Electric car lithium battery pack and wiring connections internal between cells on background.

Sicher und schnell sollen die E-Autos laden, die elektrischen Installationen sollen leicht und kompakt sein. Diese Vorteile bieten Busbars gegenüber klassischen Kabeln und mit der elektromagnetische Pulstechnologie (EMPT) steht auch eine großserientaugliche, kosteneffiziente Herstellungsmethode zur Verfügung. (Bild: xiaoliangge - stock.adobe.com)

Und ganz wichtig: Stromschienen brennen nicht. Hohe Ladeleistungen brauchen hohe Stromstärken mit entsprechender Wärmeentwicklung. Stromschienen können diese Wärme ableiten, vermeiden so eine Überhitzung und können deshalb die nötigen höheren Stromstärken übertragen. Dank geringerer Induktivität und höherer Kapazität vgl. mit Kabeln machen sie zudem das Laden effizienter und verursachen weniger elektromagnetische Störungen.

Außerdem benötigt das Installieren von Stromschienen nur etwa ein Drittel der Zeit einer Kabelmontage und bei einer Energieverteilungsanlage ist man sogar um 70% schneller, denn die starren Busbars lassen sich einfacher automatisch montieren als die biegeschlaffen Kabel.

Dazu ist die Steifigkeit der Busbars ein Stabilitätsmoment fürs Auto, bieten eine Langzeit-Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen und halten Betriebstemperaturen von -40 bis +125 °C stand.

Woraus bestehen Stromschienen?

Stromschienen bestehen, anders als Kabel, aus bauartgeprüften und vorkonfektionierten Standardbauteilen. Die Planung eines Stromschienensystems ist deshalb deutlich unkomplizierter, schneller und günstiger als eine Kabellösung, auch sind hier Abgangsstellen im Abstand von wenigen Zentimetern bereits vorgesehen und müssen lediglich aktiviert werden. Dadurch lassen sich Anpassungen und Veränderungen bei Stromschienensystemen sowohl während der Montage, als auch nach Fertigstellung problemlos und kostengünstig realisieren.

Welche Anforderungen werden an Materialien von Busbars gestellt?

Busbars sind im Auto oft Feuchtigkeit und Chemikalien ausgesetzt, weshalb man korrosionsbeständige Materialien benötigt. Basis für Stromkabel ist üblicherweise teures Kupfer. Aluminium und Kupfer verfügen beide über eine hohe Wärme- und sehr gute elektrische Leitung. Aus Preisgründen möchte man den Großteil aus dem kostengünstigen Aluminium machen, für die Kontakte benötigt man aber das teure Kupfer. Kommen allerdings die beiden Metalle und Kondenswasser zusammen, dann startet eine heftige elektrochemische Reaktion: Das Kupfer zersetzt das Aluminium, Übergangswiderstand und Temperatur steigen und schlimmstenfalls entsteht ein Brand. Dazu sind die beiden Metalle, auch wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung nicht einfach zu fügen, entsprechend entscheiden sich die Hersteller oft nur für Kupfer oder für Aluminium.

Diese Vorteile bietet die EMPT-Technologie beim Schweißen von Stromschienen

Um das Leistungsvermögen von Busbars in Ladeeinrichtungen bestens einzusetzen, reichen die Herstellungsmethoden wie Stanzen, Fräsen, Sägen etc. nicht mehr aus. Hier bieten sich der 3D-Druck und die EMPT-Technologie (Elektromagnetische Puls Technologie) an. Die Additive Fertigung erlaubt es komplexe Geometrien mit hoher Präzision zu fertigen und Funktionselemente zu integrieren. Leider sind die Anschaffungskosten für die Anlagen enorm, die Bauteilgrößen begrenzt und die Fertigung dauert. EMPT bietet bezahlbare Anlagen- und Betriebskosten und vor allem erlaubt die Technik Aluminium und Kupfer schnell und betriebssicher zu fügen.

"Die EMPT-Technologie arbeitet schnell, ist gut automatisierbar und sicher. Die damit erzeugten Schweißnähte sind mechanisch äußerst stabil, weisen niedrigste Widerstände auf und sind heliumdicht, d.h. es kann kein korrosives Medium eindringen. Dazu sind die Restriktionen bzgl. Geometrien der zu fügenden Teile weniger groß als bei anderen Verfahren, " fasst Dr. Ralph Schäfer, Head of Research and Development bei PSTproducts zusammen.

Die mit der EMPT-Technologie erzeugten Schweißnähte sind mechanisch sehr stabil, weisen niedrige Widerstände auf und sind heliumdicht.
Die mit der EMPT-Technologie erzeugten Schweißnähte sind mechanisch sehr stabil, weisen niedrige Widerstände auf und sind heliumdicht. (Bild: PSTproducts)

The Automotive Battery Congress

Die Elektromobilität wird in den nächsten Jahren einer der Haupttreiber in der Automobilindustrie sein. Dabei spielt die Batterie eine der wichtigsten Rollen bei der weltweiten Verbreitung von Elektrofahrzeugen, wobei die entscheidenden Faktoren die Reichweite der Batterie, die Lademöglichkeiten und die Finanzierung der Produktionskosten sind. Alle diese Themen vereint die nächste Ausgabe der „The Automotive Battery“ vom 9. Juli bis 10. Juli 2025 in München. Mit dem Code "82510111-AE15" sparen Sie 15% auf den regulären Preis.

Weitere Infos zum Automotive Battery Congress finden Sie hier.

Woraus besteht eine EMPT-Anlage und wie funktioniert sie?

Die wichtigsten Komponenten einer solchen EMPT-Anlage sind Pulsgenerator, Steuerschrank und je nach Anwendung Flachspulen oder Feldformer. Hier lassen sich gepulste Ströme im Bereich einiger 100 kA bis über 1000 kA erzeugen. Die benötigte Netzanschlussleistung hingegen ist durch das 3 bis 8 Sekunden dauernde Aufladen der Kondensatoren auch bei leistungsstarken Anlagen auf 380V/64A begrenzt.

Das EMPT-Schweißen basiert auf einem elektromagnetischen Impuls, kürzer als 100 µs, mit einem Stromverbrauch je nach Anlagengröße zwischen 0,015 und 0,03 kWh pro Puls. Der gepulste Strom hat eine sehr hohe Amplitude von typischerweise einigen 100 kA, Entladefrequenzen zwischen 10 und 50 kHz und erzeugt ein starkes Magnetfeld, das in einem der Werkstücke einen Wirbelstrom generiert. Die beiden Werkstücke sind überlappend positioniert, mit einem Beschleunigungsspalt dazwischen. Die Spule beschleunigt beim Fügeprozess eines der beiden Werkstücke und lässt es mit bis zu 500 m/s auf den stationären Fügepartner aufschlagen.

Dabei entstehen im Kollisionsbereich extrem hohe mechanische Spannungen und Dehnungen. Die maximale Spannung tritt an der Berührungsstelle auf und erzeugt eine Art Bugwelle vor dem Fügebereich. Diese plastische Verformung bricht die oberflächlichen Oxidschichten beider Kontaktpartner auf. Der Luftspalt zwischen den Werkstücken wird komprimiert und bläst so allen Schmutz und abgesplitterte Oxidpartikel aus dem Fügebereich.

Die beiden Oberflächen werden unter so enormem Druck aufeinandergepresst, dass die Atome der Fügepartner eine metallische Bindung eingehen. Da der Schmelzpunkt der Fügepartner bei weitem nicht erreicht wird, lassen sich so auch Metalle mit unterschiedlichen Schmelzpunkten ohne Verzug fügen. Die Fügezone besitzt dabei in der Regel eine höhere Festigkeit als das schwächere Grundmaterial. Das EMPT-Schweißen funktioniert deshalb ohne Temperaturerhöhung und ohne Gefügeveränderung, d.h. ohne schwächende Wärmeeinflusszone und ohne Bildung intermetallischer Phasen, wie sie beim Fügen mit Laser, Ultraschall, etc. entstehen können.

Ein weiterer großer Vorteil ist, dass beim EMPT-Schweißen von Alu und Kupfer sich der Übergangswiederstand nicht erhöht und die gute Leitfähigkeit der beiden Metallpartner über die Fügestelle hinweg bestehen bleibt.

Beim EMPT-Schweißen von Alu und Kupfer wird der Übergangswiederstand nicht erhöht und die gute Leitfähigkeit der beiden Metallpartner über die Fügestelle hinweg bleibt bestehen.
Beim EMPT-Schweißen von Alu und Kupfer wird der Übergangswiederstand nicht erhöht und die gute Leitfähigkeit der beiden Metallpartner über die Fügestelle hinweg bleibt bestehen. (Bild: PSTproducts)

Save the date: 29. Automobil-Elektronik Kongress

Logo zum Automobil-Elektronik Kongress

Am 24. und 25. Juni 2025 findet zum 29. Mal der Internationale Automobil-Elektronik Kongress (AEK) in Ludwigsburg statt. Dieser Netzwerkkongress ist bereits seit vielen Jahren der Treffpunkt für die Top-Entscheider der Elektro-/Elektronik-Branche und bringt nun zusätzlich die Automotive-Verantwortlichen und die relevanten High-Level-Manager der Tech-Industrie zusammen, um gemeinsam das ganzheitliche Kundenerlebnis zu ermöglichen, das für die Fahrzeuge der Zukunft benötigt wird. Trotz dieser stark zunehmenden Internationalisierung wird der Automobil-Elektronik Kongress von den Teilnehmern immer noch als eine Art "automobiles Familientreffen" bezeichnet.

Sichern Sie sich Ihr(e) Konferenzticket(s) für den 29. Automobil-Elektronik Kongress (AEK) im Jahr 2025! Folgen Sie außerdem dem LinkedIn-Kanal des AEK und #AEK_live.

Im Channel zum Automobil-Elektronik Kongress finden Sie Rück- und Vorberichterstattungen sowie relevanten Themen rund um die Veranstaltung.

EMPT-Schweißen von Stromschienen ist großserientauglich

Das EMPT-Schweißen liefert hochwertige Schweißnähte ohne Einsatz von Schutzgasen oder Schweißzusätzen. Die Pulsgeneratoren und Spulen von PSTproducts erreichen problemlos Standzeiten bis über zwei Millionen Pulse. Eine Anlage leistet je nach Auslegung und Werkzeug 1 bis 5 Millionen umweltfreundliche Schweißungen pro Jahr. Das Magnetfeld und damit die Schweißparameter sind sehr präzise steuerbar, liefern also eine konstante, dokumentierbare Qualität.

Mit einer EMPT-Anlage lassen sich bis zu 10 Busbar-Verbindungen pro Puls mit Zykluszeiten ab 5 s durchführen und machen dieses Schweißverfahren kommerziell kosteneffizient. Damit kann so auch die Massenfertigung in Stückzahlen von zweistelligen Millionen pro Monat gefertigt werden.

"Bei PSTproducts haben wird durch die Wahl geeigneter Materialien und einer optimierten Anlagentechnik die Lebenserwartung von Impulsgebern und Spulen verlängert, die Wartungsintervalle auf 500.000 - 2.000.000 Impulse erhöht und die Fügekosten so auf wenige Cent gesenkt. Die Verfügbarkeit von EMPT-Anlagen erlaubt eine 100%ige Prozesskontrolle und den Einsatz in vollautomatischen Fertigungslinien", berichtet Ralph Schäfer.

Nur eine Einschränkung gibt es für das EMPT-Schweißen: die Materialien müssen elektrisch leitfähig sein.

Zukünftige Entwicklungen bei der Ladetechnik von E-Autos

Die Ladetechnik für E-Autos befindet sich in einem rasanten Wandel.  Welche Innovationen möglich sein werden, hängt auch von der Entwicklung neuer Materialien, Materialkombinationen und deren Verarbeitbarkeit ab. Dank der Möglichkeiten, die die additive Fertigung und vor allem das EMPT-Verfahren bieten, bestehen große Chancen diese Entwicklung neuer Technologien voranzutreiben. (na)

Schwerpunktthema: E-Mobility

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(Bild: Adobe Stock, Hüthig)

In diesem Themenschwerpunkt „E-Mobility“ dreht sich alles um die Technologien in Elektrofahrzeugen, Hybriden und Ladesäulen: Von Halbleitern über Leistungselektronik bis E-Achse, von Batterie über Sicherheit bis Materialien und Leichtbau sowie Test und Infrastruktur. Hier erfahren Sie mehr.

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