Die Verbindung Aluminium-Kupfer ist z.B. erforderlich, wenn in einem Industriegebiet eine Ringleitung aus Aluminium liegt, die Zuführung in die anliegenden Betriebe jedoch mit Kupferleitungen erfolgt. Aber auch bei Transformatoren-Stationen besteht oft die Notwendigkeit, Aluleitungen an Kupferschienen anzuschließen. Das Problem hierbei: Aluminium und Kupfer lassen sich nicht ohne weiteres miteinander verbinden. Deshalb ist die Verwendung von speziellen Al/Cu-Kabelschuhen und -Verbindern für eine dauerhaft sichere Verbindung zwingend erforderlich.

Aluminium-Kupfer: eine problematische Verbindung
Grundsätzlich ist Aluminium zwar ein sehr reaktionsfähiger und leicht oxidierender Werkstoff, im praktischen Gebrauch erweist er sich jedoch bekanntermaßen als korrosionsbeständig. Diese Eigenschaft verdankt das Material einer widerstandsfähigen Oxidschicht, die sich auf seiner Oberfläche unter der Einwirkung von Luftsauerstoff bildet (Selbstpassivierung). Beim Zusammenfügen mit Metallen edleren Potentials – also z.B. Kupfer – setzt beim Vorhandensein einer elektrisch leitenden Flüssigkeit wie Kondenswasser allerdings eine elektrochemische Reaktion durch Kontaktelementbildung ein. Bei diesem Prozess spielen die durch die elektrochemische Spannungsreihe gegebenen Potentialdifferenzen eine entscheidende Rolle.

Das Kontaktelement wird gebildet durch die Kupferelektrode (Anode), den Elektrolyten (Wasser) und die Aluminiumelektrode (Katode). Die von diesem Element erzeugte Spannung wird über den »quasi-metallischen« Kontakt von Kupfer und Aluminium kurzgeschlossen. Entsprechend der dabei auftretenden Stromstärke erfolgt eine Ablagerung bzw. Zersetzung des Aluminiums. Dieser zerstörerische Vorgang ist als blühende Oxidationsstelle sichtbar und setzt bereits beim Vorhandensein von kleinsten Kupferflittern auf Aluminium 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: Der Zutritt von Feuchtigkeit an der Verbindungsstelle ist unter allen Umständen auszuschließen. In Räumen mit Kondenswasserbildung muss man die Berührungsstelle zwischen Kupfer und Aluminium deshalb durch besondere Verarbeitungsmethoden schützen. Hierzu zählt an erster Stelle der Einsatz von Al/Cu-Kabelschuhen und – Verbindern. Diese weisen verarbeitungstechnisch keine Kriechstrecke auf, in der sich leitende Flüssigkeit ansammeln kann, durch die der Oxidationsprozess in Gang gesetzt wird. Das prädestiniert Al/Cu-Presskabelschuhe und -Verbinder z.B. auch für den Einsatz in Off-Shore-Windkraftanlagen.

Al/Cu-Presskabelschuhe
Hochwertige Marken-Presskabelschuhe zum Verbinden von Aluminiumleitern zum Beispiel mit Kupferschienen bestehen aus einem Anpressbereich aus Elektrolyt-Aluminium (E-Al) und einer angefügten Anschraublasche aus Kupfer gemäß EN 13600. Die lieferbaren Nennquerschnitte reichen von 16mm² bis 400mm². Das Einsatzgebiet umfasst generell die Herstellung zugentlasteter Verbindungen mit Alu- Kabeln nach DIN 48201, Teil 1 und Alu-Seilen nach DIN EN 50182. Spezifikationen und Verarbeitung von Al/Cu-Presskabelschuhen entsprechen denen von reinen Aluminium-Ausführungen.

Produkte renommierter Markenhersteller wie Klauke weisen eine konstante Materialstärke, exakte Durchmesser und eine genaue Passform als Voraussetzungen für eine gute Verarbeitung und sehr hohe Sicherheit auf. Al/Cu-Presskabelschuhe sind wie reine Aluminium-Presskabelschuhe entsprechend der DIN 46239 längsdicht gefertigt, so dass sich auch ölgetränkte, papier-isolierte Kabel verarbeiten lassen, ohne dass Öl austritt.

Aluminiumleiter im Überblick
Aluminiumleiter gibt es in vier verschiedenen Bauarten, die zum Teil besondere Verarbeitungsmethoden verlangen. Dies sind im Einzelnen:

• eindrähtige Rundleiter (re)
• eindrähtige Sektorleiter (se)
• mehrdrähtige Rundleiter (rm)
• mehrdrähtige Sektorleiter (sm)

Die Abkürzungen finden sich neben anderen Angaben auf den Markierungen der Al/Cu-Presskabelschuhe und lassen damit erkennen, für welche Aluminiumleiter sich der jeweilige Kabelschuh eignet. Sie geben wichtige Hinweise zu Hersteller, Abmessungen und Ausführung des Produkts.

So steht z.B. die Prägung »16 KL25 150 rm/sm 185 re/se« für

• 16: Metrische Schraubenabmessung der Bohrung für den Anschlussbolzen (hier Schrauben M 16)
• KL: Herstellerkennung (hier Klauke)
• 25: Werkzeug-Kennziffer
• 150: Nennquerschnitt des Leiters in mm²
• rm/sm: für mehrdrähtige Rundleiter und mehrdrähtige Sektorleiter
• 185: Nennquerschnitt des Leiters in mm²
• re/se: für eindrähtige Rundleiter und eindrähtige Sektorleiter

Ein besonderes Augenmerk ist auf die Werkzeug-Kennziffer zu richten: Für eine fachgerechte Verpressung muss der verwendete Einsatz des Presswerkzeugs immer mit der Werkzeug-Kennziffer auf dem Kabelschuh übereinstimmen. Die Werkzeug-Kennziffer befindet sich zusätzlich spiegelverkehrt auf den Pressflächen des Einsatzes, so dass nach der Pressung die Kennziffer zur Kontrolle und Dokumentation sichtbar wird.

Für die fachgerechte Verarbeitung von Al/Cu-Presskabelschuhen empfiehlt es sich, generell 6-Kant-Presseinsätze nach DIN 48083 Teil 4 zu verwenden. Voraussetzung für eine fachgerechte Verpressung ohne Unter- oder Überpressung ist die Verwendung des geeigneten Werkzeugs. Pressfehler können zu erhöhten Übergangswiderständen mit Temperaturerhöhungen bis hin zu Bränden führen. Um solche Konsequenzen möglichst auszuschließen, empfiehlt Klauke, für die Verpressung seiner Kabelschuhe ausschließlich die entsprechenden Werkzeuge dieses Herstellers zu verwenden.

So z.B. die speziellen Presseinsätze für Aluminium, deren 7 mm breite Kontaktflächen 2 mm breiter sind als die der Presseinsätze für Verbindungsmaterialien aus Kupfer. Dies bezieht sich jedoch ausschließlich auf 60-kN-Presseinsätze. Der Grund: Einsätze mit größeren Pressbreiten verbinden breitere Leiterbereiche mit den Kabelschuhen und gleichen so die schlechtere Leiteigenschaft von Aluminium aus. Zur einfachen Unterscheidung sind die Alu-Presseinsätze von Klauke silberfarbig, die Einsätze für Kupfer hingegen gelb-gold.

Kontaktfett in Aluminium- Verbindungsmaterialien
Verbindungsmaterialien für Aluminiumleiter sind ab Werk mit einem speziellen Kontaktfett ausgestattet. Dieses zerstört beim Verpressen die nicht leitende Oxidschicht des Aluminiums, die sich innerhalb weniger Minuten an der Oberfläche bildet. Das Fett verbessert damit die Kontakteigenschaften und ermöglicht eine einwandfreie elektrische Verbindung. Zudem verhindert das Fett den Zutritt von Sauerstoff an die Kontaktstellen und vermeidet damit eine erneute Oxidation.
Um die Funktionsfähigkeit des Fettes zu erhalten, sind Markenkabelschuhe mit einem Kunststoff-Stopfen versiegelt, der ein Austrocknen oder Auslaufen des Presszusatzes verhindert.

Al /Cu-Verbinder
Für die fachgerechte Verbindung von Aluminium- und Kupferleitern bieten Markenhersteller wie Klauke Reduzierverbinder mit Nennquerschnitten von 10 mm² bis 300 mm² an. Diese Produkte dienen vornehmlich bei Netzsanierungen der Herstellung zugentlasteter Verbindungen von Aluminium- Leitern nach DIN EN 60228 sowie von Aluminium-Seilen nach DIN EN 50182 mit Kupfer-Kabeln nach DIN 48201, Teil 1 und Kupfer-Leitern nach DIN EN 60228. Fertigungstechnisch bestehen die Pressverbinder aus miteinander verbundenen Aluminium- (E-Al) und Kupferteilen (gemäß EN 13600).

In der Regel weist die Aluminiumseite einen größeren Durchmesser auf, da die schlechtere Leitfähigkeit dieses Materials durch einen entsprechend höheren Nennquerschnitt des Leiters ausgeglichen wird. Wie bei den Presskabelschuhen enthält auch die Aluminiumseite des Verbinders Kontaktfett, das bei hochwertigen Produkten durch einen Verschluss vor Auslaufen und Vertrocknen geschützt ist.

Wichtig: Bei der Verwendung von Al/Cu-Pressverbindern muss man für die jeweilige Materialseite die entsprechenden Verarbeitungsvorgaben von Kupfer und Aluminium beachten. Dementsprechend sind die Aluminiumbereiche zu verpressen wie Aluminium- Presskabelschuhe (siehe oben). Charakteristisch für Al /Cu-Pressverbinder sind deshalb auch die unterschiedlichen Pressmarkierungen, die aluminiumseitig 7 mm betragen und kupferseitig 5 mm für Presseinsätze 60 kN.

Bei der Verarbeitung der Kupferseite gelten die gleichen Vorgaben wie für Presskabelschuhe aus Kupfer. Anhand der Pressmarkierungen auf dem Produkt lassen sich wesentliche Informationen zu Herkunft und Einsatz des Al/Cu-Pressverbinders ablesen. So bedeutet z.B. die Prägung »KL14 50 rm/ sm 70 re/se«

• Kl: Herstellerkennung (in diesem Fall »Klauke«)
• 14: Werkzeugkennziffer
• 50: bezeichnet den vorgesehenen
• Nennquerschnitt des Leiters in mm²
• rm/sm: für mehrdrähtige Rundleiter und mehrdrähtige Sektorleiter
• 70: Nennquerschnitt des eindrähtigen Leiters in mm²
• re/se: für eindrähtige Rundleiter und eindrähtige Sektorleiter

Darüber hinaus weisen die Pressverbinder auch kupferseitig Markierungen für die Pressung auf. Für die Verarbeitung empfiehlt die Norm Presseinsätze entsprechend der DIN 48083 Teil 1, 3 und 4 für ein-, fein- und feinstdrähtige Leiter; für umflochtene Rundseile verweist die Norm auf die Angaben des Herstellers. So setzt Klauke generell auf 6-Kant-Presseinsätze nach DIN 48083, Teil 4 für die kupferseitige Verarbeitung seiner Pressverbinder.

Hinweis: Bei der Verbringung von Pressverbindungen im Erdreich ist die Verbindungsstelle vor Feuchtigkeit zu schützen. Hierzu empfiehlt Klauke die Verwendung von Gießharzmuffen. Außerdem sollte man bei der Verwendung von Al/Cu-Pressverbindern und Kabelschuhen Folgendes beachten: Diese Produkte dürfen keiner Biegespannung ausgesetzt werden, da hierbei Bruchgefahr an der Kontaktstelle der beiden Materialien besteht. Ein Einsatz im Freileitungsbereich ist damit ausgeschlossen.

Ein Fachbeitrag von Lutz Remmel
Produktmanager elektrische Verbindungstechnik
Gustav Klauke GmbH