DODUCO Hybrid-Verbund-Technologie




DODUCO Pforzheim

Pforzheim - 15.05.2015 - Der Edelmetallspezialist DODUCO überträgt moderne Produktionsverfahren auf die steigenden Anforderungen im Automotive-Bereich bzw. für die Kühlung von Leistungselektronik. DODUCO hat diesen Technologietrend frühzeitig aufgegriffen und sich intensiv mit Verbindungen von Aluminium und Kupfer (Al/CU-Hybrid-Verbundmaterialien) beschäftigt.
Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg stellte diese Neuheit mit ihrem ThinKing bereits im April vor. Die Leichtbau BW GmbH präsentiert unter diesem Label monatlich innovative Produkte oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg.

Kupfer besticht durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit, ist in den vergangenen Jahren allerdings im Preis stark gestiegen und damit ein äußerst kostenintensiver Rohstoff. Der partielle Ersatz durch Aluminium bringt sowohl auf der Gewichts- als auch auf der Kostenseite große Vorteile. Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg stellte diese Neuheit mit ihrem ThinKing bereits im April vor. Die Leichtbau BW GmbH präsentiert unter diesem Label monatlich innovative Produkte oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg.

Im Gegenzug müssen vergleichsweise geringfügige Beeinträchtigungen in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit hingenommen werden. Der leitwertgleiche Querschnitt bei Aluminium ist zwar 1,6 mal größer als bei Kupfer, wiegt dafür aber dennoch nur halb so viel.
Bei DODUCO werden hierzu zwei verschiedene Entwicklungsrichtungen verfolgt. Beim vollflächigen Verbund liegen die beiden Metalle übereinander und beim Überlapp-Verbund besteht nur eine partielle Verbindung zwischen beiden Materialien. Beide Verfahrensweisen sorgen für eine dauerhafte und strapazierfähige Verbindung.


Der vollflächige Verbund - Die vollflächigen Verbundmaterialien kommen vor allem als Kühlkörper in der Leistungselektronik zum Einsatz.

In den modernen Autos wird immer mehr Leistungselektronik verbaut, dem entsprechend steigt die Hitze die abgeführt werden muss. Kupfer weist im Vergleich zu Aluminium eine höhere Leitungsfähigkeit für Wärme auf. Kühlkörper in der Leistungselektronik, welche heute überwiegend aus fließgepresstem Aluminium hergestellt werden, können durch den Verbund mit Kupfer deutlich höhere Wärmeableitungsraten erzielen.
Flächenverbund Verbundmaterial


Durch die Kombination der beiden Materialien mittels Walzplattieren ermöglicht das Pforzheimer Unternehmen seinen Kunden Kühlkörper mit höheren Kühlvermögen herzustellen, als dies bislang möglich war. Flächenplattiert ist es möglich, das Hybridmaterial in einer Breite bis zu ca. 200 Millimeter zu produzieren, die Dickenverhältnisse Al/Cu sind dabei weitestgehend frei wählbar, die Gesamtdicke kann bis zu 10 Millimeter betragen. Gleichzeitig hat man es bei DODUCO geschafft, die Verbindungszone zwischen Kupfer und Aluminium so aufzubauen, dass sie eine hohe Biege- und Zugfestigkeit sowie Temperaturwechselbeständigkeit mit sich bringt.


Der Überlapp-Verbund - In modernen Fahrzeugen wird immer mehr Aluminium zur Stromleitung eingesetzt. So besteht heute schon der Großteil des Kabelbaums aus Alukabeln. Der leitwertgleiche Querschnitt bei Aluminium ist zwar 1,6 Mal größer als bei Kupfer, wiegt dafür aber trotzdem nur halb so viel. Leider hat Aluminium trotz allem auch Nachteile, so dass sich nicht jedes beliebige Bauteil aus Kupfer durch eines aus Aluminium ersetzen lässt. Aluminium ist von Natur aus relativ weich und kriecht bei mechanischer Belastung, so dass sich Schrauben oder Crimpverbindungen lockern können. Dies bedingt nun, dass ein zuverlässiger Übergang zwischen der Kupfer- und der Aluminiumwelt hergestellt werden muss.
Überlapp Verbundmaterial


Die Lösung bei DODUCO: In einem Hybrid-Material wird der kostenintensive Rohstoff Kupfer partiell durch das billigere und leichtere Aluminium ersetzt. "Die Substitution durch Aluminium bringt sowohl auf der Kosten- als auch auf der Gewichtsseite klare Vorteile", sagt Heiko Kuntz, Sales Manager Electrical Contact Materials bei DODUCO. Bei seinem Hybridmaterial ist es DODUCO gelungen, durch Kaltwalzen die beiden Werkstoffe fest miteinander zu verbinden, anschließend folgt dann ein Glühprozess im Ofen. Die leicht überlappenden Verbundmaterialien finden Verwendung in der E-Mobilität bei der Verbindung von Lithium-Ionen Batterien oder als Steckerbinder bzw. bei Kabelschuhen am Aluminium-Kabelbaum. Überlappend plattiert sind eine Gesamtbreite von 150 Millimeter und eine Dicke von bis zu 3 Millimetern möglich.

Ein weiterer, nicht minder wichtiger Aspekt – vor allem bei überlappenden Verbunden im Automotivbereich - ist der Korrosionsschutz. Durch speziell für diesen Einsatz entwickelte Substanzen, sowohl organischer als auch anorganischer Natur, bietet das Unternehmen ebenfalls innovative Lösungen gegen die Einflüsse von Salzwasser und Luftfeuchtigkeit.


Al/Cu Hybrid Verbundmaterial Quelle: DODUCO GmbH Pforzheim


Neu ist die Verbindung von Kupfer und Aluminium generell nicht. DODUCO produziert bereits seit rund 20 Jahren Kupferbänder mit einem Aluminium-Inlay, die unter anderem für Drahtbondanwendungen in der Mikroelektronik zur Anwendung kommen. Dieses Know-how wurde bei der Erforschung des neuen Al/Cu-Hybridmaterials eingebracht, das kurz vor der Musterserienfertigung steht. „Das Interesse der OEMs an unserem Material ist groß“ sagt Kuntz. „Die neue Technologie bietet eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungs- und Kombinationsmöglichkeiten".

Weitere Informationen zur Hybrid-Verbund-Technologie Aluminium und Kupfer gab es unter anderem bei einem Vortrag von DODUCO beim 2. Technologietag Hybrider Leichtbau am 05. Mai 2015 in Stuttgart. Exponate konnten beim Auftritt des Unternehmens auf der begleitenden Fachausstellung in Augenschein genommen werden.


Mehr Informationsmaterial finden sich unter DODUCO - Hybrid-Verbund-Technologie sowie auf der Webseite der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg.


Quellen: Leichtbau BW GmbH und DODUCO GmbH