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Fachbegriffe aus der Elektrotechnik
Was versteht man unter Leiterwerkstoff?

Welche verschiedenen Werkstoffe werden für die Stromleitung eingesetzt und welche Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile besitzen sie?

Bereitschaftsparallelbetrieb/Pufferbetrieb - 1 Gleichrichter (Ladegerät); 2 Verbraucher; 3 Batterie

Bereitschaftsparallelbetrieb/Pufferbetrieb - 1 Gleichrichter (Ladegerät); 2 Verbraucher; 3 Batterie (Bild: R. Müller/ep)

Werkstoff zur Fortleitung des elektrischen Stroms oder von Signalen.

Elektrische Leiter zur Energie- oder Informationsübertragung sollen einen geringen elektrischen Widerstand, gute mechanische Eigenschaften, hohe Witterungsbeständigkeit (geringe Korrosionsneigung) und zu alledem möglichst noch einen niedrigen Preis haben. Diese Merkmale erfüllen am besten elektrochemisch gereinigtes Kupfer (Elektrolytkupfer, Abk. E-Cu) und auf elektrolytischem Wege gewonnenes Aluminium (Elektrolytaluminium, Abk. E-Al).

Kupfer hat eine Dichte γ= 8,9 g/cm3(γgriech. Gamma) und ist damit über das Dreifache schwerer als Aluminium, γ= 2,7 g/cm3. Außerdem ist E-Cu teurer als E-AI. Dennoch werden z. B. Kabel und Leitungen für die elektrische Gebäudeinstallation vorwiegend, bei niedrigen Querschnitten sogar ausschließlich, mit Kupferleitern hergestellt.

Worin liegen die Gründe für die Bevorzugung von Kupferleitern für die elektrische Gebäudeinstallation?

Kupfer hat (wie Silber) eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit, sogar besser noch als Gold. Der spezifische elektrische Widerstand – früher auch „Einheitswiderstand“ genannt – beträgt bei E-Cu und einer Temperatur von 20 °C:

ρCu = 0,0175 Ωmm2/m, bei E-Al dagegen ρAI = 0,0278 Ωmm2/m (ρgriech. Rho). Somit hat Kupfer eine rund 1,5fach höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit κ = 1/ρ als Aluminium (κ griech. Kappa). κCu = 57 m/ (Ωmm2), κAI = 36 m/(Ω mm2).

Kupfer ist ein hoch duktiler Werkstoff. Im Gegensatz zu Aluminiumleitern können selbst eindrähtige (massive) Kupferleiter, z. B. in Installationsdosen, wiederholt hin- und hergebogen werden, ohne dass sich diese an der Biegestelle entfestigen (einschnüren) oder dort gar brechen.

Aluminium ist stets von einer schlecht leitenden, dünnen Oxidschicht (AI203) überzogen, die an den Anschluss- und Verbindungsstellen zu entfernen ist. Außerdem neigt Aluminium zum Langzeitfließen. Dieser Werkstoff gibt somit im Gegensatz zu Kupfer bei starkem Druck mit der Zeit nach. Dadurch erhöht sich der elektrische Kontaktwiderstand und mit ihm auch die Temperatur (Brandgefahr). Aluminiumleiter erfordern deshalb eine bestimmte Anschluss- und Verbindungstechnik, bei Schraubklemmen z. B. federnde Kontaktstücke. Bewährt haben sich Pressverbindungen.

Kupfer hat eine vergleichsweise hohe Witterungsbeständigkeit sowie gute Schweiß- und Lötbarkeit. In feuchter Luft überzieht sich dieser Werkstoff im Laufe der Zeit zwar mit einer dünnen, blau-grünen Haut von kohlesaurem Kupfer (Edelrost, Grünspan, Patina), welche jedoch die darunter liegende Schicht (Leiteroberfläche) nicht beschädigt, sondern diese eher sogar schützt. Blanke, hartgezogene Kupferdrähte sind deshalb auch für Freileitungen gut geeignet.

Kupfer wird bei Berührung mit anderen Metallen durch elektrochemische Korrosion nicht zerstört. Dagegen bilden Aluminiumleiter ein galvanisches Element, wenn sie – vor allem unter dem Einfluss von feuchter Luft – Leiter aus anderen (edleren) Werkstoffen kontaktieren.

Während des Zweiten Weltkriegs und noch einige Jahre danach wurden Leiter mit geringem Nennquerschnitt auch aus einer Zinklegierung (κ= 15,9 m/(Ω mm2)) hergestellt. Dieser vergleichsweise harte (spröde) Leiterwerkstoff hat sich im praktischen Einsatz nicht bewährt. Sinngemäß gilt das auch für die in der ehem. DDR Anfang der achtziger Jahre hergestellten AI/Cu-Verbundleiter (Aluminiumleiter mit Kupferauflage).

Autor: R. Müller

Dieser Beitrag ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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