststoff Poly- vinylchlorid (PVC). PVC ist sowohl als Isolier- als auch als Mantelwerkstoff im Ein- satz. Für die Kabelindustrie wird das Hart-PVC durch Weichmacher, Stabilisatoren, Füllstoffe  und  Gleitmittel  für  ein  breites  Anwendungsspektrum  modifiziert.  Allge- mein ist PVC für Betriebstemperaturen bis 70°C zugelassen, ist aber auch bei Lei- tungen  bei  entsprechender  Stabilisierung  bis  90°C  und  höher  in  Anwendung.  Nachteilig sind u. a. der hohe dielektrische Verlustfaktor, welcher gegen einen Ein- satz bei Spannungen größer 6 kV spricht, sowie das Verhalten im Brandfall. PVC gilt zwar als schwer entflammbar, im Brandfall sind jedoch die starke Rauchentwicklung sowie die durch die Abspaltung von Chlor entstehenden korrosiven Gase (Salzsäu- re) problematisch. Das thermoplastische Polyethylen (PE) ist wegen seiner guten dielektrischen Eigen- schaften  in  Nachrichtenkabeln  als  Isolierung  dominierend.  Bei  Starkstromkabeln  höherer  Spannungsebenen  war  in  Deutschland  bis  Anfang  der  80er  Jahre  wegen der  niedrigen  dielektrischen  Verluste  PE  als  Isolierwerkstoff  im  Einsatz  und  wurde durch  das  vernetzte  PE  abgelöst.  PE  ist  halogenfrei,  aber  leicht  brennbar.  Wegen  seiner  guten  mechanischen  Eigenschaften  hat  es  sich  jedoch  als  Mantelwerkstoff insbesondere  bei  VPE-isolierten  Mittel-  und  Hochspannungskabeln  und  teilweise bei Nachrichtenkabeln durchgesetzt. Aktuell gewinnt das dem PE verwandte Poly- propylen (PP) als halogenfreier Werkstoff für den Einsatz bei Kabeln und Leitungen mit verbessertem Verhalten im Brandfall an Bedeutung. Wegen  seiner  guten  Füllstoffverträglichkeit  wird  für  Kabel  und  Leitungen  mit  ver- bessertem  Verhalten  im  Brandfall  auch  themoplastisches  EVA  eingesetzt.  Für  be- sonders  hohe  Umgebungstemperaturen  kommen  Fluorkunststoffe  (z.  B.  ETFE  und FEP) zum Einsatz, welche auch eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit haben. Als  vernetzte  Thermoplaste  haben  vor  allem  Polyethylen  (VPE)  und  Ethylen-Co- polymere (EVA, EBA oder EEA) eine große Bedeutung. Durch die Vernetzung wer- den  die  thermoplastischen  Kettenmoleküle  dreidimensional  verknüpft,  wodurch eine höhere Wärmeformbeständigkeit erreicht wird. Die zulässige Leitertemperatur für  ungestörten  Betrieb  steigt  demzufolge  bei  VPE  Isolierungen  auf  90°C.  Leit- schichten von Mittel- und Hochspannungskabeln bestehen im Fall der VPE-Isolie- rung in der Regel aus Ethylen-Copolymeren mit homogen verteilter Leitrußfüllung. Die  chemische  Vernetzung  durch  Peroxide  mittels  kontinuierlicher  Vernetzung  im Druckrohr (CV-Verfahren) wird vor allem für Mittel- und Hochspannungskabel ein- gesetzt.  Für  Kabel  und  Leitungen  im  1  kV-Bereich  werden  die  Vernetzung  durch Elektronenstrahlen und in den letzten Jahren bevorzugt die Silanvernetzung ange- wandt. Die Silanvernetzung erfordert einen wesentlich geringeren technischen Auf- wand,  da  durch  Einsatz  modifizierter  Materialien  normale  Anlagentechnik  für  die Aderherstellung  nutzbar  wird.  Die  Vernetzung  erfolgt  nach  der  Aderherstellung durch Einfluss von Wärme und Feuchtigkeit. Der historisch bekannteste Vertreter der Elastomere, welche generell vernetzt sind (bei  Gummi  spricht  man  auch  von  Vulkanisation),  ist  Naturkautschuk,  der  in  der  Kabelindustrie  jedoch  nur  noch  eine  geringe  Rolle  spielt.  Er  ist  abgelöst  durch  synthetische  Kautschuke  z.  B.  auf  der  Basis  von  Ethylen  und  Propylen  (EPR)  als  Ethylen-Propylen-Kautschuk  (EPM)  bzw.  Ethylen-Propylen-Terpolymer-Kautschuk (EPDM). Die Summe hervorragender Eigenschaften sichern eine breite Anwendung insbesondere  bei  flexiblen  Leitungen  (gute  Flexibilität  bei  Kälte  und  zulässige  Betriebstemperatur  bis  90°C)  bis  in  den  Mittelspannungsbereich.  Als  Mantelwerk- stoffe  mit  besonderen  Eigenschaften  galt  auch  Nitril-Butadien-Kautschuk  (NBR) wegen seiner sehr guten Ölbeständigkeit. 23

Heute  dominieren  statt  dessen  vor  allem  Polychloropren  (CR)  z.  B.  im  Einsatz  bei Leitungen im Bergbau und für Schiffskabel und Chloriertes Polyethylen (CM) oder Chlorsulfoniertes  Polyethylen  (CSM).  Diese  Elastomere  zeichnen  sich  durch  gute Witterungs-  und  Chemikalienbeständigkeit,  Widerstandsfähigkeit  gegen  Kälte, Wärme  und  Einwirkung  von  Flammen  sowie  Abrieb  und  Reißfestigkeit  aus.  Ver- netztes  Ethylen-Vinylacetat  (EVA)  wird  im  Niederspannungsbereich  eingesetzt  und lässt Leitertemperaturen bis 110°C zu. Ein noch breiteres Temperaturspektrum wird mit Silikonkautschuk (-60°C bis +180°C) erreicht. Bei  den  Thermoplastischen  Elastomeren  (TPE)  wird  angestrebt,  die  Gebrauchs- eigenschaften  der  Elastomere  mit  den  günstigen  Verarbeitungseigenschaften  der Thermoplaste zu kombinieren. Einer der bedeutendsten Vertreter dieser Gruppe ist schon  seit  vielen  Jahren  das  thermoplastische  Polyurethan  (TPU).  Wegen  seiner leichteren Verarbeitbarkeit gegenüber Elastomeren (keine Vernetzung erforderlich) in  Verbindung  mit  hervorragenden  mechanischen  und  chemischen  Eigenschaften wird weiches TPU bevorzugt für hochflexible Leitungen eingesetzt. 3.4 Produktgruppen 3.4.1 Starkstromkabel Die ersten Starkstromkabel wurden 1880 in Berlin für die Straßenbeleuchtung ein- gesetzt. Sie hatten Kupferleiter und die von den Nachrichtenkabeln bekannte Gut- tapercha-Isolierung. Wesentliche weitere Meilensteine waren die Einführung der mit Mineralöl getränkten geschichteten Papierisolierung. Als Kabelisolieröle wurden so- wohl  dünnflüssige  Spezialisolieröle  für  Hochspannungskabel  als  auch  hochviskose Kabelimprägniermassen  und  besonders  zähe  nicht  abfließende  Haftmassen  (non- draining-Masse) eingesetzt. Ab etwa 1940 wurde begonnen, Kunststoffe, insbeson- dere PVC, für Isolierung und Mantel einzusetzen. Starkstromkabel  sind,  je  nach  ihrem  Aufbau,  geeignet  für  die  Verlegung  in  Erde, Luft,  Flüssen,  Seen,  im  Bergbau,  auf  Schiffen,  auf  fördertechnischen  Anlagen,  auf Schienenfahrzeugen  und  in  den  verschiedensten  Industrieeinrichtungen.  Der  Auf- bau eines Kabels (Leiter; Isolierhülle, Mantel und gegebenenfalls weitere schützen- de Aufbauelemente) hängt jeweils von den geforderten elektrischen, thermischen, mechanischen  und  chemischen  Beanspruchungen  ab  und  führt  zu  einer  Vielzahl von  verschiedenen  Ausführungsformen.  Die  Standardbauarten  sind  für  normale Verlege-  und  Betriebsbedingungen  geeignet.  Ihr  Aufbau  unterscheidet  sich  daher vorrangig nach der Spannungsebene. Moderne Niederspannungskabel haben eine Isolierung aus PVC oder VPE und be- stehen in der Regel aus mehreren Adern, über welchen eine gemeinsame Aderum- hüllung und ein Mantel auf der Basis von PVC oder HDPE aufgebracht sind (Bild 16). Die Aderzahl ist vom Einsatzzweck und den Netzbedingungen abhängig. Die Leiter werden als Phasenleiter (R, S, T, bzw. L1, L2, L3), als Neutralleiter (N), als Schutzlei- ter (PE) oder als kombinierter Neutral- und Schutzleiter (PEN) eingesetzt, wobei die- ser in besonderen Fällen auch einen gegenüber dem Phasenleiter reduzierten Quer- schnitt  haben  kann  (3-1/2-Leiter-Kabel).  Zu  beachten  ist  jedoch,  dass  eine  gleich- mäßige Lastverteilung nur im Idealfall vorhanden ist und durch Oberschwingungen überproportional  große  Ströme  im  Neutralleiter  fließen  können  [23].  Der  Einsatz von  3-1/2-Leiterkabeln  ist  daher  nicht  mehr  zeitgemäß.  Empfehlenswert  sind  5-Leiterkabel bzw. für Abmessungen ab 35 mm 2 4-adrige Kabel mit konzentrischem 24 mehrdrähtiger Kupferleiter PVC-Mantel PVC-Isolierung extrudierte Aderumhüllung Bild 16: 1 kV-Starkstromkabel

Leiter.  Ein  konzentrischer  Leiter,  der  generell  als  Schutzleiter  einzu- setzen  ist,  besteht  aus  mehreren  Cu-Drähten,  welche  über  der  ge- meinsamen  Aderumhüllung  aufgeseilt  (Ausführung  C)  bzw.  wendel- förmig (Ausführungsform CW) aufgebracht sind (Bild 17). Bei Mittelspannungskabeln hat sich ebenfalls die Kunststoffisolierung durchgesetzt. In Deutschland ist vor allem VPE im Einsatz, wodurch die Papiermassekabel fast vollständig verdrängt wurden. Typisch für Adern von Mittelspannungskabeln ist der 3-schichtige Aufbau. Durch leitfähige  Schichten  über  dem  Leiter  (Leiterglättung)  und  über  der Isolierung (Aderschirm) wird ein radialer Verlauf der Feldlinien in der Isolierung  (gleichmäßige  Belastung)  erzwungen.  Neben  der  Reinheit und  Hohlraumfreiheit  der  Isolierung  spielt  die  gute  homogene  Bin- dung zwischen diesen Schichten eine entscheidende Rolle für die Le- bensdauer solcher Kabel. Bei VPE-Kabeln ist daher die gemeinsame Extrusion  dieser  drei  Schichten  üblich.  Die  Entwicklung  der  VPE- Mittelspannungskabel hatte anfänglich mit Rückschlägen durch Aus- fälle  von  Kabeln  nach  einigen  Betriebsjahren  durch  so  genannte Water  Trees  (Wasserbäumchen)  zu  kämpfen.  Diese  Störstellen  ent- standen  durch  Anwesenheit  von  Feuchtigkeit  in  der  Kabelisolierung im  Zusammenwirken  mit  Unreinheiten  und  Inhomogenitäten.  Die kontinuierliche  Vernetzung  der  extrudierten  Adern  erfolgt  daher schon seit vielen Jahren nicht mehr in einer Dampf-, sondern in einer Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff. Der extrudierte Aderschirm wird ergänzt  durch  einen  metallischen  Schirm  aus  Cu-Runddrähten  oder Cu-Band. In vielen Fällen werden zusätzliche Maßnahmen gegen ein- dringende Feuchtigkeit im Kabel unternommen (Bild 18). Hoch-  und  Höchstspannungskabel  unterscheiden  sich  von  Mittel- spannungskabeln  vor  allem  durch  die  höhere  elektrische  Beanspru- chung. Auf diesem Gebiet wächst der Anteil der Kunststoffisolierun- gen. Bis 123 kV kommen seit einigen Jahren überwiegend VPE-Kabel zum Einsatz und in Berlin wurden Ende der 90er Jahre erste 400 kV- VPE-Kabel verlegt [24]. Im  Einsatz  befinden  sich  aber  noch  überwiegend  papierisolierte Kabel. Ölkabel (Bild 19) haben eine mit dünnflüssigem Spezialöl ge- tränkte Isolierhülle aus Papier. Das Öl steht im Kabel unter Druck, der durch  die  in  der  Anlage  eingebauten  Ölausgleichsgefäße  bei  allen Betriebszuständen relativ konstant gehalten wird. Ökologisch günsti- ger  als  Ölkabel  werden  Gasdruckkabel  eingeschätzt,  bei  denen  die Papierisolierung  mit  einer  zähflüssigen  Masse  getränkt  ist.  Sie  sind aber  nur  bis  ca.  200  kV  einsetzbar.  Papierisolierte  Kabel  haben immer  einen  Metallmantel  oder  werden  wie  z.  B.  Gasdruckkabel  in Stahlrohren verlegt. Wegen der mittlerweile international guten Erfahrungen mit VPE-Ka- beln bis 400 kV ist auch unter ökologischen Gesichtspunkten davon auszugehen, dass  Neuinstallationen in diesem Bereich nur noch mit VPE-Kabeln  ausgeführt  werden.  Im  Sinne  hoher  Betriebssicherheit hat der Schutz der Kabelisolierung vor Feuchtigkeit große Bedeutung. Al/PE-Schichtenmäntel und über 150 kV Metallmäntel, insbesonde- re in Form des Aluminiumwellmantels, sind daher die Regel (Bild 20). Kabel mit verbessertem Verhalten im Brandfall spielen eine Rolle bei Verlegung  in  Räumen  mit  erhöhten  Sicherheitsanforderungen,  wie  25 mehrdrähtiger Sektorleiter aus Kupfer PVC-Isolierung PVC-Mantel extrudierte Aderumhüllung konzentrischer Leiter aus wellenförmig aufgebrachten Kupferdrähten und Kupferquerleitwendeln mehrdrähtiger Rundleiter aus Kupfer innere Leitschicht VPE-Isolierung äußere Leitschicht Polster aus schwach leitendem Quellvlies Kupferdrahtschirm mit Kupferquerleitwendeln extrudierte Umhüllung PE-Mantel Kupfer-Hohl-Leiter mit Ölkanal innere Leitschicht Papierisolierung äußere Leitschicht Polster Aluminium-Wellmantel Korrosionsschutz PE-Mantel Bild 17: 1 kV-Starkstromkabel mit konzentriertemLeiter Bild 18: 20 kV-VPE-Kabel längswasserdicht Bild 19: Niederdruck-Ölkabel-400kV

z. B. in Krankenhäusern. Diese Produkte sind auf jeden Fall halogen- frei und mit einem flammwidrigen Mantel ausgerüstet. Bei erhöhten Anforderungen, z. B. Funktionserhalt bis 90 min werden mit Flamm- schutzmitteln  gefüllte  vernetzte  Polymere  für  Isolierung  und  Mantel eingesetzt.  Bestimmte  Bauarten  sind  auch  bei  Belastung  durch  ioni- sierende Strahlung einsetzbar. Bei  Kabeln  für  besondere  Beanspruchungen  richtet  sich  der  Aufbau nach den entsprechenden speziellen Anforderungen. So sind bei der Auswahl  der  Isolier-  und  Mantelwerkstoffe  immer  die  Betriebstem- peraturen  zu  berücksichtigen  (Pkt.  3.2).  Treten  besondere  Zugkräfte während der Legung oder im Betrieb auf, werden Bewehrungen aus runden oder flachen Stahldrähten eingesetzt. Stahlbandbewehrungen sind  geeignet,  Kabel  vor  mechanischen  Einwirkungen  zu  schützen, aber auch vor Befall durch Insekten (vor allem Termiten) oder Nager. Harte PE-Mäntel haben sich ebenfalls als Termitenschutz bewährt. Einen wesentlichen Einfluss auf die Wahl des Mantelwerkstoffes hat die mögliche Beeinträchtigung durch Chemikalien. Sind die Anforde- rungen  auch  durch  Modifikation  der  Kunststoffe  nicht  zu  erfüllen, wird z. B. in der chemischen Industrie oft ein Bleimantel eingesetzt. Für die Verlegung in Wasser sind Kunststoffkabel zwar allgemein zu- gelassen.  Insbesondere  bei  VPE-isolierten  Mittelspannungskabeln werden in feuchter Umgebung längs- und querwasserdichte Ausfüh- rungen eingesetzt. Wegen der oft erhöhten mechanischen Belastung, z.  B.  bei  der  Energieversorgung  von  Inseln,  sind  verzinkte  Drahtbe- wehrungen üblich. (Bild 21). Kabel für verkehrstechnische Anlagen werden zur Energieversorgung im Nahverkehr (600-1500 V) bzw. im Fernverkehr der Bahn (15 kV) eingesetzt. Diese Kabel sind einadrig und in der Regel mit Cu-Rund- drähten geschirmt. In bestimmten Fällen, z. B. bei Verlegung in Tun- neln,  werden  auch  Kabel  mit  verbessertem  Verhalten  im  Brandfall eingesetzt. Besondere  Bedeutung  haben  auch  Kabel  für  Schiffe  und  Offshore- Anlagen. Wegen der schwierigen Verlegebedingungen und speziellen Belastungen  durch  Meerwasser  und  Schwingungen  werden  generell mehrdrähtige  Leiter  aus  Cu  eingesetzt.  Als  Isolierwerkstoffe  sind neben  VPE  auch  EPR  oder  HEPR  üblich.  Bei  Verlegung  über  Deck und  in  Räumen  mit  funktechnischen  Anlagen  erhalten  die  Kabel einen Schirm aus geflochtenen Cu-Drähten (Bild 22). Kabel  für  den  Bergbau  unter  Tage  unterliegen  naturgemäß  hohen mechanischen  und  sicherheitstechnischen  Anforderungen.  Daher werden  üblicherweise  Kabel  mit  kunststoffisoliertem  Cu-Leiter  und Armierung  aus  verzinkten  Stahldrähten  eingesetzt.  Diese  Bauarten haben auch bei Spannungen   0,6/1 kV stets einen konzentrischen Leiter. Damit ist bei mechanischer Beschädigung eine schnelle Unter- brechung des Stromflusses gewährleistet. Zwischen den Kabeln und Freileitungen stehen die isolierten Freilei- tungen.  Sie  bieten  statt  Freileitungen  bei  schwierigen  Trassenbedin- gungen  Vorteile.  Als  Leitermaterial  wird  eine  zugfeste  Aluminiumle- gierung eingesetzt, die Isolierung besteht aus vernetztem VPE. 26 Bild 20: 400 kV-VPE-Kabel Bild 21: 20 kV-VPE-Seekabel Bild 22: 1 kV-Schiffskabel mehrdrähtiger Rundleiter aus Kupfer VPE-Isolierung extrudierte Umhüllung Kupferdrahtschirmgeflecht PVC-Mantel mehrdrähtiger Rundleiter aus Kupfer VPE-Isolierung mit innerer und  äußerer Leitschicht Kupferdrahtschirm mit  Kupferquerleitwendeln extrudierte Umhüllung Al/PE-Schichten-Mantel LWL-Nachrichtenader Zwickelfüllung Innenmantel Stahlrunddrahtbewehrung PE-Außenmantel innere Leitschicht VPE-Isolierung äußere Leitschicht Polster Aluminium-Wellmantel Korrosionsschutz PE-Mantel Kupfer-Milikenleiter

3.4.2 Starkstromleitungen Starkstromleitungen  werden  zur  Verteilung  elektrischer  Energie  und  zur  Übertra- gung von Mess- und Steuersignalen in der Installationstechnik von Gebäuden sowie dem  Anschluss  von  Geräten,  Maschinen,  Schaltanlagen  und  Verteilern  und  deren innerer Verdrahtung eingesetzt. Einsatzgebiete und Anforderungen sind sehr unter- schiedlich, so dass neben Standardbauarten eine Vielzahl von Sonderbauarten für unterschiedlichste Anwendungsbereiche existieren. Starkstromleitungen bestehen aus einem oder mehreren isolierten Leitern (Adern), über denen außer bei Aderleitungen ein oder mehrere Schutzhüllen (Mäntel) und gegebenenfalls weitere Aufbauelemente aufgebracht sind. Die Leiter sind rund und bestehen  im  Interesse  sicherer  Anschlussbedingungen  und  geringer  Baugröße  ge- nerell  aus  Kupfer.  Starkstromleitungen  werden  in  die  beiden  großen  Gruppen  der Leitungen  für  feste  Verlegung  und  der  flexiblen  Leitungen  eingeteilt.  Werden  Leitungen fixierter Längen mit Endenausbildung hergestellt, z. B. Steckverbinder, so spricht man von konfektionierten Starkstromleitungen. 3.4.2.1 Leitungen für feste Verlegung Leitungen  für  feste  Verlegung  sind  so  aufgebaut,  dass  sie  bei  ihrem  Einsatz  fest montiert  oder  so  angeordnet  werden  müssen,  dass  sie  sich  nur  unwesentlich  be- wegen  können.  Je  nach  Anforderung  an  die  Beweglichkeit  der  Leitungen  werden gleiche  Leitungstypen  mit  unterschiedlichem  Leiteraufbau  hergestellt.  Als  Isolier- und  Mantelmaterial  überwiegt  PVC.  Erfordern  die  Einsatz-  und  Betriebsbedingun- gen  eine  erhöhte  Beweglichkeit,  wie  z.  B.  bei  einigen  Aderleitungen,  werden  fein- drähtige Leiter eingesetzt (Bild 23). Aderleitungen haben keinen Mantel, da sie ge- schützt in Rohren oder Schaltanlagen verlegt werden. Bei Stegleitungen für die feste Verlegung  z.  B.  unter  Putz  (Bild  24)  sind  die  Leiter  massiv,  die  Adern  unverseilt,  parallel  angeordnet  und  mit  einem  Mantel  versehen.  Bei  mehradrigen  Leitungen sind die Adern jedoch in der Regel verseilt, mit einer Füllmischung umhüllt und mit einem  schützenden  Mantel  versehen,  wie  bei  den  in  der  Hausinstallation  einge- setzten Mantelleitungen. Erfolgt  der  Einsatz  der  Leitungen  unter  erhöhten  mechanischen  oder  sicherheits- technischen  Anforderungen,  wie  z.  B.  in  feuchten  oder  nassen  Räumen,  im  Freien (jedoch  nicht  im  Erdboden),  sowie  in  feuer-  oder  explosionsgefährdeten  Betriebs- stätten, verwendet man erhöhte Wanddicken und/oder speziell ausgewählte Mate- rialien (Pkt. 3.3) für Isolierhülle und Mantel. Eine besondere Bedeutung haben auch in diesem Fall Leitungen mit verbessertem Verhalten  im  Brandfall.  Die  Palette  reicht  dabei  von  der  schadstofffreien  Mantel- leitung  (Bild  25),  welche  gegenüber  der  PVC-  Mantelleitung  bei  gleichen  Verwen- dungsbedingungen halogenfrei ist und sich im Brandfall durch geringere Rauchgas- dichte auszeichnet, bis hin zu Produkten, welche einen Funktionserhalt im Brandfall bis zu 90 min gewährleisten. In modernen Gebäudeinstallationen spielt neben der Übertragung der elektrischen Energie auch die Übertragung elektrischer Signale zwischen elektronischen Geräten, wie  Alarmanlagen,  Steuerung  von  Rollos  usw.  eine  große  Rolle.  Ein  dafür  europa- weit abgestimmtes System (EIB – Europäischer instabus) verlangt die parallele Ver- legung  von  Datenleitungen  mit  der  Elektroinstallation.  Beides  kann  auch  in  einer EIB-Leitung vereint sein (Bild 26). 27 Kupferleiter, feindrähtig PVC-Isolierung Kupferleiter PVC-Isolierung PVC-Mantel Bild 23: PVC-Aderleitung H07V-K Bild 24: 1 PVC-Stegleitung Bild 25: Schadstofffreie Mantelleitung Kupferleiter gemeinsame Aderumhüllung Mantel Isolierung

Kraftfahrzeugleitungen sind vorwiegend einadrig ohne Mantel. Es gibt sie aber auch mehradrig ohne oder mit Mantel und bei entsprechenden Anforderungen auch ge- schirmt. Immer höheren Übertragungsleistungen bei geringem Gewicht wird durch höhere  zulässige  Leitergrenztemperaturen  Rechnung  getragen.  Als  Isolierwerkstoff überwiegt zwar noch PVC, modifiziert für Temperaturen von 85°C bzw. 100°C. Für höhere Temperaturen werden jedoch spezielle Typen von PP, vernetztem VPE oder TPE  bis  hin  zu  Fluorkunststoffen  für  175°C,  in  Sonderfällen  bis  260°C,  eingesetzt. Lichtwellenleiter haben sich wegen Sicherheitsproblemen in Fahrzeugen nur in ge- ringem Umfang durchgesetzt. Im Brandfall werden im Gegensatz zu Cu-Leitern die optischen Fasern aus Kunststoff sofort zerstört. Isolierte  Heizleitungen  mit  einem  Heizleiter  aus  einer  Widerstandslegierung  (z.  B. CuNi2, CuNi6, CuNi23Mn) werden für ein breites Temperaturspektrum von 70 bis 220°C und damit mit unterschiedlichen Isolier- und Mantelwerkstoffen angeboten. Ihr Einsatz erfolgt z. B. in elektrischen Fußbodenheizungen. Mineralisolierte  Leitungen  stellen  eine  besondere  Produktlinie  der  Kabelindustrie dar. Ihr Einsatz konzentriert sich auf 2 wesentliche Einsatzgebiete: • Leitungen im Einsatz bei besonders hoher thermischer und/oder mechanischer Beanspruchung sowie bei besonderen Forderungen zum Brandschutz • Leitungen für den Einsatz als Heizleiter in Anlagen für hohe Temperaturen und bei geringem Einbauvolumen. Charakteristisch  ist  die  Verwendung  von  Magnesiumoxid  (Schmelzpunkt  ca.  2800°C)  als  elektrisch  isolierende  Schicht.  Derartige  Leitungen  sind  mechanisch  äußerst  robust,  thermisch  bis  zum  Schmelzpunkt  des  Leiters  (Kupfer  1083°C)  be- lastbar  und  können  damit  die  höchsten  Forderungen  zum  Brandschutz  erfüllen.  Sie stellen somit eine interessante, allerdings in Deutschland noch wenig genutzte  Alternative zu den Leitungen mit Funktionserhalt bis 90 min dar [25]. 3.4.2.2 Flexible Leitungen Flexible Leitungen werden in der Regel zum Anschluss von ortsveränderlichen Ge- räten  eingesetzt  und  haben  mindestens  einen  feindrähtigen  Leiter.  Bei  erhöhten Anforderungen  an  die  Beweglichkeit  kommen  feinstdrähtige  Leiter  zum  Einsatz.  Die sich aus dem breiten Anwendungsbereich ergebenden unterschiedlichen Anfor- derungen an die Übertragungsleistung, die mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit machen ein großes Sortiment notwendig. Beim  Anschluss  von  Haushaltsgeräten  in  vorwiegend  trockenen  Räumen  und  bei geringen  mechanischen  Beanspruchungen  reichen  die  leichten  kunststoffisolierten Leitungen,  wie  Zwillingsleitungen  (Bild  27)  oder  PVC-Schlauchleitungen  (Bild  28) völlig aus. Als  Anschluss-  und  Verbindungsleitung  für  Steuerungen  im  Maschinen-  und  Anla- genbau  werden  PVC-Steuerleitungen  eingesetzt.  Sie  sind  nur  bedingt  für  wieder- kehrende Bewegung geeignet. In der Ausführung mit Schirmgeflecht werden sie zur Erfüllung der Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ver- wendet (Bild 29). Aufzugssteuerleitungen sind den Anforderungen an die Beweglichkeit beim Einsatz in  Aufzügen  und  Förderanlagen  angepasst.  Durch  ein  Tragorgan  z.  B.  aus  Kunst- stoffgeflecht sind sie selbsttragend (Bild 30). Für besonders kleine Biegeradien und sehr hohe Wechselbiegezyklen sind Schlepp- kettenleitungen  (Leitungen  für  Energieketten)  zum  Anschluss  von  elektrischen  Be- 28 Starkstromadern mit Kupferleiter integrierte Busleitung gemeinsame Aderumhüllung Mantel Bild 26: Leitung für Instabus

triebsmitteln  in  der  Automatisierungstechnik,  in  Fertigungsstraßen  u.  ä.  ausgelegt. Neben  einem  feinstdrähtigen  Leiteraufbau  wird  insbesondere  durch  kurze  Verseil- schlaglängen der Adern und gezielte Materialauswahl den hohen mechanischen Be- lastungen Rechnung getragen. In vielen Konstruktionen sind Energie- und Datenlei- tungen kombiniert (Bild 31). Schweißleitungen erfüllen durch einen besonders feindrähtigen Leiter und Gummi- mantel die Anforderungen an hohe Flexibilität (Bild 32). Gummischlauchleitungen  werden  in  leichter  Ausführung  ebenfalls  zum  Anschluss von Elektrogeräten im Haushalt eingesetzt. Überwiegend sind sie in verstärkter Aus- führung jedoch im gewerblichen Bereich anzutreffen und für viele Einsatzfälle mo- difiziert. Bei Einsatz im Freien muss der UV-Strahlenbelastung bei der Materialaus- wahl Rechnung getragen werden. Eine einfache Möglichkeit ist die Schwarzfärbung mit Ruß. Temperaturbeständige Elastomere wie EVA bzw. Silikongummi sichern den Einsatz bei erhöhten Temperaturen.  Es gibt spezielle Ausführungen für den ständigen Einsatz im Wasser z. B. zum An- schluss  von  Tauchmotorpumpen.  Die  ständige  Verwendbarkeit  in  Wasser  wird durch spezielle Prüfungen nachgewiesen. 29 Kupferleiter, feinstdrähtig Kupferleiter, feindrähtig Kupferleiter, feindrähtig PVC-Isolierung PVC-Mantel, ölbeständig PVC-Innenmantel Schirmgeflecht aus verzinnten  Kupferdrähten PVC-Isolierung PVC-Mantel PVC-Isolierung Bild 27: Zwillingsleitung Bild 30: Aufzugssteuerleitung Bild 31: Schleppkettenleitung Bild 32: Schweißleitung Bild 28: PVC-Schlauchleitung Bild 29: PVC-Steuerleitung geschirmt Kupferleiter, feindrähtig Kupferleiter, feinstdrähtig Kupferleiter, feinstdrähtig Trennschicht Gummimantel PVC-Isolierung Folie Schirm PVC-Mantel PVC-Isolierung PVC-Mantel

Halogenfreie  Gummischlauchleitungen  mit  verbessertem  Verhalten  im  Brandfall widerstehen  auch  den  besonderen  Belastungen  durch  energiereiche  Strahlen  im Containment  von  Kernkraftwerken  (Bild  33).  Ebenfalls  der  besonderen  Strahlen- belastung angepasst sind die für die Spannungsversorgung von Röntgenröhren ent- wickelten  Hochspannungs-Röntgenleitungen.  Diese  sind  für  hohe  Gleichspannun- gen  ausgelegt  und  enthalten  gleichzeitig  Adern,  die  den  Heizstrom  für  die  Glüh- kathode der Röntgenröhre führen. Für  extreme  elektrische  und  mechanische  Beanspruchung,  wie  sie  beim  Anschluss elektrischer  Betriebsmittel  im  Tagebau,  Bergbau  unter  Tage  und  Tunnelbau  auf- treten (die Leitung wird vom Gerät über die Gleise nachgeschleppt und im Betrieb ständig  auf-  und  abgewickelt),  werden  Leitungstrossen  eingesetzt  (Trosse:  sehr  dickes  Seil  für  hohe  Zugbeanspruchung).  Diese  Gummileitungen  sind  durch  be- sonders  widerstandsfähige  Gummiaußenmäntel  wie  Chloropren-Kautschuk,  sowie teilweise  Torsionsgeflechten  oder  Tragorganen,  den  hohen  mechanischen  Bean- spruchungen angepasst. Bei Energiekabeln mit drei Strom führenden Adern ist der Schutzleiter  in  drei  gleiche  Leiter  in  den  Außenzwickeln  aufgeteilt.  Auch  bei  flexi- blen Leitungen verwendet man bei Nennspannungen ab 6 kV leitfähige Mischun- gen zur Leiterglättung und Feldbegrenzung (Bild 34). 3.4.3 Elektrische Nachrichtenkabel und -leitungen Für die Entwicklung der elektrischen Nachrichtenübertragung waren vor allem die Entwicklung des Telegrafenalphabetes durch Samuel Morse 1840 und der maschi- nellen  Fertigung  von  Telegrafenkabel  mit  Guttapercha  isolierten  Kupferdrähten durch Werner von Siemens 1847 von besonderer Bedeutung. Auf Werner von Sie- mens gehen auch so wichtige Erfindungen wie die des Bleimantels 1877 als idea- lem  Schutz  der  Kabelisolierung  vor  Feuchtigkeit  und  des  Koaxialkabels  1882  zur Übertragung höherer Frequenzen zurück. Ab  etwa  1970  wurde  ein  neues  Medium,  der  Lichtleiter,  zur  Nachrichtenübertra- gung  eingeführt.  Optische  Nachrichtenkabel  haben  die  Kabel  mit  Kupferleiter  im Einsatz für größere Entfernungen weitgehend abgelöst. Der enorme Entwicklungs- sprung wird am Vergleich der Abbildungen eines LWL-Kabels (Bild 35) mit einem Trägerfrequenzkabel  koaxialer  Bauart  (wie  Bild  36)  und  einem  konventionellen Fernmeldeortskabel (Bild 37) deutlich. 30 Bild 33: Gummischlauchleitung mitverbessertem Verhalten im Brandfall Kupferleiter, feindrähtig, verzinnt Gummi-Isolierung EVA-Innenmantel EVA-Außenmantel, vernetzt Bild 34: Leitungstrosse 3,6/6 kV Kupferleiter, feindrähtig,  verzinnt mit Leitgummihülle EPR-Isolierung  mit Leitgummihülle aufgeteilter Schutzleiter  mit Leitgummihülle Gummi-Innenmantel Gummi-Außenmantel aus Chloropren-Kautschuk

Aber  auch  die  Kupferleiterkabel  haben  in  den  letzten  Jahren  enorme  Fortschritte gemacht.  Dies  trifft  insbesondere  zu  auf  den  Bereich  der  Datenkabel  für  lokale Kommunikationsnetze.  In  den  elektrischen  Nachrichtenkabeln  und  -leitungen  er- folgt  die  Nachrichtenübertragung  in  einem  durch  Hin-  und  Rückleiter  gebildeten geschlossenen  Stromkreis  mittels  elektromagnetischer  Energie.  Strom  oder  Span- nung werden dazu in der Amplitude, der Frequenz oder der Phase moduliert. Nutz- bar ist derzeitig ein Frequenzbereich bis etwa 100 GHz [26]. Die Leiterabmessung wird bei eindrähtigem Leiter abweichend von den Starkstromkabeln mit dem Lei- terdurchmesser angegeben. Die Kupferdrähte sind je nach Anforderung zur Verhin- derung  chemischer  Einflüsse  auf  die  Isolierung  oder  zur  Verbesserung  der  Kontak- tierung verzinnt, versilbert oder gar vergoldet. Die Übertragungseigenschaften elek- trischer  Nachrichtenkabel  und  -leitungen  werden  durch  eine  Reihe  elektrischer Kenngrößen  wie  Wellenwiderstand,  Schleifenwiderstand,  Kopplungen,  Induktivitä- ten  und  Kapazitäten  beschrieben  und  durch  Materialauswahl,  Konstruktion  und Fertigungsqualität beeinflusst. Durch  die  Fertigungsbedingungen  wird  entscheidender  Einfluss  auf  die  Symmetrie der Adern im Gesprächskreis und damit auf deren Übertragungseigenschaften ge- nommen. Automatische Überwachung und Online-Regelung wichtiger Kenngrößen im  Fertigungsprozess,  wie  Aderwanddicken,  Schäumungsgrad  der  Isolierhülle  aber auch  der  Parameter,  die  Einfluss  auf  die  Drahtfestigkeit  haben  (siehe  Wärmebe- handlung der Kupferdrähte – Pkt. 2.2.2), sind daher Stand der Technik. Für  geringe  Anforderungen  reicht  PVC  als  Isolierwerkstoff.  Höhere  Anforderungen erfordern  die  Verwendung  verlustarmer  Materialien  (überwiegend  PE)  für  die  Iso- lierhülle,  welche  möglichst  aus  einem  hohen  Anteil  von  Luft  bestehen  sollte.  Dies kann  durch  eine  Hohlraumbildung  durch  Abstandhalter  mit  Folienisolierung  oder durch  Verzellung  der  Kunststoffe  erreicht  werden.  Besteht  die  Isolierung  aus  ver- zelltem  Material  mit  einer  schützenden  Hülle  aus  homogenem  Material,  spricht man von „Foam-skin“-Isolierung. Für einfachste Übertragungsaufgaben, wie z. B. für Signal- und Messzwecke, ist eine lagenweise Verseilung der Adern üblich. Hier wird von unsymmetrischen Leitungen (Unbalanced  Cables)  gesprochen.  Ihr  Aufbau  ist  dem  von  Steuerkabeln  und  -lei- tungen sehr ähnlich. Sie unterscheiden sich jedoch durch die Anwendung kleinerer Querschnitte,  die  Übertragung  höherer  Frequenzen  bzw.  von  Impulsen  und  sind nicht für den Einsatz in Starkstromanlagen zugelassen. 31 Bild 35: LWL-Aussenkabel Bild 36: CATV-Außen-kabel Bild 37: Fernsprechkabel mit Schich-tenmantel

Wird der Stromkreis durch ein aus zwei miteinander verdrillten Adern, also einem Aderpaar  gebildet,  spricht  man  von  symmetrischer  Leitung  (Balanced  Cables).  Die symmetrische  Anordnung  kann  auch  durch  vier  Adern  (Vierer)  gebildet  werden. Beim  Sternvierer  liegen  die  Adern  eines  Gesprächskreises  gegenüber.  Die  durch  Fertigungstoleranzen bedingten Abweichungen in der Symmetrie (Leiterabmessung und  Wanddicken  sowie  Lage  zueinander)  haben  ebenfalls  einen  entscheidenden Einfluss auf die Übertragungseigenschaften.  Mehrere  Paare  oder  Vierer  werden  miteinander  zu  Bündeln  oder  lagenweise  ver- seilt.  Durch  Variation  der  Schlaglängen  wird  insbesondere  Einfluss  auf  eine  hohe Nebensprechdämpfung genommen. Bei unsymmetrischen koaxialen Leitungen wird der Stromkreis durch einen runden Innenleiter und einen um eine Isolierung mit möglichst geringer Dielektrizitätskon- stante (koaxial) gelegten Außenleiter gebildet. Ihr Einsatzgebiet ist die Übertragung hochfrequenter Signale. Wegen des hier auftretenden Skin-Effektes sind als Innen- leiter neben solchen aus reinem Kupfer auch kupferplattierte Leiter mit einem Kern aus Aluminium oder Stahl im Einsatz. Als Abmessungen werden der Durchmesser des Innenleiters und der Innendurchmesser des konzentrischen Außenleiters ange- geben. Für  Nachrichtenkabel  und  -leitungen  spielt  die  Schirmung  gegen  elektromagne- tische Beeinflussung eine große Rolle. Zu beachten sind niederfrequente (NF) Ein- flüsse  vor  allem  von  benachbarten  Starkstromanlagen  sowie  die  hochfrequenten (HF) Einflüsse. Im Zusammenhang damit spricht man von „Elektromagnetischer Ver- träglichkeit“  (EMV).  Die  Elektromagnetische  Verträglichkeit  ist  die  Fähigkeit  einer elektrischen  oder  elektronischen  Einrichtung,  in  ihrer  elektromagnetischen  Umge- bung  bestimmungsgemäß  zu  funktionieren  und  diese  Umgebung  nicht  unzulässig zu  beeinflussen.  Üblich  sind  vor  allem  Schirme  aus  Kupferdrahtgeflecht  oder/und aus kunststoffbeschichteten Metallfolien oder -bändern. Als Mantelwerkstoffe dominieren im Außenbereich PE, im Innenbereich entweder PVC wegen der gegenüber PE geringeren Brandlast, oder halogenfreie, flammwid- rige Compounds. 3.4.3.1 Nachrichtenkabel Nachrichtenkabel  lassen  sich  zum  einen  einteilen  nach  den  Legebedingungen  in Außenkabel,  wie  Erdkabel,  Röhrenkabel,  Luftkabel,  Seekabel  oder  Innenkabel.  Ein weiteres und wesentlicheres Einteilungskriterium ist ihr Aufbau aus symmetrischen Verseilelementen (Paare oder Vierer) oder ihr koaxialer Aufbau. Fernsprechkabel werden vor allem in den Ortsnetzen der Telekommunikationsge- sellschaften  eingesetzt.  Großen  Einfluss  auf  die  Qualität  der  Fernsprechkabel  in Deutschland  hatte  in  Zusammenarbeit  mit  der  deutschen  Kabelindustrie  das  ehe- malige  Forschungs-  und  Technologiezentrum  der  Deutschen  Post  (FTZ).  Ortsfern- sprechkabel  verbinden  die  Teilnehmer  mit  der  nächstgelegenen  Endvermittlungs- stelle. Da von der Vermittlungsstelle zu jedem Teilnehmer eine symmetrische Dop- pelader zu schalten ist, benötigt man Kabel mit einer sehr hohen Aderzahl (bis zu 1000  Leiter  und  mehr).  Üblich  sind  sternvierer-verseilte  Kabel  mit  Voll-  oder  Zell- PE-isolierten Adern. Die früher übliche Papierhohlraumisolierung spielt heute keine Rolle  mehr.  Als  Kabelmantel  wird  bevorzugt  ein  PE-Schichtenmantel  eingesetzt. Dieser  besteht  aus  einem  geschlossenen  um  die  Kabelseele  gelegten  Aluminium- band und dem damit verklebten PE-Mantel (Bild 38). Als zusätzlicher Feuchteschutz sind Petrolatfüllungen üblich. 32 paarweise verseilte Adern PE-Aderisolierung Trennfolie Schirmung PE-Mantel Bild 38: Fernsprechkabel mit Schich-tenmantel

Ortsnetzfernsprechkabel  wurden  früher  nur  im  Sprachfrequenzband  von  0,3  bis  3,4 kHz eingesetzt, heute jedoch auch für das ISDN-Netz zur digitalen Datenüber- tragung  von  bis  zu  2048  kbit/s.  Für  Fernverbindungen  bis  hin  zum  Anschluss  von Großverbrauchern  wurde  das  Fernsprechkabel  mit  Kupferleiter  weitgehend  vom Lichtwellenleiterkabel  verdrängt.  Im  Teilnehmeranschlussbereich  wird  das  Kupfer- kabel  auch  in  Zukunft  seine  dominierende  Rolle  behalten.  Hierfür  spricht  die  wesentlich einfachere Montagetechnologie und die Möglichkeit, durch neue Über- tragungstechnologien  wie  ADSL  und  HDSL  oder  gar  in  Verbindung  mit  Lichtwel- lenleiterkabeln bis zum Kabelverzweiger bei VDSL das Kupferkabelnetz breitbandig von 1,6 bis zu   10 Mbit/s auszubauen. [26] Streckenfernmeldekabel  sind  durch  die  Legung  parallel  zur  Bahnstrecke  starken elektromagnetischen  Einflüssen  ausgesetzt  und  müssen  daher  gut  geschirmt  sein. Dies  erfolgt  traditionell  durch  einen  Aluminiummantel  und  eine  Stahlbandbeweh- rung.  Aktuellere  Konstruktionen  enthalten  einen  Cu-Drahtschirm  und  Schichten- mantel. Eisenbahn-Signalkabel  sind  PE-isoliert  und  für  Betriebsspannungen  bis  600  V  aus- gelegt.  Die  Adern  sind  einzeln  oder  als  Vierer  in  Lagen  verseilt.  Die  Übertragung hoher Leistungen erfordert Leiterdurchmesser im Bereich von 0,9 bis 1,8 mm. Der starken elektromagnetischen Beeinflussung an Bahnanlagen wird durch gute Schir- mung aus Kupfer mit Stahlbandbewehrung Rechnung getragen. Datenkabel  finden  wir  überwiegend  in  lokalen  Netzen  der  Datenverarbeitung  in Büros aber auch in der Industrieanwendung und im privaten Bereich. Die Verkabe- lung erfolgt sternförmig oder ringförmig in Bussystemen, wie z. B. Ethernet und Pro- fibus. Verkabelungen in Bürogebäuden müssen den heutigen und zukünftigen An- forderungen  der  Datenverarbeitung  und  Telekommunikation  auch  bei  Änderung der  Raumnutzung  angepasst  sein.  Durchgesetzt  hat  sich  dafür  eine  international standardisierte (ISO/IEC 11801 bzw. DIN EN 50173) strukturierte anwendungsneu- trale  Gebäudeverkabelung.  Lichtwellenleiterkabel  dominieren  in  der  Verbindung von  Gebäuden  und  Etagen  (Primär-  und  Sekundärbereich).  Symmetrische  Kupfer- kabel  werden  bevorzugt  in  der  Verbindung  vom  Etagenverteiler  zu  den  Anschlüs- sen (Terziärbereich) eingesetzt. Die Verkabelungsstrecken sind in die Klassen A bis D (E in Vorbereitung) eingeteilt: • Klasse A für analoge Sprache und Daten bis 100 kHz • Klasse B für das digitale Telefonnetz bis 1 MHz • Klasse C für einfache digitale Datendienste bis 16 MHz • Klasse D(E) für Hoch-(und Höchst-)leistungsdatendienste bis 100 MHz (600 MHz) Die  Datenkabel  werden  in  dazu  abgestimmte  Kategorien  eingeteilt.  Definiert  sind nicht ihr Aufbau, sondern übertragungstechnische Kenndaten. Für die gemeinsame Anwendung im Bereich der Tele- und Datenkommunikation sind die Kategorien 3 33 Außenkabel Innenkabel mit symmetrischen Aufbauelementen Fernsprechkabel im Teilnehmeranschlussund im Ortsverkehrsnetz Sonderkabel z. B. für Kommunikationsnetzevon Bahnen, auf Schiffen und im Bergbau,Signalkabel, Netzschutzkabel Datenkabel zur Gebäudeverkabelung Fernsprechkabel für lokale Telekommunika-tionsanlagen mit koaxialen Aufbauelementen CATV-Kabel in Breitbandnetzen Antennenkabel für HF-Funksysteme Antennen-, Breitband- und Satellitenkabel für den privaten Hausbereich Messkabel für alle HF-Bereiche Tabelle 6: Die wichtigsten Nachrichtenkabel und ihre Anwendung eingeteilt nach Aufbau und Einsatzort Kupferleiter Dielektrikum: PE-Foam-Skin Paarschirmung: aluminiumkaschierte Folie Gesamtschirm: Kupfergeflecht Außenmantel: halogenfrei und flammwidrig Bild 39: Datenkabel S-STP (PIMF)Kategorie 7

(bis 16 MHz, z. B. für Ethernet-Anwendung bis 10 Mbit/s) und 5 (bis 100 MHz für alle  derzeitigen  LAN-Übertragungssysteme)  am  interessantesten.  Den  Markt  er- obern  jedoch  bereits  Datenkabel  der  Kategorie  6  (bis  250  MHz)  und  Kategorie  7 (bis 600 Mhz) sowie darüber hinaus bis 1200 Mhz.  Der  Aufbau  der  Kabel  folgt  entweder  den  Systemspezifikationen  (z.  B.  IBM-Stan- dard) oder wird entsprechend der Systemanforderungen gewählt. Üblich sind dabei oft die Verwendung von in Amerika gebräuchlichen Bezeichnungen. Einfachste  Datenkabel  sind  paarig  verseilt  und  ungeschirmt  (UTP  cable  –  Unshiel- ded Twisted Pair). Zusätzlich ist ein gemeinsamer Schirm möglich  (S/UTP cable – Shielded  Twisted  Pair).  Die  leistungsfähigsten  Datenkabel  derzeitig  haben  mit Metallfolie  geschirmte  Paare  (PiMF)  und  eine  gemeinsame  Abschirmung  aus  Kup- fergeflecht (S/STP cable – Screened Shieldet Twisted Pair) (Bild 39). Für private Haushalte wird für zukünftige Verkabelungen ein hybrides Kabelnetz be- stehend  aus  SAT-fähigem  Koaxialkabel  und  symmetrischem  Datenkabel  in  allen Räumen  empfohlen,  um  den  Anforderungen  von  Unterhaltung,  Kommunikation, Rechnervernetzung und Haustechnik gerecht zu werden [26] (Bild 40). CATV-Kabel  (Cable  Televison  oder  Common  Antenna  TV)  dienen  vor  allem  der Fernsehverteilung,  können  aber  auch  für  alle  anderen  Multimediaanwendungen eingesetzt  werden.  Übertragbar  sind  sowohl  analoge  als  auch  digitale  Signale  mit einer  Bandbreite  bis  ca.  1  GHz.  Als  Koaxialkabel  haben  sie  einen  Innenleiter  aus Kupferdraht,  überwiegend  eine  Hohlraumisolierung  gebildet  durch  Abstandhalter aus PE-Scheiben in Verbindung mit einem aus Cu- Band geformten geschlossenen Außenleiter und einem schwarzen PE- Mantel (Bild 41). Die Abmessungen werden bestimmt von dem zu übertragenden Frequenzband und der Entfernung. Für grö- ßere  Entfernungen  werden  auch  in  diesen  Breitbandkabelnetzen  Kabel  mit  Licht- wellenleiter  eingesetzt,  da  damit  weniger  Zwischenverstärker  erforderlich  sind.  Solche  hybride  Faser-Koax-Netze  werden  deshalb  als  HFC  (Hybrid-Fiber-Coax)- Netze bezeichnet. Im  Teilnehmeranschlussbereich  werden  die  Netze  ergänzt  mit  Koaxialkabeln  klei- nerer Abmessungen. Über der Isolierung, überwiegend aus PE, befindet sich wegen der besseren Biegbarkeit ein Schirm aus Kupferdrahtgeflecht, der bei höherwertigen Produkten mit einer Folie oder Kupferband ergänzt sein kann (Bild 38). 3.4.3.2 Nachrichtenleitungen Nachrichtenleitungen dienen der Informationsübertragung in und an elektronischen Geräten und Anlagen. Sie finden in fast allen Bereichen der Wirtschaft und Tech- nik Verwendung. So sind sie z. B. zu finden in Fernmeldeämtern und in der Haus- installation des Telefonnetzes, in Datenverarbeitungsanlagen, in Anlagen der Rund- funk-, Fernseh- und Phonoindustrie, in medizinischen und wissenschaftlichen Gerä- ten  sowie  elektronisch  gesteuerten  Anlagen.  Die  Produktpalette  ist  dementspre- chend sehr umfangreich. In Abhängigkeit von den Lege- und Betriebsbedingungen werden unterschiedliche Leiterformen eingesetzt: • eindrähtige und mehrdrähtige Leiter für Leitungen, die fest verlegt werden • Litzenleiter für Leitungen, die einer Biegebeanspruchung beim Gebrauch unterworfen sind • Lahnlitzenleiter für Leitungen, die extrem hohen Biegebeanspruchungen unter- worfen sind, wie z. B. Apparateleitungen am Telefon. 34 Bild 40: Hybridkabel Bild 41: CATV-Außenkabel Koaxialkabel Datenkabel Innenleiter: Kupfer Dielektrikum: PE/Luft als  Scheibe-Schlauch-Konstruktion Außenleiter: Kupferband geschlossen Mantel: UV-beständiges PE

Die Auswahl der Isolier- und Mantelwerkstoffe wird entscheidend von den Umge- bungs- und Betriebsbedingungen bestimmt, so dass neben PVC und PE z. B. auch Fluorkunststoffe, Silikon oder FRNC-Compounds sowie PUR zum Einsatz kommen. Schaltdrähte  und  Schaltlitzen  werden  zur  Verdrahtung  von  Baugruppen,  Geräten und Anlagen in der Elektronik, Elektrotechnik, Informationsverarbeitung und Fern- meldetechnik  eingesetzt  und  bestehen  aus  Leiter  und  Isolierhülle,  gegebenenfalls ergänzt mit Schirm und/oder Mantel. Flachleitungen,  auch  Bandleitungen  genannt,  dienen  als  Vielfachverbindungen  in Geräten der Büro- und Industrieelektronik. Sie enthalten bis zu 40 Adern, welche, parallel  nebeneinander  liegend,  miteinander  durch  Verschweißen  der  Isolierhülle aus PVC verbunden sind. Ihre Konstruktion ermöglicht ein Abtrennen beliebig vie- ler Einzeladern vom Leitungsband, ohne die Isolierhülle zu beschädigen. Schnüre mit Drahtlitzen- oder Lahnlitzenleiter werden zum Anschließen ortsverän- derlicher  Fernmeldegeräte  (z.  B.  Tischfernsprecher)  oder  bewegten  Baugruppen  in Anlagen für Kommunikationsverarbeitung verwendet. Steuerleitungen,  hier  nicht  zu  verwechseln  mit  den  im  Aufbau  ähnlichen  Steuer- leitungen für Starkstrom, dienen der Signal- und Messwertübertragung in der Steu- erungs-  und  Regelungstechnik  der  Leistungselektronik,  der  Messtechnik  sowie  der Rechner-  und  Peripheriegerätetechnik.  Die  Adern  sind  in  den  Standardausführun- gen PVC-isoliert und lagenverseilt. Angeboten werden geschirmte und ungeschirm- te Ausführungen. Datenleitungen  als  Geräteverbindung  für  internen  und  externen  Informationsaus- tausch mit hoher Geschwindigkeit sind in ihrer Konstruktion den jeweiligen Anfor- derungen  hinsichtlich  Übertragungsleistung  und  Einsatzbedingungen  angepasst.  In diesem Bereich sind daher auch viele Sonderbauarten zu finden. Datenleitungen für Schleppketteneinsatz z. B. sind für den Einsatz in teilweise mit hoher Geschwindig- keit  bewegten  Maschinenteilen  geeignet.  Durch  feinstdrähtige  Litzenleiter,  kurze Verseilschlaglängen und Bandagierung wird diesen Anforderungen Rechnung getra- gen. Koaxiale HF-Leitungen sind durch die verbesserten Übertragungseigenschaften symmetrischer  Datenleitungen  weitgehend  vom  Markt  verdrängt.  Ihr  Einsatz  kon- zentriert sich fast ausschließlich auf den Fernseh/Videobereich oder Sonderanwen- dungen der Mess- und Gerätetechnik (Bild 42). 3.4.4 Wickeldrähte Wickeldrähte  sind  konstruktiv  die  einfachste  Form  der  elektrisch  isolierten  Leiter. Da es keinen universell einsetzbaren Wickeldrahttyp gibt, der alle Forderungen der Elektrotechnik  erfüllt,  kommen  die  verschiedensten  Ausführungsformen  zum  Ein- satz. Die hauptsächlichen Einsatzgebiete sind Wicklungen in Elektromaschinen und Elektrogeräten.  Wichtige  Eigenschaften  der  Wickeldrähte  sind  unter  anderem  die  elektrische Durchschlagspannung, Biegbarkeit, Dehnbarkeit, Abriebfestigkeit und Tränklackver- träglichkeit.  Eine  der  wichtigsten  ist  ihre  thermische  Beständigkeit,  die  durch  die Wärmebeständigkeitsklasse  ausgdrückt  wird.  Jeder  Wärmebeständigkeitsklasse  ist eine höchstzulässige Dauergebrauchstemperatur zugeordnet, bei der ein Isolierstoff die geforderte Lebensdauer von mindestens 25.000 Betriebsstunden garantiert. Die Dicke  der  Isolierhülle  der  Wickeldrähte  beeinflusst  unmittelbar  den  Ausnutzungs- grad  des  Wickelraumes  der  elektrischen  Maschine  und  damit  ihre  Leistung  je  Ge- wichtseinheit. 35 Bild 42: koaxiale HF-Leitung mit Doppelader Innenleiter: Kupfer mehrdrähtig Dielektrikum: verzelltes PE Außenleiter: Kupfergeflecht Außenmantel

Wickeldrähte kann man in ihrem Aufbau unterscheiden: • lackisolierte Wickeldrähte • umsponnene Wickeldrähte • kunststoffisolierte Wickeldrähte • Hochfrequenzlitzen • Drillleiter (transponierte Leiter) Lackisolierte  Wickeldrähte  haben  den  Vorteil  einer  sehr  geringen  Isolierhülle gegenüber anderen Wickeldrahttypen. Sie können als Rund- und Flachdrähte (Pro- fildrähte) hergestellt sein. Es gibt verzinnbare Lackdrähte, bei denen der Draht ohne vorheriges  Abisolieren  verzinnbar  ist.  Bei  den  so  genannten  Backlackdrähten  be- steht  die  Isolierung  aus  zwei  verschiedenen  Lacken.  Die  am  Leiter  liegende  Lack- schicht ist die eigentliche Isolierhülle, die darüber liegende Schicht ist thermoplas- tisch,  so  dass  die  einzelnen  Windungen  der  gewickelten  Spule  bei  thermischer  Behandlung  miteinander  verbacken  können,  was  die  zusätzliche  Tränklackung  der Spule erübrigt. Gegenstand  der  Entwicklung  der  letzten  Jahre  war  vor  allem  die  Erhöhung  der  Dauergebrauchstemperatur  auf  über  200°C.  So  sind  in  DIN  EN  60317  Wickel- drähte mit Lackisolierung wie z. B. aus Polyurethan – Klasse 130; Polyester – Klas- se  155,  Polyesterimid  –  Klasse  180,  Polyamidimid  –  Klasse  200  auch  Polyimid  für die  Klasse  220  enthalten.  Der  aus  dem  Herstellungsprozess  resultierende  viel- schichtige  Aufbau  ist  die  Gewähr  für  eine  hochfeste  Isolierhülle.  Zur  Verbesserung der Eigenschaften ist auch die Kombination von 2 Isolierlacken üblich. Umsponnene Wickeldrähte sind blanke oder Lackdrähte mit ein- oder mehrlagiger Umspinnung.  Sie  werden  entsprechend  den  verwendeten  Isolierstoffen  in  vier Gruppen untergliedert: • papierisolierte Wickeldrähte • folienisolierte Wickeldrähte • faserstoffisolierte Wickeldrähte • Wickeldrähte mit kombinierter Umspinnung Kunststoffisolierte  Wickeldrähte  sind  massive  oder  litzenförmige  Kupferleiter  mit einer  nahtlosen  Thermoplastumhüllung.  Durch  die  nahtlose  Umhüllung  und  die  geringe  Wasseraufnahmefähigkeit  der  Umhüllung  werden  hohe  elektrische  Span- nungsfestigkeiten  erzielt.  Diese  Art  der  Drähte  wird  z.  B.  für  Unterwassermotoren eingesetzt. Hochfrequenzlitzen  bestehen  aus  verlitzten  Kupferlackdrähten,  die  mit  einer  ge- meinsamen  Faserstoffumspinnung  oder  -umflechtung  versehen  sein  können.  Cha- rakteristisch für eine Hochfrequenzlitze sind die einzelnen lackierten Drähte. Durch die Unterteilung des Leiterquerschnittes in mehrere kleine wird praktisch eine Ver- größerung  der  Oberfläche  erzielt.  Da  hochfrequente  Ströme  an  der  Leiteroberflä- che fließen, bieten Hochfrequenzlitzen eine relativ große Oberfläche bei geringem Außendurchmesser an. Drillleiter (Bild 43) ist ein Leiterbündel aus lackisolierten Flachdrähten, deren Lage in  regelmäßigen  Abständen  gewechselt  wird  und  die  eine  gemeinsame  Papier- außenumspinnung haben. Die Flachdrähte sind in zwei Teilstapeln angeordnet und ergeben  zusammen  einen  näherungsweise  rechteckigen  Querschnitt.  Die  Unter- teilung  des  Leiters  in  mehrere  voneinander  isolierte  Teilleiter  vermindert  die  elek- trischen  Verluste.  Drillleiter  werden  z.  B.  in  Öltransformatoren  mit  hoher  Leistung eingesetzt. Sie gestalten den Transformatorenbau rationeller (geringerer Wickelauf- wand)  und  gestatten  hohe  Energieeinsparungen  durch  Verminderung  von  Wirbel- strom-Verlusten. 36 Cu-Flachdrähte(lackisoliert) Schnitt A–A Pressspan-zwischenlage Papierumspinnung A A Bild 43: Aufbau eines Drillleiters(Röbeldraht)

4 Nationale, europäische und internationale Normung Für  die  Erzeugnisse  der  Elektrotechnik  und  deren  Verwendung  gelten  in  Deutsch- land  die  DIN  VDE-Bestimmungen  als  anerkannte  Regeln  der  Technik.  Für  Kabel und Leitungen betrifft es Bestimmungen, die Produkte beschreiben, die die einzu- setzenden  Materialien  definieren,  die  Prüfverfahren  festlegen  und  die  Anwen- dungsbedingungen  kennzeichnen.  Damit  wird  der  Stand  der  Technik  umfassend dokumentiert.  Ein  strukturiertes  Gremiensystem,  in  dem  Hersteller  und  Anwender zusammenarbeiten, sichert ein hohes technisches Niveau ab. Die VDE-Prüfstelle als unabhängige, neutrale Institution approbiert und überprüft die nach diesen Bestim- mungen  hergestellten  Produkte  und  erteilt  die  Genehmigung,  die  Erzeugnisse  mit dem VDE- Zeichen (  VDE  ) zu kennzeichnen. Neben diesen VDE-Bestimmungen gibt es Hersteller- und Anwenderspezifikationen, z. B. des Militärs, der Bahnen usw. Nationale Normen stellen Handelshemmnisse dar und sollen nach dem Willen von Wirtschaft  und  Politik  für  den  europäischen  Wirtschaftsraum  bevorzugt  durch  europäische  und  internationale  Normen  abgelöst  werden.  In  Europa  wurde  das Harmonisierungsabkommen  geschlossen,  das  einheitliche  technische  Bedingungen u. a. für Kabel und Leitungen zum Ziel hat und die Basis ist für die gegenseitige An- erkennung  von  Prüfergebnissen  der  europäischen,  diesem  Abkommen  beigetrete- nen Prüfinstitute. Das zuständige europäische Normenkomitee CENELEC (Comiteé Européen de Normalisation Electrotechnique) hat sich darüber hinaus verpflichtet, sich so weit wie möglich auf internationale Normen z. B. IEC (International Electro- technical  Commission)  abzustützen.  Durch  CENELEC  werden  Harmonisierungs- dokumente (HD) und Europäische Normen (EN) erarbeitet. Technisch einheitliche Forderungen gelten so z. B. für Leiter für Kabel und isolierte Leitungen  durch  Übereinstimmung  der  nationalen  Norm  DIN  VDE  0295  mit  dem europäischen  Harmonisierungsdokument  HD  383  und  der  internationalen  Norm IEC 60228. Prüfungen für Isolierwerkstoffe für Kabel und Leitungen sind in der DIN EN 60811 genormt, welche eine Übersetzung von IEC 60811 ist. Für Starkstromlei- tungen liegen die harmonisierten Normen DIN VDE 0281 „PVC-isolierte Leitungen mit Nennspannung bis 450/750 V“ sowie DIN VDE 0282 „Gummiisolierte Leitun- gen mit Nennspannung bis 450/750 V“ vor. Die Bauartenkurzzeichen der darin be- schriebenen Produkte beginnen mit einem „H“ für „harmonisiert“ und sind in allen Mitgliedsländern von CENELEC zugelassen. Enthalten sind auch anerkannte natio- nale Bauarten (Buchstabe „A“ statt „H“), die nur im jeweiligen Land zugelassen sind. Leitungen, die harmonisiert sind, tragen neben dem VDE-Zeichen das Harmonisie- rungszeichen   HAR   oder enthalten einen Kennfaden in den Farben der Natio- nalität der zuständigen Prüfbehörde, z. B. schwarz-rot-gelb. Noch nicht harmonisiert sind  z.  B.  die  in  DIN  VDE  0250  „Isolierte  Starkstromleitungen“  verbliebenen  Pro- dukte. Ihr Buchstabenkurzzeichen beginnt mit einem „N“ als Zeichen für „Nationa- le Norm“. Die Anwendung der nur in nationalen Normen beschriebenen Produkte im  Ausland  ist  möglich,  wenn  die  Vorschriften  im  Einsatzland  eingehalten  sind.  Gegebenenfalls ist dies durch eine Approbation nachzuweisen. Der Aufbau von Starkstromkabeln ist nur für wenige Produkte harmonisiert, da die Verteilungsnetze in Europa sehr unterschiedlich aufgebaut sind. Eine ausreichende Transparenz  der  Normen  zur  Vergleichbarkeit  wurde  durch  Zusammenfassung  nationaler Bauarten in einheitlicher Form (Compendiumlösung) erreicht. So sind die harmonisierten Starkstromkabel in DIN VDE 0276 enthalten. Das zugrunde liegen- de  Harmonisierungsdokument  ist  der  VDE-Nummer  nachgestellt  (z.  B.  DIN  VDE 0276-603). 37

Die Harmonisierung ist aber nur dann erfolgreich, wenn bei Gewährleistung des er- forderlichen Sicherheitsniveaus sowie einer ausreichenden Lebensdauer der Erzeug- nisse  in  allen  Ländern  die  gleichen  Erzeugnisse  verwendet  werden  können.  Bei  Kabeln und Leitungen ist es im Gegensatz zu den meisten Geräten nicht möglich, durch Kurzzeitprüfungen am fertigen Erzeugnis alle erforderlichen Eigenschaften zu kontrollieren.  Daher  sind  nicht  nur  aus  Gründen  der  Austauschbarkeit,  sondern auch  mit  Rücksicht  auf  Betriebssicherheit  und  Gebrauchsfähigkeit  außer  Prüfbe- stimmungen  auch  Aufbauvorschriften  und  Angaben  für  die  zulässigen  Werkstoffe erforderlich.  Diskutiert  wird  heute  die  Frage,  ob  es  nicht  sinnvoller  ist,  Anforde- rungsprofile  zu  normen  (Performance  Standards),  anstatt  genau  die  Produkte  zu  beschreiben (Descriptive Standards), die diese Anforderungen erfüllen. Als Anwen- dungsbeispiel dieses Prinzips wäre die 1995 für den Bereich der Datenkabel verab- schiedete DIN EN 50173 „Informationstechnik: Anwendungsneutrale Verkabelungs- systeme…“  mit  den  Definitionen  der  Komponentenkategorien  und  Verkabelungs- klassen bis 100 MHz zu nennen. Voraussetzung für das Inverkehrbringen von Produkten innerhalb der EU ist dessen Übereinstimmung  mit  allen  zutreffenden  EU-Richtlinien.  Die  Bestätigung  der  Kon- formität  mit  den  zutreffenden  EU-Richtlinien  ist  durch  eine  Konformitätserklärung und die CE-Kennzeichnung deutlich zu machen. Für Kabel und Leitungen erfolgt in Deutschland die CE-Kennzeichnung nur auf der Verpackung oder dem Etikett bzw. den  Lieferpapieren.  Im  Gegensatz  zum  VDE-Zeichen  ist  das  CE-Zeichen  für  Pro- dukte nach der Niederspannungsrichtlinie kein Zeichen für geprüfte Qualität. 5 Kennzeichnung Kabel  und  Leitungen  werden  durch  Buchstabenkurz- zeichen benannt. Das vorangestellte Bauarten-Kurzzei- chen beginnt bei Starkstromkabeln und -leitungen mit einem Hinweis auf die Normung z. B. N für „Typ nach deutscher  Norm“  und  weiteren  Buchstabenkurzzei- chen  für  die  Aufbauelemente  des  Kabels  von  innen (Leiter) nach außen. Dabei entfällt für Kupfer als dem klassischen  Material  für  Leiter  die  gesonderte  Kenn- zeichnung.  Untergeordnete  Aufbauelemente,  wie  ge- meinsame  Aderumhüllungen  oder  Trennfolien,  wer- den ebenfalls nicht benannt. Diesem  Kurzzeichen  sind  weitere  Angaben,  wie  z.  B. Anzahl  der  Adern  oder  Aderpaare,  Nennquerschnitt oder  Leiterdurchmesser,  Leiterform,  Nennspannung u.a.m. hinzugefügt. Starkstromkabel werden entsprechend DIN VDE 0298 durch folgende Angaben bezeichnet: • Bauarten-Kurzzeichen, z. B. NYCWY für PVC- isoliertes und PVC-ummanteltes Starkstromkabel  mit wellenförmigem konzentrischen Leiter • Aderzahl/Nennquerschnitt in mm 2 , z. B. 4 x 35 • Kurzzeichen für Leiterform z. B. SM • ggf. Nennquerschnitt des Schirms oder konzentri- schen Leiters z. B. 16 38 Tabelle 7: Kurzzeichen für Starkstromkabel (Auswahl) Aufbauelement Normtyp Leiter • Kupfer • Aluminium Isolierung • PVC • vernetztes PE • vernetztes halogenfreies Polymer konzentrische Leiter aus Kupfer Schirm aus Kupfer Metallmantel • Blei • Aluminium Schirm längswasserdicht Bewehrung • Stahlband • Stahlflachdraht • Stahlrunddraht • Stahlbandgegenwendel Schutzhüllen/Mäntel • PVC • PE • Al-Band-/PE-Schichtenmantel • halogenfreies Polymer Kabel mit U0/U = 0,6/1 kV ohnekonzentrischen Leiter • mit grün-gelber Ader • ohne grün-gelbe Ader Kabel mit Kunststoffisolierung N kein ZeichenA Y2XHX C/CW (wellenförmig) S/SE (Einzelader-) KKL/KLD (gewellt) (F) BFRGB Y2Y(Fl)2YH/HX (vernetzt) -J-O

• Nennspannung U0/U in kV, z. B. 0,6/1 kV • U0- Effektivwert der Spannung zwischen Außenleiter und Erde • U Effektivwert der Spannung zwischen zwei Außenleitern Beispiel: NYCWY 4 x 35 SM/16 0,6/1 kV Die wichtigsten Bezeichnungen sind in der Tabelle 7 dargestellt. Bei der Kennzeichnung von Starkstromleitungen sind Leitungen nach nationaler Norm und harmonisierte Leitungen zu unterscheiden. Lei- tungen gemäß nationaler Norm DIN VDE 0250 werden ähnlich wie Starkstromkabel gemäß nationaler Norm bezeichnet nach: • Bauartenkurzzeichen, z. B. NHMH für halogenfreie Mantelleitung mit verbessertem Verhalten im Brandfall (Die Zusammensetzung des  Bauartenkurzzeichens  richtet  sich  wiederum  nach  dem  Auf- bau  von  innen  nach  außen,  wobei  das  Kurzzeichen  für  den  Lei- tungstyp  in  der  Regel  nach  dem  Kurzzeichen  für  die  Isolierhülle steht.) • Aderzahl x Nennquerschnitt in mm 2 z. B. 3 x 1,5, gegebenenfalls mit Ergänzungen für zusätzliche Aufbauelemente • Schutzleiterkennzeichnung bei Leitungen bis 1 kV, z. B. -J • Nennspannung ab 1 kV in kV Beispiel: NHMH-J 3 x 1,5 In Tabelle 8 ist eine Auswahl an Kurzzeichen zusammengestellt. Harmonisierte  Leitungen  werden  in  Deutschland  nach  folgenden Normen produziert: • DIN VDE 0281 für PVC-isolierte Starkstromleitungen bis 450/750 V • DIN VDE 0282 für gummiisolierte Starkstromleitungen bis 450/750 V Harmonisierte  Leitungen  werden  in allen  Mitgliedsländern  von  CENELEC einheitlich  gekennzeichnet.  Das  Typen- kurzzeichen,  das  aus  drei  Abschnitten zusammengesetzt  ist,  enthält  im  ersten Teil  die  Harmonisierungsart  und  die Spannung • H- für eine voll harmonisierte  Leitung • A- für einen anerkannten nationa- len Typ (u. a. auch bei Erweiterung von Aderzahl oder Leiterquer- schnitt) Der  zweite  Teil  nennt  die  Aufbauele- mente, und im dritten Teil werden Lei- terzahl  und  Querschnitt  hinzugefügt, sowie  die  Angabe,  ob  eine  grün-gelbe Ader  vorhanden  ist  oder  nicht.  Die  Zu- sammensetzung des gesamten Kennzei- chens  und  die  erforderlichen  Erläute- rungen sind aus Tabelle 9 ersichtlich. Die  Aderkennzeichnung  erfolgt  für Starkstromkabel und -leitungen einheit- lich  mit  Farben und bei  mehr  als  5 39 Normtyp Leitungstyp • Aderleitung • Mantelleitung • Gummischlauchleitung • Bleimantelleitung • Flachleitung • Rohrdraht • Steuerleitung • Leuchtröhrenleitung • Pendelschnur • Leitungstrosse Material für Isolierhüllen und Mäntel • Gummi • Silikongummi • PVC • halogenfreies Polymer • vernetztes halogenfreies Polymer • Ethylen-Tetraflourethylen Abschirmung Kennzeichnung besonderer Eigenschaften • schwere Ausführung • leichte Ausführung • witterungsbeständig • ölbeständig • flammwidrig • kältebeständig Leitung mit grün-gelb gekennzeichneter AderLeitung ohne grün-gelb gekennzeichnete Ader N AMHBFRSLPT G2GYHHX7Y C SLWö/Öu/UK -J-O Tabelle 8: Kurzzeichen für Leitungen nach nationalerNorm DIN VDE 0250 (Auswahl) Tabelle 9: Typenkurzzeichen für harmonisierte Leitungen Kriterium Kennzeichnung der Bestimmung • harmonisierte Bestimmung • anerkannter nationaler Typ Nennspannung U • 300/300 V • 300/500 V • 450/750 V Isolierwerkstoff • PVC • Natur- und/oder synthetischer Kautschuk • Silikonkautschuk • vernetztes Polymer, im Brandfall raucharm und nicht korrosiv Mantelwerkstoff • PVC • Natur- und/oder synthetischer Kautschuk • Chloroprenkautschuk • Glasfasergeflecht • Textilgeflecht • vernetztes Polymer, im Brandfall raucharm und nicht korrosiv Besonderheiten im Aufbau • flache, aufteilbare Leitung • flache, nicht aufteilbare Leitung Leiterart • eindrähtig • mehrdrähtig • feindrähtig bei Leitung für festeVerlegung • feindrähtig bei flexiblen Leitungen • feinstdrähtig • Lahnlitze Aderzahl Schutzleiter • ohne Schutzleiter • mit Schutzleiter Leiterquerschnitt in mm 2 Kenn-zeichen HA 030507 VRSZ VRNJTZ HH2 URK FHY XG Position im Kurztypenzeichen 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Aderzahlen mit Zahlenaufdruck. Die Kennzeichnung sichert, dass die Monteure  vor  Ort  die  Adern  richtig  anschließen.  Besonderer  Auf- merksamkeit  bedarf  die  verwechslungssichere  Kennzeichnung  des grün/gelb gekennzeichneten Schutzleiters. Die Zuordnung von Ader- farben ist derzeitig im Zuge der weiteren internationalen Normung in Diskussion.  Die  Bezeichnung  der  Aderfarben  hat  sich  im  Zuge  der Harmonisierung verändert und ist in Tabelle 10 dargestellt. Die  Typenkurzzeichen  für  elektrische  Nachrichtenkabel  und  -leitun- gen setzen sich allgemein zusammen aus: • Typenkennzeichen z. B. J- für Innenkabel • Kennzeichen für die Art der Aufbauelemente z. B. 2Y(ST)Y für  PE-Isolierung, statischen Schirm und PVC-Mantel • Aderzahl und Abmessung z. B. 10 x 2 x 0,6 • Kennzeichen der Verseilelemente z. B. ST III Bd für Sternvierer,  bündelverseilt Beispiel: J- 2Y(ST)Y 10 x 2 x 0,6 ST III Bd Eine Auswahl von Kurzzeichen zeigt Tabelle 11: Teilweise haben die aufgeführten Kurzzeichen weitere Bedeutungen. Für eine sichere Montage erfolgt eine Kennzeichnung der Adern bzw. Paare  durch  Farben  (Farbspiele)  und  ggf.  durch  zusätzliche  Ring- kennzeichnung sowie offene Wendel aus farbigen Bändern über aus- gewählten Paaren oder Vierern. 40 Farbe black brown red orange yellow green blue violet grey white pink turquoise sw br rt or ge gn bl vi gr ws rs tk BK BN RD OG YE GN BU VT GY WH PK TQ schwarz braun rot orange gelb grün blau violett grau weiß rosa türkis Kurzzeichen alt nach DIN 47002 Kurzzeichen neu nach DIN VDE 0293 Tabelle 10: Kurzzeichen für Aderfarben Element Außenkabel Installationskabel Installationskabel für Industrieelektronik Schlauchleitungen für Fernmeldeanlagen, Leitungen mit Litzenleiter  ≥ 0,2 mm 2 Schaltkabel für Fernmeldeanlagen Bewehrung Schirm aus Kupferdrahtgeflecht Schirm oder Außenleiter aus Kupferdraht-geflecht über einem Paar Kabelseele mit Petrolatfüllung und Schichten-mantel Isolierhülle oder Mantel aus halogenfreiemWerkstoff Schichtenmantel aus Al-Band und PE statischer Schirm aus Metallband oder kunst-stoffkaschiertem Metallband Isolierhülle, Mantel oder Schutzhülle aus PVC Isolierhülle, Mantel oder Schutzhülle aus PE Isolierhülle aus verzelltem PE mit darüber-liegender Schicht aus unverzelltem Material(foam skin) Isolierhülle, Mantel oder Schutzhülle aus VPE zugfestes Geflecht aus Stahldrähten Bündelverseilung einzelne Verseilelemente in Metallfolie/-papier mit Beidraht (z. B. Paar: PiMF) Lagenverseilung Sternvierer mit Phantomkreis Sternvierer in Kabeln für größere Entfernun-gen (Bezirkskabel) Sternvierer im Teilnehmeranschlusskabel(Ortskabel) Kurzzeichen A- J- JE- L- S- B C (C) F(L)SY H (L)2Y (ST) Y 2Y 02YS 2X (Z) Bd …IMF Lg St St I St III Tabelle 11: Typenkurzzeichen für elektrische Nach-richtenkabel und -leitungen nach DIN VDE (Auszug)

Literaturhinweise [1] E.Peet:Cambridge Ancient History, 2. Aufl. Bd. 1, S. 242, Cambridge 1924 [2] F. Pawlek; K. Reichel: Der Einfluss von Verunreinigungen auf die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer, Metallkunde 47 (1956), S. 247 bis 308 [3] F. Pawlek; K. Viessmann; H. Wendt: Der Einfluss von Beimengungen auf die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer und Beeinflussung der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer durch mehrere metallische Verunreinigungen und durch Sauerstoff, Metallkunde 47 (1956), S. 357 bis 363 [4] Niedriglegierte Kupferlegierungen (Fachbuch), Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1966 [5] Niedriglegierte Kupferwerkstoffe, Informationsdruck i.08, Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1981 [6] Kupfer (Fachbuch), Deutsches Kupfer-Institut, Berlin 1982 [7] M. E. G. Hadlow u. a.: Superconductivity and its applications to power engineering, IEE Reviews Bd. 119 (1972), S. 1003 bis 1032 [8] High Conductivity Coppers TN 29, Copper Development Association, London 1990 [9] W. Bermann: Werkstofftechnik Bd. 1, Carl Hanser Verlag, München, Wien 1984 [10] G. Grau: Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Technologie, G. Grau GmbH & Co, Pforzheim 1980 [11] Copper for Busbars, Copper Development Association Publication No. 22, London 1984 [12] Corrosion Resistant Materials Handbook, New Yersey 1985 [13] J. Colbus: Probleme der Löttechnik, Schweißen und Schneiden 6 (1954), S. 287 bis 296, S. 140 bis 147 [14] Löten von Kupfer und Kupferlegierungen (Fachbuch),Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1969 [15] J. Colbus:Grundsätzliche Fragen zum Löten und den Lötverbindungen, Konstruktion 7 (1955), S. 419 bis 430 [16] Schweißen von Kupfer, DKI-Informationsdruck i.11, Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1991 [17] Schweißen von Kupferlegierungen, DKI-Informationsdruck i.12, Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1990 [18] A. Stefanesen: Einige praktische Erfahrungen mit Kaltschweißen von Kupfer- und Aluminium-Kupfer-Verbindungen, Schweißen und Schneiden 25 (1973), S. 14 bis 17 [19] A. Keil: Werkstoffe für elektrische Kontakte, Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960 [20] Steckverbinder, Informationsbroschüre der Fa. Steckverbinder, Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronik-industrie e.V., Nürnberg 4/86 [21] Informationsdruck i.1 Energiesparpotentiale bei Motoren und Trans-formatoren [22] L. Heinhold; R. Stubbe: Kabel und Leitungen für Starkstrom, Erlangen/München 1999 [23] S. Fassbinder: Netzbelastungen durch Oberschwingungen, DKI-Sonderdruck Nr. s.182, Düsseldorf 1998 [24] Dr. Ing. D. Meurer: VPE-isolierte Mittel- und Hochspannungskabel, Draht 4/1999 [25] S. Fassbinder: Brandsichere Kabel und Leitungen, ETZ 1/97 [26] B. Deutsch; S. Mohr; A. Roller; H. Rost: Elektrische Nachrichtenkabel, Erlangen/München 1998 Weiterführende Literatur ISO Recommendation R 1337, Wrought Coppers 1971 W. Vieweger; H. Wever: Der Einfluss des Sauerstoffes auf den Restwiderstand und„Size“-Effekt von reinem Kupfer, Metallkunde 66 (1975), S. 639 bis 644 F. Pawlek: Die physikalischen Eigenschaften von reinem Kupfer,Metall 13 (1959), S. 630 bis 637 Löten von Kupfer und Kupferlegierungen, DKI-Informationsdruck i.3, Deutsches Kupfer-Institut, Berlin 1987 A. van´t Hoen: Die Entwicklung der neuen Flussmittel zum Weichlötenund die damit verbundene Problematik, Metall 8 (1967), S. 795 bis 798 W. Mahler; K. F. Zimmermann: Hartlöten von Kupfer und seinen Legierungen, Fachbuch-Reihe: Schweißtechnik, Bd. 49, Deutscher Verlagfür Schweißtechnik GmbH, Düsseldorf 1966 Fa. Dr.-Ing. G. Wazau: Lötbarkeitsprüfung (Firmenprospekt) H. Rotter: Die Anwendung der Schutzgasschweißung von Kupfer und seinen Legierungen, Metall 23 (1969), S. 1163 bis 1166 B. Küber: Schutzgasschweißen von Kupfer und Kupferlegierungen,Metall 28 (1974), S. 1156 bis 1159 Copper Consumption – Wires and Cables, Japan, USA,Western Europe 1989 - 1993, ICA Copper Study, MARCO, Birmingham 4/92 Kupfer, der Werkstoff der Zukunft für die Aufbau- und Ver-bindungstechnik elektronischer Bauelemente, DKI-Sonderdruck s.189, Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1988 Metallstatistik 77, Jahrgang 1979 bis 1989, Metallgesellschaft AG, Frankfurt/Main 1990 Electrical Cables Handbook, London 1982, S. 29 bis 30 W. Mantel: Schweißen von Kupferwerkstoffen nach Sonderverfahren,Maschinenmarkt 81 (1975), S. 1384 bis 1387 O. v. Franqué; W. Horstmann: Stand und Entwicklungstendenzen des Schweißens vonKupfer und seinen Legierungen, Schweißen und Schneiden 27 (1975), S. 359 bis 361 J. Ruge: Handbuch Schweißtechnik, 2. Aufl., Bd. 1 Werkstoffe, Bd. 2 Verfahren und Fertigung,Springer-Verlag, Berlin 1980 D. Stöckel; H. J. Oberg: Ultraschallschweißen von Werkstoffen, Zeitschrift für Werkstofftechnik 6 (1975), S. 125 bis 132 Kupfer (Teil D), Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Verlag Chemie GmbH, 1963 Löten, DIN Taschenbuch 196, Beuth Verlag GmbH, Berlin/Köln 1983 VDE 100 und die Praxis (Fachbuch), VDE-Verlag GmbH, Berlin/Offenbach 1987 Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen (Fachbuch),Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1978 Schweißtechnik, DIN Taschenbuch 8, Beuth Verlag GmbH, Berlin/Köln 1978 und 1980 D. Freudensprung: Der Einsatz von Kupferwerkstoffen in der Nachrichten-kabeltechnik der DBP heute und in der Zukunft (Tagungs-band), 2. Symposium: Kupferwerkstoffe – Eigenschaften – Anwendung, Deutsches Kupfer-Institut e.V., Berlin 1988 Kabel und Leitungen, Verlag Technik, Berlin 1989 J. Artbauer: Kabel und Leitungen, Verlag Technik, Berlin/Stuttgart 1961 Das Zeitalter der Elektrizität, Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der ElektrizitätswerkembH, Frankfurt/Main 1967 E. v. Rziha: Starkstromtechnik, 8. Auflage, Bd. I und II, Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 1960 Harmonisierung der Starkstromkabel und -leitungen, VDE-Verlag GmbH, VDE Schriftenreihe 31 (1976) H. H. Blechschmidt: Erfahrungen mit neueren Kabelisolierstoffen, Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der ElektrizitätswerkembH, Frankfurt/Main 1980 E. Mills, BICC, United Kingdom: Mineral insulated Metal Sheathed Cables, Wire Ind, 43, May 1976 I. Sannes, Philips Intl, Eindhoven, Netherland: Integrated Mineral Insulated Heaters for UnconventionalApplication, Elektrowaerme Intl, 43, February 1985 D. R. Allen, Alchem, Witchita, Kansas: Composite Heater Cable Cuts Input-Output Power Ratio,Insulation/Circuits, 19. August 1973 B. K. Hay, BICC European Marketing Org., Brussels, Belgium: Mineral Insulated Copper Sheathed Wiring Cables, ATB Metallurgie 16, 1976 H. Heublein; Störungsfreie Datenübertragung, Erlangen/München 1996 VDEW-e.V: Kabelhandbuch, Frankfurt am Main 1997 E. Retzlaff: Lexikon der Kurzzeichen für Kabel und isolierte Leitungen,VDE Schriftenreihe Nr.29, Berlin/Offenbach 1997 W. Hoppmann: Die bestimmungsgerechte Elektroinstallationspraxis, München 1998 Frank Lübbe: Halogenfreie Starkstromkabel und -leitungen für Gebäude-installation, Elektrizitätswirtschaft 5/1997 K. Schwammborn: Draht- und Kabelummantelungen, Kunststoffe 7/1996 R. Greiner: Kostendruck und Miniaturisierung – Kunststoffe in derNachrichten- und Kommunikationstechnik, Kunststoffe 4/1998 H. J. Mair: Kunststoffe in der Kabeltechnik, expert-Verlag, Ehningen bei Böblingen 1991 William Thue: Electrical power cable engeneering, Marcel Dekker, Inc., New York, 1999

DKI-Sonderdrucke Verhalten von Kupferoberflächen an der Atmosphäre(s. 131) Konstruktive Gestaltung von Formgussstücken aus Kupferwerkstoffen (s. 133) Dachdeckung und Außenwandbekleidung mit Kupfer(s. 145/149) Dachentwässerung mit Kupfer (s. 146) Die Korrosionsbeständigkeit metallischer Automobil-bremsleitungen – Mängelhäufigkeit in Deutschland undSchweden (s. 161) Emaillieren von Kupfer und Tombak (s. 163) Schwermetall-Schleuder- und Stranggusstechnische undwirtschaftliche Möglichkeiten (s. 165) Einsatz von Kupfer- und Kupferlegierungsdrähten für nicht-elektrische Anwendungen (s. 168) Rohrwerkstoffe im Vergleich – Entscheidung mit Hilfe derHerstellkosten (s. 175) Grundlegende korrosionschemische Eigenschaften vonKupferwerkstoffen (s. 176) Korrosion und Korrosionsschäden an Kupfer und Kupfer-werkstoffen in Trinkwasserinstallationen (s. 177) Zeitstandeigenschaften und Bemessungskennwerte von Kupfer und Kupferlegierungen für den Apparatebau (s. 178) Planung und Verlegung von Kupferrohr-Fußboden-heizungen (s. 179) Kupferrohre im Heizungsbau (s. 181) Netzbelastung durch Oberschwingungen (s. 182) Fehlauslösungen von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen(s. 184) Wechselwirkungen von Blindstrom-Kompensationsanlagenmit Oberschwingungen (s. 185) Vom Umgang mit Blitzschäden und anderen Betriebs-störungen (s. 186) Wechselwirkung zwischen Kupfer und Umgebung (s. 187) Kupferwerkstoffe (s. 188) 60 Jahre DKI (s. 190) Ergänzende Zeitstandversuche an den beidenApparatewerkstoffen SF-Cu und CuZn20AI2 (s. 191) Kupfer-Zink-Legierungen für die Herstellung von Gesenk-schmiedestücken (s. 194) Versickerung von Dachablaufwasser (s. 195) Kupfer in kommunalen Abwässern und Klärschlämmen(s. 197) Sachbilanz einer Ökobilanz der Kupfererzeugung und -verarbeitung (s. 198) Sachbilanz zur Kupfererzeugung unter Berücksichtigung derEndenergien (s. 199) Einsatz CuNi10Fe1Mn plattierter Bleche für Schiffs- undBootskörperUse of Copper-Nickel Cladding on Ship and Boat Hulls(s. 201) Kupfer-Nickel-Bekleidung für Offshore-PlattformenCopper-Nickel Cladding for Offshore Structures(s. 202) Werkstoffe für Seewasser-RohrleitungssystemeMaterials for Seawater Pipeline Systems(s. 203) Untersuchung zur Bleiabgabe der Messing-legierung CuZn39PB3 an Trinkwasser – Testverfahren nach British Standards BS 7766 and NSFStandard 61(s. 200) Ammoniakanlagen und Kupfer-Werkstoffe? (s. 210) Kupferwerkstoffe in Ammoniakkälteanlagen (s. 211) DKI-Informationsdrucke Energiesparpotentiale bei Motoren und Transformatoren(i. 1) Kupfer/Vorkommen, Gewinnung, Eigenschaften, Verarbei-tung, Verwendung (i. 4) Niedriglegierte Kupferwerkstoffe (i. 8) Kupfer-Zink-Legierungen (Messing und Sondermessing)(i. 5) Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen (Neusilber) (i. 13) Kupfer-Nickel-Legierungen (i. 14) Kupfer-Zinn-Knetlegierungen (Zinnbronzen) (i. 15) Kupfer-Aluminium-Legierungen (i. 6) Kleben von Kupfer und Kupferlegierungen (i. 7) Löten von Kupfer und Kupferlegierungen (i. 3) Schweißen von Kupfer (i. 11) Schweißen von Kupferlegierungen (i. 12) Richtwerte für die spanende Bearbeitung von Kupfer undKupferlegierungen (i. 18) Kupfer – Lebensmittel – Gesundheit (i. 19) Kupferwerkstoffe im Automobilbau (i. 9) Kupferwerkstoffe in der Elektrotechnik und Elektronik(i. 10) Bänder und Drähte aus Kupferwerkstoffen für Bauelementeder Elektrotechnik und der Elektronik (i. 20) Rohre aus Kupfer-Zink-Legierungen (i. 21) Bänder, Bleche, Streifen aus Kupfer-Zink-Legierungen (i. 22) Mechanische, chemische und elektrolytische Oberflächen-vorbehandlung von Kupfer und Kupferlegierungen (i. 23) Beschichten von Kupfer und Kupfer-Zink-Legierungen mitfarblosen Transparentlacken (i. 24) Kupfer-Zinn-, Kupfer-Zinn-Zink- und Kupfer-Blei-Zinn-Guss-legierungen (Guss-Zinnbronze, Rotguss und Guss-Zinn-Blei-bronze) (i. 25) Kupfer im Trinkwasser (i. 26) Recycling von Kupferwerkstoffen (i. 27) Kupfer und Kupferwerkstoffe ein Beitrag zur öffentlichenGesundheitsvorsorge (i. 28) Gewichtstabellen für Kupfer und Kupferlegierungen(i. 29) Durchführungsanleitungen für die Kupferrohrverarbeitungzum Rahmenlehrplan GWI 1/92 „Unlösbare Rohrverbin-dung und Rohrverarbeitung“ (i. 157) Die fachgerechte Kupferrohrinstallation (i. 158) Die fachgerechte Installation von thermischen Solaranla-gen (i. 160) DKI-Fachbücher  je DM 8,50 Kupfer Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen Chemische Färbungen von Kupfer undKupferlegierungen Treiben von Kupfer und Kupferlegierungen Kupfer als Werkstoff für Wasserleitungen Kupferrohre in der Heizungstechnik Kupfer in der Landwirtschaft Guss aus Kupfer und Kupferlegierungen –Technische Richtlinien Kupferrohrnetzberechnungen (kostenlos) Kupfer im Hochbau (Preis auf Anfrage) Planungsleitfaden Kupfer – Messing – Bronze(Preis auf Anfrage) Werkstoffdatenblätter SF-Cu, E-Cu57, CuFe2P, CuCrZr, CuZn30, CuZn36, CuZn37,CuZn39Pb2, CuZn39Pb3, CuZn40Pb2, CuNi9Sn2, CuSn4,CuSn6, CuSn8, G-CuSn5ZnPb, GD-, GK-CuZn37Pb, G-,GZ-, GC-CuSn7ZnPb, G-, GK-, GZ-, GC-CuAI10Ni Informationsbroschüren Kupfer – der Nachhaltigkeit verpflichtet Kupfer in der Elektrotechnik – Kabel und Leitungen Dekorativer Innenausbau mit Kupferwerkstoffen Kupfer in unserer Umwelt Natürlich Kupfer – Kupfer ökologisch gesehen Public Design mit Kupfer Messing Bronze Kupferwerkstoffe in der Umweltgestaltung Türgriffe: Eine Infektionsquelle in Krankenhäusern? Doorknobs: a source of nosocomial infection? Kupfer – lebenswichtiges Spurenelement Wieviel Blei gelangt ins Trinkwasser? Kupfer spart Energie Messing – ästhetisch und beständig Messing ja – Spannungsrisskorrosion muss nicht sein! Ausschreibungsunterlagen für Klempnerarbeiten an Dachund Fassade Lernprogramm Die fachgerechte Kupferrohr-Installation DM 15,80 Lehrhilfen KupferrohrinstallationFoliensatz zum Lernprogramm DM 120,00 Faltmuster für Falzarbeiten mit Kupfer Muster für Ausbildungsvorlagen in der KlempnertechnikDM 55,00 Werkstofftechnik – Herstellungsverfahren2 Sammelmappen mit farbigen Klarsichtfolien und Texterläuterungen Band I DM 250,00 Band II DM 200,00 Filmdienst des DKI Das Deutsche Kupfer-Institut verleiht kostenlos die nach-stehend aufgeführten Filme und Videos: „Kupfer in unserem Leben“Videokassette, 20 Min. Schutzgebühr DM 42,50Verleih kostenlos „Fachgerechtes Verbinden von Kupferrohren“ Lehrfilm,Videokassette, 15 Min. Schutzgebühr DM 20,00Verleih kostenlos „Kupfer in der Klempnertechnik“ Lehrfilm,Videokassette, 15 Min. Schutzgebühr DM 20,00Verleih kostenlos   Fachbücher des DKI sind über den Fachbuchhandel zu beziehen oder ebenso wie Sonderdrucke, Informationsdrucke und Informationsbroschüren direktvom Deutschen Kupfer-Institut.   Dozenten im Fach Werkstofftechnik an Hochschulen  erhalten die Mappen kostenlos   Sonderkonditionen für Berufsschulen Fordern Sie bitte unverbindlich das Dienstleistungs- undVerlagsverzeichnis des DKI an: Deutsches Kupfer-Institut e.V.Am Bonneshof 5, 40474 DüsseldorfTelefon (02 11) 4 79 63 00Telefax (02 11) 4 79 63 10E-mail: [email protected] Document Outline Kupfer in der Elektrotechnik – Kabel und Leitungen Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Kupfer als Leiterwerkstoff 2.1 Kupfersorten 2.2 Eigenschaften 2.2.1 Physikalische Eigenschaften 2.2.2 Mechanische Eigenschaften 2.2.3 Chemische Eigenschaften –Korrosionsbeständigkeit 2.3 Verbindungstechnologien 2.3.1 Löten und Schweißen 2.3.2 Mechanische Verbindungen 3 Anwendungen 3.1 Überblick 3.2 Elektrische Leiter 3.3 Isolier-und Mantelwerkstoffe für Kabel und Leitungen 3.4 Produktgruppen 3.4.1 Starkstromkabel 3.4.2 Starkstromleitungen 3.4.2.1 Leitungen für feste Verlegung 3.4.2.2 Flexible Leitungen 3.4.3 Elektrische Nachrichtenkabel und -leitungen 3.4.3.1 Nachrichtenkabel 3.4.3.2 Nachrichtenleitungen 3.4.4 Wckeldrähte 4 Nationale, europäische und internationale Normung 5 Kennzeichnung Literaturhinweise Weiterführende Literatur DKI-Sonderdrucke DKI-Informationsdrucke DKI-Fachbücher