Widerstandsschweißen von Aluminium und Kupfer

Innovative Lösung für das verlässliche Fügen von Aluminiumlitzen und Kupferhülsen mit Widerstandsschweißen von STRUNK Connect.

Während für Kupfer-Kupfer-Verbindungen das Widerstandschweißen im automobilen Bordnetz seit Jahrzehnten erfolgreich zum Einsatz kommt, wurde bislang das Fügen von Aluminium und Kupfer im Leitungssatz als schwierige Verbindung angesehen. Dies lag am Aluminiumoxid welches sich bei den Leitungen auf jeder einzelnen Litze und bei BUSBARS auf der Oberfläche befindet. Die Herausforderung war es, dieses zu brechen und andererseits anschließend das unkontrollierte Schmelzen des Aluminiums zu vermeiden, um eine optimale Verbindung in Bezug auf Leitfähigkeit (Übergangswiderstand) und mechanische und Langzeitstabilität zu erhalten. Hierzu müssen intermetallsiche Phasen und Sprödigkeiten vermieden werden.

NEWS: STRUNK Connect ist es erfolgreich gelungen eine Aluminium-Kupfer-Verbindung mit extremer hoher Haltbarkeit und minimalem Übergangswiderstand zu erzeugen. Diese kann nun in unterschiedlichen Bereichen der Bordnetze und Hochvoltanwendungen zum Einsatz kommen:

  1. Aluminium BUSBAR Systeme mit Cu-Anschlussstücken oder FLEX-BUSBARS zur Flexibilisierung der Schienensysteme
  2. Aluminiumleitungen (auch in sehr hohen Querschnittsbereich) zu Cu-Kontakten oder HV-Kontakten in Hülsenform

 

Cu-Verbindungen bei Aluminium BUSBARS – S2R Verfahren:

In der Stromschienenvernetzung im Bordnetz wird aufgrund der Kosten- und Gewichtsersparnis vermehrt auf Aluminium gesetzt. Speziell lange Pfade, wie der Ladepfad, sind hiervon betroffen. Für diese Anwendungen bietet STRUNK CONNECT ein Stumpfschweißverfahren an, welches sehr präzise Cu-Anschraubstücke (Terminals) mit den Enden der Aluminium BUSBARS prozesssicher verbindet.

Der Vorteil einer Stumpfschweißung liegt hierbei in der Platzersparnis der Kontaktierung, speziell bei Stromschienen die eng verlegt werden müssen, wie es im Ladepfad an der Steckdose der Fall ist. Neben der Platzersparnis ist der sehr niedrige Übergangswiderstand (wenige µOhm) einhergehend mit einer überzeugenden Haltekraft (abhängig von Querschnitt und Material) von ca. 10.000N bei 100mm² Aluminium BUSBAR zu erwähnen. Des Weiteren ergeben sich gegenüber dem Überlappschweißen auch Materialeinsparungen, die zu weiteren Kostenreduktionen führen.

Durch spezielle Strukturelemente wird die resultierende Kontaktfläche deutlich vergrößert multipliziert, wodurch diese hohen Haltekräfte und nahezu kein Übergangswiderstand erzeugt werden. Die Verbindung wird ohne zusätzliche Materialien wie Lot oder ähnliches hergestellt. Das Verfahren bricht die Oxidschicht u.a. über ein spezielles sehr schnelles STRUNK Steuerungssystem, so dass das die Verbindung der Werkstoffe langzeitstabil und ohne Aluminiumspritzen erfolgt. Diese Schweißverfahren für BUSBARS ist ebenfalls mit CU- Litzen oder CU-Zopflitzen zur Flexibilisierung der Stromschienensätze möglich.

 

Aluminium Litzenverbindungen zu (HV) Rundkontakten – STRUNK HC-L Prozess:

Um Aluminiumleitungen prozesssicher zu Rundkontakten per Widerstandsschweißverfahren zu verbinden, hat STRUNK CONNECT ein neues Verfahren entwickelt, welches sowohl

  • die metallische Anbindung an den Rundkontakt (Innenbereich)
    als auch
  • die metallische Verbindung der einzelnen Litzen (Adern) untereinander

ermöglicht. Hierzu sind die Kabelschuhe oder Rundkontakte beschichtet um auch hier intermetallische Phasen zu vermeiden und Langzeitstabilität zur erreichen. Speziell angepasste Widerstandsschweißmaschinen sowie zugehörige Applikationssoftware „ALUMINIUM“ sind ab sofort bei STRUNK Connect erhältlich, welche im Verbund einen beherrschbaren und stabilen Schweißprozess der Litzen untereinander ermöglicht und die notwendige Anbindung zum Kontakt über eine Hartlotverbindung der jeweiligen Beschichtung erreicht wird.

Auch diese Verbindung zeichnet sich durch hohe Haltekräfte und eine hervorragende Leitfähigkeit von der Aluminium Leitung zu dem Kupferkontakt aus. Das Aufbrechen der Oxide sowie die exakte Schmelztemperatur der Litzen wir über eine spezielle Applikation der STRUNK SCHWEISSTROMSTEUERUNG erreicht.

 

STRUNK HC-L Prozess – Eigenschaften und Vorteile

  • Querschnitte: bis 160 mm²
  • Stabile Verbindung der Litzen untereinander sowie zwischen Litzen und Hülsenmaterial

    Abb.1: Sehr gute Verbindung der Litzen untereinander

  • Hochbelastbar mit sehr guten mechanischen Eigenschaften
  • Während für Kupfer-Kupfer-Verbindungen das Widerstandschweißen im automobilen Bordnetz seit Jahrzehnten erfolgreich zum Einsatz kommt, wurde bislang das Fügen von Aluminium und Kupfer im Leitungssatz als schwierige Verbindung angesehen. Dies lag am Aluminiumoxid welches sich bei den Leitungen auf jeder einzelnen Litze und bei BUSBARS auf der Oberfläche befindet. Die Herausforderung war es, dieses zu brechen und andererseits anschließend das unkontrollierte Schmelzen des Aluminiums zu vermeiden, um eine optimale Verbindung in Bezug auf Leitfähigkeit (Übergangswiderstand) und mechanische und Langzeitstabilität zu erhalten. Hierzu müssen intermetallsiche Phasen und Sprödigkeiten vermieden werden.NEWS: STRUNK Connect ist es erfolgreich gelungen eine Aluminium-Kupfer-Verbindung mit extremer hoher Haltbarkeit und minimalem Übergangswiderstand zu erzeugen. Diese kann nun in unterschiedlichen Bereichen der Bordnetze und Hochvoltanwendungen zum Einsatz kommen:
    1. Aluminium BUSBAR Systeme mit Cu-Anschlussstücken oder FLEX-BUSBARS zur Flexibilisierung der Schienensysteme
    2. Aluminiumleitungen (auch in sehr hohen Querschnittsbereich) zu Cu-Kontakten oder HV-Kontakten in Hülsenform

     

    Cu-Verbindungen bei Aluminium BUSBARS – S2R Verfahren:

    In der Stromschienenvernetzung im Bordnetz wird aufgrund der Kosten- und Gewichtsersparnis vermehrt auf Aluminium gesetzt. Speziell lange Pfade, wie der Ladepfad, sind hiervon betroffen. Für diese Anwendungen bietet STRUNK CONNECT ein Stumpfschweißverfahren an, welches sehr präzise Cu-Anschraubstücke (Terminals) mit den Enden der Aluminium BUSBARS prozesssicher verbindet.

    Der Vorteil einer Stumpfschweißung liegt hierbei in der Platzersparnis der Kontaktierung, speziell bei Stromschienen die eng verlegt werden müssen, wie es im Ladepfad an der Steckdose der Fall ist. Neben der Platzersparnis ist der sehr niedrige Übergangswiderstand (wenige µOhm) einhergehend mit einer überzeugenden Haltekraft (abhängig von Querschnitt und Material) von ca. 10.000N bei 100mm² Aluminium BUSBAR zu erwähnen. Des Weiteren ergeben sich gegenüber dem Überlappschweißen auch Materialeinsparungen, die zu weiteren Kostenreduktionen führen.

    Durch spezielle Strukturelemente wird die resultierende Kontaktfläche deutlich vergrößert multipliziert, wodurch diese hohen Haltekräfte und nahezu kein Übergangswiderstand erzeugt werden. Die Verbindung wird ohne zusätzliche Materialien wie Lot oder ähnliches hergestellt. Das Verfahren bricht die Oxidschicht u.a. über ein spezielles sehr schnelles STRUNK Steuerungssystem, so dass das die Verbindung der Werkstoffe langzeitstabil und ohne Aluminiumspritzen erfolgt. Diese Schweißverfahren für BUSBARS ist ebenfalls mit CU- Litzen oder CU-Zopflitzen zur Flexibilisierung der Stromschienensätze möglich.

     

    Aluminium Litzenverbindungen zu (HV) Rundkontakten – STRUNK HC-L Prozess:

    Um Aluminiumleitungen prozesssicher zu Rundkontakten per Widerstandsschweißverfahren zu verbinden, hat STRUNK CONNECT ein neues Verfahren entwickelt, welches sowohl

    • die metallische Anbindung an den Rundkontakt (Innenbereich)
      als auch
    • die metallische Verbindung der einzelnen Litzen (Adern) untereinander

    ermöglicht. Hierzu sind die Kabelschuhe oder Rundkontakte beschichtet um auch hier intermetallische Phasen zu vermeiden und Langzeitstabilität zur erreichen. Speziell angepasste Widerstandsschweißmaschinen sowie zugehörige Applikationssoftware „ALUMINIUM“ sind ab sofort bei STRUNK Connect erhältlich, welche im Verbund einen beherrschbaren und stabilen Schweißprozess der Litzen untereinander ermöglicht und die notwendige Anbindung zum Kontakt über eine Hartlotverbindung der jeweiligen Beschichtung erreicht wird.

    Auch diese Verbindung zeichnet sich durch hohe Haltekräfte und eine hervorragende Leitfähigkeit von der Aluminium Leitung zu dem Kupferkontakt aus. Das Aufbrechen der Oxide sowie die exakte Schmelztemperatur der Litzen wir über eine spezielle Applikation der STRUNK SCHWEISSTROMSTEUERUNG erreicht.

  • Hervorragende Leitfähigkeit der Al-Cu-Verbindung

    Abb. 2: Widerstand 4,1µOhm Al-Litze 50 mm²

Es ist nun möglich, die Vorteile des Aluminiums (Gewichtseinsparung, Kostenreduktion im Vergleich zu Kupfer) mit den bekannten Eigenschaften von Kupfer im Kontaktbereich / Anschlussbereich zu kombinieren.