Die Elektrifizierung von Fahrzeugen hat in den letzten Jahren erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Laut Marktexperten sind die Tage des Verbrennungsmotors, zumindest in Europa, gezählt. Weltweit existiert ein großes Elektrifizierungsportfolio im Bereich Motorisierung und die Optionen reichen von Mildhybriden (Hybride mit 48-V-Elektromotor) über Vollhybride (Hybride mit Betriebsspannungen von mehr als 60 V) bis hin zu reinen Elektrofahrzeugen (BEVs; battery electric vehicles), um nur einige Möglichkeiten zu nennen. Alle großen europäischen Automobilhersteller, wie Daimler, BMW, VW und PSA, investieren stark in elektrifizierte Fahrzeuge. Ein gutes Beispiel ist Volvo. Das schwedische Unternehmen plant, alle fünf Jahre ein vollkommen neues E-Fahrzeug auf den Markt zu bringen. Außerdem strebt Volvo an, bis 2025 die Hälfte seines Umsatzes mit E-Autos zu generieren.
Die Elektrifizierung von Fahrzeugen hat vielfältige Auswirkungen. Sie hat nicht nur Einfluss auf die Art der Motorisierung. Peripheriesysteme für mehr Funktionalität und Komfort, wie Infotainment, in Kombination mit einem stetig wachsenden Automatisierungsgrad (autonomes Fahren) mit redundanten Sensor- und Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungssystemen spielen bei der Elektrifizierung des modernen Automobils ebenfalls eine wichtige Rolle. Diese Entwicklung birgt enorme Vorteile. In Bezug auf den Umweltschutz ist das Ziel die Reduzierung der Treibhausgase. Zusätzlich werden mit einem wachsenden Grad des autonomen Fahrens ein höherer Fahrkomfort und erhöhte Sicherheit erwartet.
Daraus folgt die ständige Suche nach neuen und besseren Komponenten zur Übertragung von mehr Leistung und Signalen. Komponenten, wie Batterien, Transistoren, Kondensatoren, integrierte Schaltkreise, Leiterplatten, LEDs und viele andere, durchlaufen extreme Entwicklungszyklen, um der Nachfrage gerecht zu werden. Gleiches gilt für Kabel, die die gesamte Energie und alle erzeugten Daten durch die Karosserie des Fahrzeugs transportieren. Die neuen Eigenschaften der Automobilelektrifizierung (wie dicke Batterie- und Masseleitungen) und -automatisierung (mit allen ihren redundanten Sensorsystemen) werden zu einer Steigerung des aktuellen Verkabelungsgewichts um rund 60 % führen.
Für die Hersteller nahezu aller Stromkreise ist Kupfer als Leitermaterial die nahe liegende Wahl. Kupfer ist ein guter thermischer und elektrischer Leiter mit geeigneten mechanischen Eigenschaften.
Als wichtiger Faktor kommt jedoch hinzu, dass manche Experten davon ausgehen, dass Kupfer in den nächsten Jahrzehnten stärker nachgefragt wird. Nicht nur Automobile entwickeln sich hin zu einer vorrangig elektrischen/elektronischen Ware. Das Phänomen des Internet der Dinge (IoT; Internet of Things) erfordert die Vernetzung nahezu aller Gegenstände in einem extrem großen Netzwerk. Anders gesagt benötigen „einfache“ Geräte, wie Kühlschranke, oder Häuser ausgefeilte Elektronik zum Senden und Empfangen von Daten (integrierte Schaltkreise, Wi-Fi-Module, dünnere Platinen, Antennen, Verdrahtung etc.), um „smart“ zu werden. Darüber hinaus werden in Zukunft auch Fahrzeuge Daten mit anderen Fahrzeugen (Car-to-Car-Kommunikation) oder anderen Objekten auf der Straße, wie Verkehrsampeln oder Ladestationen (Car-to-X-Kommunikation), austauschen. Zudem wird auch erwartet, dass der Kupferverbrauch durch den Bau von neuen „Megastädten“ ansteigt. Dies könnte folglich zu einer Steigerung der Kupfernachfrage und -preise führen.
Um die Schwierigkeiten auszugleichen, die bei der Entscheidung für Kupfer in Bezug auf Gewicht und Kosten entstehen können, ist Aluminium die erste Wahl. Aluminium ist günstiger und weniger dicht als Kupfer. Dies bietet Chancen zur Kosten- und Gewichtseinsparung bei der Fahrzeugplanung. Auch wenn Aluminium gute mechanische, thermale und elektrische Eigenschaften aufweist, so bleiben diese zugegebenermaßen dennoch hinter Kupfer zurück. Hinzu kommt, dass Aluminium natürlicherweise mit dem in der Luft vorhandenen Sauerstoff reagiert und ein sehr hartes kristallines Dielektrikum namens Aluminiumoxid oder Saphir bildet, das sehr schwer zerbrechlich oder zerkratzbar ist. Dieses Oxid bildet sich an der Oberfläche der Aluminium-Whisker und erhöht die elektrischen Widerstände bei Metall-Metall-Kontakten, was bei der Herstellung von Kabelsätzen unerwünscht ist.
Nicht nur eine Alternative zu Kupfer, sondern eine dringend benötigte Ergänzung
„Es geht nicht darum, bessere Leistungen als mit Kupfer zu erzielen, sondern darum, technologisch den Einsatz von Aluminium zum Energietransport in Fahrzeugen auf wirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Weise zu ermöglichen”, erläutert Jonathan Silvano de Sousa, Business Development Manager bei GG Group. Die Verwendung von Aluminiumstromkabeln für Hochspannung (60 V ~ 1.000 V+) oder Niederspannung (48 V) in Fahrzeugen ist eine technische Herausforderung, die einer technischen Antwort von erfahrenen Experten bedarf. Entwicklungen in diesem Bereich erfordern auch ein hohes Maß an Fachkenntnis im Bereich Aluminiumkabel und ein vielfältiges Portfolio an Lösungen für Aluminium-Metall-Kontakte für Hoch- und Niederspannungsanwendungen.
Angetrieben von einem starken Innovationsfokus auf Hochspannungs- und Hochfrequenzlösungen produziert GG Group eigene Aluminiumdrähte von höchster Qualität und hat in diesem Bereich umfangreiche Fachkompetenzen und Technologien aufgebaut. So können Metall-Metall-Verbindungen mit Aluminium hergestellt werden, deren Widerstände und Qualität vergleichbar mit denen normaler Kupferkabel ist. Solche Lösungen sind bereits seit vielen Jahren in verschiedenen Anwendungen in der Automobilbranche auf dem Markt. Stromversorgungs-, B+, B- sowie Starter- Generatorkabel gehören zu den Beispielen für erfolgreich industrialisierte Aluminiumkabel. Zudem hat GG Group bereits gezeigt, dass es möglich ist, Aluminium in komplexen Kabelsätzen, die von großen Autoherstellern in einigen Designs zur Kosten- und Gewichtsreduzierung verwendet werden, einzusetzen.
Das Potenzial der Aluminiumkabeltechnologie für Automobilanwendungen ist noch nicht ausgeschöpft. Es gibt immer noch Herausforderungen, die es anzugehen gilt. Beispielsweise erfordern das im Vergleich zu Kupfer größere Volumen (größerer benötigter Kabelquerschnitt) und das Temperaturmanagement noch innovative Lösungen auf Einzelfallbasis, um die Verwendung von Aluminium in manchen Anwendungen im Fahrzeug zu ermöglichen. Dr. Holger Fastabend, CSO/CTO bei GG Group ist überzeugt: „Der Gesamtnutzen des Einsatzes von Aluminiumdrähten in Fahrzeugen ist eine Frage der knappen Ressourcen- und nachhaltigen Kostenoptimierung. Die jüngsten Entwicklungen im Bereich Aluminium machen es zu einem ernst zu nehmenden Kandidaten auf der Suche nach der besten technischen Lösung.“
Auch wenn Kupfer in einigen spezifischen Fällen noch unersetzlich ist, muss Aluminium als starker Herausforderer im Rennen um die Ermöglichung der massenhaften Elektrifizierung von Fahrzeugen angesehen werden.
Über GG Group (Gebauer & Griller)
Wir, GG Group, sind eine globale Unternehmensgruppe, die seit mehr als 80 Jahren technisch hochwertige Kabel und Drähte für die Automobilindustrie, Aufzugshersteller und industrielle Anwendungen produziert. Zusammen mit unseren Kunden arbeiten wir mit Leidenschaft an der Entwicklung von innovativen und intelligenten Lösungen für ihre Herausforderungen.
GG Group strebt mit technischen Lösungen die hochwertige und präzise Erfüllung der Kundenanforderungen an. Qualität steht nicht nur bei unseren Produkten und Prozessen im Mittelpunkt, sondern auch bei der technischen Fachkompetenz, mit der wir unsere Kunden beraten.
Mit mehr als 4.500 Angestellten an 13 Standorten weltweit und einem Jahresumsatz von über 500 Millionen Euro ist GG Group eines der erfolgreichsten familiengeführten Industrieunternehmen Österreichs.
Kontakt:
Dr. Irene Pfundner, MBA
Gebauer & Griller Kabelwerke Gesellschaft m.b.H.
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Aluminiumkabelsatz von GG Group
Aluminiumspulen im GG Group Werk
Bildquelle: GG Group
