Kontaktkorrosion zwischen Kupfer und Aluminium verhindern

Kontaktkorrosion (auch galvanische Korrosion oder bimetallische Korrosion genannt) ist eines der häufigsten Probleme in der Elektroindustrie, wenn unterschiedliche Metalle — typischerweise Kupfer und Aluminium — direkt miteinander in Kontakt gebracht werden. Dieser Artikel erklärt, warum sie gefährlich ist, welche Folgen sie haben kann und wie das CUPAL-Bimetall sie löst.

Was ist galvanische Korrosion?

Galvanische Korrosion ist ein elektrochemischer Prozess, der eintritt, wenn zwei unterschiedliche Metalle in einem Elektrolyten (Feuchtigkeit, Dampf, Kondensat) direkt in Kontakt stehen. Die elektrochemische Potentialdifferenz zwischen den Metallen treibt einen elektrischen Strom; das unedlere Metall (die Anode) löst sich allmählich auf — korrodiert.

Die elektrochemische Spannungsreihe

Zum Verständnis hilft die Position der Metalle in der elektrochemischen Spannungsreihe:

Die thermodynamische Standardpotentialdifferenz beträgt nahezu 2 V, doch das ist nur eine obere Grenze für reine Metalle in speziellen Elektrolyten. In der Praxis — auf in Anlagen verbauten Cu- und Al-Elektroden mit passiven Oxidschichten — pendelt sich die Leerlaufspannung des Cu/Al-Galvanikpaares typischerweise auf ~0,5–1 V ein, je nach Zustand der Passivschicht. Die treibende Kraft bleibt dauerhaft vorhanden, weshalb eine direkte Cu/Al-Verbindung in Gegenwart von Feuchtigkeit fortschreitend korrodiert.

Warum ist die Cu/Al-Kombination besonders gefährlich?

In der elektrischen Energieverteilung ist es äußerst häufig, dass Cu-Kabelschuhe auf Al-Sammelschienen verbunden werden. Diese Kombination ist aus mehreren Gründen besonders gefährlich:

1. Erhebliche Potentialdifferenz

Wie oben gezeigt, ist die thermodynamische Potentialdifferenz zwischen Cu und Al eine der größten unter praktischen Metallpaaren; selbst mit Passivschichten verbleibt eine ~0,5–1 V starke Triebkraft für die galvanische Korrosion.

2. Feuchte Umgebung

In Schaltanlagen, Verteilungen und Außeninstallationen ist fast immer Feuchtigkeit vorhanden — entweder als Kondensat oder als Luftfeuchtigkeit. Sie stellt den Elektrolyten für die galvanische Zelle bereit.

3. Wachstum der Aluminiumoxidschicht

Beim Korrodieren der Aluminiumoberfläche bildet sich eine Al-Oxidschicht, ein elektrischer Isolator. Diese Oxidschicht erhöht den Übergangswiderstand der Verbindung.

4. Sich lockernde Verbindungen

Die Korrosionsprodukte (Al-Oxid) haben ein größeres Volumen als das ursprüngliche Metall, was Schraubverbindungen physisch lockert.

Reale Folgen

Galvanische Korrosion an Cu/Al-Verbindungen hat ernste praktische Folgen:

Anstieg des Übergangswiderstands

Oxidschicht und Korrosionsprodukte erhöhen den Kontaktwiderstand. Daraus folgt ein Temperaturanstieg am Übergang, der die Korrosion weiter beschleunigt — ein selbstverstärkender Zyklus.

Überhitzung und Brandgefahr

Erhöhter Übergangswiderstand erzeugt Wärme. In Anwendungen mit hohem Strom kann der Temperaturanstieg brandgefährliche Werte erreichen. Das ist kein theoretisches Risiko — zahlreiche dokumentierte Brände lassen sich auf unzureichende Cu/Al-Verbindungen zurückführen.

Ausfall und Stromausfälle

Sich lockernde, korrodierte Verbindungen fallen mit der Zeit aus: aussetzender Kontakt, Funkenbildung, schließlich kompletter Stromausfall.

Garantieverlust

Unzureichende Cu/Al-Verbindungen erfüllen die nach Geräteapprobationsnormen (IEC 61439, IEC 61238) geforderten Verbindungsanforderungen nicht, was zum Verlust der Anlagengarantie und zu Haftungsfragen führen kann.

Wie löst CUPAL das Problem?

Das CUPAL-Bimetall enthält Kupfer und Aluminium gleichzeitig, unzertrennbar kaltwalzplattiert und diffusionsverschweißt. Die Lösung setzt auf mehreren Ebenen an:

1. Gleiches Metall trifft auf gleiches Metall

Eine CUPAL-Scheibe oder ein Übergangselement sitzt zwischen den Cu- und Al-Leitern so, dass:

• die Kupferseite zum Cu-Kabelschuh zeigt,
• die Aluminiumseite zur Al-Sammelschiene zeigt.

An beiden Außenflächen kontaktiert gleiches Metall mit gleichem Metall — keine Potentialdifferenz, keine galvanische Korrosion.

2. Die Übergangszone ist geschützt

Die Cu/Al-Grenzfläche liegt im Inneren der CUPAL-Schicht, wo das Diffusionsschweißen eine dauerhafte, hermetische Verbindung gewährleistet. Diese Übergangszone wird nicht von Feuchtigkeit erreicht, bildet keine Oxidschicht und kann den galvanischen Korrosionsprozess nicht starten.

3. Niedriger und stabiler Übergangswiderstand

Der Übergangswiderstand einer CUPAL-Verbindung bleibt über die Anlagenlebensdauer niedrig und stabil, weil die kritische Cu/Al-Grenzfläche in einer geschützten Umgebung im Inneren liegt und nie mit Feuchtigkeit in Berührung kommt.

4. Langfristige Zuverlässigkeit

CUPAL ist ein bewährter, langjährig in der Praxis erprobter Werkstoff. Er wird europaweit erfolgreich in Energieverteilungsnetzen, Schaltanlagen, Blitzschutz und Erneuerbare-Energien-Anlagen eingesetzt.

Praktische Anwendungen

CUPAL-Scheiben

Die einfachste und häufigste Anwendung: M6–M20 CUPAL-Scheiben zwischen Cu-Kabelschuh und Al-Sammelschiene. In Minuten verbaut, sofort geschützte, korrosionsfreie Verbindung.

CUPAL-Bänder

In Blitzschutzanlagen und Kabelschuhverbindungen wird ein CUPAL-Band um den Anschlusspunkt gewickelt, um den korrosionsfreien Übergang sicherzustellen.

CUPAL-Übergangsplatten

Für größere Kontaktflächen (Sammelschienen, Verteilerschienen) sorgen CUPAL-Übergangsplatten für gleichmäßigen Kontakt und vollen Korrosionsschutz.

Vorbeugen oder nachträglich reparieren?

Vorbeugende Maßnahmen gegen die galvanische Korrosion sind immer günstiger und einfacher als ein nachträgliches Reparieren. Eine CUPAL-Scheibe kostet einen Bruchteil dessen, was ein Austausch einer ausgefallenen Verbindung, eine Schaltanlagenrenovierung oder — im schlimmsten Fall — ein Brandschaden bedeutet.

Geräte- und Steckverbinder-Normen (DIN 43671 für Sammelschienen, IEC 61439 für Niederspannungsschaltanlagen, IEC 61238 für Kabelverbinder) stellen Anforderungen an Verbindungen unterschiedlicher Metalle — Übergangswiderstand, Temperaturerhöhung, Langzeitstabilität —, die CUPAL-Übergangselemente dank jahrzehntelang bewährter Anwendung erfüllen können.

Fragen zur Vermeidung von Kontaktkorrosion? Expertenrat anfragen — wir antworten an Werktagen innerhalb von Minuten.