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BMW Strom auf Abwegen

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Alu hat nur ein Drittel des Leitwertes von Kupfer und trotzdem lohnt es sich, den Kabelsatz teilweise umzustellen.

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Alu hat nur ein Drittel des Leitwertes von Kupfer und trotzdem lohnt es sich, den Kabelsatz teilweise umzustellen. Früher wegen des Gewichts, heute aus wirtschaftlichen Gründen: Für Alu bezahlen die Einkäufer nur ein Drittel vom Kupferpreis.

Seit dem Produktionsstart der neuen Motorengeneration im Frühjahr dieses Jahres setzt BMW als erster Hersteller weltweit erstmals Starter- und Generatorleitungen aus Aluminium (Al) anstatt Kupfer (Cu) ein. Kalkuliert man mit einer Gesamtjahresstückzahl von gut einer Million Fahrzeugen und einer möglichen Gewichtsreduktion von durchschnittlich etwa 500 Gramm pro Fahrzeug, so kommt der Münchner Autobauer mit etwa 600.000 Kilogramm weniger Metall im Jahr aus.

Angesichts der Metallpreisentwicklung in den vergangenen Monaten, die geprägt war vom starken Anstieg des Kupferpreises im Vergleich zum Aluminiumpreis, ist diese Rechnung nicht nur unter dem Gesichtspunkt des Leichtbaus interessant, sondern auch wegen der möglichen Kosteneffekte: Während Kupfer im Mai 2007 auf die 8 000 Dollar Grenze zustrebt, kostet die Tonne Aluminium "nur" knapp 3 000 Dollar.

Aluminium als Werkstoff im Bereich Motorelektrik einzusetzen und damit Gewicht einzusparen, wird seit langem diskutiert. Allerdings scheiterten entsprechende Versuche bis Mitte der neunziger Jahre an der Physik bzw. der elektrochemischen Spannungsreihe: Der direkte Kontakt zwischen Aluminium als Leitermaterial und einer Kupferlegierung als Kontaktteil aus Messing oder Bronze führt im Beisein eines Elektrolyten wie salzhaltigem Wasser zur Zerstörung des unedleren Metalls – kurzum, das Aluminium löst sich schlicht und ergreifend auf.

Erst 1999 konnten BMW-Ingenieure gemeinsam mit dem österreichischen Kabelhersteller Gebauer & Griller das Problem mit einer besonderen Kontaktierungstechnik lösen. Die erste Aluminiumbatterieleitung ging im BMW 7er in Serie. Es folgten weitere BMW-Modelle sowie die Konkurrenten aus Ingolstadt und Stuttgart.

Eine entscheidende Einschränkung musste diese Klebetechnik bis Mitte dieses Jahres allerdings hinnehmen: Der Temperatureinsatzbereich betrug maximal +105 °C über 3.000 Stunden, da das Epoxidharz höhere Temperaturen auf Dauer nicht aushält. Das limitiert den Einsatz im Motorraum so stark, dass lediglich die genannten Hersteller Aluminium in den Kabelsatz des Bordetzes als Batterieleitungen einbauten. Diese Fahrzeuge haben die Batterie für gewöhnlich im Heck.

Auf Basis der Gemeinschaftsentwicklung mit BMW hat Gebauer & Griller Mitte vergangenen Jahres die Kontaktierungstechnik für die neue BMW-Motorengeneration von Kleben auf Löten umgestellt und die Dauereinsatztemperatur damit auf etwa 150 °C erhöht. Der erweiterte Einsatzbereich soll zusammen mit dem gestiegenen Kupferpreis Kunden aus dem Volumensegment anlocken, denn in den unteren Fahrzeugklassen ist das Preisargument nach wie vor deutlich schlagkräftiger als Leichtbau.

Die neue Aluminiumverbindungstechnik basiert auf einem modifizierten Lötprozess im Temperaturbereich um 420 °C, dessen Gelingen im Wesentlichen von der raschen Energiezufuhr im Kontaktierungsbereich abhängt. Denn je kürzer die Zeit für die Einbringung der erforderlichen Lötenergie, umso geringer sind Wärmeverzug und Temperaturbelastung der Leitungsisolation.

Das schafften die Ingenieure durch die richtige Kombination von Energiequelle, Lötlegierung, Flussmittel und Kontaktierungsgeometrie. Angetrieben vom hohen Kupferpreis, will Gebauer & Griller die Kontaktierungstechnik auf Leitungsquerschnitte unter 10 mm² ausdehen.

Das ganze hat zwar noch Entwicklungscharakter, aber im Prinzip könnte Aluminium das Kupfer im gesamten Fahrzeug als elektrischer Leiter ablösen – ab einem bestimmten Querschnitt, soweit der erforderliche Bauraum vorhanden ist, den der größere Aluminiumquerschnitt im Fahrzeug voraussetzt.

Bei den Automobilherstellern ist das Interesse an den Aluminiumleitungen auf jeden Fall geweckt: Im November 2006 ging die Aluminiumleitung mit der neuen Löttechnik im Fiat Ducato in Serie und Audi will den neuen Audi A4 mit Aluminiumbatterieleitungen ausstatten.