Flexible Stromschienen-Isolation mit wärmeschrumpfenden Klebebändern

Eine besonders häufige Anwendung für Stromsammelschienen findet sich in Hochvoltbereich der Niederspannung (IEC 60664, 1.500 VDC/1000 VAC). Stromerzeuger wie Windkraftanlagen und Solarfelder erzeugen große Ströme bei Spannungen zwischen ca. 450V….1000 V). Zur Netzanpassung wir die gewonnene elektrische Energie elektronisch geregelt. Dabei werden große Ströme durch vergleichsweise kleine Räume (Schaltschränke) geführt. 

Noch stärker raumreduziert sind die Verhältnisse in Ladesäulen und Frequenzumrichtern der Elektromobilität. Bereits heute werden Ströme bis 600 A durch „winzigen“ Gehäusen (z.B. Ladeanschlussbox, Power Distribution Box [PDU], Battery Charge-Discharge protection Modul) geführt. Herkömmliche Kabel sind für die Verschaltung von z.B. Sicherungselementen nicht einsetzbar. Massive Kupferleiter kombinieren hohe Stromtragfähigkeit mit mechanischer Stabilität. 

Ein entscheidender Nachteil in beengten Bauräumen ist allerdings die vergleichsweise hohe Spannung. Denn erst aus dem Produkt hoher Ströme und hoher Spannungen ergibt sich die Leistung, die bei Windkraftanlagen im MW-Bereich liegt, aber auch im Elektroauto beim Ladevorgang schnell 125 kW und mehr erreichen kann. 

Hohe Spannungen erfordern hohe Sicherheitsabstände – oder Isolationen, die eine Reduktion dieser Abstände erlaubt. Allerdings sind viele Busbars nicht wie in großen Schaltschränken weitgehend lineare Stromsammelschienen. Oft sind Busbars an die beengten Verhältnisse angepasst und dementsprechend verwinkelt.

Es gibt unterschiedliche Isolation für Busbars. Unter anderem wärmeschrumpfende Polyolefin-Schläuche oder Epoydharz-Pulverbeschichtungen.

Nachteil der wärmeschrumpfenden Schläuche ist die oft nur geringe Temperaturbeständigkeit. Dahingegen ist die Epoxydharz-Pulverbeschichtung aufwändig und dementsprechend teuer.

Einen Mittelweg kann man mit sogenannten Heat Shrinkable Busbar Insulation Tapes (wärmeschrumpfende Isolationsklebebänder für Stromschienen) gehen. CMC Klebetechnik bietet solche wärmeschrumpfende Isolationsklebebänder auf Basis von Polyesterfolien an.

Polyesterfolien sind die beliebtesten und am häufigsten eingesetzten Isolationsfolien in der Elektrotechnik. Sie verbinden einen günstigen Preis mit guten mechanischen Eigenschaften und sehr hoher Spannungsfestigkeit bei geringer Materialstärke.

CMC 11766 ist ein Polyesterklebeband, das bei Erwärmung deutlich schrumpft. Im technischen Einsatz wickelt man das Klebeband meistens spiralförmig mit Überlappung um das zu isolierende Leitermaterial. Dadurch erreicht man bereits mit ca. 15% Überlappung eine sehr gute Isolationswirkung (> 4,5 kV Durchschlagspannung). Durch geschicktes Wickeldesign ist auch leicht eine deutlich höhere Spannungsfestigkeit zu erreichen. Dabei kommt eine besondere Eigenschaft von CMC 11766 zum Tragen: der Längsschrumpf ist deutlich höher wie der Querschrumpf (Längsrichtung 25-35%, quer zur Folienbahn 5-10%). Dadurch können notwendige Überlappungen sehr genau definiert werden, während das Band in Längsrichtung eine extrem gute Anpassung an die Form des umschlossenen Stromleiters ausweist.

Zwar ist Polyesterfolie eine relativ steife Isolationsfolie (zum Vergleich: Weich-PVC Folien), die wärmeschrumpfende PET-Folienvariante passt sich beim Erhitzen jedoch sehr gut an Knicke und Bögen im Busbar an.

Vorteil dabei: die Folie behält ihre hohe Durchschlagsfestigkeit und ihre hohe Dauereinsatztemperatur von 130°C. Auch bei einer kurzfristigen Erwärmung auf 175°C (max 1 Stunde) bleibt sie mechanisch stabil und behält ihre elektrische Isolationswirkung. Dadurch können Sicherheitsabstände, die aus der Niederspannungsrichtlinie (IEC 60664) resultieren, zum Teil deutlich reduziert werden (CTI-Wert = 450-600 V).

Das wärmeschrumpfende Isolierklebeband CMC 11766 ist zusätzlich bei UL unter der File-Nummer E93622 gelistet, was den Einsatz als zugelassene Isolation erleichtern kann. Das Material wird auf Rolle in kundenspezifischen Breiten angeboten. CMC 11766 ist als transparentes Band (optische Kontrolle durch das Klebeband hindurch möglich) oder als schwarzes Isolierklebeband erhältlich.