Entwickeln, Erforschen und Qualifizieren neuer Aluminiumlegierungen für stromführende Verbindungen

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In der Elektroenergietechnik werden schon seit einigen Jahrzehnten Aluminium und Kupfer als Leiterwerkstoffe erfolgreich eingesetzt. Die hohen weltweiten Aluminiumvorkommen halten den Weltmarktpreis im Vergleich zu Kupfer nahezu konstant niedrig. Legiertes Aluminium hat bei Raumtemperatur im Vergleich zu reinem, wenig kaltverfestigten Kupfer bereits ähnliche mechanische Eigenschaften im Ausgangszustand. Für die Anwendung in der Elektrotechnik sind derzeit zwei Aluminiumwerkstoffe genormt, die als stranggepresste Stromschienen zum Beispiel in elektroenergietechnischen Anlagen eingesetzt werden können. Für das technisch reine, naturharte Al 99,5(A) (EN AW-1350A) und das legierte, ausscheidungsgehärtete Al MgSi(B) (EN AW-6101B) ist eine ausreichende Zeitstandfestigkeit bei einer hohen thermischen Beanspruchung im Betrieb über mehrere Jahrzehnte im Vergleich zu Kupfer nicht gegeben. Stromführende Verbindungen mit Kupfer- und Kupferlegierungen als Sammelschienen und Leiter in Niederspannungsschaltgerätekombinationen haben eine Grenztemperatur von 140 °C. Erfahrungen zum Langzeitverhalten von stromführenden Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Al 99,5(A) und Al MgSi(B) zeigen bei diesen Betriebstemperaturen einen starken Abbau der Verbindungskraft. Damit besteht die Gefahr, dass im Betrieb eine minimale Verbindungskraft unterschritten wird und der elektrische Kontakt ausfällt. Der Kraftabbau in der Verbindung wird konstruktiv durch die Verbindungselemente, aber insbesondere durch das Material der Stromschienen beeinflusst. In dieser Veröffentlichung werden Ergebnisse eines BMBF-geförderten Projekts vorgestellt, dass die Neuentwicklung zeitstandfester Aluminiumlegierungen zum Ziel hat. Hierbei wurden Legierungen mit verschiedenen Dispersoiden in interdisziplinärer Zusammenarbeit entwickelt und untersucht.