Eigenschaften von Kupfer
Es ist die besondere elektrische Leitfähigkeit von Kupfer, die das Metall zu einem der besten Leiter für elektrischen Strom macht. Nur Silber übertrifft die Leitfähigkeit von Kupfer noch. Kupfer ist zudem korrosionsbeständig, damit geht eine lange Lebensdauer einher. Ein langlebiges Material ist die beste Basis für die Herstellung von sicheren Schienen, sogar bei heftigen Umweltbedingungen. Eine weitere herausragende Eigenschaft von Kupfer ist dessen Duktilität. Das bedeutet, dass Kupfer leicht verformt werden kann und damit spezifischen Eigenschaften in Form und Abmessung bei der Verarbeitung entsprechen kann.
Anwendungsbereiche:
Über Schaltanlagen wird elektrischer Strom verteilt. Kupferschienen sind hier die wesentlichen Elemente, die bei der Steuerung und Verteilung des Stroms zum Einsatz kommen. Kupferschienen sind in Transformatoren verbaut, um hohe Stromstärken weiterzuleiten und die Übertragungseffizienz zu steigern. Die hohe Leitfähigkeit von Kupfer wird für Wechselrichter genutzt. Wechselrichter werden in Solaranlagen und erneuerbaren Energiesystemen genutzt.
Große Gebäudekomplexe und Industrieanlagen müssen mit Hochstrom arbeiten. Die Energieverteilung basiert bei diesen Systemen auf Kupferschienen. Damit wird die Stromversorgung im großen Stil zuverlässig, effizient und stabil.
Kupferverarbeitung und Produktion von Kupferschienen
Um das Rohmetall für den Einsatz vorzubereiten sind mehrere Arbeitsgänge notwendig. Die Herstellung von Kupferschienen umfasst folgende Schritte:
Zuerst wird das Rohmaterial vorbereitet. Das Rohmaterial steht in den meisten Fällen als Kathode oder Recyclingmaterial zur Verfügung. Als Kathode ist Kupfer in einer Reinform von 99,95% verfügbar. Das Rohkupfer wird geschmolzen und zu Barren bzw. Blöcken gegossen.
Die Kupferblöcke werden im nächsten Schritt gewalzt. Zunächst erfolgt die Warmwalzung, um eine Form zu schaffen. Danach wird die Kaltwalzung durchgeführt, um die Schienen in ihrem Durchmesser und der Breite zu produzieren, wie diese gebraucht werden.
Die Leitfähigkeit der Kupferschiene wird mit der Oberflächenbehandlung gesichert. Mit elektrolytischer Behandlung reinigt man das Material von Oxiden und Verunreinigungen.
Die Präzisionsschnitte erfolgen maschinell. Dabei wird die Schiene auf die erforderliche Länge geschnitten und je nach Wunsch mit Löchern versehen. Die zugeschnittenen Kupferschienen können danach gebogen oder zu komplexeren Formen gestaltet werden. Biegemaschinen übernehmen die Arbeit auf Basis einer CNC-Steuerung.
Mit der anschließenden Wärmebehandlung können dem Kupfer spezifische Eigenschaften in Bezug auf Flexibilität bzw. Härte eingearbeitet werden.
Nach dem Fertigungsprozess wird auf Qualität geprüft. Die Endkontrolle stellt sicher, dass alle Spezifikationen für die Kupferschiene erfüllt sind.
Methoden und Herstellungsprozesse können je nach Produzenten variieren.
Der Vorteil von Kupferschienen
Durch die exzellente Stromleitfähigkeit von Kupferschienen reduzieren sich letztendlich die Betriebskosten. Eine gute Leitfähigkeit bedeutet weniger Verluste bei der Stromübertragung. Zudem sind Kupferschienen zuverlässig, was Ausfallzeiten und Wartungsarbeiten vorbeugt. Kupferschienen können in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden, was der thermischen Beständigkeit von Kupfer zu verdanken ist.
Nachhaltigkeit von Kupfer
Ein Metall, das zu 100% recyclefähig ist, ist absolut umweltfreundlich. Und genau das trifft auf Kupfer zu. Kupfer kann ohne Verluste seiner Eigenschaften wiederverwendet werden. Zudem ist Kupfer langlebig, so dass die Beschaffung von Neumaterialien reduziert und damit die Kreislaufwirtschaft gefördert wird.
Alternativen zu Kupfer
Als Ersatz für Kupfer kommt Aluminium ins Spiel. Aluminium ist günstiger in der Anschaffung und leichter im Gewicht. Allerdings hat das Metall eine geringere Leitfähigkeit.
Eine Alternative zu Kupfer sind beschichtete Stähle. Da Stahl buchstäblich ins Gewicht fällt, ist die Einsatzmöglichkeit beschränkt.
Zukunftsaussichten
Geforscht wird an neuen Legierungen, die kupferähnliche oder sogar noch bessere Eigenschaften als Kupfer besitzen. Kupfer in Verbund mit anderen Metallen bei der Produktion von Schienen könnte die mechanischen Eigenschaften verbessern und die Leitfähigkeit erhöhen.
(Bildquelle: Pixabay.com – CC0 Public Domain)