Mit dieser Verschiebung zu höheren Frequenzen einher gehen auch neue Anforderungen an die Isolationumgebung von elektronischen und elektrischen Geräten.
Aus dem Bereich des „Hochfrequenzschweissens“ kennt man den Effekt der "inneren Erwärmung" von Isolierwerkstoffen. Besonders bei der Verarbeitung von PVC und Polyurethan (PU) können mit Hilfe dieser Technik bei ~27 MHz hervorragende Schweißnähte erzeugt werden.
Der technisch-physikalische Hintergrund dazu: In einem hochfrequentes Wechselfeld werden durch Ladungsverschiebungen die (polaren) Moleküle mancher Kunststoffe zum Schwingen angeregt. Dieses Schwingen im ständig die Polarität wechselnden Feld erzeugt mechanische Arbeit im Material, das sich dadurch bis zum Erweichen erwärmt. Presst man zwei Folien zusammen, kann man so eine sehr gute Schweißnaht erzeugen, ohne von außen Wärmenergie zuführen zu müssen. Die Technik gilt als sehr prozessstabil und flexibel.
Was für die Herstellung von Klarsichthüllen oder ETFE-Membrankissen (Allianz-Arena München) gut ist, gerät bei der Anwendung als elektrische Isolationsfolie ggf. zum Desaster. Denn eine Isolationsfolie, die sich im Wechselfeld erwärmt, hat eine schlechtere Spannungsfestigkeit und altert vor allem schneller.
Die allermeisten Datenblätter von Materialien zur Elektroisolation liefern keinen Anhaltspunkt dafür, in welchem Maße die Durchschlagsspannung bei erhöhten Frequenzen sinkt.
Dennoch gibt es Hilfsmittel, die helfen, ein Isolationsmaterial in seinem Verhalten gegenüber hohen Frequenzen zu beurteilen. Ein wesentlicher Faktor ist dabei der dielektrische Verlustfaktor tan delta. Umso kleiner dieser ist, desto weniger stark wird das Material durch ein schnelles Wechselfeld polarisiert und erwärmt.
Typische „unpolare“ Materialien sind PE, PP, PTFE und auch noch PI. So findet man häufig Isolationen aus PTFE auch bei sehr hohen Frequenzen im GHz Bereich an Telekommunikations-Sendemasten.
Wesentlich kritischer sind Kunststoffe mit einem tan d > 0,01. Produkte wie PVC, PU, PA, PET-G, PVDF und PVF sind gut geeignet für das Hochfrequenz-Schweissen. Solche Folien sind dementsprechend bei Frequenzen über 1 MHz kritisch, da sich ihre elektrischen Eigenschaften gegenüber 50Hz-Angaben deutlich ändern. So sinken die Durchschlagspannung und die Alterungsbeständigkeit erheblich.
Leider machen nur wenige Hersteller auf diesen Umstand aufmerksam. Der häufig dennoch mögliche Einsatz von solchen Isolationsfolien gelingt wegen der großen Sicherheitsreserven in den Material- und Gerätenormen.
Heute versucht man allerdings zunehmend, an die Grenzen der Leistungsfähgikeit von Isolierstoffen zu gehen - Stichwort "immer kleiner und leistungsfähiger". Materialdicken werden reduziert, Luft- und Kriechstrecken verkleinert. Diese Entwicklung erhöht die Chance von sporadischen oder systematischen Ausfällen im Feld durch Fehler. Fehlern, die in der Ausgangskontrolle noch nicht entdeckt werden können, weil die Werkstoffe noch ungealtert sind.
Auf den Webseiten der CMC Klebetechnik (www.kapton-klebeband.de undvor allem www.cmc-klebeband.de) sind viele weiter Hinweise zu z.B. Alterungsverhalten von Isolierwerkstoffen, Teilentladungsbeständige Isolierfolien, Grundnormen für Isolationskoordination oder Wärmeleitung zu finden, die alle durch Themen in der Elektromobilität nochmals zusätzlich Aktualität gewinnen. Denn der Powertrain eines Hochvolt-Batteriefahrzeuges enthält eine große Zahl an Gründen, sich über Isolationseigenschaften, Eletromagnetische Verträglichkeit, Partial Discharge und Alterungsverhalten von Isolierstoffen Gedanken zu machen.
Einige typische tan d Werte (Angaben bei über 1 MHz sind sehr selten zu finden):
Material Dielektr. Verlustfaktor
50 Hz 1 MHz
PTFE 0,0005 0,0007
PS 0,0009 0,0005
PP 0,0025 0,0035
PE 0,002 0,002
PI 0,003 0,011
PEEK - 0,03
PET 0,02 0,21
PVC 0,12 0,3
PVDF 0,49 1,7
PA (luftfeucht) 3,9 1,3
Aus dem Bereich des „Hochfrequenzschweissens“ kennt man den Effekt der "inneren Erwärmung" von Isolierwerkstoffen. Besonders bei der Verarbeitung von PVC und Polyurethan (PU) können mit Hilfe dieser Technik bei ~27 MHz hervorragende Schweißnähte erzeugt werden.
Der technisch-physikalische Hintergrund dazu: In einem hochfrequentes Wechselfeld werden durch Ladungsverschiebungen die (polaren) Moleküle mancher Kunststoffe zum Schwingen angeregt. Dieses Schwingen im ständig die Polarität wechselnden Feld erzeugt mechanische Arbeit im Material, das sich dadurch bis zum Erweichen erwärmt. Presst man zwei Folien zusammen, kann man so eine sehr gute Schweißnaht erzeugen, ohne von außen Wärmenergie zuführen zu müssen. Die Technik gilt als sehr prozessstabil und flexibel.
Was für die Herstellung von Klarsichthüllen oder ETFE-Membrankissen (Allianz-Arena München) gut ist, gerät bei der Anwendung als elektrische Isolationsfolie ggf. zum Desaster. Denn eine Isolationsfolie, die sich im Wechselfeld erwärmt, hat eine schlechtere Spannungsfestigkeit und altert vor allem schneller.
Die allermeisten Datenblätter von Materialien zur Elektroisolation liefern keinen Anhaltspunkt dafür, in welchem Maße die Durchschlagsspannung bei erhöhten Frequenzen sinkt.
Dennoch gibt es Hilfsmittel, die helfen, ein Isolationsmaterial in seinem Verhalten gegenüber hohen Frequenzen zu beurteilen. Ein wesentlicher Faktor ist dabei der dielektrische Verlustfaktor tan delta. Umso kleiner dieser ist, desto weniger stark wird das Material durch ein schnelles Wechselfeld polarisiert und erwärmt.
Typische „unpolare“ Materialien sind PE, PP, PTFE und auch noch PI. So findet man häufig Isolationen aus PTFE auch bei sehr hohen Frequenzen im GHz Bereich an Telekommunikations-Sendemasten.
Wesentlich kritischer sind Kunststoffe mit einem tan d > 0,01. Produkte wie PVC, PU, PA, PET-G, PVDF und PVF sind gut geeignet für das Hochfrequenz-Schweissen. Solche Folien sind dementsprechend bei Frequenzen über 1 MHz kritisch, da sich ihre elektrischen Eigenschaften gegenüber 50Hz-Angaben deutlich ändern. So sinken die Durchschlagspannung und die Alterungsbeständigkeit erheblich.
Leider machen nur wenige Hersteller auf diesen Umstand aufmerksam. Der häufig dennoch mögliche Einsatz von solchen Isolationsfolien gelingt wegen der großen Sicherheitsreserven in den Material- und Gerätenormen.
Heute versucht man allerdings zunehmend, an die Grenzen der Leistungsfähgikeit von Isolierstoffen zu gehen - Stichwort "immer kleiner und leistungsfähiger". Materialdicken werden reduziert, Luft- und Kriechstrecken verkleinert. Diese Entwicklung erhöht die Chance von sporadischen oder systematischen Ausfällen im Feld durch Fehler. Fehlern, die in der Ausgangskontrolle noch nicht entdeckt werden können, weil die Werkstoffe noch ungealtert sind.
Auf den Webseiten der CMC Klebetechnik (www.kapton-klebeband.de undvor allem www.cmc-klebeband.de) sind viele weiter Hinweise zu z.B. Alterungsverhalten von Isolierwerkstoffen, Teilentladungsbeständige Isolierfolien, Grundnormen für Isolationskoordination oder Wärmeleitung zu finden, die alle durch Themen in der Elektromobilität nochmals zusätzlich Aktualität gewinnen. Denn der Powertrain eines Hochvolt-Batteriefahrzeuges enthält eine große Zahl an Gründen, sich über Isolationseigenschaften, Eletromagnetische Verträglichkeit, Partial Discharge und Alterungsverhalten von Isolierstoffen Gedanken zu machen.
Einige typische tan d Werte (Angaben bei über 1 MHz sind sehr selten zu finden):
Material Dielektr. Verlustfaktor
50 Hz 1 MHz
PTFE 0,0005 0,0007
PS 0,0009 0,0005
PP 0,0025 0,0035
PE 0,002 0,002
PI 0,003 0,011
PEEK - 0,03
PET 0,02 0,21
PVC 0,12 0,3
PVDF 0,49 1,7
PA (luftfeucht) 3,9 1,3
