Schaltdraht-Ratgeber

Schaltdraht ist ein starrer leitender Draht („Volldraht“), der von einer Isolierung umgeben ist. Er verbindet Eckpunkte in Verteilern und wird für leitende Verbindungen in elektrischen Geräten und Anlagen eingesetzt. Schaltdrähte findet man auch in zahlreichen Elektroverkabelungen im Haushalt.

Zwischen Ader, Draht, Leitung und Kabel zu unterscheiden ist gar nicht so einfach, denn die Übergänge sind fließend. Und auch Experten benutzen die Begriffe oftmals nicht einheitlich. Hier die Fakten:

• Ein Draht ist ein einzelner, relativ starrer Leiter, der als Verbindung in elektrischen Geräten eingesetzt wird.
• Ein aus mehreren Drähten bestehendes Leiterbündel nennt man Litze.
• Mit einer Isolierung ummantelten Drähte oder Litzen bezeichnet man als Adern oder Aderleitungen.
• Sogenannte Einzeladerleitungen führen einen einzigen Leiter.
• Ein Adernpaar besteht aus zwei miteinander verseilten Adern. Eine oder mehrere dieser Adern können wiederum in einem Kabel zusammengeführt werden.

Noch übergreifender versteht man den Begriff Leitung: diese kann aus mehreren Kabeln bestehen und elektrischen Strom physisch zur Überbrückung räumlicher Distanzen fortleiten.

Da Dicke von Kabel und Ummantelung variieren, kann es bei unzureichender Isolation oder Kabelkurzschlüssen zu Kabelbrand kommen, der häufigsten Brandursache in Haushalten und Betrieben. Im weiteren Verlauf dieses Ratgebers geben wir Tipps, wie sich diese verhüten lassen.

Klassische Schaltdrähte bestehen nur aus einem einzigen, massiven und eher starren Leiter. Man findet unter der Bezeichnung Schaltdraht aber auch oft so genannte Litzendrähte, ineinander verdrehte Drahtbündel, die aus vielen dünnen Einzeldrähten bestehen. Sie sind dadurch biegsamer, weniger anfällig für Kabelbruch und Materialermüdung – aber auch aufwendiger in der Herstellung und damit teurer in der Anschaffung. Wenn einzelne Drähte brechen, bleibt die elektrische Leitfähigkeit bestehen. Litzen verwendet man deswegen dort, wo es zu stärkeren Bewegungen kommt, zum Beispiel in beweglichen Bauteilen von Maschinen oder Fahrzeugen. Im Gegensatz zu Schaltdraht eignen sie sich nicht zum Löten und müssen beim Klemmen mit speziellen Aderhülsen versehen werden, welche die Einzeldrähte sicher verbinden und vor Beschädigungen schützen.

Schaltdrähte sind

• kostengünstig,
• einfach zu handhaben,
• leicht zu löten, klemmen, wickeln und zu schweißen,
• ideal für die Elektroverkabelung in Gebäuden,
• unkompliziert an Wandanschlussdosen anzulegen,
• passende Materialien für Schneidklemmen.

Nachteile von Schaltdrähten

Da Schaltdrähte nur aus einem einzigen, recht dicken und unflexiblen Draht bestehen, sind sie recht starr und lassen sich nicht gut aufrollen. Zudem kann dieser bei falscher Handhabung brechen, beispielsweise wenn er zu stark gebogen oder verdreht wird.

Der innen liegende Draht besteht meist aus Kupfer und kann verzinnt oder versilbert sein. Versilberten Schaltdraht setzt man wegen seines höheren elektrischen Leitwerts häufig in der Hochfrequenztechnik ein. Seltener wird auch Silberdraht mit einem Kupferanteil verwendet, er eignet sich vor allem für die Schmuckherstellung und die Elektrotechnik.

Die Isolierung besteht meist aus PVC (Polyvinylchlorid) oder PE (Polyethylen). Schaltdraht mit speziellen Isolierungen braucht man, wenn die Geräte extremen Temperaturen oder Chemikalien standhalten müssen:

• Das wärmebeständigere PTFE (Polytetraflouretylen) hält auch hohe Temperaturen, Frequenzen oder Spannungen aus.
• Schaltdraht mit ETFE-Isolierung (Ethylen-Tetrafluorethylen) eignet sich durch seine erhöhte Wärme- und Kältebeständigkeit und gute Isoliereigenschaften beispielsweise für den Einsatz in Wärmegeräten, in der Hochfrequenztechnik und wird häufig als Wickeldraht verwendet.
• Eine FEP-Isolierung (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer) erhöht die Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit, weswegen diese Schaltdrähte vor allem in der chemischen Industrie zu finden sind.
• Auch Silikon oder Gewebe aus organischen Materialien und Glasfasern sind als Isolatoren geeignet. Schaltdraht ohne Isolierung wird auf Leiterplatten eingesetzt, wo er verzinnt oder versilbert der Oxidation an Lötstellen widersteht und deren elektrischen Widerstand reduziert.

Verschiedene Verwendungen erfordern unterschiedliche Schaltdrähte. Die wichtigsten Eigenschaften und ihren Einfluss auf die Funktionalität finden Sie hier in der Übersicht:

Kabelquerschnitt: Er bestimmt, wie viel Strom gefahrlos durch den Schaltdraht fließen kann. Die Stromtragfähigkeit steigt proportional mit dem Kabelquerschnitt. Manchmal wird stattdessen auch der (weniger relevante) Kabeldurchmesser als Maß verwendet.

Isolation: Von ihr hängt vor allem ab, bei welchen minimalen oder maximalen Temperaturen man den jeweiligen Schaltdraht einsetzen kann (Spannungsfestigkeit). Sie beeinflusst auch die Beständigkeit gegen Wasser, Öl, Lösungsmittel und Chemikalien.

Dielektrischer Verlustfaktor:Dieser gibt an, welche Energiemenge durch Umwandlung in Wärme verloren geht. Bei hochfrequenten Anwendungen ist dies von besonderer Bedeutung.

Zu dünne Kabel können schnell überhitzen. Das belastet auf Dauer die Substanz der Stromleitungen. Die Wärme lässt die Isolierungen porös werden und es entsteht die Gefahr eines Schwelbrandes. Das ist gefährlich und kann zu Kurzschluss und Kabelbrand führen. Mit zunehmendem Kabelquerschnitt sinkt der Leitungswiderstand und es entwickelt sich weniger Wärme. Damit der benötigte Strom gefahrlos durch das Kabel fließen kann, ist es also wichtig, einen ausreichend dicken Schaltdraht zu verwenden. Hierbei sollte man den individuellen Stromverbrauch berücksichtigen.

Kabelbrand ist nicht nur die häufigste Brandursache in Haushalten. Laut Institut für Schadenverhütung sind Elektrizität und Überhitzung für 39 % aller Brände verantwortlich (Quelle: IFS-Schadendatenbank 2019). Im gewerblichen Bereich ist effektiver Brandschutz gesetzlich vorgeschrieben und elektrische Geräte müssen regelmäßig geprüft und gewartet werden.

Folgende Maßnahmen helfen dabei, Risiken durch Materialerhitzung zu senken und Kabelbrände zu vermeiden:

Physische Belastung vermeiden

Kabel sollten nicht geknickt oder gequetscht werden. Verlegen Sie diese so, dass bewegliche Maschinen oder Fahrzeuge nicht darüber fahren. Zum Beispiel in einem Doppelboden oder in Installationskanälen.

Materialerhitzung vermeiden

Jedes Kabel strahlt Wärme ab, die effektiv abgeführt werden muss. Achten Sie deswegen auf eine ausreichende Belüftung und vermeiden Sie Kabelknäuel. Halten Sie Sicherheitsabstände zu anderen Wärmequellen und brennbaren Materialien.

Vorschicht bei Mehrfachsteckdosen

Der gleichzeitige Betrieb vieler Verbraucher über eine Mehrfachsteckdose kann zu einer Überlastung des Kabels führen. Abhilfe können Mehrfachsteckdosen mit eingebauter Sicherung leisten. Großverbraucher sollten grundsätzlich an eine Wandsteckdose angeschlossen werden.

Thermografische Überprüfung

Einige Maschinen und Geräte sind fest von außen verschlossen und die innen liegenden Leitungen nur schwer zugänglich. Mit einem speziellen Wärmebildmultimeter kommen Sie auch versteckten Gefahrenquellen auf die Spur.

Laufende Überwachung

Kurzschlüsse können trotz aller Sorgfalt auftreten. Lassen Sie elektrische Geräte und Maschinen deswegen nicht unbeaufsichtigt. Ein effektives Überwachungssystem unterstützt Sie dabei.

Welchen Querschnitt ein Schaltdraht haben muss, ist von vielen Faktoren abhängig. Grundsätzlich gilt: Abhängig von der Leistung angeschlossener Verbraucher und der angelegten Spannung steigt und fällt die benötigte Strommenge.Damit der geforderte Strom durch den Draht fließen kann, benötigt man einen ausreichenden Kabelquerschnitt. Im Prinzip ist eine Stromleitung vergleichbar mit einem Wasserrohr, welches umso mehr Wasser durchlässt, je dicker es ist. Auch die Länge des verwendeten Kabels spielt eine Rolle: Je weiter der Strom transportiert werden muss, desto mehr Leistung verliert er. Dieser Spannungsabfall steigt mit dem Materialwiderstand des Drahtes.

FORMELN ZUM BERECHNEN DES LEITERQUERSCHNITTS

Gleichstrom: A = 2 * L * I * cos γ * Ua

Wechselstrom einphasig: A =√3 * L * I * cosφ γ* Ua

Wechselstrom zweiphasig: P = U * I *√3

• A - Leiterquerschnitt in mm²
• l – Leiterlänge in m
• cos – Wirkungsgrad
• I – Leiterstrom in A
• y – Leitfähigkeit des Leitermaterials (z. B. Kupfer: 0,0175)
• Ua – Spannungsfall in V

Weitere Einflussfaktoren, die bei der Berechnung berücksichtigt werden sollten:

• Umgebungstemperatur
• Anzahl der belasteten Adern
• Stromfrequenz
• Häufung der Leitungen bzw. Art des Überstromschutzes
• Wärmeisolierung bei aufgerollten / aufgespulten Leitungen
• Auswirkungen von Oberwellen

Die „American Wire Gauge“ ist ein aus Nordamerika stammendes Maß für den Drahtdurchmesser. Es bezieht sich auf den Herstellungsprozess von Draht und gibt an, wie oft dieser langezogen wurde, um ihn auf die gewünschte Dicke zu bringen. Oftmals findet man diese Angabe zusätzlich zu dem des international nach DIN EN 60228 genormten Kabelquerschnitts, welcher nach dem metrischen System in Millimetern gemessen wird. Ist nur die AWG Nummer angegeben, muss man den Kabelquerschnitt selbst berechnen. Für eine schnelle Orientierung haben wir hier eine AWG-Tabelle inklusive Querschnitt, Durchmesser und Widerstand von Schaltdrähten für Sie.

AWG Tabelle zur Berechnung des Drahtquerschnitts AWG Querschnitt (mm2) 0 53,5 5 16,75 7 10,55 10 5,26 12 3,31 15 1,65 18 0,82 20 0,52 25 0,16