Kupfer- vs. Aluminium-Stromschiene: Was ist besser geeignet?

Kupfer ist eines der ältesten bekannten leitfähigen Materialien und neben Silber das häufigste leitfähige Metall. Die Anwendung von Aluminium im Bereich der Leitfähigkeit begann in den 1960er Jahren. Die inhärenten Vorteile von Aluminium haben jedoch auch zu seiner rasanten Entwicklung im Bereich der Leitfähigkeit geführt.

Dieser Artikel bietet eine vergleichende Analyse von leitfähigen Kupfer-Stromschienen und Aluminium-Stromschienen, um Ihnen zu helfen, ihre jeweiligen Vorteile besser zu verstehen, damit Sie bei zukünftigen Projekten die günstigste Wahl für sich selbst treffen können.

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8 Hauptunterschiede zwischen Kupfer- und Aluminium-Stromschienen

1. Leitfähigkeit und Widerstand von Kupfer und Aluminium

Kupfer ist der internationale Standard für die Leitfähigkeit und bietet 100 % oder höhere IACS-Werte mit fortschrittlicher Verarbeitung.

Trotz der geringeren Leitfähigkeit von Aluminium (62 % Kupfer) ist es aufgrund seiner starken Verarbeitungsfähigkeit eine bevorzugte Wahl für leitfähige Produkte.

Gewinner: Copper √

2. Unterschiedliche Strombelastbarkeit von Kupfer- und Aluminium-Stromschienen

Die Strombelastbarkeit bezieht sich auf die maximale Menge an elektrischem Strom, die ein Leiter oder eine Stromschiene führen kann, bevor sie zu heiß und potenziell unsicher wird. Kupfer- und Aluminium-Stromschienen werden häufig in elektrischen Verteilungssystemen verwendet, und ihre Strombelastbarkeit variiert aufgrund unterschiedlicher elektrischer und thermischer Eigenschaften erheblich.

Dank ihrer höheren Leitfähigkeit weisen Kupfer-Stromschienen tendenziell eine höhere Strombelastbarkeit auf als Aluminium-Stromschienen mit den gleichen Abmessungen. In der Praxis ermöglicht die Leitfähigkeit von Kupfersammelschienen, dass sie mehr Strom führen, ohne zu überhitzen.

Gewinner: Kupfer √

3. Korrosionsbeständigkeit von Kupfer und Aluminium

Kupfer-Stromschienen weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf und bilden bei Rost sogar eine schützende Grünspanschicht.

Aluminium-Stromschienen haben starke Korrosionsschutzeigenschaften, können aber in korrosiven Umgebungen Oberflächenbehandlungen erfordern.

Gewinner: Copper √

4. Qualität und Festigkeit von Kupfer- und Aluminiummetallen

Kupfer bietet eine hohe Festigkeit und Steifigkeit und eignet sich für Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen.

Da Aluminium-Stromschienen leichter sind, finden sie weit verbreitete Verwendung in gewichtskritischen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt und den Leichtbautrends in der Automobilindustrie.

Gewinner: Copper √

5. Unterschiedliche Wärmeausdehnung von Kupfer und Aluminium

Aluminium hat einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Kupfer. Aus diesem Grund können sich Aluminium-Stromschienen bei Temperaturänderungen stärker ausdehnen und zusammenziehen, was zu instabilen Verbindungen und sogar zu mechanischen Ausfällen führen kann. Kupfer-Stromschienen hingegen haben dank ihrer überlegenen Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Festigkeit in der Regel eine längere Lebensdauer und niedrigere Wartungskosten.

Gewinner: Copper √

6. Unterschiedliches Gewicht von Kupfer und Aluminium

Da Aluminium weniger dicht ist als Kupfer, liefert die Aluminiumherstellung Stromschienen, die leichter sind als Kupferschienen mit den gleichen Abmessungen. Da Kupferschienen schwerer sind, können sie schwieriger zu transportieren, zu handhaben und zu installieren sein.

Gewinner: Aluminium √

7. Kostenvergleich von leitfähiger Kupfer-Sammelschiene und leitfähiger Aluminium-Sammelschiene

Leitfähiges Kupfer ist nach wie vor die bevorzugte Wahl für die Leitfähigkeit, aber Aluminium-Stromschienen bieten Kosteneinsparungen aufgrund geringerer Verarbeitungskosten und hoher Recyclingfähigkeit.

Gewinner: Aluminium √

8. Umweltschutz und Nachhaltigkeit

Sowohl Kupfer als auch Aluminium sind recycelbar, aber Aluminium hat eine höhere Verwertungsquote (75 %) und benötigt im Vergleich zu Kupfer nur 15 % der Energie für das Recycling.

Gewinner: Aluminium √

Die integrierte Lösung von Chalko für leitfähige Produkte – Kupfer oder Aluminium oder CCA?

Unter Berücksichtigung der jeweiligen Vorteile der oben genannten Kupfer-Aluminium-Produkte haben sich Kupfer-Aluminium-Verbundprodukte zu einem aufstrebenden Produkt in der aktuellen Energiewirtschaft entwickelt. Kupferplattierte Aluminiumprodukte vereinen die Vorteile von Kupfer und Aluminium hinsichtlich Leitfähigkeit, geringem Gewicht, hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und bieten so eine ideale Lösung für Kosteneffizienz, Nachhaltigkeit und flexible Verarbeitung.

Kupferkaschierte Aluminium-Stromschiene

Ein Dirigent der dritten Generation in Energiesystemen......

Kupferkaschierter CCA-Draht aus Aluminium

Durch die Kombination der Leitfähigkeit von Kupfer und des geringen Gewichts von Aluminium......

Kupfer-Aluminium-Verbindungsklemmen

Weit verbreitet in Verteilungen, Transformatoren und Kabeln......

• Ausgezeichnete Leitfähigkeit: Die Kupfer-Außenschicht aus CCA-Materialien bietet eine hervorragende Leitfähigkeit und gewährleistet einen hohen elektrischen Übertragungswirkungsgrad, wodurch sie für Anwendungen geeignet ist, die eine hohe Leitfähigkeit erfordern. 
• Geringes Gewicht: Aluminium hat eine Dichte, die nur ein Drittel der Kupferdichte beträgt, wodurch CCA-Materialien viel leichter sind als reines Kupfer. Dies reduziert das Gewicht von Kabeln und Drähten erheblich und erleichtert den Transport und die Installation, insbesondere in Branchen wie der Luftfahrt und der Automobilindustrie, in denen Gewichtsreduzierung entscheidend ist. 
• Kostengünstig: Aluminium ist billiger als Kupfer, daher sind die Herstellungskosten von CCA-Materialien niedriger als die von reinem Kupfer. Dies macht es wirtschaftlicher für großflächige Anwendungen, ohne die Leistung wesentlich zu beeinträchtigen. 
• Gute mechanische Eigenschaften: CCA-Materialien besitzen eine gute Festigkeit und Zähigkeit, die erheblichen mechanischen Belastungen und Spannungen standhalten können, wodurch sie für verschiedene anspruchsvolle Umgebungen geeignet sind. 
• Korrosionsbeständigkeit: Die äußere Schicht aus Kupfer bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und schützt den Aluminiumkern vor Oxidation und Korrosion, wodurch die Haltbarkeit und Lebensdauer des Materials verbessert wird. 
• Flexibilität und einfache Verarbeitung: CCA-Materialien kombinieren die Lötbarkeit von Kupfer mit der Flexibilität von Aluminium, wodurch sie bei der Herstellung und Verarbeitung einfacher zu handhaben sind. Damit eignen sie sich ideal für komplexe elektrische Konstruktionen und Installationen. 

Aufgrund dieser Vorteile finden leitfähige Materialien aus kupferummanteltem Aluminium breite Anwendung in Kabeln, Drähten, elektronischen Bauteilen und vielem mehr und bieten eine wirtschaftliche, effiziente und leistungsstarke leitfähige Lösung.

So konvertieren Sie Kupfer-Stromschienengrößen in Aluminium für elektrische Projekte bei gleichem Temperaturanstieg

In elektrischen Anwendungen erfordert die Wahl zwischen Kupfer- und Aluminium-Stromschienen oft die Berücksichtigung von Temperaturanstiegsunterschieden. Um Kupfer bei gleichem Temperaturanstieg durch Aluminium-Stromschienen zu ersetzen, muss die Größe der Aluminium-Stromschiene angepasst werden, um der unterschiedlichen Leitfähigkeit Rechnung zu tragen. Es gibt zwei gängige Methoden, um diese Konvertierung durchzuführen. 

Erste Methode: Erhöhen Sie die Breite der Aluminiumstange 

Durch die Vergrößerung der Breite des Aluminiumstabs um ca. 27 % kann der gleiche Temperaturanstiegseffekt wie bei einem Kupferstab erzielt werden. Zum Beispiel entspricht eine 5 Zoll x 1/4 Zoll große Aluminiumstange einer 4 Zoll x 1/4 Zoll großen Kupferstange. Diese Methode vergrößert effektiv die Querschnittsfläche, reduziert die Widerstandserwärmung und verbessert die Wärmeableitung. 

Zweite Methode: Erhöhen Sie die Dicke der Aluminiumstange 

Ein anderer Ansatz besteht darin, die Dicke der Aluminiumstange um ca. 50 % zu erhöhen. Zum Beispiel kann eine 4 Zoll x 3/8 Zoll große Aluminiumstange den Temperaturanstiegseffekt einer 4 Zoll x 1/4 Zoll großen Kupferstange erreichen. Diese Methode vergrößert zwar auch die Querschnittsfläche, aber Änderungen der Dicke haben einen geringeren Einfluss auf die Wärmeableitung, was sie weniger effektiv macht als eine Erhöhung der Breite. 

Bei beiden Umwandlungsmethoden muss auch der thermische Skin-Effekt berücksichtigt werden. Dieser Effekt tritt bei hohen Strömen auf, bei denen die Innentemperatur des Leiters schneller ansteigt als die Außentemperatur, da die äußeren Teile die Wärme effizienter abführen. Dies führt zu einem höheren Innenwiderstand und einem größeren Spannungsabfall, wodurch mehr Wärme erzeugt wird. Daher ist es bei der Konstruktion von Aluminium-Stromschienen wichtig, sowohl Größenanpassungen als auch den thermischen Hauteffekt zu berücksichtigen, um die Sicherheit und Stabilität des Systems zu gewährleisten.

If you have an electrical project or are unsure how to choose between Kupfer- und Aluminium-Sammelschienes, feel free to consult our professional busbar technology experts for assistance.

Leitfähige Sammelschienenprodukte von Chalko