Isolator (isolator)

Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-09-03)

Ein Isolator dient dazu, den elektrischen Stromfluss zu verhindern. Er zeichnet sich durch einen sehr großen spezifischen Widerstand bzw. einen sehr kleinen spezifischen Leitwert aus.

1 Wie sehen sie aus?

Ein Isolator besteht aus einem nicht leitfähigen Material wie Glas, Keramik, Kunststoff oder Gummi. Isolatoren treten als Bauteile in Form von Abstandhaltern, Gehäusen oder Umhüllungen auf. In der Praxis sind fast alle elektrischen Leiter von Isolatoren umgeben (z. B. Isolierung einer Leitung oder das Kunststoffgehäuse eines Steckers). In Transformatoren kommt oft auch spezielles Öl als Isolator zum Einsatz.

Hochspannungsisolatoren in einem Umspannwerk

Kunststoffisolierung einer Leitung

Kunststoff-Isolation von Krokodilklemmen

Gummi-Isoliermatte
Quelle: Gummimatten-Kaufhaus

2 Was können sie?

Isolatoren verhindern den unkontrollierten Stromfluss. Sie sorgen dafür, dass elektrische Leiter gegeneinander und gegenüber der Umgebung getrennt bleiben.

Isolatoren an Leitungen schützen vor Kurzschluss und elektrischen Schlägen.
Isolatoren in Schaltanlagen sichern Abstände und vermeiden Überschläge.
Gehäuseisolierungen schützen Anwender und Geräte.
Isoliermatten gehören zum Arbeitsschutz und schützen vor Stromschlägen bei Kontakt mit Spannungsführenden Teilen einer Anlage.

3 Wie funktionieren sie?

In Isolatoren sind die Elektronen fest an ihre Atome gebunden und können sich nicht frei bewegen. Dadurch gibt es keine frei beweglichen Ladungsträger, konsequenterweise kann kein Strom fließen.
Erst bei sehr hohen elektrischen Feldstärken (Durchschlagsfestigkeit) kommt es zur Ionisation, und der Isolator wird leitfähig. Dies begrenzt die maximale Spannung, die ein Isolator sicher aushalten kann. Ein Durchschlag zerstört den Isolator in der Regel.

4 Wie sehen sie von innen aus?

Auf atomarer Ebene besteht ein Isolator aus einem Kristall- oder Molekülgitter ohne freie Elektronen. Typische Materialien:

Kunststoffe (PVC, PE, PTFE) → Isolierungen von Leitungen und Kabeln
Glas, Keramik → Hochspannungsisolatoren, Abstandhalter
Gummi → flexible Isolierungen, Schutzschläuche und -matten

5 Welche Rolle spielen sie in der Lehre?

Isolatoren sind die Gegenklasse zu Leitern und Halbleitern. Studierende lernen, dass die drei Werkstoffklassen über ihren spezifischen Widerstand bzw. ihre Leitfähigkeit definiert werden:

Leiter: sehr kleiner Widerstand, sehr große Leitfähigkeit
Isolator: sehr großer Widerstand, sehr kleine Leitfähigkeit
Halbleiter: Zwischenstellung, steuerbare Leitfähigkeit

6 Welche Rolle spielen sie in der Praxis?

Isolatoren sind unverzichtbar für Sicherheit bei der Montage und Funktion elektrischer Anlagen. Sie schützen Menschen vor Stromschlag und verhindern Kurzschlüsse. Ohne sie könnten elektrische Leiter nirgendwo befestigt werden. Ihre Auswahl richtet sich nach Spannungsfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, mechanischer Stabilität und chemischer Beständigkeit.
Beispiele: Isolatoren in Freileitungen, Kabelmäntel in Gebäuden, Isolierstoffe in Leiterplatten, Isoliergehäuse von Steckern, Geräten und Werkzeugen.

Symbolik

Isolatoren werden in Schaltplänen meist nicht gesondert dargestellt, sondern sind implizit in Leitungen und Gehäusen enthalten. Wenn doch, dann mit dem Kennbuchstaben U.
In Hochspannungsplänen werden Abstandshalter oder Isolatoren schematisch als isolierende Trennlinien oder Kreise gezeichnet.

Berechnungen

Materialkennwerte:

	Spezifischer Widerstand $ρ$ in $\frac{Ω \cdot m m ^{2}}{m}$	Durchschlagfestigkeit $E_{d}$ in $\frac{kV}{mm}$
Luft	-	$2, 1$
Quarzglas	$1 0^{22}$	$35...40$
Porzellan	$1 0^{16}$	$35$
Polyvinylchlorid (PVC, weich)	$1 0^{14} ...1 0^{19}$	$20...35$
Polycarbonat (PC)	$1 0^{20}$	$30...50$
Die Werte sind gerundet und gelten bei Raumtemperatur ( $T = 20° C$ ) und Atmosphärendruck ( $p = 1013 hPa$ ).

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