Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.

Trend in der Automobilbranche: Aluminiumkabel verdrängen Kupferleitungen

Von Denis Dilba

Die hohen Preise für Kupfer führen dazu, dass immer mehr Branchen auf Stromkabel aus Aluminium setzen. Eins zu eins ersetzen lässt sich Kupfer allerdings nicht - die Konstrukteure müssen an vielen Stellen umdenken.

Aluminiumrollen: Stabiler im Preis als Kupfer Zur Großansicht
dapd

Aluminiumrollen: Stabiler im Preis als Kupfer

Seine gute Leitfähigkeit und Verformbarkeit machen Kupfer zum Standardmaterial für Stromleitungen. Das Metall hat allerdings zwei Haken: Es ist schwer und wird immer teurer - seit 2008 hat sich der Kupfer - preis mehr als verdreifacht. Deshalb setzen Ingenieure zunehmend auf Kabelkerne aus Aluminium.

Zwar leitet das Leichtmetall Strom nur rund halb so gut wie Kupfer, aber dafür wiegt es auch nur ein Drittel so viel. Im Airbus A380 werden bereits Alu-Kabelstränge eingebaut. Auch Hochspannungs-Freileitungen, die ein möglichst geringes Eigengewicht haben müssen, werden mittlerweile bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Nun nimmt die Umstellung auf Alu auch in der Automobilbranche an Fahrt auf. "Das ist ein heißes Thema - ich kenne keinen Hersteller, der nicht daran forscht", sagt Hartmut Hoffmann, Leiter des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen an der TU München (TUM).

Vor allem bei Elektroautos kommt es wegen der schweren Batterie darauf an, bei allen anderen Komponenten Gewicht zu sparen. "Ein ganzes Bordnetz aus Aluminium könnte theoretisch rund zehn Kilogramm leichter als die Kupfervariante ausfallen", bestätigt Markus Schill, Produktmanager beim Autozulieferer Leoni.

Der Anfang ist bereits gemacht: So bestehen die Kabel in den Türen des neuen Toyota Verso-S bereits teilweise aus Aluminium. Und BMW setzt ein flaches Alu-Band im Fahrzeug-Unterboden als Verbindung zwischen Batterie und Anlasser ein. Vollständig gelöst seien die Probleme, die man sich mit dem vermehrten Aluminium-Einsatz einhandelt, aber noch nicht, so Hoffmann.

Eines davon betrifft die Steckverbindungen. Üblicherweise werden Kupferstecker und -kabel dauerhaft verbunden, indem sie fest zusammengepresst werden - "gecrimpt" im Fachjargon. Alu aber "kriecht" bei höheren Temperaturen - es verändert seine Form im Mikrometerbereich. Klassische Crimp-Verbindungen wären damit nicht mehr zuverlässig genug. "Mit Aluminium wäre hier ein Wackelkontakt programmiert", sagt Hoffmann. Alu-Kabel mit Steckern aus Kupfer zu verbinden ist ebenfalls keine Option. Die beiden Elemente vertragen sich elektrochemisch nicht und wären deshalb stark korrosionsgefährdet.

Im aktuellen Forschungsprojekt Leiko ("Leiter und Kontaktierung zukünftiger Elektrofahrzeuge") haben Hoffmann und seine Kollegen nun eine Lösung für den Kontakt entwickelt: Ein kleiner Stahlblechkäfig mit einer Feder drückt zwei Kabel zusammen. Die beiden Kabelenden sind keilförmig angeschrägt. "Durch den Kriecheffekt schmiegen sich die beiden Kontakte so zunehmend aneinander an und verbessern die elektrische Verbindung sogar", erklärt Hoffmann.

Umdenken hinsichtlich Montage und Bauraum

Umdenken müssen Autobauer auch hinsichtlich Montage und Bauraum. "Aluminiumkabel benötigen wegen ihrer geringeren Leitfähigkeit einen 67 Prozent größeren Querschnitt als ihre Pendants aus Kupfer", sagt Josef Kindersberger, Leiter des TUM-Lehrstuhls für Hochspannungs- und Anlagentechnik. Das müsse vor allem bei der Konstruktion von Kabelkanälen und Durchführungen berücksichtigt werden. "Wir müssen das immer für den Einzelfall prüfen. Leichte Kabel nützen nichts, wenn man sie nicht verlegt bekommt", ergänzt Georg Steinhoff, BMW-Experte aus der Abteilung "Metallische Werkstoffe". Da künftige Generationen von Elektroautos aber von Grund auf neu gestaltet werden, könne man den benötigten Bauraum im Voraus einplanen, so Steinhoff.

Nun sollen die neuen Steckverbindungen des Leiko-Projekts in das Elektro-Forschungsfahrzeug "Mute" der TUM eingebaut und auf der Internationalen Automobilausstellung im September in Frankfurt gezeigt werden. Eine endgültige Aussage über den Serieneinsatz wollen die Forscher aber erst im Juli 2012 treffen, nach Abschluss der Untersuchungen zum Alterungsverhalten.

Andere Branchen planen kurzfristiger, haben aber ähnliche Probleme bei der Kabelverlegung. Die Stadtwerke Hannover entschieden sich wegen der gestiegenen Rohstoffpreise im letzten Herbst, Aluminium- statt Kupferkabel für eine 110-Kilovolt-Verbindung zwischen einem Heizkraft- und einem Umspannwerk zu verwenden. Die doppelt so dicken Alu-Leitungen ließen sich aber nicht mehr durch einen starken Knick der bereits verlegten Leerrohre führen - also musste die Straße an dieser Stelle erneut auf gerissen werden. Immerhin: Die Preisdifferenz zwischen den beiden Metallen war so groß, dass die Stadtwerke trotz der zusätzlichen Bauarbeiten insgesamt günstiger wegkommen.

© Technology Review, Heise Zeitschriften Verlag, Hannover

Diesen Artikel...
Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 46 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
1. Titelmanie
hippo-jk 18.04.2011
Zitat von sysopDie hohen Preise für Kupfer führen dazu, dass immer mehr Branchen auf Stromkabel aus Aluminium setzen. Eins zu eins ersetzen lässt sich Kupfer allerdings nicht - die Konstrukteure müssen an vielen Stellen umdenken. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,756314,00.html
... ist ein uralter Hut! In unserem Haus - Baujahr Anfang der 1930'er - waren auch Alukabel verbaut. Sogar die Herdleitungen waren Alu! Hatte damals auch Spargründe, Kupfer war wohl nicht erschwinglich ...
2. Löten geht auch nicht
Paul Panda 18.04.2011
Bei Verwendung von Alukabeln und -Kontakten in allen Bereichen, in denen bisher ein Lötvorgang erforderlich war, wird es ebenfalls Probleme geben: Aluminium lässt sich nicht wie Kupfer auf herkömmliche Weise mit Kolben und Zinn verlöten. Im Bereich der Hobby-Elektronik werden daher wohl weiterhin Kupferkabel die Hauptrolle spielen.
3.
Lennard Green 18.04.2011
Na, ja... Alu ist von der Herstellungsseite aus gesehen nicht gerade als Saubermann bekannt geworden; Stichwort: Bauxit-Verhüttung und Stromverbrauch. Was die Kostenersparnis angeht, dürfte sich der derzeit bestehende Vorteil durch erhöhte Nachfrage schnell nivellieren. Spekulanten sind da noch gar nicht berücksichtigt, die satteln locker eins drauf. Wie wäre es denn generell mit weniger Verbrauch an Ressourcen, anstatt auf andere Materialien auszuweichen? Nix gelernt, die Herren Inscheniörs? Innovation sieht anders aus.
4. Vielleicht 230V ???
derNichtGlaubt 18.04.2011
Wie wäre es wenn die Autoindustrie das Bordnetz von z.B. 12V auf ~ 120 V oder auch 230 V erhöhte. Diese Verzehn- respektive Verzwanzigfachung würde die Ströme um den entsprechenden Faktor reduzieren und damit die benötigten Querschnitte. Die Kabelisolierungen würden kaum merklich dicker werden. Die 12/24V Batterien könnten bleiben, ein "simpler" Trapez-Wechselrichter würde genügen. Nur mal so ne' Frage!
5. Ein Drittel
hansulrich47 18.04.2011
Zitat von Lennard GreenNa, ja... Alu ist von der Herstellungsseite aus gesehen nicht gerade als Saubermann bekannt geworden; Stichwort: Bauxit-Verhüttung und Stromverbrauch. Was die Kostenersparnis angeht, dürfte sich der derzeit bestehende Vorteil durch erhöhte Nachfrage schnell nivellieren. Spekulanten sind da noch gar nicht berücksichtigt, die satteln locker eins drauf. Wie wäre es denn generell mit weniger Verbrauch an Ressourcen, anstatt auf andere Materialien auszuweichen? Nix gelernt, die Herren Inscheniörs? Innovation sieht anders aus.
des Marktpreises von Aluminium darf man für den Stromverbrauch ansetzen. Wenn der Strom noch teurer wird, dann sind die Ingenieure mit dieser Umstellung wohl spät dran, vielleicht zu spät? Inzwischen ist Kupfer möglicherweise schon wieder billiger und die Alu-Karosserie zu teuer .....
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    

© SPIEGEL ONLINE 2011
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH



Gefunden in...

Technology Review
Das M.I.T.-Magazin für Innovation
Ausgabe April 2011

Inhaltsverzeichnis

Aktuelles Heft bestellen

Homepage Technology Review



Der kompakte Nachrichtenüberblick am Morgen: aktuell und meinungsstark. Jeden Morgen (werktags) um 6 Uhr. Bestellen Sie direkt hier: