Konstruktion & Fertigung

Kupfer hat von allen gängigen Metallen – mit Ausnahme von Silber – die höchste Leitfähigkeit von Elektrizität und Wärme. Entsprechend wird ein großer Teil des Kupfers für elektrotechnische Zwecke eingesetzt. Mit dieser höchsten Volumenspezifischen elektrischen Leitfähigkeit aller technisch gebräuchlichen Leiterwerkstoffe vermindert Kupfer Energieverluste.

Das verbessert die Energieeffizienz und senkt damit die Betriebskosten. Von der Hochspannungs-Energieübertragung bis zur Mikroelektronik, von Gigawatt-Generatoren bis zu PCs – bei jedem Aspekt von Energieerzeugung, -übertragung und -nutzung empfehlt sich Kupfer als entscheidender und energieeffizienter Werkstoff. Die hohe Leitfähigkeit ermöglicht es Designern bei gegebenen Leistungen die kleineren Querschnitte im Vergleich zu anderen Materialien zu wählen, um so kompakter und leichter zu bauen. Das trifft besonders zu bei Motoren und Transformatoren oder bei allen Anlagen mit beschränktem Bauraum. Kupfer führt zudem durch den besseren Wirkungsgrad zu deutlich niedrigeren Betriebskosten. Gerade bei elektrischen Antrieben beträgt der Anteil der Energiekosten an den gesamten Betriebskosten oft mehr als 90 %.

@KME

In der Automobilindustrie ermöglichen Kupferlegierungen höhere Betriebstemperaturen und Leistungen für E-Motoren, Generatoren und Bordnetze. Hier ist das Thema „Leichtbau und Bauraum“ besonders kritisch. Die kompakte Bauweise und die hohe Effizienz hilft beides zu adressieren. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit wird das Wärmemanagement bei hocheffizienten Anlagen durch Kupferwerkstoffe optimiert. Zum Beispiel sind Kupferwerkstoffe in Fahrzeugkühlern, Wärmeableitern und Kühlgeräten hervorragend geeignet.

Kupfer hat eine geringe Anfälligkeit für Kontaktkorrosion, bedingt durch seine Position in der elektrochemischen Spannungsreihe. Sein spezifisches Anlaufverhalten kann für technische Anwendungen durch gezielte Oberflächenbehandlung unterbunden werden. Bei entsprechenden Anwendungen und Anforderungen lassen sich z.B. Bänder aus Kupferwerkstoffen leicht mit verschiedenartigen Beschichtungen versehen, die die Beständigkeit in aggressiven Umgebungen gewährleisten und weitere positive Eigenschaften wie hohen Verschleißwiderstand und gute Gleiteigenschaft verleihen – ohne die gute Leitfähigkeit zu stören. Eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit ist auch der Garant für den Einsatz von Kupferwerkstoffen im Bereich der Erdungselektroden.

Alle Materialoberflächen stehen in Wechselwirkung mit ihrer Umgebung – so auch die von Kupfer. Aufgrund seiner geringen Reaktionsgeschwindigkeit und der Natur seiner gebildeten dünnen Oberflächenschichten – sofern nicht beschichtet – stören diese Prozesse bei elektrotechnischen Anwendungen kaum; Übergangswiderstände bleiben in der Regel im unkritischen Bereich. Dies wird vor allem bei Kontakten, z. B. Steckverbindern, genutzt, wo die gute Federeigenschaft und Relaxation das Anwendungsprofil abrunden. Aber auch im Rahmen der elektrischen Gebäudeinstallation überzeugt das Material mit einem geringeren Übergangswiderstand, zumal es eine bessere Langzeitkontaktierfähigkeit als andere Werkstoffe aufweist, da kein Langzeitfließen auftritt. Hier sind Beschichtungen ebenfalls ohne Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit problemlos möglich.

Das werkstoffgerechte Gestalten bedingt die Auswahl des Werkstoffes in einem relativ frühen Stadium der Konstruktionsarbeit.

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