Hochtemperatur-Isolierung

Hochtemperatur-Isolierung meint in der Elektrotechnik Isolierstoffe, die oberhalb der Klasse B (130 °C) dauerhaft Spannung sperren: Klasse F bei 155 °C, H bei 180 °C, N bei 200 °C, R bei 220 °C und darüber nach IEC 60085. Die Reihenfolge nach Temperatur und Preis lautet PET bis 130 °C, PEN bis 155 °C, Aramidpapier bis 180 °C, darüber Polyimid und Glimmer, während PPS, PEEK und PTFE Sonderfälle mit Chemie, Feuchte oder Gleitanforderung abdecken. Dieser Beitrag stellt neun Werkstoffgruppen mit belegten Dauer-, Kurzzeit- und Durchschlagwerten je Klasse nebeneinander und zeigt, in welchen Lieferformen GOBA sie aus dem Sortiment der Isoliermaterialien seit 1959 schneidet und stanzt: Schnittrollen von 5 bis 1.600 mm Breite mit plus minus 0,1 mm, Stanzteile von 0,023 bis 3,0 mm Dicke bis 1.000 x 2.000 mm.

• Vier Temperaturangaben stehen auf Datenblättern und meinen vier verschiedene Dinge: Kurzzeitgrenze, Dauergebrauchstemperatur, Temperaturindex TI nach IEC 60216 (20.000 Stunden) und RTI nach UL 746B.
• Polyimid lohnt sich erst oberhalb von 180 °C oder bei Teilentladung, darunter ist Aramidpapier oder ein NKN-Laminat mit Polyimid-Mittellage die günstigere Wahl.
• Wärmedämmung aus Keramikfaser oder Kalziumsilikat ist ein anderes Thema: Sie bremst den Wärmestrom, sperrt aber keine Spannung.

Warum die Grenze bei 130 °C liegt

Die Schwelle von 130 °C ist nicht willkürlich gewählt. Bis dahin, also bis zur Isolierstoffklasse B, erledigt biaxial gereckte Polyesterfolie fast jede Flächenisolierung im Motor, im Transformator und im Gerät, und sie tut das zu einem Preis, den kein anderer Isolierstoff erreicht. Darüber verliert PET zuerst seine Reckung, dann seine mechanische Festigkeit und zuletzt seine elektrische. Ab dieser Schwelle beginnt die Auswahl, um die es auf dieser Seite geht.

Auf der Temperaturskala ist die Untergrenze damit gezogen, zur Seite braucht der Begriff noch eine Abgrenzung, denn er wird in zwei Bedeutungen benutzt, und der Unterschied kostet bei falscher Bestellung Geld. Im Ofenbau und in der Anlagentechnik heißt Hochtemperatur-Isolierung Wärmedämmung: Keramikfaser, Kalziumsilikat und Dämmwolle bremsen den Wärmestrom aus einer heißen Zone. In der Elektrotechnik heißt derselbe Begriff Elektroisolierung bei hoher Temperatur: Aramidpapier, Polyimidfolie oder Glimmer sperren Spannung, während die Wicklung oder das Heizelement heiß wird. GOBA fertigt für die zweite Bedeutung. Die erste behandelt der Beitrag zur thermischen Isolierung, die Übersicht über beide Welten liefert der Artikel zum Isoliermaterial.

Hochtemperatur-Isolierung nach Isolierstoffklasse: welcher Werkstoff trägt welche Klasse

Die IEC 60085 ordnet Isolierstoffe und Isoliersysteme nach ihrer zulässigen Dauerbetriebstemperatur in Klassen. Für die Auswahl zählt die Zuordnung Klasse zu Werkstoff, und die sieht in der Praxis so aus:

Die Klassen N und R kamen mit neueren Ausgaben der Norm hinzu, auf vielen Datenblättern steht für alles oberhalb von H noch die alte Sammelklasse C. Die vollständige Tabelle von Y bis C und die Regel, nach der jede dauerhafte Überschreitung um 10 Kelvin die Lebensdauer halbiert, stehen bei den Isolierstoffklassen. Wichtig für die Bestellung: Die Klasse eines Werkstoffs sagt nicht, welche Klasse das fertige Isoliersystem aus Folie, Draht, Tränkharz und Klebstoff erreicht. Die Systemklasse wird nach IEC 60034-18 oder UL 1446 am kompletten Aufbau geprüft, deshalb steht im Datenblatt einer Folie meist ein Temperaturindex und keine Klasse.

Kennwerte hitzebeständiger Isolierstoffe im Vergleich

Die folgende Tabelle stellt die Werkstoffe oberhalb der Klasse B mit den Werten nebeneinander, die in der Auslegung zählen. Alle Zahlen stammen aus Herstellerdatenblättern oder UL-Akten, die Quelle steht in jeder Zeile.

Drei Zeilen verdienen einen zweiten Blick. PPS trägt zwei verschiedene RTI-Werte, 200 °C für die elektrischen und 160 °C für die mechanischen Eigenschaften, und ein Datenblatt, das nur die 200 nennt, verschweigt die Hälfte. PEEK zeigt den Dickeneffekt: Als Platte über 762 µm steht der RTI bei 260 °C, als Folie zwischen 50 und 127 µm bei 200 °C, weil dünne Folien wegen ihres Oberflächen-Volumen-Verhältnisses schneller altern (Victrex). Wer aus einem Plattendatenblatt auf eine 50-µm-Folie schließt, liegt 60 Kelvin daneben. Und beim Glimmer gilt die Temperatur dem Mineral: Die Platte hängt an maximal 10 % Silikonbinder, das Glimmerband an seinem Glasseidenträger und dessen Kleber. Welche Grenze der Verbund tatsächlich trägt, steht im Beitrag zum Glimmerband.

Kurzzeitgrenze, Dauergebrauchstemperatur, TI und RTI: vier Zahlen, ein Datenblatt

Der häufigste Fehler bei der Auswahl hitzebeständiger Isolierung passiert beim Lesen des Datenblatts. Händlerseiten werben mit der höchsten Zahl, die sich belegen lässt, und die ist fast immer ein Kurzzeitwert. Vier Angaben kursieren, und sie sind nicht austauschbar.

Der Temperaturindex ist die ehrlichste der vier Zahlen, weil er eine Zeit trägt. 20.000 Stunden sind rund zweieinhalb Jahre Dauerbetrieb, und der übliche Endpunkt ist die Hälfte der anfänglichen Durchschlagspannung (ZVEI, Isolations-Merkblatt Nr. 1). Ein Werkstoff, der bei seinem TI betrieben wird, hat also nach zweieinhalb Jahren die Hälfte seiner elektrischen Reserve verbraucht. Die Ergänzung dazu heißt Halbierungsintervall HIC: das Temperaturintervall in Kelvin, das die Zeit bis zum Endpunkt halbiert, bei organischen Isolierstoffen meist rund 10 Kelvin.

Wie weit Kurzzeit und Dauer auseinanderliegen, zeigt DuPont für Kapton HN in einer eigenen Standzeittabelle: Die Folie hält 8 Jahre bei 250 °C, 1 Jahr bei 275 °C, 3 Monate bei 300 °C, 6 Tage bei 350 °C und 12 Stunden bei 400 °C, jeweils bis die Bruchdehnung auf 1 % gefallen ist (DuPont, Kapton Summary of Properties). Die beworbene Zahl 400 °C und die Auslegungszahl 250 °C beschreiben denselben Werkstoff. Für Aramidpapier gilt dasselbe Muster: Nomex 410 hält 12 kV/mm mehrere Stunden bei 400 °C und ist zugleich als 220-°C-Werkstoff anerkannt. Wer eine Auslegung macht, nimmt den TI oder den elektrischen RTI, zieht 20 bis 30 Kelvin Reserve ab und rechnet mit der Temperatur am heißesten Punkt der Wicklung, nicht am Gehäuse.

Welche Hochtemperatur-Isolierung für welche Anwendung?

Die Anwendung legt die Klasse fest, die Klasse grenzt die Werkstoffe ein, und erst dann entscheiden Bauhöhe, Spannung und Preis. Aus unserer Fertigung sind das die typischen Zuordnungen:

• Motoren der Klasse H in Öfen, Trocknern und Lackieranlagen: Nutauskleidung und Phasenisolation aus Nomex 410 oder NKN-Laminat, Deckschieber aus Aramidpapier. Bei Auslegung nach Klasse H und Ausnutzung nach Klasse F bleibt die 25-Kelvin-Reserve, die nach der 10-Kelvin-Regel die Lebensdauer grob verfünffacht.
• E-Traktion mit Hairpin-Wicklung: hohe Stromdichte, enge Nut und Umrichterbetrieb mit steilen Flanken. Hier arbeitet Polyimid als CR-Typ gegen Teilentladung oder als Mittellage im NKN, weil die Nut keinen Platz für dicke Lagen lässt.
• Heizgeräte und Weiße Ware: Backöfen, Wäschetrockner, Haartrockner und Streifenheizungen tragen ihre Heizwendel auf festen Glimmerplatten, weil dort Wärme und Spannung am selben Bauteil anliegen. Trafos und Motoren im Gerät bleiben meist bei PET oder NMN.
• Trockentransformatoren und Transformatoren der Klasse F und H: Lagen- und Barrierenisolation aus Aramidpapier, dort mit der von DuPont empfohlenen Dauerbeanspruchung von höchstens 1,6 kV/mm gegen Teilentladung.
• Leistungselektronik: Isolierlagen zwischen Halbleiter und Kühlkörper aus wärmeleitfähig eingestelltem Polyimid wie Kapton MT, wo neben der Temperatur die Wärmeleitfähigkeit über die Dicke entscheidet.
• Kabel, Litzen und Schläuche in heißen Zonen: Silikon-Glasseide und PTFE. Dieses Feld behandelt der Beitrag zum Isolierschlauch.

Hochtemperatur-Isolierung auswählen: die Reihenfolge nach Temperatur und Preis

Unsere Empfehlung ist eine Treppe, keine Liste. Man geht sie von unten nach oben und bleibt auf der ersten Stufe stehen, die die Temperatur am heißesten Punkt mit Reserve trägt. Jede Stufe darüber kostet ein Mehrfaches je Quadratmeter, ohne dass die Anwendung davon etwas hat.

1. Bis 130 °C: PET-Folie. Die Klasse B deckt den größten Teil der Industriemotoren, Haushaltsantriebe und Netztransformatoren ab. Erst ein realer Messwert über 130 °C an der Isolierstelle rechtfertigt die nächste Stufe.
2. Bis 155 °C: PEN-Folie oder NMN-Laminat. PEN liefert die Klasse F mit denselben Verarbeitungseigenschaften wie PET und vierfacher Hydrolysebeständigkeit, NMN liefert sie mit der Kantenstabilität von Aramidpapier beim Einziehen in die Nut.
3. Bis 180 °C, mit Reserve bis 200 °C: Aramidpapier wie Nomex 410 oder NKN-Laminat. Das ist die Stufe der Klasse H und der Bezugswerkstoff für Ofenmotoren, Trockner und Trockentransformatoren.
4. Bis 240 °C: Polyimidfolie. Kapton HN lohnt sich erst hier, oder früher, wenn die Bauhöhe eine 125-µm-PET-Folie nicht zulässt und 50 µm Polyimid dieselbe Spannung tragen.
5. Darüber: Glimmer. Ab 250 °C bleiben von den organischen Werkstoffen nur PTFE und Polyimid mit begrenzter Standzeit, ab 300 °C allein das Mineral. Feste Glimmerplatten tragen Heizwendel bei 500 bis 700 °C.

Drei Werkstoffe stehen bewusst neben dieser Treppe. PPS nehmen wir, wenn Chemikalien oder Hydrolyse ins Spiel kommen, denn seine Zugfestigkeit bleibt in Natronlauge und Ammoniak stabil, wo Polyester und Polyimid versagen. PEEK gehört dorthin, wo eine Folie gleichzeitig Wärme, Verschleiß und Strahlung aushalten muss, etwa als Dauerlabel oder Trennfolie in Werkzeugen. PTFE ist elektrisch und thermisch hervorragend, fließt aber unter Dauerdruck kalt und scheidet in geklemmten Aufbauten aus. Welche dieser Werkstoffe wir als Rollenware führen und welche Klasse die konkrete Type trägt, steht in der Übersicht unserer Isoliermaterialien.

Ist Polyimid zu teuer? Der Einwand und die Laminat-Antwort

Der Einwand kommt aus dem Einkauf, und er ist berechtigt: Polyimidfolie kostet ein Vielfaches einer PET-Folie gleicher Dicke, und eine Nutauskleidung aus 125 µm Vollpolyimid kippt die Kalkulation eines Serienmotors. Die falsche Konsequenz wäre, bei 180 °C mit PET zu arbeiten und auf Reserve zu hoffen. Die richtige heißt Laminat.

Im NKN-Laminat sitzt die Polyimidfolie nur als 25-µm-Mittellage zwischen zwei Lagen kalandriertem Aramidpapier. Die Mitte sperrt die Spannung, das Papier außen trägt die mechanische Last beim Einziehen, Falzen und Tränken. Das Laminat erreicht die Klasse H bei einer Gesamtdicke von 0,2 bis 0,4 mm, und der Polyimidanteil am Materialpreis schrumpft auf einen Bruchteil. Genau deshalb steckt in vielen Motoren der Klasse H Kapton, ohne dass es auf der Stückliste als Kostentreiber auftaucht. Wo die Klasse F reicht, erledigt das NMN mit PET-Kern dieselbe Arbeit noch günstiger. Als Faustregel für die Anfrage: Vollpolyimid nur bei Teilentladung, Bauhöhe unter 50 µm oder Dauertemperatur über 200 °C, sonst Laminat.

Hochtemperatur-Dämmung: wo Keramikfaser und Kalziumsilikat hingehören

Wer nach Hochtemperatur-Isolierung für einen Ofen, eine Abgasleitung oder einen Brennraum sucht, braucht Wärmedämmung, und dort gelten andere Werkstoffe und andere Zahlen. Keramikfaser aus Aluminiumsilikat trägt Klassifikationstemperaturen ab 1.260 °C nach EN 1094, Kalziumsilikatplatten dämmen bis 1.000 °C, Glaswolle bis rund 400 °C und Steinwolle bis rund 700 °C. Keiner dieser Werkstoffe hat eine Isolierstoffklasse, weil keiner für das Sperren von Spannung geprüft ist.

Eine Werkstoffgruppe steht in beiden Welten: Glimmer. Als feste Platte isoliert er das Heizelement elektrisch und dämmt zugleich mit einer Wärmeleitfähigkeit, die deutlich unter der von Keramik liegt. Ein Keramikfaserpapier dagegen bleibt Wärmeschutz, auch wenn es neben einer Spule sitzt. Materialwahl und Schichtdicke für Anlagen und Rohrleitungen stehen im Beitrag zur thermischen Isolierung, den Kennwert selbst erklärt der Artikel zur Wärmeleitfähigkeit.

Wie GOBA Hochtemperatur-Isolierstoffe schneidet und stanzt

Die Auswahl endet beim Datenblatt, die Fertigung beginnt dort. Bei uns kommen Aramidpapier, Polyimidfolie, Laminate, Glasgewebe und Glimmer als Mutterrolle oder Platte ins Haus und verlassen es als Schnittrolle, Zuschnitt oder Stanzteil. Geschnitten wird im Scherschnitt zwischen zwei Kreismessern in Breiten von 5 bis 1.600 mm mit einer Breitentoleranz von plus minus 0,1 mm, gewickelt auf Kerne mit 25, 55, 76 oder 152 mm Innendurchmesser. Wer schmale Bandagen aus Nomex oder Polyimid für Wickelköpfe braucht, bekommt sie beim Lohnschneiden maßhaltiger als in der Standardrolle des Herstellers.

Beim Stanzen und Formen reicht die Materialdicke von 0,023 bis 3,0 mm, die maximale Abmessung eines Stanz- oder Biegeteils beträgt 1.000 x 2.000 mm. Für Muster und kleine Serien arbeiten wir mit Bandstahlschnitt, für enge Toleranzen und lange Standzeiten mit Vollstahlwerkzeugen auf dem Stanzautomaten. Falzkanten prägen wir im selben Hub vor, damit das Teil beim Kunden in Endposition bleibt, und komplexe Geometrien verformen wir unter Wärme, statt sie kalt zu zwingen.

Drei Werkstoffe verhalten sich im Werkzeug anders als PET. Polyimid franst nicht, reißt aber an einer beschädigten Kante weiter, wenn das Teil später gefalzt wird, deshalb muss die Schnittkante sauber sein und die Falzkante vorgeprägt. Glasfasergewebe wirken abrasiv auf Messer und Werkzeug, deshalb laufen sie bei uns auf Anlagen, die für abrasive Bahnen ausgelegt sind. Feste Glimmerplatten lassen sich stanzen, das Werkzeug braucht laut Herstellerdatenblatt einen Niederhalter, damit die Platte beim Schnitt nicht abplatzt oder delaminiert. Aramidpapier wiederum hat eine Maschinen- und eine Querrichtung mit unterschiedlichen Werten, DuPont empfiehlt deshalb, Nutauskleidungen in der Richtung mit der höheren Festigkeit zu orientieren, und das legen wir mit dem Stanzbild auf der Bahn fest. Für Aufbauten, die es so nicht als Katalogware gibt, etwa ein Laminat mit anderer Lagenfolge, ein selbstklebendes Glimmerformteil oder ein Zuschnitt in Kleinserie, sprechen Sie uns über kundenspezifische Produkte an.

GOBA Fazit

Hochtemperatur-Isolierung beginnt dort, wo PET aufhört, und sie endet nicht bei Polyimid. Dazwischen liegen PEN, PPS, Aramidpapier und die Laminate, darüber Glimmer, daneben PEEK und PTFE für Sonderfälle. Die Auswahl folgt der Temperatur am heißesten Punkt, gelesen als Temperaturindex oder RTI mit 20 bis 30 Kelvin Reserve, nie als Kurzzeitwert aus der Werbung. Wer so auswählt, landet in den meisten Fällen bei Aramidpapier oder einem Laminat und spart sich das Vollpolyimid für die Fälle, in denen es keinen Ersatz gibt.

Schicken Sie uns Zeichnung, Dauertemperatur, Spannung und Stückzahl. Wir sagen Ihnen, welche Stufe der Treppe Ihr Teil trägt, ob ein Laminat die Kalkulation rettet und in welcher Form wir es aus unseren Isoliermaterialien schneiden oder stanzen.

FAQ zur Hochtemperatur-Isolierung

Welche Isolierung ist hitzebeständig bis 200 °C?

Für 200 °C Dauertemperatur kommen Aramidpapier wie Nomex 410 (von UL als 220-°C-Werkstoff anerkannt), PPS-Folie mit einem elektrischen RTI von 200 °C, PEEK-Folie und Polyimidfolie in Frage. In Motoren und Transformatoren ist Aramidpapier oder ein NKN-Laminat die wirtschaftliche Wahl, Vollpolyimid lohnt erst bei Teilentladung oder sehr geringer Bauhöhe.

Welche Isolierung hält 300 °C dauerhaft aus?

Bei 300 °C bleiben von den organischen Werkstoffen nur PTFE mit 260 °C Dauergebrauch am Rand und Polyimid, das laut DuPont bei 300 °C nach drei Monaten versprödet. Dauerhaft tragen diese Temperatur nur anorganische Isolierstoffe: feste Glimmerplatten aus Muskovit bis 500 °C und aus Phlogopit bis 700 °C, dazu Glasseide und Keramik. Deshalb sitzen Heizwendel in Backöfen und Trocknern auf Glimmer.

Was ist der Unterschied zwischen Dauergebrauchstemperatur und Temperaturindex?

Die Dauergebrauchstemperatur ist eine Herstellereinschätzung ohne genormte Zeitbasis. Der Temperaturindex TI nach IEC 60216 ist die Temperatur, bei der eine Eigenschaft nach 20.000 Stunden ihren Endpunkt erreicht, meist die Hälfte des Anfangswerts. Der RTI nach UL 746B arbeitet ähnlich, trennt aber elektrische und mechanische Eigenschaften. Für die Auslegung zählen TI oder RTI, nicht die Kurzzeitgrenze aus der Werbung.

Ab wann reicht PET-Folie nicht mehr?

PET-Folie trägt die Isolierstoffklasse B mit 130 °C Dauertemperatur. Liegt die Temperatur am heißesten Punkt der Isolierstelle darüber, oder soll die Reserve von 20 bis 30 Kelvin eingehalten werden, wechselt man auf PEN-Folie oder NMN-Laminat für Klasse F und auf Aramidpapier oder NKN-Laminat für Klasse H.

Ist Hochtemperatur-Isolierung dasselbe wie Wärmedämmung?

Nein. Wärmedämmung aus Keramikfaser, Kalziumsilikat oder Dämmwolle bremst den Wärmestrom und hat keine Isolierstoffklasse, weil sie nicht für das Sperren von Spannung geprüft ist. Hochtemperatur-Isolierung im elektrischen Sinn sperrt Spannung bei Wärme, etwa als Aramidpapier, Polyimidfolie oder Glimmer. Glimmer kann beides und sitzt deshalb unter Heizelementen.

Welche Isolierstoffklasse haben Kapton und Nomex?

Nomex 410 wird in Isoliersystemen der Klasse H (180 °C) eingesetzt und ist von UL als 220-°C-Werkstoff anerkannt. Kapton HN trägt in der UL-Akte E39505 einen Temperaturindex von 220 bis 240 °C für die elektrischen Eigenschaften und wird der Klasse R und höher zugeordnet. Welche Klasse das fertige System erreicht, entscheidet die Prüfung des kompletten Aufbaus mit Draht, Harz und Kleber.