Aluminiumkabel wurden lange Zeit vor allem für die Erdverlegung im Nieder- und Mittelspannungsbereich eingesetzt. Mit Kupferkabeln haben sie nicht viel gemeinsam, außer dass beide Energie übertragen. Ansonsten sind sie so unterschiedlich wie es Schwer- und Leichtmetall nur sein können. Also stellen sich viele Ingenieure in den unterschiedlichsten Branchen heute die Frage: Kupfer oder Aluminium? Die Antwort von Uwe Schenk, Global Segment Manager Wind bei Helukabel: „Seine hervorragende Leitfähigkeit und Verformbarkeit machen Kupfer zwar zum Standardmaterial für Kabel und Leitungen. Doch ist es im Vergleich zu Aluminium vor allem schwer und teuer. 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.“

Mit über 5300 Euro pro Tonne (Stand Juli 2015) ist Kupfer derzeit mehr als doppelt so teuer wie Aluminium mit rund 1990 Euro pro Tonne (Stand Juli 2015). Die Gewichtung des aktuellen Preises wird durch die Volatilität an den Rohstoffmärkten noch verstärkt. In den letzten fünf Jahren (2010 bis 2014) bewegten sich die Kupferpreise in einem Rahmen von 4700 bis 7650 Euro pro Tonne.

Ein planungssicherer Rohstof

Eine solche Schwankungsbreite gibt es beim Rohstoff Aluminium nicht, wodurch auch eine höhere Planungssicherheit gegeben ist. Während Endkunden manchmal ihre gesamte Kalkulation überdenken, wenn sich die Kupferpreise ändern, brauchen sie das bei Aluminium in diesem Umfang nicht zu tun.

Die Entwicklung der Jahresdurchschnittswerte bei den Preisen für Aluminium und Kupfer als Leitermaterial.

© Helukabel

Bei Helukabel beschäftigt man sich schon lange mit der Thematik Aluminium. „Mit unserer sogenannten ‚Heluwind WK Powerline Alu‘ beispielsweise haben wir bereits seit vielen Jahren eine hochflexible Leitung für die Windindustrie im Programm. Hier kann von den früher im Zusammenhang mit Aluminium bemängelten starren Leitungen keine Rede mehr sein“, bricht Schenk eine Lanze für das Leichtmetall und erklärt: „Früher gab es noch keine Fertigungsmöglichkeiten für eine feindrähtige Litze und so sahen die Anwender keine Möglichkeit, Aluminium als Leitermaterial für flexible Anwendungen einzusetzen. Zudem war der Kupferpreis noch moderater als heute.“

Mittlerweile sieht Schenk neben der Windindustrie zahlreiche andere interessante Anwendungsmöglichkeiten für Aluminiumkabel in Branchen wie der Bahn-, Medien- und Solartechnik, im Anlagenbau, im Blockheizkraftwerk oder auch bei der Energieversorgung und -speicherung. Dementsprechend deckt beispielsweise bei Helukabel das Alu-Kabelsortiment einen Spannungsbereich von 1 kV bis 35 kV ab – eindrähtig und feindrähtig ausgeführt, als Einzelader und auch Multicore beziehungsweise komplettiert mit zertifi-zierter Anschlusstechnik. „Bis auf Hochspannung sind damit alle Märkte bedienbar“, so Schenk.

Das war nicht immer so: „Flexibel und Alu stellten in der Vergangenheit bis zur Entwicklung unserer Powerline-Serie einen Widerspruch dar, weil das kaltgezogene Aluminium für Wechselbiegezyklen ungeeignet ist und schnell bricht“, blickt Schenk zurück. Anders bei dem von Helukabel verwendeten Aluminium: Die Litze wird nach dem Prozess des Kaltziehens mittels mehrerer Zugsteine auf den gewünschten Litzendurchmesser (Verjüngung von dicken Drähten auf dünne Litzen) in einer Wärmekammer geglüht. Hierdurch wird die beim Ziehen entstandene Oberflächenspannung abgebaut, was zu einem erheblich besseren Biegeverhalten führt. Als Resultat hiervon hat das Unternehmen heute neben der üblicherweise am Markt angebotenen klassischen Einzelader mit zwei Isolationen auch einfach isolierte Einzeladern mit einer Ader-Isolation und mehradrige (Multicore-)Leitungen im Programm und damit eine gute Alternative zu vorher eingesetzten Kupferleitungen.

Isolierwerkstoff ist entscheidend

Allerdings gilt es beim Einsatz von Aluminium als Kabelmaterial ein paar Besonderheiten zu beachten: So können aufgrund der geringeren Leitfähigkeit von Aluminium rund ein Drittel größere Leiterquerschnitte als bei einer Kupferleitung notwendig werden. Letztlich kommt hier jedoch dem Isolierwerkstoff eine entscheidende Bedeutung zu, so dass eine Alu-Leitung die gleiche Stromtragfähigkeit besitzen kann wie eine entsprechende Kupferleitung. Zum anderen sind größere Querschnitte nur dann nachteilig, wenn die Aluminiumleitungen auf enge Kabelführungen treffen und beispielsweise in dicht bestückten Schaltschränken verbaut werden sollen.

Aluminium­kabel eignen sich für unterschiedlichste Branchen – etwa wie hier im Bereich der Energie­speicherung.

© Helukabel

In Sachen Gewicht ist das circa 70 % leichtere Aluminium gegenüber Kupfer unschlagbar. Das kommt dem in zahlreichen Anwendungen angestrebten Leichtbau-Gedanken entgegen, der oft darauf fokussiert ist, das Eigengewicht aller Komponenten zu reduzieren. Bei Kabeln erleichtert ein niedriges Gewicht zudem das Verlegen. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil ist die Auslegung der Kabeltragesysteme, welche entsprechend leichter und dadurch günstiger sind. Hochspannungsleitungen werden daher schon seit langem bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Dadurch lassen sich die auf Leitung und Masten einwirkenden Zugkräfte deutlich verringern. Auch in Branchen wie dem Automobilbau oder der Luftfahrtindustrie findet eine Umstellung auf Aluminiumleiter statt. So sind im Airbus 380 bereits heute ganze Kabelstränge aus Aluminium verbaut. Selbst bei Anwendungen, die eine flexible Kabelanbindung erfordern, muss Kupfer nicht mehr die erste Wahl sein. Allerdings sind  diesbezüglich bei der Verarbeitung der Kabel und bei der Auswahl der Anschlusskomponenten die grundlegend anderen Materialeigenschaften von Aluminium zu berücksichtigen. So reagiert Aluminium an der Oberfläche sehr leicht mit Sauerstoff. Dadurch bildet sich schnell eine harte, widerstandsfähige Oxidschicht, die das darunterliegende Material schützt und eine weitere Korrosion verhindert. Dies macht Aluminium zwar sehr haltbar, die schützende Oxidschicht ist in der Elektrotechnik aber unerwünscht, da sie über eine sehr schlechte bis gar nicht vorhandene Leitfähigkeit verfügt und das Kontaktieren erschwert. Wird der oxidierte Leiter ohne weitere Vorbehandlung angeschlossen, erhöht die Oxidschicht den Übergangswiderstand zwischen Aluminiumleiter und Anschlusskomponente, was gefährliche Temperaturerhöhungen zur Folge hat. „Unsere Standard-Aluminiumkabel werden daher vor der Kontaktierung an den blanken Leiter-Enden des Kabels ­gebürstet“, bemerkt Schenk in diesem Kontext und ergänzt: „Damit wird die Oxidschicht physikalisch entfernt. Weitere Maßnahmen sind nicht erforderlich.“ Bei der Entwicklung neuer Kabelgenerationen achtet Helukabel zudem auf die Kompatibilität der Anschlusstechnik. Somit harmonieren mehr- und feindrähtige Aluleiter mit Standard-Komponenten. Für die Schraubtechnik hingegen wurden spezielle Produkte entwickelt.

Optimale Kontaktierung

„Mit der sogenannten C8-Crimpung für unsere feindrähtige Aluminium-Serie haben wir ein Verfahren entwickelt, mit dem sich beste elektrische Werte realisieren lassen. Zudem erfüllt es die für Hochstromverbinder hohen Anforderungen der IEC-Norm 61238-1 Klasse A“, beschreibt Schenk schließlich die Verbindungstechnik. Die Kontur der C8-Crimpung dringt sehr tief in das ­Litzenbündel ein, reißt die Oberfläche der einzelnen Litzen gleichmäßig auf und ermöglicht damit die optimale ­Kontaktierung aller Litzen auch im Bündelkern.