Laserstrahlbasiertes Schweißlöten der artungleichen Verbindung von Aluminium- und Kupferkabeln

In Zeiten der zunehmenden Elektrifizierung des Verkehrs steigt auch der Bedarf an elektrischen Komponenten und Leitern. Das vorrangig eingesetzte Kupfer zeichnet sich hierbei durch seine sehr gute Leitfähigkeit bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften aus. Da neben den erheblichen Kosten auch die hohe Dichte und damit ein hohes Gewicht einen negativen Faktor darstellen, bietet es sich im Sinne des Leichtbaugedankens an, die schweren Kupferkabel durch leichte Kabel aus Aluminium zu ersetzen. Hierbei entstehen aber Schnittstellen zwischen den Kupfer- und Aluminiumkabeln, die momentan noch mechanisch verbunden werden. Daher sollte ein Ziel sein, ein Fügeverfahren für die Werkstoffkombination Al/Cu zu finden, welches sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Eigenschaften der Werkstoffkombination nicht negativ beeinflusst. Das größte Problem stellen die während des Fügeprozesses entstehenden intermetallischen Phasen aus Aluminium und Kupfer dar. Diese besitzen gestiegene Anteile ionischer Bindungen, was zu einem starken Anstieg des elektrischen Widerstandes führt. Beim Laserstrahllöten wird daher nur das an der Oberfläche befindliche Aluminium mit einer Schmelztemperatur von 660 °C aufgeschmolzen, während das darunter befindliche Kupfer mit einer Schmelztemperatur von 1083 °C im festen Aggregatzustand verbleibt. Eine Haftung der beiden Metalle stellt sich aufgrund von Diffusionsprozessen an der Fügestelle ein. Bei optimalen Fügeparametern kann eine Lötverbindung hergestellt werden, die 70 % der Zugfestigkeit des reinen Aluminiums erreicht, bei gleichzeitig geringerem elektrischen Widerstand als die des Grundwerkstoffes. Durch die mit diesem Fügeverfahren hergestellte Verbindung können Teile des Kupferkabels durch Aluminiumkabel ohne negative elektrische Beeinflussung ersetzt werden bzw. an den Schnittstellen dann miteinander verbunden werden.