Christoph Maier, Paul Rachwalsky, Armin Wittmann, Klaus P. Koch, Georg Fischer

• This study investigates the effects of mechanical strain on the surface roughness of copper conductors, focusing on the electrolyte-refined copper (Cu-ETP, CW004A) used in H07V-U 1.5 mm2 single-core cables. For the first time, the surface roughness evolution is characterized using the power spectral density (PSD) function, enabling a detailed roughness analysis across different spatial length scales. Conductors were subjected to mechanical stress, with measurements taken at multiple stages of service life. The study confirms the results from other studies that surface roughness increases significantly in the early stages of loading, with a plateau observed in 50 % - 75 % of cycles to failure. Micro crack formation and material extrusion are identified as key mechanisms driving roughness growth, especially at small length scales, with a shift towards larger length scales as strain intensifies. The increasing Hurst exponent suggests a transformation from a random to a more persistent and correlated surface. The results underscore the potential of power spectral density analysis in understanding surface behavior in copper conductors.
• In dieser Studie werden die Auswirkungen mechanischer Belastung auf die Oberflächenrauheit von Kupferleitern untersucht, wobei der elektrolytisch raffinerte Kupferleiter (Cu-ETP, CW004A) in H07V-U 1.5 mm2 Aderleitung im Fokus steht. Erstmals wird die Entwicklung der Oberflächenrauheit unter Verwendung der spektralen Leistungsdichte (PSD) charakterisiert, die eine detaillierte Analyse der Rauheit über verschiedene Längenskalen ermöglicht. Die Leiter wurden mechanischen Belastungen ausgesetzt, wobei Messungen in mehreren Phasen bis zum Versagen durchgeführt wurden. Die Studie bestätigt die Ergebnisse aus anderen Arbeiten, dass die Oberflächenrauheit in den frühen Phasen der Beanspruchung deutlich zunimmt, wobei bei 50 % - 75 % der Zyklen bis zum Versagen ein Plateau zu beobachten ist. Die Bildung von Mikrorissen und Materialextrusion werden als Hauptmechanismen für das Wachstum der Rauheit identifiziert, insbesondere auf kleinen Längenskalen, mit einer Verschiebung hin zu größeren Längenskalen, wenn die Belastung zunimmt. Die Steigerung des Hurst-Exponenten deutet auf eine Transformation von einer zufälligen hin zu einer persistenteren und korrelierten Oberfläche hin. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der spektralen Leistungsdichte, ein umfassendes Verständnis des Oberflächenverhaltens unter mechanischer Belastung in Kupferleitern zu liefern.