Interview 21.07.2023, 13:00 Uhr

Schlüsselelemente der E-Mobilität: Warum es auf die Drähte ankommt

Isolierte Hightech-Drähte mögen auf den ersten Blick unscheinbar wirken, doch sie spielen eine entscheidende Rolle für den Erfolg der E-Mobilität. Durch ihre optimierte Technologie erhöhen sie den Wirkungsgrad von Elektromotoren, ermöglichen das Schnellladen von Elektrofahrzeugen und tragen dazu bei, dass die E-Mobilität im Schwerlastverkehr effizient und zuverlässig funktioniert. Außerdem werden sie auch bei den Windkraftturbinen eingesetzt.

Drähte

Obwohl es auf den ersten Blick unscheinbar erscheinen mag, spielt die Produktion von isolierten Hightech-Drähten eine essenzielle Rolle für den Erfolg der E-Mobilität.

Foto: HPW

Es mag zwar profan klingen, doch die Produktion von Drähten hat eine entscheidende Bedeutung in der Welt der Hightech-Industrie. Insbesondere isolierte Flachdrähte, die speziell patentiert wurden, spielen eine Schlüsselrolle für den Erfolg der E-Mobility. Durch die Erhöhung des Wirkungsgrades und der Effizienz von Elektromotoren ermöglichen diese Drähte das Schnellladen von Elektrofahrzeugen und gewährleisten eine extrem hohe Dauerbelastung im Schwerlastverkehr. Und genau über dieses Thema sowie über die zukünftige Entwicklung der Elektromobilität in Europa insgesamt sprechen wir heute mit Herrn Dr. Ewald Koppensteiner, CEO von HPW.

Drähte können die Leistung erhöhen

Dr. Koppensteiner, HPW stellt Kupferdrähte her. Das klingt jetzt erst mal sehr profan und langweilig. Nicht wirklich nach Hightech. Was zeichnet die Drähte von HPW Metallwerk aus und wie unterscheiden sich diese zu herkömmlichen Drähten?

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Tatsächlich wurde HPW bereits 1946 gegründet und produziert seither Nickel- und Kupferdrähte. Zu einer echten Zeitenwende kam es in den 2010er-Jahren mit dem Aufkommen der erneuerbaren Energie, wie der Windenergie und dann in den 2020ern, mit dem sich abzeichnenden Boom der E-Mobility. Durch die spezifischen Leistungsanforderungen an Spannungsniveaus, Haltbarkeit und Energiedichte wurden Kupferdrähte zu einem Hightechprodukt. Zum einen änderte sich das Design im Bereich E-Mobility. Konventionelle Runddrähte wurden immer mehr von Flachdrähten abgelöst. Damit lässt sich der Kupferanteil im unbeweglichen Teil eines E-Motors, dem sogenannten Stator, durch einen höheren Kupfer-Füllfaktor erheblich erhöhen. Die Drähte liegen näher beisammen. Das erhöht grundsätzlich die Leistung. Noch entscheidender ist zum anderen die isolierende Ummantelung. Diese muss formstabil, elastisch, temperaturbeständig und mit engsten Toleranzen versehen sein. Ein optimiertes Isolationsverfahren mit sehr speziellen Kunststoffen führt zu einer erheblich längeren Lebensdauer des Motors. Und genau das ist unsere Spezialität.

Wo werden diese beschichteten Flachdrähte eingesetzt?

Maßgeblich in genannten Statoren der E-Motoren, aber auch als Verbindung der Batteriemodule untereinander und zwischen Elektromotor und Batterie – man spricht in diesem Fall von formstabilen Flachleitern oder Rigid Busbars. Diese bietet HPW in Kupfer und neuerdings auch in Aluminium an. Abhängig von der Anzahl der Elektromotoren im Fahrzeug und je nach verwendeter Busbar Technologie, werden bis zu 25 KG isolierte Drähte pro Fahrzeug verbaut. Tatsächlich macht der jährliche Umsatz in der E-Mobility bei uns aktuell bereits knapp 50 Prozent aus. Im Geschäftsjahr 2019/20 lag dieser noch bei bescheidenen 2 Prozent. Daran erkennt man die Dynamik dieser Wachstumsbranche.

Darüber hinaus werden unsere Drähte in Windkraftgeneratoren verbaut, hier ist HPW Marktführer in Europa.

Wie wirkt sich die Verwendung von Drähten in E-Motoren auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Motoren aus?

Dr. Ewald Koppensteiner, CEO von HPW

Dr. Ewald Koppensteiner, CEO von HPW.

Foto: HPW

Tatsächlich ist die technologische Entwicklung enorm. Lag die Leistungsfähigkeit in der ersten Generation von E-Autos vor ein paar Jahren noch bei 48 Volt ist diese mittlerweile auf 450 Volt gestiegen. Treiber hierfür ist die technologische Weiterentwicklung der Drähte und ihrer Isolierung. Ohne den Fortschritt auf diesem Gebiet wären diese Leistungssteigerungen nicht möglich gewesen. Wenn wir das Schnellladen steigern wollen und den Schwerlastverkehr elektrifizieren, werden Spannungen von 800 bis 1.000 Volt nötig sein. Tatsächlich haben wir hierzu die passenden Drähte bereits entwickelt. Mit unserer patentierten PEEK-Technologie können wir dieses Leistungsniveau bei entsprechender Haltbarkeit garantieren. Ein elektrifizierter Lkw muss eine Laufleistung von einer Million Kilometer haben und das funktioniert nur mit extrem belastbaren Drähten, wie wir sie liefern.

Drähte in Windkraftturbinen

Wie werden diese Drähte im Bereich erneuerbare Energien eingesetzt und welchen Beitrag leisten sie zur Effizienzsteigerung und Leistungsverbesserung in diesen Bereichen?

Wie bereits erwähnt, kommen unsere Drähte in Windkraftturbinen zum Einsatz. In einer 4 Megawatt-Turbine werden 8 bis 10 Tonnen isolierte Kupferdrähte verbaut. Und diese Entwicklung geht weiter: Windräder werden größer und die Leistung steigt. Das müssen die Drähte erst einmal mitmachen. Vor allem in Offshore-Parks sind die äußeren Umweltbedingungen extrem und setzen den Anlagen zu. Diese Anlagen müssen möglichst wartungsfrei unter klimatischen Extrembedingungen laufen. Schnell verschleißende Drähte treiben die Kosten exorbitant in die Höhe. Deshalb kommt es auf eine optimale Isolierung der Drähte an. Auch eine gleichbleibend hohe Qualität im Produktionsprozess ist unabdingbar, die wir durch einen sehr hohen Automatisierungsgrad darstellen können. Jeder kleinste Fehler kann zu einer Schwachstelle führen, die die Leistungsfähigkeit der Turbine reduziert.

Wenn wir jetzt mal ein wenig in die Zukunft schauen: Welche Rolle spielen die HPW-Drähte bei der weiteren Entwicklung der Elektromobilität?

Aktuell bringen wir, wie erwähnt, eine neue Generation von Rigid Busbars aus Aluminium auf den Markt. Bei diesen haben wir herkömmliches Kupfer als primäres Leitermaterial durch Aluminium ersetzt. Diese neuen formstabilen Flachleiter kommen in den Elektrofahrzeugen der nächsten Generation – PKW und Schwerlastverkehr – zum Einsatz und punkten mit um bis zu 50 % geringerem Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Kupferdrähten. Erzielbare enge Biegeradien beim neuen Busbar-Produkt ermöglichen einen optimierten Einbau auf engstem Raum in Fahrzeugen bei der Verbindung der Batteriemodule untereinander sowie mit den E-Motoren. Diese Vorteile bei Gewicht und Platzbedarf bei gleichzeitig hoher Effizienz sind wichtig, um die Automobilhersteller bei der technologischen Weiterentwicklung ihrer E-Mobility-Flotten zu unterstützen.

Wie integriert HPW Metallwerk Nachhaltigkeit in seine Geschäftspraktiken und Produktionsprozesse? Welche Maßnahmen werden ergriffen, um Umweltauswirkungen zu minimieren und Ressourceneffizienz zu fördern?

Natürlich steckt die primäre nachhaltige Wirkung in unserem Produkt an sich. Wir erhöhen permanent die Effizienz von E-Motoren und Generatoren, was einen enormen Hebel in Sachen E-Mobility und regenerativer Energiegewinnung hat. Da wir einen sehr hohen Automationsgrad haben, setzen wir unsere Ressourcen in der Produktion optimal ein. Diese hohe Automation führt auch zu einem minimalen Ausschuss bei gleichbleibend hoher Qualität. Wir arbeiten auch permanent an der Optimierung unseres Energieeinsatzes. Auf den Hallen unseres Linzer Stammwerkes haben wir aktuell 205 Quadratmeter PV-Anlagen montiert. Auch in den beiden anderen Werken sind Solarpaneele geplant. So wird der Anteil an selbst erzeugter regenerativer Energie sukzessive ausgebaut. Toxische Abfälle fallen in der Produktion keine an.

Die drei „L“ der E-Mobility: Ladezeit, Leistung und Lebensdauer

Welche Rolle spielt HPW Metallwerk bei der Förderung einer nachhaltigen Entwicklung in der Elektromobilitäts- und Windenergiebranche? Wie tragen die Produkte des Unternehmens zur Reduzierung von CO2-Emissionen und zur Förderung erneuerbarer Energien bei?

Gerade bei der E-Mobility ist das Schnellladen für die Endkunden ein ganz wichtiges Thema, das die Akzeptanz der Technik und die konkrete Kaufentscheidung beeinflusst. Das Laden in wenigen Minuten funktioniert aber nur, wenn die Drähte diesen enorm hohen Spannungen standhalten. Ohne unsere patentgeschützten Produkte wäre dieser Fortschritt beim Schnelladen in dieser Form nicht möglich.

Wie schätzen Sie die zukünftige Entwicklung der Elektromobilität in Europa ein? Welche Trends und Herausforderungen sehen Sie in Bezug auf die Marktdurchdringung und das Wachstum von E-Fahrzeugen?

Das Thema E-Mobility ist nicht mehr aufzuhalten – elektrisch angetriebene Pkws und Lkws gehört die Zukunft. Dabei sind die drei „L“ entscheidend: Ladezeit, Leistung und Lebensdauer.

Ein Beitrag von:

  • Alexandra Ilina

    Redakteurin beim VDI-Verlag. Nach einem Journalistik-Studium an der TU-Dortmund und Volontariat ist sie seit mehreren Jahren als Social Media Managerin, Redakteurin und Buchautorin unterwegs.  Sie schreibt über Karriere und Technik.

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