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Wenn die Spannung steigt

Elektroband von thyssenkrupp ist ein wichtiger Bestandteil der Stromversorgung und der E-Mobilität. Mehr noch: entscheidend für das Gelingen der Energiewende.

(Text: Christiane Hoch-Baumann, Grafik: C3 Visual Lab)

Es ist der zurzeit vielleicht am meisten unterschätzte Werkstoff der Zukunft: Elektroband. Von ihm hängt nichts Geringeres als unsere Energieversorgung und der Erfolg der Energiewende ab. Denn Elektroband spielt dort eine wichtige Rolle, wo elektrische Energie effizient erzeugt, umgewandelt und genutzt wird. Bestes Beispiel hierfür ist die Elektromobilität. thyssenkrupp hat sich auf diese Herausforderungen gut vorbereitet.

Die Nachfrage nach elektrischer Energie wächst und wächst. Laut dem aktuellen Ausblick des britischen Energiekonzerns BP, steigt der Bedarf jedes Jahr um 1,4 Prozent. Bereits 2035 wird demnach auf der Erde gut ein Drittel mehr Energie verbraucht als heute. Der Weltenergierat prognostiziert bis 2060 gar eine Verdoppelung des Elektrizitätsbedarfs im Vergleich zu heute.

Die steigende Nachfrage soll vor allem durch die Nutzung erneuerbarer Energien gedeckt werden. Zum einen, weil fossile Brennstoffe endlich sind. Zum anderen, weil die Nutzung von Öl, Kohle und Gas den Klimawandel beschleunigt und deswegen eine Abkehr von der konventionellen Energieerzeugung unumgänglich macht.

Unsere Hightechwerkstoffe leisten einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit.

Dr. Jens Overrath

Elektroband von thyssenkrupp unterstützt die Energiewende. Die Eisen-Silizium-Legierung des Stahls bestimmt den Wirkungsgrad, der möglichst hoch sein sollte, und den Energieverlust von Generatoren, Transformatoren und Motoren, der möglichst niedrig sein sollte. Die erzeugte Energie, sei es im Kraftwerk oder im Windrad, soll effizient genutzt werden. „Wo Energieeffizienz verlangt wird, steckt Elektroband von thyssenkrupp drin“, sagt André Matusczyk, CEO der Business Unit Automotive, die im Unternehmen für besser werden.“

Im engen Austausch mit ihren Kunden arbeiten die beiden thyssenkrupp Experten zusammen mit ihren Teams aus dem Stahlbereich daran, ihr Produkt immer weiter zu verbessern. Produkte, die beispielsweise bei der regenerativen Stromgewinnung zum Einsatz kommen: Hier spielt die neue Generation nicht kornorientierter Elektrobänder eine wichtige Rolle, etwa in modernen Generatoren von Wasser- und Windkraftanlagen.

Der weichmagnetische Stahl bündelt und verstärkt den magnetischen Fluss im Inneren der Generatoren. So kann die mechanische Rotationsenergie ohne große Verluste in elektrischen Strom umgewandelt werden. „Die Leistungsfähigkeit der Generatoren und die Effizienz der Anlagen hängt maßgeblich von den Materialeigenschaften des Elektrobands ab“, so Matusczyk.

Transformatoren regeln Spannung

Dr. Jens Overrath fährt fort: „Um den gewonnenen Strom dann über große Entfernungen zu transportieren, muss er auf eine höhere Spannung gebracht werden, als er bei seiner Erzeugung besitzt.“ Das ist die Aufgabe von Transformatoren, in denen kornorientiertes Elektroband verbaut ist. „Die Spannung beim Transport ist etwa tausend Mal höher, als in häuslichen Steckdosen. Will man ihn danach nutzbar machen, muss er wieder heruntergeregelt werden – auch dafür braucht man Transformatoren.“

Eine besondere Herausforderung für die Business Unit Electrical Steel und für ihr kornorientiertes Elektroband liegt darin, die Ecodesign-Richtlinie der Europäischen Union zu erfüllen. Sie gibt unter anderem vor, welche Anforderungen Leistungs-, Verteil- und Maschinentransformatoren hinsichtlich verbesserter Energieeffizienz erfüllen müssen.

Die erste Stufe trat zum Juli 2015 in Kraft. Schrittweise verschärfen sich die Anforderungen an den Wirkungsgrad von Transformatoren, um Energie noch verlustärmer zu transportieren. „Den Jahresverbrauch von halb Dänemark – so viel Strom können allein Europas Transformatoren bis zur Umsetzung der Ecodesign-Richtlinie der Stufe 2 ab 2021 einsparen“, sagt Dr. Overrath.

Elektroband
Um Strom über große Entfernungen zu transportieren, muss er auf eine höhere Spannung gebracht werden, als er bei seiner Erzeugung besitzt. Will man ihn danach über Steckdosen nutzbar machen, muss er wieder heruntergeregelt werden: Das ist die Aufgabe von Transformatoren, in denen kornorientiertes Elektroband verbaut ist.

Neue Spitzensorten senken den Geräuschpegel

Derzeit liegt die Verlustquote allein in Deutschland noch bei zwei bis drei Prozent. „In Zukunft werden dafür noch diff erenziertere Elektrobandsorten verlangt. In diesen Spitzensorten sind wir bereits heute gut aufgestellt und begleiten die Entwicklung mit unseren speziell hochwertigen kornorientierten Produkten.“

Für die Herstellung von kornorientiertem Elektroband benötigt man eine enorme technologische Expertise – und die weist Electrical Steel auf: In den letzten 20 Jahren hat die Business Unit aus dem Stahlbereich von thyssenkrupp die Energieeffi zienz bei Elektroband um fast 40 Prozent verbessert – Tendenz steigend.

Mit den neuen Spitzensorten lässt sich neben dem Energieverbrauch auch der Geräuschpegel senken. „Das Elektroband ist nur noch 0,18 Millimeter dünn und macht Transformatoren leiser“, so Dr. Overrath. „Das sind auch Ergebnisse der sehr guten Zusammenarbeit mit unseren Kunden. Denn unsere innovative Produktentwicklung in Verbindung mit einer hohen Werkstoff kompetenz sind ein Mehrwert, den sie schätzen.“

Bessere magnetische Eigenschaften

Was die Ecodesign-Richtlinie für das kornorientierte Elektroband, ist das Energieeffizienzgesetz für das nicht kornorientierte Elektroband aus der Business Unit Automotive. Motorenhersteller von Industrieantrieben beispielsweise müssen je nach Antriebsklasse einen bestimmten Wirkungsgrad einhalten. Einsparmöglichkeiten finden sich auch in Haushaltsgeräten.

Hier eignen sich so genannte PP-Sorten, bei denen nach dem Stanzen in einer Stanzteilglühung alle Verarbeitungseinflüsse herausgenommen und die Materialeigenschaften nochmal verbessert werden. „Sie weisen hohe magnetische Leitfähigkeiten bei geringsten Verlusten auf“, so Matusczyk. Denn so perfekt und höchsteffi zient Elektroband auch entwickelt sein mag, jede mechanische Beeinflussung des Materials beeinflusst wiederum seine magnetischen Eigenschaften.

Die Energiewende ist von einer intelligenten Energieverteilung nicht zu trennen.

Dr. Jens Overrath
E-Mobilität
Nicht kornorientiertes Elektroband spielt vor allem auch in der E-Mobilität eine enorme Rolle. Hochfeste Sorten ermöglichen den Bau schnelldrehender Antriebsmotoren, die durch ihre verbesserten magnetischen Eigenschaften dafür sorgen, dass die Motoren effizienter arbeiten und so die Reichweite der Fahrzeuge erhöhen.

Stahl in Form von effizientem Elektroband ist zudem unverzichtbar für die Elektromobilität von heute und morgen. „Ohne Stahl keine Elektromobilität. Wir brauchen Elektroband zwingend zur Herstellung der E-Motoren“, sagt Matusczyk. Aus diesem Grund bietet thyssenkrupp auch hochfeste Elektrobandsorten an, die den Bau schnelldrehender Antriebsmotoren ermöglichen. Durch ihre verbesserten magnetischen Eigenschaften sorgen sie dafür, die Motoren effizienter zu machen und so die Reichweite der Fahrzeuge zu erhöhen. „Und gerade das ist ein zentraler Aspekt für die Akzeptanz von Elektroautos“, so Matusczyk.

Im eigens dafür eingerichteten E-Mobility-Center von thyssenkrupp werden die nicht kornorientierten Elektrobandsorten für die Verarbeitung in Fahrzeugmotoren getestet. „Wir prüfen, wie sich das Produkt in verschiedenen Verarbeitungsstufen in der Endanwendung verhält. Denn die Anforderungen eines Elektromotors fürs Auto sind andere als an einen Industriemotor“, sagt CEO Matusczyk. Er muss ganz unterschiedliche Aufgabe erfüllen: Vom Fahren auf der Landstraße bei gleichbleibender Geschwindigkeit über das Anfahren am Berg oder plötzliches Beschleunigen beim Überholen bis zum Stop-and-go-Verkehr in der Stadt.

Die Frage ist ja nicht, ob sich Elektromobilität durchsetzen wird, sondern wann.

André Matusczyk

Wegen ihrer langen Tradition und hohen fachlichen Kompetenz steht die Business Unit Automotive in intensivem Austausch mit allen deutschen Automobilherstellern. In den Bereichen Motor, Elektronik, Batterie und Leichtbau ist viel in Bewegung.

So begleitet der Stahlbereich von thyssenkrupp bereits seit Jahren unterschiedliche Projekte wie zum Beispiel den Streetscooter der Deutschen Post. Hier geht es vor allem um wirtschaftlichen Stahlleichtbau und den besten und crashsichersten Platz für die Batterien in einem E-Auto. „Die Frage ist ja nicht, ob sich Elektromobilität durchsetzen wird, sondern wann“, so Matusczyk. „Noch reagiert der Markt verhalten, aber eine Dynamik ist zu erkennen. Und wir sind bereit.“

Mit welcher Geschwindigkeit sich etwas tun wird, hängt ab von den gesetzlichen Rahmenbedingungen, den bereit gestellten Entwicklungs- und Investitionsbudgets sowie der verfügbaren Infrastruktur.

Intelligente Verteilnetze sind gefragt

Für den Verbraucher spielen Themen wie Reichweite der Fahrzeuge und Verfügbarkeit von Ladestationen eine maßgebliche Rolle. Je mehr Ladestationen benötigt werden, desto mehr Einspeisepunkte bzw. Verteiltransformatoren braucht man. „Es ist ganz einfach“, so Dr. Overrath. „Steigt die Zahl der Stromverbraucher, muss die Verteilkapazität erhöht werden. Wofür der Strom genutzt wird, ist dabei unerheblich.“

Stahl wird als Elektroband und Leichtbauwerkstoff in der E-Mobilität eine enorme Rolle spielen.

André Matusczyk

Elektromobilität verschärfe diese Situation, da die Verteilnetze in Deutschland und Europa dafür derzeit nicht ausreichen würden. „Die Energiewende ist von einer intelligenten Energieverteilung nicht zu trennen.“ Intelligente Verteilnetze, so genannte „Smart Grids“, sind gefragt.

Schon jetzt muss die schwankende Nachfrage nach Strom gesteuert und ausgeglichen werden. Mit der stärkeren Nutzung von erneuerbaren Energien, die nicht ständig verfügbar sind, wird diese Aufgabe künftig noch komplexer. Ein parallel zum Stromnetz agierendes Datennetz soll deshalb die Erzeugung, Speicherung und Verteilung der Energie mit Hilfe von neuartigen Transformatorenkonzepten koordinieren.

„Der Bedarf ist da“, so Dr. Overrath. „Das notwendige kornorientierte Elektroband für diese smarten Transformatoren ist heute schon bei uns verfügbar.“ Mit anderen Worten: Ohne thyssenkrupp ist die Energiewende nicht machbar.

  • CEO Dr. Jens Overrath

    Die Business Unit Electrical Steel aus dem Stahlbereich thyssenkrupp produziert als einziger Hersteller in Europa die komplette Bandbreite hochwertiger kornorientierter Elektrobandsorten und verkauft diese weltweit. Electrical Steel trägt mit seinen innovativen Elektrobändern powercore® H und powercore® C in hohem Maße dazu bei, Energieverlusten bei der Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie auf ein Minimum zu reduzieren.

  • CEO André Matusczyk

    Neben innovativen Werkstoffen für die Automobilindustrie bietet die Business Unit Automotive aus Stahlbereich von thyssenkrupp auch das High-Tech-Produkt nicht kornorientiertes Elektroband der Marke powercore® an. Damit leistet die Business Unit einen wesentlichen Beitrag zum weltweiten Umweltschutz und zur Nachhaltigkeit von Energieressourcen.

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