Vulkanfiber

Vulkanfiber ist ein Schichtwerkstoff aus reiner Zellulose: Mehrere Lagen ungeleimtes Papier werden in Zinkchloridlösung oder Schwefelsäure angequollen, zu einer homogenen Platte verpresst, ausgewaschen und getrocknet, ganz ohne Harz oder Klebstoff. Die rote Standardplatte hat eine Dichte von rund 1,2 g/cm³, sperrt je nach Dicke 7,7 bis 9,1 kV/mm, hält im Lichtbogentest 80 Sekunden und ist bei UL elektrisch für 115 °C Dauertemperatur gelistet (ESPE, Datenblatt Vulcanized Fibre, UL-Datei E55656). Deutsche Händler führen sie in der Isolierstoffklasse Y mit 90 °C (Müller Ahlhorn, Flexiso VF). Dieser Beitrag zeigt Herstellung, Kennwerte, Temperatur, Feuchte, Normen und Anwendungen, vergleicht Vulkanfiber mit Pressspan und Nomex und erklärt, wie wir daraus Isolierteile und Formteile nach Zeichnung stanzen.

Vulkanfiber bei GOBA: Lieferformen, Dicken und Anfrage

GOBA liefert Vulkanfiber ab einem Stück, als Material oder als fertiges Teil nach Ihrer Zeichnung.

Lieferformen

Bogen und Platte, Zuschnitt, Stanzteil nach Zeichnung, Formteil (gefalzt, geprägt oder gebogen)

Dicken

Nach Ihrer Vorgabe. GOBA verarbeitet Werkstoffe von 7 µm bis 3 mm.

Ausführungen

Als Platte, Zuschnitt oder als Stanz- und Formteil nach Ihrer Zeichnung.

Stanz- und Formteile

Materialdicke 0,023 bis 3,0 mm, Abmessungen bis 1.000 × 2.000 mm

Menge

Ab 1 Stück, vom Muster bis zur Serie

Lieferzeit

Höchstens 2 Wochen, wenn das Material vorrätig ist

Das brauchen wir für Ihr Angebot

• Zeichnung oder Maße
• Menge
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Ihr Ansprechpartner

Giuseppe Juliano, Technische Beratung

+49 7153 9439 16 · juliano@goba.de

Herstellung: Papierlagen, Zinkchlorid und monatelanges Auswaschen

Das Verfahren geht auf ein britisches Patent von Thomas Taylor aus dem Jahr 1859 zurück (Wikipedia, Vulcanized fibre). Grundstoff ist ein ungeleimtes Rohpapier aus Baumwoll-Linters, Hadern oder Zellstoff. Daraus entsteht die Platte in drei Schritten:

1. Sechs bis zehn Papierbahnen laufen gemeinsam durch ein Pergamentierbad, beim älteren Verfahren eine rund 70-prozentige Zinkchloridlösung, beim jüngeren Schwefelsäure. Die Faseroberfläche quillt an und bildet Hydratzellulose, die die Lagen ohne Bindemittel zu einem Stück verbindet (Wikipedia, Vulkanfiber).
2. Die Bahnen werden abgegautscht, also ausgepresst, und in immer schwächeren Bädern ausgewaschen, bis höchstens 0,05 % Zinkchlorid übrig bleiben. Bei den dicksten Platten dauert das 18 Monate bis zwei Jahre, wer zu schnell wäscht, reißt die Lagen auseinander (Wikipedia, Vulcanized fibre).
3. Die Platte wird auf 5 bis 6 % Feuchte getrocknet und glatt kalandriert. Dabei schrumpft sie in Laufrichtung um rund 10 %, quer um 20 % und in der Dicke um 30 %.

Für die Elektroisolierung zählt, was vom Pergamentiermittel im Werkstoff bleibt. Das Datenblatt von Karl Popp nennt für rote, harte Ware unter 0,01 % Chlorzink und einen pH-Wert von 6,2 im wässrigen Auszug. Schwefelsäure-Fiber hinterlässt keine nachweisbaren Rückstände (Wikipedia). Endloslinien fertigen Bahnen bis 2,4 mm Dicke, dickere Platten werden aus mehreren Vulkanfiberlagen aufgebaut (ESPE: ab 2,6 mm laminiert).

Vulkanfiber-Kennwerte: Festigkeit, Durchschlag und Lichtbogen

Vulkanfiber gibt es in zwei Grundqualitäten. Die Standardqualität ist rot, grau oder schwarz und für mechanische und elektrische Teile gedacht. Die Elektroqualität heißt im Englischen Fishpaper, ist dünner, biegsamer und auf Durchschlagfestigkeit ausgelegt. Die Norm IEC 60667-3-1 unterscheidet genau diese beiden Typen. Die Tabelle zeigt typische Werte aus den Datenblättern eines UL-gelisteten Herstellers, umgerechnet aus Zoll und psi.

Quelle: ESPE Manufacturing, Datenblätter Vulcanized Fibre und Fishpaper Properties, UL-Datei E55656. Drei Dinge lesen viele Einkäufer falsch. Erstens sind das typische Werte. Müller Ahlhorn garantiert für seine Vulkanfiber mindestens 6,0 kV/mm, Popp mindestens 90 N/mm² längs und 50 N/mm² quer. Mit diesen Mindestwerten wird ausgelegt. Zweitens sinkt die Durchschlagfestigkeit je Millimeter mit der Dicke: Die Standardqualität sperrt bei 0,4 mm 9,1 kV/mm, bei 3,2 mm nur noch 7,7. Warum das bei allen Feststoffen so ist, erklärt der Beitrag zur elektrischen Durchschlagsfestigkeit. Drittens ist Vulkanfiber quer zur Laufrichtung nur halb so zugfest wie längs. Für ein Stanzteil, das an einem Steg Zug aufnimmt, gehört die Laufrichtung deshalb in die Zeichnung.

Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei 0,29 W/(m·K) bei 65 °C, die Wärmeausdehnung bei rund 20 x 10^-6 /K längs und 31 x 10^-6 /K quer (ESPE). Was ein CTI von 400 bis 599 V für Luft- und Kriechstrecken bedeutet, steht im Beitrag zur Kriechstromfestigkeit.

Welche Temperatur Vulkanfiber aushält: 90, 105 oder 115 °C

Kaum ein Werkstoff hat so viele verschiedene Temperaturangaben. Jede beschreibt einen anderen Fall:

• 70 °C gibt ein Hersteller von Verschraubungsdichtungen für Wasser und Heizung an (Kirchhoff, Dichtung 18 x 24 x 1,5 mm).
• 90 °C entsprechen der Isolierstoffklasse Y, in die Müller Ahlhorn seine Vulkanfiber einstuft.
• 0 bis 105 °C nennt Popp als Dauertemperatur für unbehandelte, ungetränkte Ware, der Flammpunkt liegt über 300 °C.
• 110 °C mechanisch und 115 °C elektrisch hat UL als Dauertemperatur für die Sorten von ESPE gelistet.
• 130 °C gelten dauerhaft unter Öl, 180 °C kurzzeitig beim Verarbeiten (Wikipedia, Vulkanfiber).

Unsere Empfehlung: Für ein Isoliersystem rechnen Sie mit Klasse Y, also 90 °C. Die Isolierstoffklassen nach IEC 60085 bewerten das ganze System, und Zellulose verliert oberhalb davon langsam an Elastizität. Die 115 °C dürfen Sie nur ansetzen, wenn die Zeichnung eine UL-gelistete Sorte fordert. Läuft die Wicklung in Klasse B (130 °C) oder höher, ist Vulkanfiber der falsche Werkstoff. Am kalten Ende gilt eine zweite Grenze: Trockene Vulkanfiber verträgt Frost, nasse verliert unter 0 °C ihre Lagenbindung (Popp).

Vulkanfiber und Feuchte: Quellen, Maßänderung und Toleranz

Vulkanfiber ist Zellulose und nimmt Wasser auf. Ab Werk enthält sie 5 bis 6 % Feuchte (Popp), im Wasserbad nimmt sie in 24 Stunden 63 bis 66 % ihres Gewichts auf (ESPE). Die Lagen halten das aus: Popp prüft 24 Stunden in 80 °C heißem und weitere 24 Stunden in 90 °C heißem Wasser ohne Delamination. Die Maße halten es nicht. Je Prozentpunkt Feuchteänderung wächst die Platte in der Dicke um 1,0 %, längs um 0,1 % und quer um 0,25 % (ESPE).

Ein Rechenbeispiel zeigt, was das für eine Zeichnung heißt. Ein Stanzteil ist quer zur Laufrichtung 100 mm lang. Steigt die Materialfeuchte von 5 auf 8 %, wächst es um 0,75 mm. Die Allgemeintoleranz nach DIN ISO 2768, Klasse m, erlaubt bei diesem Maß ±0,3 mm. Wir raten deshalb zu drei Angaben: ein Referenzklima für die Maßprüfung, die Laufrichtung bei langen Teilen und eine verpackte Lagerung bis zum Einbau. Elektrisch hat die Feuchte eine zweite Folge, sie senkt den Isolationswert (Wikipedia, Vulcanized fibre). Für Teile in feuchter Umgebung ohne Gehäuse ist eine Folie die bessere Wahl.

Bei der Dichtung ist das Quellen erwünscht. Eine Fiberscheibe nimmt etwas Wasser auf, quillt in die Rauheit der Dichtfläche und dichtet. Sie ist ein Einwegteil: Nach dem Lösen der Verschraubung kommt eine neue hinein (Wikipedia, Vulcanized fibre).

Chemische Beständigkeit: Öl und Lösemittel ja, starke Säuren und Laugen nein

Vulkanfiber verträgt die Medien, die im Motor und im Getriebe vorkommen. Popp listet als nicht angreifend Öle, Benzin, Teeröle, Aceton, Alkohol, Toluol, Benzol, Chloroform und Fettsäuren. In Wasser, Salzlösungen, Glykol und schwachen Säuren quillt das Material, ohne zersetzt zu werden. Angegriffen wird es von:

• Natronlauge über 5 %
• Salpetersäure über 10 % und Salzsäure über 8 %
• Flusssäure und Wasserstoffperoxid

Die Beständigkeit gegen schwache Säuren und Laugen gilt nur bei dauernder Lagerung im Medium, nicht bei wechselndem Tränken und Trocknen (Popp).

Normen für Vulkanfiber: von DIN 7737 zu DIN EN IEC 60667

Wer in alten Zeichnungen DIN 7737, DIN 7738 oder DIN VDE 0312 findet, bestellt nach Normen von 1959, die zurückgezogen sind. DIN Media empfiehlt stattdessen die Reihe DIN EN IEC 60667, Ausgabe 2023-03, als VDE 0312:

• Teil 1 (VDE 0312-100) mit Begriffen und allgemeinen Anforderungen. Er teilt Vulkanfiber in General Type und Fishpaper Type ein.
• Teil 2 (VDE 0312-200) mit den Prüfverfahren: Dicke, Rohdichte, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Wasseraufnahme, Durchschlagfestigkeit bis 3 mm Dicke, Lichtbogenfestigkeit nach IEC 61621, Chlorid- und Aschegehalt, Biegsamkeit, Feuchte, Lagenhaftung und Schrumpf.
• Teil 3-1 (VDE 0312-301) mit den Grenzwerten für flache Platten.

Die Reihe gilt nur für Platten aus einem Stück. Verklebte Mehrfachlagen sind ausgenommen (IEC 60667-2, Abschnitt 1). In amerikanischen Zeichnungen steht meist ASTM D710, geprüft nach ASTM D619.

Wo Vulkanfiber eingesetzt wird

Vulkanfiber sitzt dort, wo ein Teil isolieren und zugleich Druck, Schlag oder einen Lichtbogen aushalten muss, bei Temperaturen unter 90 °C:

• Funkenlöschkammern, Lichtbogenschilde und Prallbleche in Leistungsschaltern, dazu Sicherungsrohre und Blitzableiter (Müller Ahlhorn, Redseal, ESPE)
• Endsterne in Elektromotoren, Nutisolation in kleinen Ankern (Müller Ahlhorn, ESPE)
• Isolierplatten, Klemmenabdeckungen, Spulenkörperflansche und Unterlegscheiben (ESPE)
• Flachdichtungen und Fiberscheiben für Verschraubungen an Wasser- und Heizungsleitungen, mehr dazu im Beitrag zur Dichtungstechnik
• Zugentlastungen und Gewindestäbe (Müller Ahlhorn)
• Trägerscheiben für Schleifmittel, Trennfolien bei Polyesterlaminaten und tiefgezogene Teile wie Schweißermasken (Wikipedia)

In unseren Stanzteilen für die Elektroindustrie verarbeiten wir Vulkanfiber vor allem für mechanisch belastete Unterlegteile und Abdeckungen. Einen Überblick über alle Werkstoffe dafür gibt der Beitrag zu Stanzteilen in der Elektroindustrie.

Vulkanfiber oder Pressspan, PET-Folie, Nomex: die Auswahl

Vulkanfiber konkurriert mit drei Werkstoffen, die GOBA ebenfalls stanzt. Die Grenze zieht fast immer die Temperatur, danach die Mechanik.

Die Werte für die Vergleichswerkstoffe stammen aus unseren Beiträgen zu Pressspan, Polyesterfolie und Nomex. Unsere Empfehlung: Für Lagen- und Nutisolation in Wicklungen nehmen Sie Pressspan, PET-Folie oder Nomex, je nach Klasse. Vulkanfiber wählen Sie für das Teil daneben, das gedrückt, geschraubt oder vom Lichtbogen getroffen wird: die Endplatte, die Unterlegscheibe, die Löschkammer.

Der häufigste Einwand lautet, Vulkanfiber sei ein Werkstoff von gestern. Für Wicklungen über 90 °C stimmt das. Für Teile unter dieser Grenze gibt es keinen Grund zum Wechsel: Die Platte nimmt 241 N/mm² Druck auf, hält im Lichtbogentest 80 bis 125 Sekunden, lässt sich stanzen, biegen, prägen, tiefziehen und mit dem CO₂-Laser schneiden (Wikipedia, Müller Ahlhorn) und besteht aus nachwachsender Zellulose ohne Harz.

Wie GOBA Vulkanfiber zu Stanzteilen verarbeitet

Wir stanzen Vulkanfiber nach Ihrer Zeichnung aus Platten bis 3,0 mm Dicke, die Teile dürfen bis 1.000 x 2.000 mm groß sein. Für Muster und kleine Serien arbeiten wir mit Bandstahlschnitt, für hohe Stückzahlen und enge Toleranzen mit Vollstahlwerkzeugen auf dem Stanzautomaten. Wie die Werkzeuge sich unterscheiden, steht auf der Seite Stanzen und Formen. Ohne besondere Vorgabe fertigen wir nach DIN ISO 2768-m, das heißt bei 50 mm Kantenlänge ±0,3 mm.

Für eine Anfrage brauchen wir die Dauertemperatur am Teil, die Prüfspannung, die Zeichnung mit Dicke und Toleranz und, bei langen oder auf Zug belasteten Teilen, die Laufrichtung. Falls die Temperatur über 90 °C liegt, schlagen wir Ihnen einen Werkstoff aus unserem Sortiment an Isoliermaterialien vor, der die Klasse trägt.

FAQ zu Vulkanfiber

Wofür werden Dichtungen aus Vulkanfiber verwendet?

Vor allem als Flachdichtung und Fiberscheibe in Verschraubungen an Wasser-, Heizungs- und Schlauchanschlüssen, typisch 1,5 mm dick und bis 70 °C (Kirchhoff). Die Scheibe nimmt etwas Wasser auf, quillt in die Dichtfläche und dichtet. Sie ist beständig gegen Öle, Benzin und Lösemittel und wird nach dem Lösen der Verschraubung ersetzt.

Welche Temperatur hält Vulkanfiber aus?

Als Isolierstoff gilt Klasse Y mit 90 °C (Müller Ahlhorn). UL hat einzelne Sorten elektrisch für 115 °C und mechanisch für 110 °C gelistet (ESPE), unter Öl sind 130 °C möglich (Wikipedia). Für ein Isoliersystem empfehlen wir 90 °C als Grenze. Nasse Vulkanfiber verliert unter 0 °C ihre Lagenbindung.

Ist Vulkanfiber wasserfest?

Die Lagen ja, die Maße nein. Vulkanfiber übersteht 24 Stunden in 90 °C heißem Wasser ohne Delamination (Popp), nimmt dabei aber bis 66 % Wasser auf und quillt. Je Prozentpunkt Feuchteänderung wächst sie in der Dicke um 1,0 % und quer zur Laufrichtung um 0,25 % (ESPE).

Was ist der Unterschied zwischen Vulkanfiber und Pressspan?

Beide bestehen aus Zellulose. Pressspan wird aus Fasern verdichtet, trägt Klasse A mit 105 °C und isoliert Lagen und Nuten in Wicklungen und Transformatoren. Vulkanfiber wird chemisch zu einer homogenen Platte verbunden, ist zäher, hält 241 N/mm² Druck und 80 bis 125 Sekunden im Lichtbogentest, endet aber bei Klasse Y mit 90 °C. Wir setzen Vulkanfiber für mechanisch belastete Teile ein, Pressspan für Flächenisolation.

Was ist Fishpaper?

Fishpaper ist die Elektroqualität der Vulkanfiber, meist dunkelblau oder grau und 0,13 bis 1,6 mm dick. Sie sperrt bei 0,4 mm Dicke 15,7 kV/mm und hält 125 Sekunden im Lichtbogentest (ESPE). IEC 60667 führt sie als eigenen Fishpaper Type neben dem General Type.

Lässt sich Vulkanfiber stanzen, lasern und biegen?

Ja. Vulkanfiber splittert nicht und lässt sich stanzen, schneiden, biegen, prägen, tiefziehen, bohren und fräsen (Wikipedia) und mit dem CO₂-Laser bei 10,6 oder 9,3 µm schneiden (Müller Ahlhorn). Wir stanzen Vulkanfiber bis 3,0 mm Dicke mit Bandstahlschnitt oder Vollstahlwerkzeug.