Kupfer Stromschienen: Individuelle Busbars für Ihre Energieverteilungs- und Rechenzentrum Projekte

Kupfer-Stromschienen ermöglichen eine kompakte und verlustarme Übertragung hoher elektrischer Ströme. Gegenüber Kabeln bieten sie insbesondere Vorteile beim Bauraum, bei der Wärmeabfuhr und bei der mechanischen Integration in Schaltanlagen. Komponenten können beispielsweise direkt über Bohrungen oder gestanzte Lochbilder an der Stromschiene befestigt werden. Durch eine geeignete mechanische Fixierung können Stromschienen zudem für hohe elektrodynamische Belastungen im Kurzschlussfall ausgelegt werden.

Für viele Anwendungen werden Stromschienen aus Cu-ETP (CW004A) eingesetzt. Der Werkstoff zeichnet sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute Eignung zum Stanzen, Bohren und Biegen aus. Wenn im Fertigungsprozess beispielsweise Schweiß- oder Hartlötverfahren eingesetzt werden, kann sauerstofffreies Cu-OF (CW008A) eine geeignete Alternative sein.

Cu-ETP (CW004A) ist der Standardwerkstoff für viele Stromschienenanwendungen und zeichnet sich durch seine gute elektrische Leitfähigkeit sowie seine Eignung für mechanische Bearbeitungsverfahren und verschraubte Verbindungen aus.

Cu-OF (CW008A) ist dagegen sauerstofffreies Kupfer und bietet dadurch besondere Vorteile bei thermischen Fügeverfahren. Das Risiko einer Versprödung wird deutlich reduziert, wodurch sich der Werkstoff insbesondere für Schweiß- und Hartlötanwendungen eignet. Die Werkstoffauswahl sollte daher neben elektrischen und mechanischen Anforderungen auch die geplanten Fertigungs- und Fügeverfahren berücksichtigen.

Die geeignete Festigkeitsklasse hängt von den Anforderungen an Umformbarkeit und mechanische Belastbarkeit ab. Halbhartes Kupfer, beispielsweise R240 oder R250, wird häufig eingesetzt, weil es eine Kombination aus mechanischer Festigkeit und guter Umformbarkeit bietet. Für besonders stark mechanisch belastete, gerade Stromschienen können auch höhere Festigkeitsklassen relevant sein.

Die zulässige Stromtragfähigkeit bzw. Strombelastbarkeit einer Kupfer-Stromschiene hängt von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören insbesondere der Leiterquerschnitt, die Oberfläche und die Geometrie, die Umgebungstemperatur, die Einbausituation, die Wärmeabfuhr, die zulässige Erwärmung sowie die Betriebsart mit Gleich- oder Wechselstrom.

Für die Bemessung von Kupfer-Stromschienen hinsichtlich ihrer Dauerstrombelastbarkeit können die Grundlagen der DIN 43671 herangezogen werden. Bei Stromschienen innerhalb von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen sind zusätzlich die Anforderungen und Verifikationsverfahren der DIN EN IEC 61439 zu berücksichtigen.

Ein bestimmter Stromwert lässt sich nicht pauschal einem bestimmten Stromschienenquerschnitt zuordnen. Für die Auslegung müssen neben dem Strom insbesondere Umgebungstemperatur, zulässige Temperaturerhöhung, Einbaulage, Oberflächenbeschaffenheit, Geometrie und Wärmeabfuhr berücksichtigt werden.

Eine fachgerechte Dimensionierung sollte daher anhand der konkreten Betriebsbedingungen und der relevanten Normen erfolgen.

Mit steigender Umgebungstemperatur sinkt grundsätzlich die Fähigkeit der Stromschiene, die entstehende Verlustwärme an die Umgebung abzugeben. Dadurch kann sich die zulässige Strombelastbarkeit reduzieren. Bei der Auslegung müssen deshalb die tatsächlichen thermischen Bedingungen innerhalb des Schaltschranks oder der Anlage berücksichtigt werden.

Die Einbaulage und die Anordnung mehrerer Stromschienen beeinflussen die Wärmeabfuhr und damit die zulässige Belastbarkeit. Eine vertikale Anordnung kann beispielsweise die natürliche Konvektion unterstützen. Bei mehreren parallel angeordneten Stromschienen müssen außerdem gegenseitige thermische und bei Wechselstrom auch elektromagnetische Einflüsse berücksichtigt werden.

Die Stromtragfähigkeit eines Schienenpakets entspricht deshalb nicht zwangsläufig der einfachen Summe der Einzelstromtragfähigkeiten.

Bei Wechselstrom können Skin- und Proximity-Effekte die Stromverteilung innerhalb und zwischen den Leitern beeinflussen. Dadurch kann der Wechselstromwiderstand gegenüber dem Gleichstromwiderstand steigen. Wie relevant diese Effekte sind, hängt unter anderem von Frequenz, Querschnitt und Anordnung der Stromschienen ab.

Bei typischen 50-Hz-Anwendungen sollte daher die konkrete Geometrie und Anordnung betrachtet werden, anstatt pauschale Unterschiede zwischen AC und DC anzunehmen.

Cu-ETP (CW004A) ist der Standardwerkstoff für viele Stromschienenanwendungen und zeichnet sich durch seine gute elektrische Leitfähigkeit sowie seine Eignung für mechanische Bearbeitungsverfahren und verschraubte Verbindungen aus.

Cu-OF (CW008A) ist dagegen sauerstofffreies Kupfer und bietet dadurch besondere Vorteile bei thermischen Fügeverfahren. Das Risiko einer Versprödung wird deutlich reduziert, wodurch sich der Werkstoff insbesondere für Schweiß- und Hartlötanwendungen eignet. Die Werkstoffauswahl sollte daher neben elektrischen und mechanischen Anforderungen auch die geplanten Fertigungs- und Fügeverfahren berücksichtigen.

Ja. Kupfer-Stromschienen können durch CNC-Biegeverfahren zu komplexen zwei- und dreidimensionalen Geometrien verarbeitet werden. Bei der Konstruktion müssen unter anderem Werkstoff, Festigkeitsklasse, Materialdicke, Walzrichtung, Biegeverfahren und Rückfederung berücksichtigt werden.

Der erforderliche Biegeradius hängt unter anderem von Werkstoff, Festigkeitsklasse, Materialdicke, Walzrichtung und Biegeverfahren ab. Für halbhartes Kupfer können bei geeigneten Bedingungen enge Biegeradien realisiert werden. Der konkrete Mindestbiegeradius sollte jedoch anhand des Werkstoffs und des vorgesehenen Fertigungsverfahrens festgelegt werden.

Auch der Abstand von Bohrungen und Stanzungen zur Biegekante muss bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden.

Kupfer-Stromschienen können unter anderem zugeschnitten, gestanzt, gebohrt, gefräst, mit Gewinden versehen, gebogen und beschichtet werden.

Für Einzelteile und komplexe Konturen kommen beispielsweise Bohren und Fräsen zum Einsatz. In der Serienfertigung ermöglichen CNC-Stanzanlagen eine wirtschaftliche Bearbeitung mit definierten Lochbildern. Abhängig von Materialdicke und Konstruktion können auch Verfahren wie Gewindeformen oder Fließbohren eingesetzt werden.

Die Oberflächenveredelung von Kupferstromschienen kann dazu beitragen, die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Kontaktflächen gezielt zu verbessern. Je nach Anwendung kommen beispielsweise Verzinnen, Versilbern oder Vernickeln zum Einsatz.

Eine solche Beschichtung kann die Kontaktierung verbessern, die Oxidation der Kupferoberfläche reduzieren und die Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen erhöhen. Darüber hinaus lassen sich durch die Wahl der geeigneten Oberfläche spezifische Anforderungen an Kontaktwiderstand, Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbelastung oder mechanische Beanspruchung erfüllen.

Welche Oberflächenveredelung sinnvoll ist, hängt daher unter anderem von der Anwendung, den Kontaktpartnern, den Umgebungsbedingungen und den elektrischen Anforderungen ab.

Kupfer und Aluminium können für Stromschienen eingesetzt werden und haben unterschiedliche technische und wirtschaftliche Eigenschaften.

Kupfer besitzt eine höhere elektrische Leitfähigkeit und ermöglicht dadurch bei vergleichbarer Strombelastbarkeit kompaktere Querschnitte. Aluminium bietet Vorteile beim Gewicht und beim Materialpreis. Gleichzeitig müssen bei Aluminium unter anderem die Verbindungstechnik, Oberflächenbehandlung, thermische Ausdehnung und langfristige Kontaktstabilität berücksichtigt werden.

Die geeignete Materialwahl hängt daher von Strombelastbarkeit, verfügbarem Bauraum, Gewicht, Kosten, Verbindungstechnik und den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab.

Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kupfer ermöglicht kompakte Leiterquerschnitte bei hohen Stromstärken. Dadurch können Kupfer-Stromschienen insbesondere dort Vorteile bieten, wo elektrischer Bauraum begrenzt ist, und gleichzeitig hohe Leistungen übertragen werden müssen.

Das ist beispielsweise bei Schaltanlagen, Ladeinfrastruktur, Batteriesystemen, Wechselrichtern und Rechenzentren relevant.

Kupfer-Stromschienen kommen in zahlreichen Bereichen der elektrischen Energieverteilung und Leistungselektronik zum Einsatz. Dazu gehören unter anderem:

• Schaltanlagen und Schaltschränke

• Energieverteilungsanlagen

• Elektromobilität und Ladeinfrastruktur

• Batteriesysteme

• Photovoltaik- und Windkraftanlagen

• Wechselrichter

• Rechenzentren und Busbar-Systeme

• industrielle Hochstromanwendungen

• Transformatoren

Die Anforderungen an Stromschienen unterscheiden sich dabei je nach Anwendung beispielsweise hinsichtlich Strombelastbarkeit, Bauraum, Isolation, Korrosionsbeständigkeit, mechanischer Belastbarkeit und Temperaturmanagement.

In Elektrofahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Batteriesystemen und Ladeinfrastruktur ermöglichen Kupfer-Stromschienen eine kompakte Übertragung hoher Ströme. Aufgrund des begrenzten Bauraums sind komplexe dreidimensionale Geometrien, präzise Biegungen und eine geeignete Isolation häufig entscheidende Konstruktionsmerkmale.

Je nach Anwendung können zusätzlich Anforderungen an Vibrationsfestigkeit, Korrosionsschutz und Hochvolt-Isolation bestehen.

Rechenzentren benötigen eine zuverlässige Energieverteilung bei hoher Leistungsdichte. Kupfer-Stromschienen und Busbar-Systeme können hierfür eine kompakte Alternative zu umfangreichen Kabelsystemen darstellen.

Je nach System ermöglichen sie eine flexible Energieverteilung, eine hohe Leistungsdichte und eine vergleichsweise einfache Erweiterung der Stromversorgung.

Die Kosten einer kundenspezifischen Kupfer-Stromschiene setzen sich us mehreren Komponenten zusammen. Dazu gehören insbesondere der aktuelle Kupferpreis, Format- beziehungsweise Profilkosten sowie die Kosten für die Bearbeitung.

Je nach Ausführung können beispielsweise Zuschläge für Schneiden, Stanzen, Biegen, Beschichten, Isolieren und Verpacken hinzukommen. Da der Kupferpreis täglich schwankt, werden industrielle Lieferverträge häufig mit Metallpreisgleitklauseln beziehungsweise einer separaten Abrechnung des Metallanteils gestaltet.

Ja. Kupfer-Stromschienen können durch CNC-Biegeverfahren zu komplexen zwei- und dreidimensionalen Geometrien verarbeitet werden. Bei der Konstruktion müssen unter anderem Werkstoff, Festigkeitsklasse, Materialdicke, Walzrichtung, Biegeverfahren und Rückfederung berücksichtigt werden.

Ja. Kupfer-Stromschienen können als kundenspezifische, montagefertige Komponenten hergestellt werden. Je nach Anforderung umfasst die Bearbeitung beispielsweise Zuschneiden, Stanzen, Bohren, Gewindebearbeitung, Biegen, Beschichten und Isolieren.

Darüber hinaus können die gefertigten Stromschienen als Ready-to-Pick-Kits kundenspezifisch zusammengestellt und verpackt werden. Die Komponenten stehen dadurch passend zum jeweiligen Montageschritt direkt für die Produktion bereit. Dies reduziert den Bereitstellungs- und Kommissionierungsaufwand und unterstützt eine schlanke, effiziente Produktion im Sinne von Lean Production.

Dadurch kann aus dem Kupferhalbzeug eine auf die konkrete Anwendung abgestimmte elektrische und mechanische Systemkomponente entstehen.