Verbindungstechnik Aluminiumleiter im Handumdrehen sicher verdrahten

Aluminiumkabel haben viele Vorteile. Allerdings müssen verschiedene Rahmenbedingungen eingehalten werden, um diese Leiter sicher zu kontaktieren. Im Beitrag lesen Sie, worauf man achten sollte.

Anbieter zum Thema

OKW Odenwälder Kunststoffwerke Gehäusesysteme GmbH

SCHURTER AG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH

Der Einsatz von Aluminiumleitern wird immer interessanter – speziell bei Leiterquerschnitten ab 16 mm² aufwärts. Für Aluminium als Leiterwerkstoff spricht der geringere Preis im Vergleich zu Kupferkabeln, die fast das Vierfache kosten. Außerdem ist Aluminium circa 70% leichter als Kupfer – das niedrigere Gewicht erleichtert das Verlegen der Kabel. Allerdings müssen einige Rahmenbedingungen eingehalten werden, um Aluminiumleiter sicher zu kontaktieren.

Spezifische Eigenschaften von Aluminiumleitern

Drei physikalische Eigenschaften des Aluminiums erschweren die Nutzung als elektrischer Leiter. Einerseits „fließt“ der Werkstoff – d.h., Aluminium gibt unter Druck aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls stark nach. Andererseits bildet sich nach dem Abisolieren eines Aluminiumleiters auf der Oberfläche eine Oxidschicht.

Wird der oxidierte Leiter ohne weitere Vorbehandlung in einer Reihenklemme angeschlossen, erhöht die Oxidschicht den Übergangswiderstand zwischen Leiter und Klemmstelle. Dies führt zu einer stärkeren Erwärmung der Klemmstelle. Ein weiterer Unterschied zwischen Aluminium- und Kupferleitern ist die reduzierte Strombelastbarkeit der Aluminiumleiter. Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist ein Drittel geringer als die von Kupfer. Insofern ist insbesondere beim Einsatz von Aluminiumleitern die maximale Strombelastbarkeit zu beachten.

In der Regel sollte der Aluminiumleiter mindestens einen Querschnitt größer als ein Kupferleiter gewählt werden, um die gleiche Strombelastbarkeit zu erreichen. Diese Eigenschaften sind beim direkten Anschluss von Aluminiumleitern an Reihenklemmen genau zu beachten. Aluminiumleiter lassen sich auf zwei verschiedene Arten an Reihenklemmen anschließen. Zum einen können sie direkt in der Klemmstelle einer Reihenklemme kontaktiert werden – Aluminiumleiter und Klemmstelle haben dann unmittelbaren Kontakt zueinander.

Die andere Möglichkeit besteht darin, Kabelschuhe oder Stifthülsen am Aluminiumleiter zu verpressen und das verpresste Verbindungselement an einer Reihenklemme aufzulegen. In beiden Fällen sind die herstellerspezifischen Angaben zu beachten.

Direkter Anschluss von Aluminiumleitern an Reihenklemmen

Für den direkten Anschluss von Aluminiumleitern an Reihenklemmen bietet Phoenix Contact unterschiedliche Lösungen. Runde eindrähtige Aluminiumleiter (Bild 1) im Querschnittsbereich zwischen 2,5 und 35 mm² können direkt an den Schraubanschlussklemmen der UT-Baureihe (Bild 2) angeschlossen werden. Sektorförmige, eindrähtige Aluminiumleiter (Bild 1) zwischen 50 und 240 mm² können an die Schraubanschlussklemmen der UKH-Baureihe (Bild 3) angeschlossen werden.

Die Klemmhülsen dieser Reihenklemmen sind auf der Unterseite dreieckig ausgeprägt und besitzen damit eine passende Geometrie zum Anschluss der sektorförmigen eindrähtigen Aluminiumleiter. Wenn die spitz zulaufende Seite des Sektorleiters auf die dreieckige Form der Klemmhülse gelegt wird, schmiegt sich der Aluminiumleiter in der Klemmhülse der UKH-Klemme an. Auf diese Art und Weise erreicht man einen optimalen Anschluss.

Bei den Baureihen UT und UKH sind folgende Maßnahmen zur Vorbehandlung der Aluminiumleiter zu beachten, damit die Verbindung sicher und zuverlässig wird:

• Von der Oberfläche des abisolierten Aluminiumleiters muss die Oxidschicht entfernt werden. Dazu wird sie zum Bespiel mit einer Messerklinge von der Oberfläche des Aluminiumleiters abgeschabt.

• Unmittelbar nach dem Entfernen der Oxidschicht wird der abisolierte Aluminiumleiter mittels neutraler – säure- und alkalifreier – Vaseline oder mittels Kontaktfett mit vergleichbaren Eigenschaften eingefettet. Die Vaseline verhindert eine erneute Oxidation des Leiters und hält Feuchtigkeit vom Leiter fern.

• Anschließend wird der Aluminiumleiter in die Klemmstelle der Reihenklemme eingelegt und mit dem maximalen Anzugsdrehmoment der jeweiligen Reihenklemme angezogen.

Beachtet man diese Maßnahmen, ist der direkte sichere Anschluss an die Durchgangsklemmen der UT- und UKH-Produktreihe kein Problem. Beachtet man diese Vorbehandlungsschritte allerdings nicht, besteht die Gefahr, dass sich der Übergangswiderstand zwischen Aluminiumleiter und Stromschiene deutlich erhöht. Dadurch kann sich die Klemmstelle extrem erwärmen, was im schlimmsten Fall zum Abbrand führen kann.

Prüfungen speziell für Aluminiumleiter

Für die oben angegebenen Leiterarten in den entsprechenden Querschnitten wurden beide Baureihen geprüft und qualifiziert. Neben den Standardnormen für Produkte im Niederspannungs-bereich – die IEC 60947-7-1/2 gelten ausschließlich für Kupferleitungen – wurden weitere Prüfungen in Anlehnung an die IEC 61545 durchgeführt. Diese Norm definiert den Anschluss von Aluminiumleitern in Klemmstellen eines beliebigen Materials sowie den Anschluss von Kupferleitungen an Klemmstellen aus Aluminium.

Die UT- und UKH-Klemmen wurden gemäß der IEC 61545 einem 1000-stündigen Current-Cycling-Test unterzogen. Bei diesen Tests wird die Kombination aus Reihenklemme und Aluminiumleiter eine Stunde mit Strom belastet und dann eine Stunde abgeschaltet. Der Zyklus wird 500 Mal wiederholt. Während dieser 1000 Stunden werden nach einem festgelegten Zeitplan Temperaturmessungen an den Klemmstellen vorgenommen. Die gemessenen Werte dürfen bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten.

Die 2-Leiter-Durchgangsklemmen der UT-Baureihe und die UKH-Klemmen haben den Current-Cycling-Test erfolgreich bestanden. Beide Klemmen sind somit – bei richtiger Vorbehandlung – für den direkten Anschluss von Aluminiumleitern geeignet. Während der gesamten Dauer des Current-Cycling-Tests – also 1000 Stunden – wurden die Klemmstellen nicht nachgezogen.

Das zeigt deutlich, dass der direkte Anschluss von Aluminiumleitern an Schraubanschlussklemmen auch ohne erneutes Nachziehen der Schraubklemmstelle möglich ist.

* * Dipl.-Ing (FH) Dirk Steinhage arbeitet im Produktmarketing Industrielle Verbindungstechnik bei Phoenix Contact in Blomberg.

(ID:35767900)