Clevere Alternative

Industrieelektronik

Aluminiumkabel – Der Einsatz des kostengünstigen und leichten Aluminiums als Leitermaterial für Elektrokabel beschränkte sich lange Zeit auf die Erdverlegung zur Stromversorgung. Flexible Kabel mit feindrähtiger Litze ermöglichen heute Einsätze in zahlreichen industriellen Branchen.

17. September 2015

Einer der interessantesten Trends in der Elektrotechnik ist der zunehmende Einsatz von Aluminium anstelle von Kupfer als Leitermaterial für Elektrokabel, das lange Zeit lediglich vor allem für die Erdverlegung im Nieder- und Mittelspannungsbereich zum Einsatz kam. Technische Innovationen eröffnen heute jedoch neue Anwendungsfelder in Branchen wie der Automobilindustrie, der Bahntechnik, dem Flugzeugbau oder in Windkraftanlagen. Die entscheidenden Vorteile von Aluminium gegenüber Kupfer als Leitermaterial sein das geringe Gewicht sowie der deutlich niedrigere Preis, erzählt Uwe Schenk, Global Segment Manager Wind bei der Helukabel GmbH aus dem baden-württembergischen Hemmingen, einem der Pioniere für Elektroleitungen aus Aluminium für den industriellen Einsatz. So beträgt der Preis für Aluminium auf dem Weltmarkt seit Jahren nur die Hälfte bis ein Drittel des Preises für Kupfer. Für Schenk steht deshalb außer Frage: »Ein Wechsel auf das leichtere und wesentlich kostengünstigere Aluminium ist in vielen Fällen eine interessante Option. Man muss sich nur auf die neue Technik einlassen und mit den damit verbundenen Herausforderungen umzugehen wissen.«

Kostengünstiges Leichtgewicht

Zu diesen Besonderheiten beim Einsatz von Aluminium als Leitermaterial zählen zum Beispiel die gegenüber einer Kupferleitung um rund ein Drittel größeren nötigen Leiterquerschnitte aufgrund der geringeren Leitfähigkeit von Aluminium. Entscheidend ist hier jedoch letztlich der Isolierwerkstoff, sodass eine Aluminium-Leitung die gleiche Stromtragfähigkeit besitzen kann wie eine Kupferleitung im Standard H07RN-F. Zudem sind größere Querschnitte nur dann nachteilig, wenn die Aluminiumleitungen auf enge Kabelführungen treffen und beispielsweise in dicht bestückten Schaltschränken verbaut werden sollen.

Unschlagbar sind dagegen die Gewichtsvorteile von Aluminium gegenüber Kupfer. So können Aluminiumleitungen bis zu 60 Prozent leichter sein als Kupferleitungen mit vergleichbarer Stromtragfähigkeit. Hochspannungsleitungen werden daher schon lange bevorzugt aus Aluminium gefertigt, um die Zugkräfte auf Leitung und Masten zu verringern. Auch in der Luftfahrtindustrie kommen deshalb verstärkt Aluminiumleiter zum Einsatz. So sind im Airbus 380 bereits heute ganze Kabelstränge aus Aluminium verbaut.

Probleme bereitete Aluminium als Leitermaterial in der Vergangenheit jedoch oft durch seine mangelnde Flexibilität, weil kaltgezogenes Aluminium für Wechselbiegezyklen ungeeignet ist und schnell bricht. Spätestens seit der Präsentation von Helukabels feindrähtiger Powerline-Serie jedoch muss Kupfer selbst bei solchen Anwendungen nicht mehr die erste Wahl sein, die eine flexible Kabelanbindung erfordern, sagt Schenk und ergänzt: »Mit unserer Serie Heluwind WK Powerline Alu beispielsweise bieten wir schon seit vielen Jahren eine hochflexible Leitung für die Windkraftindustrie an. Hier kann von den früher im Zusammenhang mit Aluminium bemängelten starren Leitungen keine Rede mehr sein.« Die Leitungen dieser Serie umfassen neben der klassischen Einzelader mit zwei Isolationen auch einfach isolierte Einzeladern sowie mehradrige Leitungen. Damit sind sie bei vielen Anwendungen eine gute Alternative zu Kupferleitungen, beispielsweise in Trafostationen oder bei ortsveränderlichen Energieerzeugern wie etwa in Stromaggregaten für die Veranstaltungstechnik.

Passende Anschlusstechnik

Die grundlegend unterschiedlichen Materialeigenschaften von Aluminium gegenüber Kupfer erfordern jedoch auch unterschiedliche Vorgehensweisen bei der Verarbeitung der Kabel und der Auswahl der Anschlusskomponenten. Zum Beispiel bildet sich an der Oberfläche von Aluminium beim Kontakt mit Luftsauerstoff schnell eine harte Oxidschicht, die zwar das darunterliegende Metall schützt und eine weitere Korrosion verhindert, zugleich aber nur eine sehr schlechte elektrische Leitfähigkeit besitzt. Wird ein solcher oxidierter Leiter ohne weitere Vorbehandlung angeschlossen, erhöht die Oxidschicht den Übergangswiderstand, was gefährliche Temperaturerhöhungen zur Folge hat. Die Standard-Aluminiumkabel von Helukabel werden deshalb vor der Kontaktierung an den blanken Leiterenden gebürstet, berichtet Schenk und ergänzt: »Damit wird die Oxidschicht physikalisch entfernt; weitere Maßnahmen sind hier nicht erforderlich.«

Optimale Kontaktierung

Natürlich gehört zu einer innovativen Leitung auch die passende Technik für Verarbeitung und Kontaktierung. Für Schenk steht deshalb außer Frage: »Daher bieten wir für unsere Aluminiumkabel auch die komplette Anschlusstechnik an.« Beispielsweise achten die Schwaben bei der Entwicklung neuer Kabelgenerationen mit mehr- und feindrähtigen Aluleitern auf die Kompatibilität der Anschlusstechnik zu Standard-Komponenten. Für die Schraubtechnik wurden jedoch spezielle Produkte entwickelt, berichtet Schenk: »Mit der C8Crimpung für unsere feindrähtige Aluminium-Serie haben wir ein Verfahren entwickelt, mit dem sich beste elektrische Werte realisieren lassen.«

Bei dieser Verbindungstechnik dringt die Kontur der Crimpung sehr tief in das Litzenbündel ein, reißt die Oberfläche der einzelnen Litzen gleichmäßig auf und gewährleistet damit die optimale Kontaktierung aller Litzen auch im Bündelkern. Für den Crimpvorgang sind die Anschlusskomponenten für Aluminiumleiter mit einem speziellen mit Korund dotierten Kontaktfett ausgestattet, das die nicht leitende Oxidschicht des Aluminiums aufreißt, eine einwandfreie elektrische Verbindung sicherstellt und den Zutritt von Feuchtigkeit und Sauerstoff verhindert. Ein Kunststoffstopfen verhindert ein Austrocknen oder Auslaufen des Presszusatzes während der Lagerung.

Zu berücksichtigen sind auch elektrochemische Reaktionen des Aluminiums bei Kontakt mit anderen Metallen, die die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung langfristig negativ beeinträchtigen und zu massiven Temperaturerhöhungen bis hin zu Bränden führen können. Für die Kontaktierung von Aluminium auf Kupfer-Peripherie bietet Helukabel deshalb bimetallische Al/Cu-Kabelschuhe, -Pressverbinder und -Pressanschlussbolzen, die im Reib-Schweiß-Verfahren gefertigt werden. Eine hermetische Kapselung verhindert dort das Eindringen von Flüssigkeiten und damit die Bildung von Kriechstrecken.bt

Auf einen Blick

- Die Helukabel GmbH mit Sitz in Hemmingen bei Stuttgart ist ein international führender Hersteller und Anbieter von Kabeln, Leitungen, Spezialkabeln, Medientechnik, Kabelzubehör sowie Daten-, Netzwerk- und Bustechnik sowie von konfektionierten Kabelschutzsystemen.

- Das Lieferprogramm umfasst mehr als 33.000 Artikel für zahlreiche Branchen und nahezu jeden Einsatzzweck.

Erschienen in Ausgabe: 07/2015