Eisen voor de geleidbaarheid van aluminium extrusie?

Elektrische en thermische prestaties schieten in de praktijk vaak tekort. Veel teams kiezen voor aluminium profielen zonder de geleidbaarheid te controleren. Dit leidt tot warmteontwikkeling, signaalverlies of veiligheidsrisico's. Deze problemen zijn kostbaar en moeilijk achteraf op te lossen.

De geleidbaarheidseisen voor aluminium extrusies zijn afhankelijk van het elektrische gebruik, de thermische belasting, de keuze van de legering en de oppervlaktebehandeling. Met de juiste normen en legeringscontrole kunnen aluminium extrusies voldoen aan zowel elektrische als thermische eisen in veeleisende systemen.

Veel kopers kijken eerst naar de vorm en de prijs. De geleidbaarheid wordt vaak te laat gecontroleerd. In dit artikel wordt uitgelegd hoe geleidbaarheid werkt bij aluminium extrusie. Ook wordt uitgelegd hoe normen, legeringen en coatings de prestaties in echte projecten beïnvloeden.

Welke geleidbaarheidsnormen zijn van toepassing op elektrische toepassingen?

Elektrische systemen werken niet goed als de geleidbaarheid te laag is. Dit kan spanningsverlies, warmteontwikkeling en zelfs brandgevaar veroorzaken. Veel kopers denken dat aluminium altijd hetzelfde werkt. Dat is niet waar.

De elektrische geleidbaarheid voor aluminium extrusies wordt meestal gespecificeerd als een percentage van IACS, en de meeste elektrische ontwerpen vereisen waarden tussen 55 procent en 62 procent IACS, afhankelijk van de legering en de hardheid.

Waarom er elektrische normen bestaan

Elektrische geleidbaarheidsnormen helpen ingenieurs bij het vergelijken van materialen. Ze geven een duidelijk getal in plaats van een schatting. Voor aluminium is IACS de meest gebruikte referentie. Deze schaal vergelijkt materialen met zuiver gegloeid koper.

De meeste aluminiumlegeringen die voor extrusie worden gebruikt, zijn geen zuiver aluminium. Legeringselementen verbeteren de sterkte. Tegelijkertijd verminderen ze de geleidbaarheid. Daarom zijn normen belangrijker dan marketingtermen.

Algemene benchmarks voor geleidbaarheid

Hieronder vindt u een eenvoudige tabel die door veel kopers en ingenieurs wordt gebruikt.

Deze tabel laat zien waarom de keuze van de legering belangrijk is. Een sterk profiel kan falen in een elektrische rol. Een profiel met een hoge geleidbaarheid kan falen onder belasting.

Normen waarnaar vaak wordt verwezen

Elektrische projecten volgen vaak nationale of industriële regels. Deze regels noemen niet altijd één specifieke legering. Ze definiëren minimale geleidbaarheid of prestaties.

Voorbeelden hiervan zijn:

• Minimale geleidbaarheid voor aardingssystemen
• Weerstandslimieten voor stroomverdeelrails
• Warmteverhogingslimieten onder huidige belasting

In de praktijk moeten kopers om gegevens van geleidbaarheidstests vragen. Een fabriekscertificaat alleen is mogelijk niet voldoende. Geleidbaarheidstests na extrusie geven meer zekerheid.

Praktisch advies vanuit de productie

In echte fabrieken varieert de geleidbaarheid afhankelijk van de procescontrole. De extrusietemperatuur, afkoelsnelheid en veroudering zijn allemaal van belang. Twee profielen met dezelfde legering kunnen een verschillende geleidbaarheid vertonen.

Om deze reden moeten serieuze elektrische projecten:

• Minimale IACS-waarde in tekeningen definiëren
• Testrapporten op batchniveau aanvragen
• Vermijd het combineren van verschillende leveranciers voor één systeem.

Deze aanpak vermindert risico's en verbetert de stabiliteit van het systeem op lange termijn.

Hoe wordt de thermische geleidbaarheid voor koelcomponenten gespecificeerd?

Een defecte koeling leidt tot het uitschakelen van het systeem. Veel aluminium onderdelen worden gebruikt als koellichamen. Toch verwarren kopers vaak thermische geleidbaarheid met elektrische geleidbaarheid.

De thermische geleidbaarheid wordt uitgedrukt in watt per meter kelvin, en aluminium extrusies die worden gebruikt voor koeling variëren gewoonlijk van 150 tot 220 W per meter kelvin, afhankelijk van de legering en de hardheid.

Inzicht in thermische geleidbaarheidwaarden

De thermische geleidbaarheid meet hoe snel warmte door een materiaal wordt geleid. Hogere waarden betekenen een betere warmteoverdracht. Aluminium is populair omdat het een goede balans biedt tussen gewicht, kosten en warmtestroom.

Zuiver aluminium heeft een zeer hoge thermische geleidbaarheid. Maar het is zacht. Structurele legeringen ruilen een deel van hun thermische prestaties in voor sterkte.

Typische waarden die bij het ontwerp worden gebruikt

De onderstaande tabel toont veelgebruikte referentiewaarden die door thermische ingenieurs worden gebruikt.

Deze cijfers zijn gemiddelden. De werkelijke resultaten zijn afhankelijk van het proces en de toestand van het oppervlak.

Ontwerpfactoren die verder gaan dan het materiaal

Thermische geleidbaarheid alleen bepaalt niet de koelprestaties. Vorm en oppervlakte zijn vaak belangrijker.

Belangrijke factoren zijn onder meer:

• Vinnenhoogte en -afstand
• Luchtstroomrichting
• Contactweerstand bij verbindingen

Een extrusie met een lagere geleidbaarheid kan beter presteren dan een extrusie met een hogere geleidbaarheid als de geometrie geoptimaliseerd is.

Veelgemaakte fouten van kopers

Veel kopers vragen alleen naar de naam van de legering. Ze gaan ervan uit dat dit garant staat voor thermische resultaten. Dit is riskant. De prestaties van het koellichaam zijn afhankelijk van het volledige systeemontwerp.

In echte projecten omvat goede praktijk onder meer:

• Ondersteuning vragen voor thermische simulatie
• Prototypes testen onder belasting
• Overmatig anodiseren vermijden wanneer dat niet nodig is

Dit vermindert herontwerpcycli en verlengt de levensduur van het product.

Kunnen oppervlaktecoatings de geleidbaarheid beïnvloeden?

Oppervlaktebehandeling verbetert het uiterlijk en de corrosiebestendigheid. Tegelijkertijd kan het de geleidbaarheid verminderen. Deze afweging wordt vaak genegeerd.

Oppervlaktecoatings zoals anodiseren en poedercoating verminderen zowel de elektrische als de thermische geleidbaarheid door een weerstandslagen aan aluminium extrusies toe te voegen.

Hoe coatings de elektrische stroom beïnvloeden

Door anodiseren ontstaat een oxidelaag. Deze laag is hard en beschermend. Het is ook een elektrische isolator. Zelfs dunne anodische films blokkeren de stroomdoorvoer.

Poedercoating voegt een dikkere polymeerlaag toe. Dit isoleert het oppervlak volledig. Elektrisch contact moet hieromheen worden ontworpen.

Thermische impact van coatings

Coatings vertragen de warmteoverdracht aan het oppervlak. Dit verandert niets aan de thermische geleidbaarheid van het materiaal zelf. Maar het beïnvloedt wel de warmteafgifte aan de lucht.

Dunne, heldere anodisering heeft een beperkte invloed. Dikke decoratieve anodisering of verf vermindert de koelefficiëntie.

Vergelijking van gangbare coatings

Deze tabel helpt kopers bij het kiezen van de juiste afwerking voor de functie.

Ontwerpoplossingen die in de praktijk worden toegepast

Ingenieurs maskeren vaak contactgebieden. Dit maakt aarding of warmteoverdracht mogelijk waar dat nodig is. Een andere methode is nabewerking na het coaten.

Goede communicatie tussen koper en extruder is van cruciaal belang. De oppervlakteafwerking moet worden gedefinieerd aan de hand van functionele zones, niet alleen op basis van kleur of dikte.

Welke legeringen voldoen aan hoge geleidbaarheidseisen?

Het kiezen van de verkeerde legering leidt tot prestatieverlies. Veel sterke legeringen zijn slechte geleiders. Een hoge geleidbaarheid vereist duidelijke prioriteiten.

Aluminium extrusies met een hoge geleidbaarheid maken meestal gebruik van 1xxx- of 6xxx-legeringen met een gecontroleerde samenstelling en hardheid om sterkte en geleidbaarheid in evenwicht te brengen.

Legeringsfamilies en geleidbaarheid

Zuiver aluminium geleidt het beste. Het mist echter sterkte. Legeringselementen verminderen het aantal vrije elektronen. Dit verlaagt de geleidbaarheid.

Het meest voorkomende compromis is de 6xxx-serie. Deze biedt een goede sterkte, corrosiebestendigheid en acceptabele geleidbaarheid.

Veelgebruikte legeringen

Hieronder volgt een praktische vergelijking.

Deze tabel laat zien waarom geen enkele legering perfect is voor alle toepassingen.

Temperatuur- en procesregeling

De temperatuur beïnvloedt de geleidbaarheid. Overmatige veroudering vermindert de sterkte maar verbetert de geleidbaarheid. Onvoldoende veroudering heeft het tegenovergestelde effect.

Extruders passen de verouderingstijd aan om aan de doelstellingen te voldoen. Kopers moeten vroegtijdig hun behoeften op het gebied van geleidbaarheid aangeven. Late wijzigingen zijn kostbaar.

Echte projectervaring

In één project koos een koper voor een sterke legering. Uit latere tests bleek dat er sprake was van overmatige warmteontwikkeling. Om dit te verhelpen moest de legering worden gewijzigd en het gereedschap worden aangepast. Hierdoor liep de lancering vertraging op.

Duidelijke geleidbaarheidsdoelen in de offerteaanvraagfase voorkomen dit risico. Het helpt leveranciers ook bij het selecteren van het juiste procesvenster.

Conclusie

De geleidbaarheid van aluminium extrusie hangt af van normen, legering, hardheid en oppervlakteafwerking. Elektrische en thermische vereisten moeten in een vroeg stadium worden gedefinieerd. Duidelijke specificaties en tests helpen mislukkingen en herontwerpen te voorkomen.