Definition
Der Durchgangswiderstand (englisch: Volume Resistance) ist ein Maß für den elektrischen Widerstand, den ein Material dem Stromfluss durch sein Volumen entgegensetzt. Der spezifische Durchgangswiderstand (Volume Resistivity, ρv) ist eine geometrieunabhängige Materialkonstante.
Kernaussage: Der Durchgangswiderstand charakterisiert die Isolationseigenschaften im Materialinneren und ist weniger feuchtigkeitsabhängig als der Oberflächenwiderstand. Er ist entscheidend für die elektrische Durchschlagfestigkeit.
Normen und Standards
| Norm | Anwendungsbereich |
|---|---|
| DIN EN 62631-3-1 | Volumenwiderstand und spezifischer Volumenwiderstand |
| DIN EN IEC 60093 | Messmethoden für Volumen- und Oberflächenwiderstand |
| ASTM D257 | DC Resistance oder Conductance von Isolierstoffen |
| VDE 0303-30 | Prüfung von Isolierstoffen |
Physikalische Grundlagen
Durchgangswiderstand: Rv = U / Iv [Ω]
Spezifischer Durchgangswiderstand: ρv = Rv × A / d [Ω·m] oder [Ω·cm]
A = Elektrodenfläche, d = Probendicke
Spezifischer Durchgangswiderstand: ρv = Rv × A / d [Ω·m] oder [Ω·cm]
A = Elektrodenfläche, d = Probendicke
Leitungsmechanismen im Volumen
- Ionenleitung: Bewegung von Ionen durch das Polymer
- Elektronenleitung: Bei leitfähig gefüllten Systemen
- Hüpfleitung: Tunneln zwischen Füllstoffpartikeln
Typische Werte für Kunststoffe
| Werkstoff | ρv [Ω·cm] | Klassifizierung |
|---|---|---|
| PTFE | > 10¹⁸ | Hervorragend isolierend |
| PE | 10¹⁶-10¹⁸ | Sehr gut isolierend |
| PP | 10¹⁵-10¹⁷ | Sehr gut isolierend |
| PS | 10¹⁵-10¹⁷ | Sehr gut isolierend |
| PMMA | 10¹⁴-10¹⁵ | Gut isolierend |
| PVC | 10¹³-10¹⁵ | Gut isolierend |
| PA 6 (trocken) | 10¹²-10¹⁴ | Isolierend |
| PA 6 (feucht) | 10⁹-10¹¹ | Ableitfähig |
| PP + Ruß (20%) | 10¹-10³ | Leitfähig |
Prüfverfahren
Dreielektroden-Anordnung
- Aufbau: Messelektrode, Schutzelektrode, Gegenelektrode
- Funktion: Schutzelektrode eliminiert Oberflächenströme
- Spannung: Typisch 100 V, 500 V oder 1000 V DC
Messbedingungen
- Elektrifizierungszeit: 60 s Standardzeit
- Temperatur: 23 ± 2 °C
- Luftfeuchte: 50 ± 5 % r.F.
- Konditionierung: 24-88 h je nach Material
Einflussfaktoren
- Temperatur: Widerstand sinkt exponentiell mit steigender Temperatur
- Feuchtigkeit: Geringerer Einfluss als auf Oberflächenwiderstand
- Messspannung: Bei hohen Feldstärken nicht-ohmsches Verhalten
- Füllstoffe: Leitfähige Füllstoffe senken ρv drastisch
- Elektroden: Aufgesprühte oder aufgedampfte Elektroden für beste Reproduzierbarkeit
Vergleich: Durchgangs- vs. Oberflächenwiderstand
| Merkmal | Durchgangswiderstand | Oberflächenwiderstand |
|---|---|---|
| Stromfluss | Durch das Volumen | Entlang der Oberfläche |
| Feuchtigkeitseinfluss | Gering | Stark |
| Einheit (spezifisch) | Ω·cm oder Ω·m | Ω oder Ω/sq |
| Anwendung | Durchschlagfestigkeit | ESD-Verhalten |