chopp
Meister
Aluminium statt Kupfer im Auto-Bordnetz
Aluminium als Leitungsmaterial leichter und billiger
Erscheinungsdatum: 13 Februar 2011
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Laut den Forschern von BMW und ihren Kooperationspartnern der Technischen Universität München ist in Fahrzeugen aller Art die Elektrik und Elektronik immer bedeutsamer. Als Leitungsmaterial wird heute in der Regel Kupfer verwendet. Doch im Vergleich mit Aluminium ist Kupfer schwer und teuer. Vor allem für vollelektrische Fahrzeuge wäre der Umstieg auf das billigere und bezogen auf die Transportfähigkeit von Strom leichtere Aluminium eine interessante Option.
Rational ist es zunächst nicht nachvollziehbar, warum in modernen Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antriebssystemen auf Kupfer statt Aluminium gesetzt wird, obwohl Letzteres leichter und wesentlich kostengünstiger ist. Tatsächlich muss man sich aber zunächst einigen technologischen Herausforderungen stellen, wenn man hier Kupfer durch Aluminium ersetzen will. Vor allem bei höheren Temperaturen zeigt Aluminium deutliche Kriechphänomene. Konventionelle Steckverbinder wären daher nicht einsetzbar.
Der alternative Einsatz aluminiumbasierter Kabel und kupferbasierter Stecker ist allerdings mit Schwierigkeiten behaftet, da am Kontakt zwischen Kupfer und Aluminium ein großes elektrochemisches Potenzial besteht. Außerdem ist die Verbindung von Kupfer und Aluminium relativ aufwändig. Um diesen Schwierigkeiten entgegenzutreten, entwickelten die Forscher im Rahmen des Projekts LEIKO ein innovatives Kontaktierungskonzept auf Aluminiumbasis.
Ein Stahlblechkäfig übernimmt die mechanische Stabilisierung des Steckers und sorgt für die langzeitstabile Abstützung der Kontaktkraftfeder. Das Kriechverhalten von Aluminium wird daher in eine stabilisierende und damit positive Eigenschaft verwandelt. Die Forscher entwickelten dazu eine spezielle, keilförmige Geometrie für die Aluminiumkontakte. Das Kriechverhalten des Aluminiums führt nun dazu, dass sich die beiden Kontakte über die Laufzeit zunehmend anschmiegen und sich die elektrische Verbindung sogar noch verbessert. Durch den Einsatz von Aluminiumlegierungen und die Beschichtung mit edleren Metallen konnte außerdem die Bildung korrosionsträchtiger Lokalelemente auf unkritische Stellen im Gesamtaufbau verlagert werden.
Wegen der geringeren elektrischen Leitfähigkeit müssen um etwa 60% größere Leitungsquerschnitte bei der Konstruktion von Kabelkanälen und Durchführungen berücksichtigt werden. Dennoch weisen erste Ergebnisse darauf hin, dass die Materialersetzung erhebliche Gewichts-, Kosten- und somit letztlich auch Emissionsvorteile ermöglichen würde.
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Aluminium als Leitungsmaterial leichter und billiger
Erscheinungsdatum: 13 Februar 2011
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Laut den Forschern von BMW und ihren Kooperationspartnern der Technischen Universität München ist in Fahrzeugen aller Art die Elektrik und Elektronik immer bedeutsamer. Als Leitungsmaterial wird heute in der Regel Kupfer verwendet. Doch im Vergleich mit Aluminium ist Kupfer schwer und teuer. Vor allem für vollelektrische Fahrzeuge wäre der Umstieg auf das billigere und bezogen auf die Transportfähigkeit von Strom leichtere Aluminium eine interessante Option.
Rational ist es zunächst nicht nachvollziehbar, warum in modernen Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antriebssystemen auf Kupfer statt Aluminium gesetzt wird, obwohl Letzteres leichter und wesentlich kostengünstiger ist. Tatsächlich muss man sich aber zunächst einigen technologischen Herausforderungen stellen, wenn man hier Kupfer durch Aluminium ersetzen will. Vor allem bei höheren Temperaturen zeigt Aluminium deutliche Kriechphänomene. Konventionelle Steckverbinder wären daher nicht einsetzbar.
Der alternative Einsatz aluminiumbasierter Kabel und kupferbasierter Stecker ist allerdings mit Schwierigkeiten behaftet, da am Kontakt zwischen Kupfer und Aluminium ein großes elektrochemisches Potenzial besteht. Außerdem ist die Verbindung von Kupfer und Aluminium relativ aufwändig. Um diesen Schwierigkeiten entgegenzutreten, entwickelten die Forscher im Rahmen des Projekts LEIKO ein innovatives Kontaktierungskonzept auf Aluminiumbasis.
Ein Stahlblechkäfig übernimmt die mechanische Stabilisierung des Steckers und sorgt für die langzeitstabile Abstützung der Kontaktkraftfeder. Das Kriechverhalten von Aluminium wird daher in eine stabilisierende und damit positive Eigenschaft verwandelt. Die Forscher entwickelten dazu eine spezielle, keilförmige Geometrie für die Aluminiumkontakte. Das Kriechverhalten des Aluminiums führt nun dazu, dass sich die beiden Kontakte über die Laufzeit zunehmend anschmiegen und sich die elektrische Verbindung sogar noch verbessert. Durch den Einsatz von Aluminiumlegierungen und die Beschichtung mit edleren Metallen konnte außerdem die Bildung korrosionsträchtiger Lokalelemente auf unkritische Stellen im Gesamtaufbau verlagert werden.
Wegen der geringeren elektrischen Leitfähigkeit müssen um etwa 60% größere Leitungsquerschnitte bei der Konstruktion von Kabelkanälen und Durchführungen berücksichtigt werden. Dennoch weisen erste Ergebnisse darauf hin, dass die Materialersetzung erhebliche Gewichts-, Kosten- und somit letztlich auch Emissionsvorteile ermöglichen würde.
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