Dr. Jonas Kristoffer Sunde von Hydro Extrusions sprach auf dem 12. Internationalen Kongress für Bordnetze über „Solid Aluminum Cables for Electrical Vehicle Application“.

Dr. Jonas Kristoffer Sunde von Hydro Extrusions sprach auf dem 12. Internationalen Kongress für Bordnetze über „Solid Aluminum Cables for Electrical Vehicle Application“. (Bild: Mathias Baumgartner)

Warum sind Aluminium-Busbars die Zukunft im Automobil?

Auf dem 12. Internationalen Kongress für Bordnetze in Fahrzeugen am 8. Mai 2024 präsentierte Dr. Jonas Kristoffer Sunde von Hydro Extrusions die Vorteile von Aluminium-Busbars. Der Übergang von Kupferkabeln zu massiven Aluminium-Busbars bringt erhebliche Vorteile: Gewichtsreduktion, geringere Materialkosten und eine verbesserte Nachhaltigkeit.  Hier die Eckpunkte des Vortrags in aller Kürze.

Was treibt den Wechsel zu Aluminium voran?

Die Haupttreiber für den Wechsel zu Aluminium-Busbars sind laut Dr. Sunde:

  • Gewichtsreduktion: Aluminium ist etwa dreimal leichter als Kupfer.
  • Kosten: Aluminium ist deutlich günstiger als Kupfer.
  • Nachhaltigkeit: Höhere Anforderungen an die Nachhaltigkeit und die Notwendigkeit, CO₂-Emissionen zu senken.
  • Automatisierung: Aluminium-Busbars ermöglichen eine höhere Automatisierung in der Produktion.

Die Automobilindustrie ist stark darauf fokussiert, die CO₂-Emissionen zu senken und nachhaltigere Lösungen zu finden. Aluminium-Busbars bieten hier eine hervorragende Möglichkeit, diese Ziele zu erreichen. Der geringere Energieverbrauch bei der Herstellung und die bessere Recyclingfähigkeit von Aluminium im Vergleich zu Kupfer tragen erheblich zur Reduktion des CO₂-Fußabdrucks bei.

Zitat

Dr. Jonas Kristoffer Sunde über die Vorteile von Aluminium-Busbars:

„Aluminium ist etwa dreimal leichter als Kupfer und deutlich günstiger, was zu einer signifikanten Reduktion der Materialkosten führt.“

Wie werden Aluminium-Busbars hergestellt?

Der Produktionsprozess von Aluminium-Busbars umfasst mehrere Schritte:

  1. Extrusion: Das Aluminium wird in die gewünschte Form gebracht. Hydro Extrusions ist weltweit führend im Bereich Aluminiumextrusion und stellt sowohl Blech- als auch Extrusionsbarren her. Die Extrusion erfolgt zunächst als Strangpressen auf Spule.
  2. Wärmebehandlung: Diese optimiert die mechanischen Eigenschaften des Aluminiums. Die extrudierten Coils werden wärmebehandelt, um die gewünschte Festigkeit und Flexibilität zu erreichen. Je nach Legierung und Anwendung können verschiedene Wärmebehandlungsverfahren eingesetzt werden.
  3. Oberflächenbehandlung und Beschichtung: Diese schützt vor Korrosion und verbessert die Leitfähigkeit. Verschiedene Isoliermaterialien werden auf das Aluminium aufgebracht, um die elektrische Isolation zu gewährleisten. Zusätzlich wird eine Abschirmung, meist aus einem soliden Metallrohr, hinzugefügt.
  4. Schneiden und Formen: Die extrudierten und behandelten Aluminiumstücke werden auf die spezifischen Anforderungen zugeschnitten und geformt. Dies beinhaltet auch das 3D-Biegen und -Formen, um die Busbars an die speziellen Bedürfnisse der Fahrzeuge anzupassen.
  5. Montage: Dieser Schritt umfasst die Ausrichtung, das Endformen und das Testen der Busbars. Die Endmontage kann auch die mechanische Verbindung und das Schweißen beinhalten, um die Busbars in das Bordnetz zu integrieren.

Hydro Extrusions betreibt hochautomatisierte Produktionsstätten, insbesondere in Süd-Dänemark, um eine effiziente und kostengünstige Herstellung zu gewährleisten. Durch die Integration aller Produktionsschritte an einem Standort kann die Qualität der Busbars sichergestellt und die Produktionszeit minimiert werden.

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Welche Aluminiumlegierungen werden verwendet?

Dr. Sunde stellte zwei Hauptlegierungen vor: 6101 und 1370, die beide hervorragende elektrische und mechanische Eigenschaften aufweisen:

Die Legierung 6101 (Al-Mg-Si) ist wärmebehandelbar und zeichnet sich durch höhere Festigkeit und Flexibilität aus. Diese Legierung gehört zur Serie 6000, die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen umfasst. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften dieser Legierungen werden stark durch Zwischentemperaturen beeinflusst. Dies ermöglicht eine Optimierung der Materialeigenschaften durch gezielte Wärmebehandlungen. Die Legierung 6101 wird häufig in zwei Haupttemperaturbereichen eingesetzt: T6, optimiert für höhere Festigkeit, und T7, optimiert für höhere elektrische Leitfähigkeit. Diese Flexibilität bei der Einstellung der Eigenschaften macht 6101 zu einer vielseitigen Wahl für verschiedene Anwendungen in der Elektromobilität.

Die Legierung 1370 besteht zu 99,7 % aus Aluminium und bietet eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit. Diese Legierung gehört zur 1000er Serie, die hauptsächlich aus reinem Aluminium mit geringen Zusätzen besteht. Im Gegensatz zur 6000er Serie sind diese Legierungen nicht wärmebehandelbar, d.h. Zwischentemperaturen haben nur einen begrenzten Einfluss auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Aufgrund ihrer hohen Reinheit und ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit wird die Legierung 1370 häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein maximaler elektrischer Wirkungsgrad erforderlich ist.

Die Wahl der Legierung hat einen großen Einfluss auf die Leistung und die Recyclingfähigkeit der Stromschienen. Aluminium der Serie 6101 ermöglicht durch spezifische Wärmebehandlungen eine große Bandbreite an abgestimmten Eigenschaften, während Aluminium der Serie 1370 vor allem durch seine hervorragende elektrische Leitfähigkeit besticht.

Alle Infos zum Bordnetze im Automobil Kongress

Der 13. Kongress "Bordnetze im Automobil" wird am 6. - 7. Mai 2025 in Ludwigsburg, stattfinden. Die Vorbereitungen sind bereits im Gange. Sind Sie gespannt? Registrieren Sie sich jetzt und sichern Sie sich Ihr Ticket.

Weitere Informationen zum Bordnetze im Automobil Kongress finden Sie hier.

Wie verhält sich Aluminium in Hochspannungsanwendungen?

Aluminium hat sich in Hochspannungsanwendungen bewährt. Es wird häufig in Umspannwerken und Hochspannungsleitungen eingesetzt. Mit geeigneter Verbindungsdesign und Oberflächenvorbereitung können die Effekte von Oxidation und Korrosion minimiert werden. „Aluminium ist seit Jahrzehnten ein bewährtes Material in Hochspannungsanwendungen,“ betonte Dr. Sunde.

Was sind die langfristigen Vorteile von Aluminium?

Die Forschung zeigt, dass Aluminium-Busbars eine nachhaltige Lösung sind:

  • Recycling: Aluminium lässt sich gut recyceln, und die Nutzung von Post-Consumer-Schrott (PCS) trägt zur CO₂-Reduktion bei.
  • Leistungsfähigkeit: Aluminiumverbindungen ohne Beschichtung erreichen die Leistungsfähigkeit von Kupferverbindungen.
Zitat

Dr. Jonas Kristoffer Sunde zur Verwendung von Aluminium in Hochspannungsanwendungen:

„Aluminium ist seit Jahrzehnten ein bewährtes Material in Hochspannungsanwendungen.“

FAQ-Box: Aluminium-Busbars in Fahrzeugen

Warum sind Aluminium-Busbars die Zukunft?

Aluminium bietet Gewichtsreduktion, Kosteneffizienz und höhere Nachhaltigkeit.

Was sind die Haupttreiber für den Wechsel zu Aluminium?

Geringeres Gewicht, niedrigere Kosten, höhere Nachhaltigkeitsanforderungen und bessere Automatisierungsmöglichkeiten.

Wie werden Aluminium-Busbars hergestellt?

Durch Extrusion, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung, Schneiden, Formen und Montage.

Welche Aluminiumlegierungen werden verwendet?

Hauptsächlich die Legierungen 6101 (Al-Mg-Si) und 1370 (Al-99.7%).

Wie verhält sich Aluminium in Hochspannungsanwendungen?

Mit der richtigen Vorbereitung und Design kann Aluminium effektiv in Hochspannungsanwendungen eingesetzt werden.

Welche langfristigen Vorteile bietet Aluminium?

Es ist gut recycelbar und kann die Leistungsfähigkeit von Kupferverbindungen erreichen.

Welche Innovationen gibt es bei Busbars?

Hydro hat das DualCore-Konzept entwickelt, das verschiedene Abmessungen und Geometrien ermöglicht. Dieses Konzept bietet eine kompakte Lösung mit reduzierter Montagezeit und unterstützt die automatisierte Produktion. Eine wichtige Innovation ist das so genannte Joule-Core-Konzept, bei dem Plus- und Minusleiter in einem Bauteil integriert sind. Anstelle einer Abschirmung wird das zweite Haupt-Hochspannungskabel als integrierte Lösung verwendet. Dies reduziert elektromagnetische Interferenzen und bietet potenziell verbesserte Kühlmöglichkeiten, was insbesondere für Anwendungen in der Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik (HVAC) von Bedeutung ist.

Darüber hinaus arbeitet Hydro an der Weiterentwicklung der Legierung 6101, die eine verbesserte Recyclingfähigkeit aufweist. Diese Legierung ermöglicht die Verwendung von gemischtem Schrott und bietet dennoch wettbewerbsfähige Eigenschaften. Hydro erforscht auch verschiedene Verbindungstechnologien wie Reibrührschweißen, Ultraschallschweißen und Laserschweißen, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Verbindungen weiter zu verbessern.

Fazit zu Aluminium-Busbars

Aluminium-Busbars sind ein vielversprechender Weg, um die CO₂-Emissionen in der Automobilindustrie zu reduzieren. Die Vorteile von Aluminium in Bezug auf Gewicht, Kosten und Nachhaltigkeit machen es zu einer idealen Lösung für die Zukunft. Die höhere Automatisierung in der Produktion und die verbesserten Recyclingmöglichkeiten tragen zusätzlich zu seiner Attraktivität bei. Dr. Jonas Kristoffer Sunde und sein Team bei Hydro Extrusions treiben diese Innovationen voran und zeigen, wie die Automobilindustrie von diesen Technologien profitieren kann. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Aluminiumlegierungen und Fertigungstechnologien wird die Effizienz und Nachhaltigkeit von Bordnetzsystemen weiter steigern und damit einen wesentlichen Beitrag zur grünen Transformation der Automobilindustrie leisten.

Über Dr. Jonas Kristoffer Sunde

Jonas Kristoffer Sunde ist Forschungsingenieur in der Legierungsentwicklung bei Hydro, einem weltweit führenden Anbieter von Aluminiumlösungen. In dieser Position konzentriert sich Sunde auf die Entwicklung und Optimierung von Aluminiumlegierungen, die speziell für Anwendungen in der Elektromobilität entwickelt wurden, z. B. für stranggepresste Hochspannungskabel. Er ist auch an der Erforschung von Verbindungstechniken und Oberflächenbehandlungen beteiligt, die die Leistung und Haltbarkeit dieser Materialien verbessern sollen.

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