Alu statt Kupfer

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.

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 Kupferpreis 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 ... (kd)