Transport

Transportsysteme brauchen Kupfer

Kupfer ist ein multifunktionales Material im Transportwesen. Seit Beginn der Automobilindustrie mit dem Bau des Ford Model T  im Jahre 1916  ist es eine Hauptkomponente in PKWs und findet sich auch heute noch in vielen Bauteilen, die der Sicherheit, Effizienz, dem Komfort oder der Funktionalität dienen.

Kupfer wird deshalb in breitem Umfang in Automobilen und Lastwagen eingesetzt, vor allem in Elektroteilen, gefolgt von Wärmeübertragungs-systemen wie Kühlern bzw. Ölkühlern und Gleitlagern aus Bronze. Zudem werden unzählige Armaturen, Halterungen sowie Schrauben aus Kupfer und Kupferlegierungen mit Messing hergestellt. In einem PKW der Mittelklasse steckt heute durch den Einbau elektronischer Komponenten und elektrisch betriebener Zubehörteile rund ein Kilometer Kupferkabel. Ein Auto enthält heute je nach Ausführung zwischen 15 und 28 kg Kupfer.

Elektrofahrzeuge und Fahrzeuge mit Hybridantrieb, bei denen ein herkömmlicher Motor durch einen Elektromotor ergänzt wird, haben eine neue Stufe der Entwicklung erreicht. Führende Autohersteller haben bereits beträchtliche Arbeit und finanzielle Mittel in solche Systeme investiert. Da in beiden Fahrzeugtypen ein Elektromotor zum Einsatz kommt, enthalten sie wesentlich mehr Kupfer als herkömmliche Autos.

Elektrische Verteilersysteme
Motoren, Generatoren, Aktuatoren und elektrische Drosseln sowie der Kabelbaum selbst sind auf eine zuverlässige hohe Leitfähigkeit angewiesen. Mehr Kupfer wird benötigt, da die Entwicklungen in der Automobilelektronik das Bewusstsein, die Sicherheit und die Automatisierung erhöhen. Elektrifizierte Eisenbahnen, Straßenbahnen und leichte Eisenbahnen werden durch Kupferlegierungs-Kontaktdrähte mit Strom versorgt. Hochwertiges Messing hat eine lange Lebensdauer und Korrosionsbeständigkeit, was es ideal für elektrische Verbindungen macht.

Elektronik
Autodesigner und -hersteller entwickeln ständig elektronische Anwendungen, die auf der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer beruhen:

Sensoren (Druck, Temperatur, Geschwindigkeit)
Sensoren für die Automobilindustrie machen rund ein Drittel des weltweiten Sensormarktes aus. Mit einer echten Sensorik für das Auto können die Sensoren beispielsweise Gefahren auf der Straße erkennen, die Bremsung anpassen, die zu regelnde Temperatur regeln, Selbstdiagnosetests am Fahrzeug durchführen. Sie verwenden Kupfer – vor allem in den Spulen und Kabeln.

Antiblockiersystem
Dies war eine der ersten “intelligenten” Technologien, die das Autofahren sicherer machen sollten, indem das Bremsen den Straßenbedingungen angepasst wurde. Seitdem hat eine ganze Reihe von Innovationen die verfügbaren Lösungen in Bezug auf Bremsen und Straßenhaftung erweitert, einschließlich EBD (Electronic Brake-Force Distribution) für eine verbesserte Verteilung der Bremskraft oder ESC (Electronic Stability Control), die die Stabilität des Bremssystems erhöht Auto.

Fahrsteuerungen
Der AICC (Autonomous Intelligent Cruise Control) ist mehr als nur ein Geschwindigkeitsregler. Er ermöglicht es, eine zuvor vom Fahrer eingestellte Geschwindigkeit beizubehalten, ohne den Fuß auf das Gaspedal halten zu müssen. Eine Technologie, die zusätzlich zum Automatikgetriebe verfügbar ist. Die AICC überwacht die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs und ändert ihre eigene Geschwindigkeit entsprechend, während ein guter Sicherheitsabstand eingehalten wird.

Komfort
Das Auto ist heute viel mehr als nur ein reines Fortbewegungsmittel. Es ist so gestaltet, dass es komfortabel und mit Arbeits- und Freizeitbereichen ausgestattet ist. Dank einer ständig wachsenden Anzahl von Anwendungen, die die Vorteile von Kupfer ausnutzen, können sich die Sitze aufgrund einer Reihe von kleinen Motoren an den Passagier erinnern und automatisch anpassen. Automatische Temperaturregelungen halten den Innenraum auf einem komfortablen Niveau und Telekommunikation ist auch von den einfachsten Cockpits zugänglich (Freihand-Handys, Navigationshilfe, Sicherheits-Tracker, DVD-Player und sogar Internet-Konnektivität). Kupfer hat hier der Welt ein neues Fenster geöffnet.

In Zukunft wird es wahrscheinlich ein Autopilot-System geben, das von Beschleunigungssensoren angetrieben wird; kombiniert mit Aktuatoren, die das Fahren, die Geschwindigkeit und das Bremsen steuern. 360 °-Radar und -Kameras werden den Verkehr und die Fahrzeugposition ständig im Auge behalten. Die unzähligen Steckverbinder, Sensoren, Minicomputer und fortschrittlichen Telekommunikationssysteme, die sich unter der Motorhaube unserer Smart Cars befinden, werden Kupferdrähte sein, die die wichtigsten Leistungs- und Datensignale übertragen, die alle oben genannten Vorteile bieten.

Emissionen reduzieren
Kupfer spielt eine wichtige Rolle in Systemen zur Senkung des Benzinverbrauchs und der CO2-Emissionen. Direkteinspritzsysteme ermöglichen eine präzisere Steuerung des Verhältnisses von Luft zu Benzin und verringern so den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen. Herkömmliche Nockenwellen werden auch langsam durch elektronische Ventile ersetzt, die die Motoreffizienz weiter verbessern. Kupfer spielt eine Rolle in Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeugen, und Forscher suchen aktiv nach neuen Antriebssystemen. Zum einen können Hybride, die herkömmliche Verbrennungsmotoren mit Elektromotoren kombinieren, eine Übergangslösung darstellen. Herkömmliche Kraftstoffe werden für lange Strecken und der Elektromotor für die städtische Umwelt eingesetzt. Zweitens wird daran gearbeitet, brennstoffzellenbetriebene Motoren zu entwickeln, eine Lösung, die fast keine Umweltverschmutzung verursacht. Diese beiden unterschiedlichen Systeme mit ihren starken Elektromotoren können bis zu 12 kg Kupfer enthalten.

Wärmetauscher
Ein neuer Wärmetauscher wurde mit der CuproBraze®-Technologie entwickelt, einem kostengünstigen, umweltfreundlichen Verfahren mit niedrigen Investitionskosten. Es produziert starke, zuverlässige gelötete Kupfer / Messing-Heizkörper mit Leistungs- und Kostenvorteilen gegenüber Aluminiumkörpern. Aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit sowie der Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen wird diese Technologie zunehmend in Marktsegmenten eingesetzt, die unter extremen Bedingungen absolute Zuverlässigkeit verlangen: Fernlastwagen, Landwirtschafts- und Baumaschinen, Generatoren und Geländefahrzeuge. Wenn die Nutzungsdauer der Heizkörper abgelaufen ist, kann das Kupfer in den Wärmetauschern recycelt werden, um neue oder andere Kupferprodukte zu erzeugen.

Bremsen
Das Bremssystem in Fahrzeugen ist ein sicherheitskritisches Element. Bremssysteme hängen von der Übertragung von entweder pneumatischem oder hydraulischem Druck ab, und Bremsleitungen können in einer besonders gefährdeten exponierten Position sein, die eine gute Beständigkeit gegen Korrosion durch Salz, Ermüdungsfestigkeit und Schlagfestigkeit erfordert.

Volvo begann bei seinen 1976er Modellfahrzeugen mit der Verwendung von Kupfer-Nickel-Rohren mit einem Durchmesser von 90-10 und verwendet diese weiterhin wie Audi, Porsche und Aston Martin.

Getriebe
In Kontakt mit beweglichen Teilen im Motor sorgen Kupferlegierungen für eine Oberfläche, die nicht klebt oder leicht abnutzt, während sie stark genug ist, um Halt zu bieten. In dieser Anwendung fungiert es als ein Lager. Kupferlegierungslagermaterialien werden für Schaltgabeln und Hochleistungslager verwendet.

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Schiene

Moderne Schienenfahrzeuge sind ausgesprochen kupferintensiv. In Hochgeschwindigkeitszügen kommen beispielsweise zehn Tonnen Kupfer pro Kilometer Fahrweg zum Einsatz. Die leistungsfähigsten E-Loks enthalten mehr als acht Tonnen Kupfer, während in einem Verkehrsflugzeug macht dieses Metall zwar nur rund zwei Prozent des Gewichts ausmacht, die aber mehr als 190 Kilometern Kupferleitung entsprechen. Durch die Benutzung angemessener Leiterquerschnitte wird Energie im Schienenverkehr gespart und die Zuverlässigkeit der bestehenden Schieneninfrastrukturen gesteigert.

Züge, sowohl an der Oberfläche als auch im Untergrund, wo die pneumatischen Bremsleitungen sehr harten Arbeitsbedingungen ausgesetzt sind, verwenden häufig die Messinglegierung Tungum für ihre primären Bremsleitungen.

Wasser

Kupferlegierungen wie Manganbronze oder Nickelaluminiumbronze werden zur Herstellung von Schiffsschrauben verwendet. Industrielle maritime Anwendungen greifen zur Herstellung von Rohren, Armaturen, Pumpen- und Ventilteilen auf Kupferlegierungen aus Kupfernickel und Aluminiumbronze zurück.