Ultraschallschweißen von Kupfer und Aluminium für Busbars

In der modernen Busbar-Fertigung, etwa für Batteriemodule, Leistungselektronik oder Energieverteilungssysteme, ist die Verbindung von Kupfer und Aluminium längst Standard. Doch die Umsetzung ist technisch anspruchsvoll und führt in vielen Produktionen zu Ausschuss sowie unsicheren Verbindungen, die mit der Zeit an Qualität verlieren.

Die Ursache: Viele herkömmliche Fügeverfahren stoßen bei solchen Mischverbindungen an ihre Grenzen. Unterschiedliche Materialeigenschaften führen zu Qualitätsproblemen, instabilen Verbindungen oder aufwendigen Fertigungsprozessen.

Ultraschallschweißen bietet hier eine besonders sichere, materialschonende und wirtschaftliche Alternative, die sich in zahlreichen industriellen Anwendungen bewährt hat.

Warum Mischverbindungen wie Cu–Al technisch anspruchsvoll sind

Kupfer und Aluminium unterscheiden sich deutlich sowohl in ihren physikalischen Eigenschaften als auch im Verhalten beim Fügen:

• Unterschiedliche Schmelzpunkte (Al: ~660 °C, Cu: ~1085 °C)
• Hohe Wärmeleitfähigkeit (v. a. bei Kupfer)
• Bildung spröder intermetallischer Phasen bei thermischer Verbindung

Diese Unterschiede führen bei thermischen Verfahren wie dem Laserschweißen, Löten oder Widerstandsschweißen häufig zu Problemen:

• Es entstehen harte, spröde Gefüge, die mechanisch anfällig sind
• Die elektrische Leitfähigkeit verschlechtert sich über Zeit
• Der Prozess erfordert oft zusätzliche Fügemittel, Schutzgase oder aufwendige Vorbehandlungen
• Die Prozessstabilität leidet, vor allem bei größeren Toleranzen oder wechselnden Materialchargen

Warum Ultraschallschweißen für Mischverbindungen die bessere Wahl ist

Das Ultraschallschweißen verbindet Metalle wie Kupfer und Aluminium nicht mittels Hitze, sondern mit hochfrequenten mechanischen Schwingungen und Druck. Diese Kombination ermöglicht es, Metalle im festen Zustand stoffschlüssig zu verbinden und dabei typische Schwächen anderer Verfahren zu vermeiden.

1. Keine Aufschmelzung – keine intermetallischen Phasen

Da das Material nicht geschmolzen wird, können sich keine spröden intermetallischen Verbindungen bilden. Die Verbindung erfolgt direkt durch plastisches Verformen der Kontaktflächen: fest, homogen und zuverlässig.

2. Oxidschichten werden mechanisch aufgebrochen

Gerade bei Aluminium ist die Oxidschicht ein großes Hindernis für elektrische und mechanische Verbindung. Die Ultraschallschwingung sorgt dafür, dass diese Schicht direkt im Prozess aufgerieben wird. So entsteht eine saubere, metallische Kontaktfläche – ganz ohne chemische Vorbehandlung.

3. Unterschiedliche Materialeigenschaften? Kein Problem.

Da keine gezielte Wärmeeinbringung erfolgt, spielt es keine Rolle, ob Kupfer mehr Wärme aufnimmt oder sich Aluminium schneller verformt. Das Verfahren ist robust gegenüber Materialunterschieden – und daher besonders geeignet für die Verbindung von Buntmetallen wie Kupfer–Aluminium-, Aluminium–Messing- oder andere Bimetall-Verbindungen.

Fazit: Ultraschall verbindet Busbars sicher – auch wenn Metalle unterschiedlich sind

Mischverbindungen wie Kupfer und Aluminium lassen sich mit konventionellen Methoden nur eingeschränkt zuverlässig herstellen. Das Ultraschallschweißen bietet hier einen klaren Vorteil: Es verbindet unterschiedliche Metalle ohne Schmelze, ohne Zusatzstoffe – und mit hoher elektrischer und mechanischer Qualität.

Die wichtigsten Vorteile auf einen Blick:

✅ Hohe Festigkeit – auch in Schäl- und Scherrichtung
✅ Sehr niedriger Übergangswiderstand – <0,1 mΩ möglich
✅ Keine Lötmittel oder Flussmittel erforderlich
✅ Kurze Taktzeiten von 7–12 Sekunden und hohe Automatisierbarkeit
✅ Perfekt geeignet für Cu–Al- und andere Bimetall-Verbindungen

Erfahren Sie mehr über die Vorteile von Ultraschall für Busbars:

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