Aluminium und Kupfer: so gelingt die Verbindung

  • Die Kombination aus Aluminium und Kupfer ist problematisch.
  • Hochwertige Al/Cu-Presskabelschuhe eignen sich zum Verbinden von Aluminiumleitern mit Kupfer.
  • Kontaktfett in Aluminium-Verbindungsmaterialien verbessert die Kontakteigenschaften.
  • Aluminium-Kupfer-Verbinder sind notwendig für die fachgerechte Verbindung von Aluminium- und Kupferleitern.

Nun wollen wir uns der nicht ganz einfachen Verbindung von Aluminium und Kupfer widmen. Wie bereits erwähnt, wird Alu-minium mittlerweile recht häufig verwendet, aber nicht immer kommt es allein zum Einsatz. Da Kupfer über Jahrzehnte hinweg das Material erster Wahl war und auch nach wie vor eingesetzt wird, ergeben sich Probleme bei der sicheren Verbindung beider Materialien. In der Praxis sieht sich der Elektrotechniker immer häufiger mit dieser Herausforderung konfrontiert.

Die Verbindung zwischen Aluminium und Kupfer ist öfter not-wendig, als es zunächst den Anschein hat. Beispielsweise wird sie dann erforderlich, wenn in einem Industriegebiet eine Ring-leitung aus Aluminium liegt, die Zuführung in die anliegenden Betriebe aber per Kupferleitungen erfolgt. Auch bei Transfor-matoren-Stationen kommt es zu dem Fall, dass Aluleitungen an Kupferschienen angeschlossen werden müssen.

Elektrotechniker werden hier vor das Problem gestellt, dass sich Aluminium und Kupfer nicht ohne weiteres miteinander verbin-den lassen. Für eine dauerhaft sichere Verbindung sollten Sie deshalb auf jeden Fall von speziellen Al/Cu-Kabelschuhen und -Verbindern Gebrauch machen.

Aluminium/Kupfer: eine besondere Verbindung

Im praktischen Einsatz zeigt sich Aluminium als widerstandsfähig gegen Korrosionen. Grundsätzlich ist Aluminium aber ein sehr reaktionsfähiger und leicht oxidierender Werkstoff. Die Langlebigkeit verdankt das Material einer widerstandsfähigen Oxidschicht, die sich auf seiner Oberfläche unter der Einwirkung von Luftsauerstoff bildet – auch Selbstpassivierung genannt.

Wenn eine elektrisch leitende Flüssigkeit wie Kondenswasser auf eine Verbindung von Aluminium und Kupfer trifft, kommt es zu einer elektrochemischen Reaktion mit der Folge von Kontaktelementbildung. Bei diesem Prozess spielen die durch die elektro-chemische Spannungsreihe gegebenen Potentialdifferenzen eine entscheidende Rolle. Das Kontaktelement wird gebildet durch die Kupferelektrode (Anode), den Elektrolyten (Wasser) und die Aluminiumelektrode (Katode).

Die dadurch erzeugte Spannung wird über den Kontakt von Kupfer und Aluminium kurzgeschlossen. Entsprechend des dabei auftretenden Stromflusses erfolgt eine Ablagerung bzw. Zersetzung des Aluminiums. Dieser Vorgang ist als blühende Oxidationsstelle sichtbar und setzt bereits bei kleinsten auf dem Aluminium befindlichen Kupferpartikeln ein – und zwar als permanente Reaktion, da sich das Kupfer dabei nicht zersetzt. Bei einer elektrischen Verbindung erhöht sich als Folge der Übergangswiderstand, was zu einem Temperaturanstieg und schlimmstenfalls zu einem Brand führen kann.

Deshalb gilt beim Zusammenbringen von Kupfer und Aluminium, dass Sie den Zutritt von Feuchtigkeit an der Verbindungsstelle der beiden Materialien unter allen Umständen vermeiden sollten. In Räumen mit Kondenswasserbildung müssen Sie die Berührungsstelle zwischen Kupfer und Aluminium deshalb durch besondere Verarbeitungsmethoden schützen.

Der Einsatz von Al/Cu-Kabelschuhen und –Verbindern ist hier der wichtigste Schritt. Diese verfügen über keine sogenannte Kriechstrecke, in der sich leitende Flüssigkeit ansammeln kann, durch die der Oxidationsprozess letztendlich in Gang gesetzt wird. Dadurch eignen sich Al/Cu-Presskabelschuhe und -Verbinder auch besonders für den Einsatz in Offshore-Windkraftanlagen. Weiterhin besteht die Möglichkeit verzinnte Aluminiumkabelschuhe einzusetzen. Diese Lösung sollte nur in ständig trockenen Räumen Anwendung finden, da auch schon kleine Beschädigungen der Zinnschicht ausreichen, um die Kontaktkorrosion in Gang zu bringen.


Al/Cu-Presskabelschuhe

Presskabelschuhe, die für die spezielle Verbindung von Aluminiumleitern und Kupferschienen entwickelt wurden, bestehen im Anpressbereich aus Elektrolyt-Aluminium (E-Al) und einer angefügten Anschraublasche aus Kupfer gemäß EN 13600.

Aluminium Leiter im Überblick

Aluminiumleiter gibt es nach der DIN EN 60228 in vier verschie-denen Ausführungen, die zum Teil besondere Verarbeitungsme-thoden benötigen. Erhältliche Leiter sind im Einzelnen: 

 

    • eindrähtige Rundleiter Klasse 1 (re)
    • eindrähtige Sektorleiter Klasse 1 (se)
    • mehrdrähtige Rundleiter Klasse 2 (rm)
    • mehrdrähtige Sektorleiter Klasse 2 (sm)

 

Die Abkürzungen finden Sie neben anderen Angaben auf den Markierungen der Al/Cu-Presskabelschuhe. So können Sie erkennen, für welche Aluminiumleiter sich der jeweilige Kabel-schuh eignet.

Die Prägung »8 KL16 50 rm 70 se« steht für 

 

    • 8: Metrische Schraubenabmessung der Bohrung für den Anschlussbolzen (hier Schrauben M 8)
    • KL: Herstellerkennung (hier Klauke)
    • 16: Werkzeug-Kennziffer
    • 50 rm/sm: Nennquerschnitt des Leiters in mm² bei der Verwendung eines runden oder sektorförmigen mehrdrähtigen Leiters
    • 70 re/se: Nennquerschnitt des Leiters in mm² bei der Verwendung eines runden oder sektorförmigen eindrähtigen Leiters

 

Für das Verpressen von Al/Cu-Presskabelschuhen empfehlen wir die Verwendung von Sechskant-Presseinsätzen nach DIN 48083 Teil 4 oder die EKM60ID.

Übrigens sind Alu-Presseinsätze von Klauke silberfarbig, die Einsätze für Kupfer hingegen goldgelb – das macht die Unter-scheidung besonders einfach.

Aus dem Klauke Produktprogramm:

> Presskabelschuhe - Al/Cu

> Cupal-Scheiben


Al/Cu-Verbinder: sicher vereint

Für eine sichere Verbindung von Aluminium- und Kupferleitern bietet Klauke Reduzierverbinder an.

Reduzierverbinder kommen häufig bei Netzsanierungen zum Einsatz, genauer bei der Herstellung zugentlasteter Verbindungen von Aluminiumleitern nach DIN EN 60228 und Kupferleitern nach DIN EN 60228. Die Verbinder sind aus zwei Komponenten gefertigt: Aluminium-(E-Al) und Kupferteile (gemäß EN 13600). In der Regel weist die Aluminiumseite einen größeren Durchmesser auf, da die geringere Leitfähigkeit durch einen entsprechend höheren Nennquerschnitt ausgeglichen wird.

Wie bei den Presskabelschuhen enthält auch die Aluminiumseite des Verbinders Kontaktfett, das durch einen Verschluss vor Auslaufen und Vertrocknen geschützt ist.

Halten Sie sich bei der Verarbeitung von Al/Cu-Pressverbindern an die entsprechenden Verarbeitungsvorgaben von Kupfer und Aluminium, um sichere Ergebnisse zu erhalten.

Achten Sie beim Einsatz von Pressverbindungen im Erdreich unbedingt darauf, die Verbindungsstelle vor Feuchtigkeit zu schützen. Am besten greifen Sie zu diesem Zweck auf Gießharzmuffen zurück. Durch die Muffen werden die Verbindungen dauerhaft vor Feuchtigkeit, Staub und dem Eindringen von Fremdkörpern geschützt.

Zuletzt noch ein wichtiger Hinweis zu Kabelschuhen und Pressverbindern aus Aluminium und Kupfer: Setzen Sie diese Produkte keiner Biegespannung aus, sonst droht Bruchgefahr an der Kontaktstelle der beiden Materialien. Ein Einsatz im Freileitungsbereich ist daher nicht möglich.

Aus dem Klauke Produktprogramm:

> Al/Cu-Verbinder


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