Kupferwicklung vs. Aluminiumwicklung: Vergleich für Motor und Transformator

Eine Kupferwicklung leitet besser und baut kompakter, eine Aluminiumwicklung ist leichter und im Material deutlich billiger. Aluminium erreicht rund 60 Prozent der Leitfähigkeit von Kupfer: Leitaluminium 1350 kommt auf mindestens 35,5 MS/m (Aerumtec), Kupfer Cu-ETP auf mindestens 58 MS/m (Aurubis, Datenblatt 2026). Für denselben Widerstand braucht eine Aluminiumwicklung deshalb den 1,63-fachen Querschnitt. Weil Aluminium mit 2,70 g/cm³ nur ein Drittel so dicht ist wie Kupfer mit 8,9 g/cm³, wiegt sie trotzdem nur die Hälfte. Je Kilogramm kostet Kupfer an der London Metal Exchange das 4,7-Fache (Kasse, 23. Oktober 2026), das Metall für eine Wicklung mit gleichem Widerstand also rund das Zehnfache. Verteiltransformatoren laufen deshalb häufig mit Aluminium, Motoren mit knappem Bauraum und Großtransformatoren fast immer mit Kupfer. Dieser Vergleich rechnet die Unterschiede für Motor und Transformator nach, erklärt, warum die Kontaktierung über die Lebensdauer entscheidet, und zeigt, was der Leiterwerkstoff für Nutisolation, Deckschieber und Lagenisolation bedeutet, die wir als Isolierteile für Motoren und Transformatoren fertigen.

Kupfer und Aluminium als Wicklungswerkstoff im direkten Vergleich

Die Zahlen in Foren und Herstellerblogs widersprechen sich, mal hat Aluminium 50, mal 62 Prozent der Leitfähigkeit, mal ist es ein Drittel, mal 70 Prozent leichter. Der Grund: Die Quellen vergleichen mal gleiche Masse, mal gleichen Querschnitt, mal das fertige Gerät. Für eine Wicklung zählt der Vergleich bei gleichem Widerstand, denn dann sind auch die Stromwärmeverluste gleich. Die Werkstoffwerte stammen aus den Datenblättern von Aurubis, Aerumtec und Bikar, die Grenztemperaturen von Olivares-Galván und Kollegen (IET Electric Power Applications, 2010).

Ein Meter Kupferleiter mit 10 mm² Querschnitt hat 1,72 mΩ Widerstand und wiegt 89 g. Derselbe Widerstand braucht in Aluminium 16,3 mm², das ergibt 1,73 mΩ bei 44 g. Zu den LME-Kursen vom 23. Oktober 2026 steckt im Kupfermeter Metall für 1,28 US-Dollar, im Aluminiummeter für 0,13 US-Dollar. Der Faktor 4,7 je Kilogramm wird so zum Faktor zehn je Wicklung. Weil der Kupferpreis stark schwankt, rechnen Sie am besten mit dem Verhältnis und dem Datum, nicht mit dem absoluten Preis.

Das fertige Gerät wird dadurch nicht zehnmal teurer. In einem Verteiltransformator machen die Wicklungen 22 plus minus 6 Prozent der Materialkosten aus, Kern, Isolation, Kessel und Formteile den Rest (Olivares-Galván). Leitfähigkeitswerte weiterer Metalle und Legierungen stehen im Beitrag zur elektrischen Leitfähigkeit, die Wärmeleitwerte im Beitrag zur Wärmeleitfähigkeit.

Im Transformator hat Aluminium den Verteiltrafo übernommen

Die gründlichste Rechnung zum Transformator stammt von Olivares-Galván, de León, Georgilakis und Escarela-Pérez. Sie haben Verteiltransformatoren mit Kupfer- und mit Aluminiumwicklung jeweils auf die niedrigsten Gesamtkosten über die Lebensdauer ausgelegt, Verluste eingerechnet. Mit den Metallpreisen vom November 2009 war Aluminium unter 190 kVA die günstigere Wahl, ab 190 kVA Kupfer, weil die kompaktere Kupferwicklung weniger Kern, Isolation, Kesselstahl und Öl braucht. Die Aluminiumtransformatoren der Studie hatten im Mittel eine um 15 Prozent längere Wicklung, 20 Prozent mehr Kernmasse und 45 Prozent mehr Öl, ihre Wicklungen waren 25 Prozent leichter. Damals kostete Kupfer je Kilogramm rund das 3,5-Fache von Aluminium (6,47 gegen 1,87 US-Dollar), im Oktober 2026 das 4,7-Fache. Die Rechnung hat sich seitdem weiter zugunsten von Aluminium verschoben.

Gesetzliche Wirkungsgrade gelten für beide Werkstoffe gleich: In den USA muss ein 500-kVA-Verteiltrafo 99,35 Prozent erreichen, gleich welcher Leiter (Maddox). Der Hersteller WEG berichtet, dass ein Aluminiumtrafo bei gleichen Verlusten einen 5 bis 20 Prozent schwereren Kern, aber fast dieselbe Gesamtmasse hat, und dass die Wirbelstromverluste in Aluminium bei gleichem Leitervolumen um 38 Prozent niedriger liegen. Die meisten Trockentransformatoren für Nieder- und Mittelspannung sind heute mit Aluminium gewickelt (Elsco Transformers). Kupfer bleibt die bessere Wahl, wenn

• der Transformator klein ist: Bis etwa 5 kVA wickeln Hersteller mit Kupfer, weil dünner Aluminiumdraht spröde ist und beim Wickeln bricht (Hammond Power Solutions),
• die Leistung groß ist: Ab etwa 1 bis 3 MVA lässt sich Kupfer praktischer wickeln (Hammond), und fast alle Großtransformatoren haben Kupferwicklungen (Olivares-Galván),
• die Maße eng vorgegeben sind, denn sehr knappe Abmessungen verlangen Kupferspulen (Hammond),
• Salzluft oder Seewasser im Spiel sind, weil Aluminium empfindlicher auf Chlorid reagiert (Hammond empfiehlt für Schiffe Kupfer),
• hohe Fehlerströme, Vibration oder häufige Überlast zu erwarten sind (Elsco).

Aufbau, Bauarten und Isoliersystem des Transformators erklärt der Beitrag zum elektrischen Transformator.

Folienwicklungen brauchen eine Lagenisolation in voller Bandbreite

In der Unterspannungswicklung liegt der Leiter oft als Band statt als Draht. Der Gießharztrafo-Hersteller SGB-SMIT führt sie fast immer als Bandwicklung aus, Ausnahmen gibt es unter 250 kVA und über 3,6 kV. Unter 0,2 mm Dicke heißt der Leiter Folie, darüber Band (Olivares-Galván). Hydro liefert Aluminium-Trafoband in Dicken von 0,30 bis 2,50 mm und Breiten von 25 bis 1.500 mm. Zwischen den Windungen liegt eine Lage Isolierstoff über die ganze Bandbreite, klassisch ein Rautenpunktpapier von 150 bis 300 µm mit Überlänge an den Rändern (Alanod). Herkömmliche Gießharztransformatoren nutzen dafür eine Folie der Wärmeklasse F (SGB-SMIT).

Hydro weist auf eine Schwachstelle hin: Hohe, scharfe Grate an der Schnittkante des Bands können das Isolierpapier durchstoßen. Für die Lagenisolation folgt daraus zweierlei. Sie muss in genau der Bandbreite plus Überstand auf der Rolle liegen, und ihre Kante muss so gerade laufen wie das Band. Beim Rollenschneiden im Lohn schneiden wir Aramidpapier, PET-Folie und Laminate in Breiten von 5 bis 1.600 mm mit plus minus 0,1 mm Breitentoleranz, auf Kerne mit 25, 55, 76 oder 152 mm Innendurchmesser. Welche Werkstoffe als Zwischenlage taugen, steht im Beitrag zur Lagenisolation.

Im Elektromotor bleibt die Ständerwicklung meist aus Kupfer

Im Asynchronmotor steckt Aluminium vor allem im Läufer. Der Kurzschlusskäfig wird gegossen, und Aluminium schmilzt schon bei 660 °C, Kupfer erst bei 1.083 °C (Fassbinder, Deutsches Kupferinstitut, in de 20/2004). Ein Kupferläufer hebt den Wirkungsgrad, ist aber schwerer zu gießen. Die Ständerwicklung aus Lackdraht ist dagegen fast immer aus Kupfer. Asynchronmotoren im Dauerbetrieb über 1 hp, also rund 0,75 kW, sind mit Kupfer gewickelt, Aluminium ist eine Alternative für kleinere Motoren, die nicht dauernd laufen (Wikipedia, Magnet wire). Ein Beispiel sind Laugenpumpen für Waschmaschinen und Geschirrspüler: Askoll beschreibt in einem Patent von 2016 eine Aluminiumwicklung, die wegen des Kupferpreises eingeführt wurde, voluminöser ausfällt und mehr Wärme abführen muss. Solche Pumpen und Lüftermotoren stecken in den Geräten, für die wir Isolierteile für Haushaltsgeräte liefern.

Die Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781 verlangt seit dem 1. Juli 2021 die Klasse IE3 für Drehstrommotoren von 0,75 bis 1.000 kW und seit dem 1. Juli 2023 die Klasse IE4 von 75 bis 200 kW (VEM). Den Leiterwerkstoff lässt sie offen. Für dieselben Stromwärmeverluste braucht Aluminium 63 Prozent mehr Leiterquerschnitt, also größere Nuten oder ein längeres Blechpaket.

Interessant wird Aluminium dort, wo es mehr Platz in der Nut bekommt als Kupfer. Das Fraunhofer IFAM gießt Spulen, statt sie zu wickeln, und kommt so auf Füllfaktoren, die Draht nie erreicht:

• In einer 330-kW-Gleichstrommaschine der Lloyd Dynamowerke ersetzten gegossene Wendepolspulen mit über 90 statt rund 50 Prozent Füllfaktor die Kupferspulen. Der Widerstand lag nicht höher, der Temperaturhub sank von 75 auf 45 K, die Rohstoffkosten je Spule von 52 auf 6 Euro (IFAM 2013).
• In einem 250-W-Pedelec-Motor stieg der Füllfaktor von 32 auf 60 Prozent, der Motor wurde 10 Prozent leichter und lieferte fast 20 Prozent mehr Dauerleistung (IFAM 2019).
• Für Fahrzeugantriebe nennt das Institut bis zu 50 Prozent weniger Gewicht im Aktivteil bei nahezu gleichem Wirkungsgrad. Den größeren Bauraum der Aluminiumspulen gleicht ein Verschaltungsring aus Kupfer aus (IFAM, Mai 2019).

Für Hairpin-Traktionsmotoren untersuchen Petrelli und Kollegen (Universität Nottingham, ICEM 2022) Aluminium an einem 150-kW-Motor mit 18.000 U/min und halten es für einen aussichtsreichen Kandidaten, vor allem wegen geringerer Wechselstromverluste. Der Grund liegt in der Stromverdrängung: Die Eindringtiefe wächst mit der Wurzel des spezifischen Widerstands. Aus 3,3 mm in Kupfer bei 400 Hz werden in Aluminium rechnerisch rund 4,2 mm. Serienmotoren mit Hairpin-Wicklung nutzen heute Kupferflachdraht. Die übrigen Wicklungsarten und ihre Isolierung beschreibt der Beitrag zur Elektromotorwicklung.

Die Kontaktierung entscheidet, wie lange eine Aluminiumwicklung hält

Der häufigste Einwand lautet: Aluminium hält nicht so lange. Für die Wicklung selbst stimmt das nicht. Kupfer- und Aluminiumtransformatoren nutzen dieselben Isoliersysteme und erwärmen sich ähnlich, ihre Lebensdauer ist deshalb ähnlich (Hammond Power Solutions, AEMT). Der schlechte Ruf stammt aus den 1960er-Jahren, als Brände entstanden, und zwar an den Verbindungen, nie am Draht (Hammond). Genau dort liegen die vier Schwächen des Aluminiums:

• Die Oxidschicht bildet sich an Luft in Nanosekunden (Hertweck und Kollegen, METALL 5/2020) und isoliert sehr gut (Olivares-Galván). Eine Verbindung muss sie durchbrechen und danach gasdicht bleiben (Hammond).
• Aluminium kriecht. Unter dem Druck einer Klemme fließt es langsam weg, die Kontaktkraft sinkt, der Übergangswiderstand steigt (Chipkin, METALL 5/2020).
• Aluminium dehnt sich rund ein Drittel stärker als Kupfer. Mit jedem Wärmezyklus lockert sich eine Schraubverbindung ein wenig mehr (Chipkin).
• Kupfer und Aluminium liegen in der Spannungsreihe 2,01 V auseinander. Mit Feuchte korrodiert das Aluminium an der Kontaktstelle (METALL 5/2020).

WEG nennt Schrauben, Crimpen und Schutzgasschweißen als bewährte Verfahren. Der Gießharztrafo-Hersteller SGB-SMIT verbindet Ausleitungsschienen und Wicklungsband seit über 20 Jahren nur noch durch Kaltpressschweißen mit 400 kN, Motorenhersteller setzen Durchdringungscrimps, die das Oxid unter hohem Druck aufbrechen (ACHR News). Die Gegenposition kommt aus der Bahntechnik: In kleinen, selten gewarteten Signaltransformatoren steigt der Widerstand durch Aluminiumoxid über die Jahre (Rail Engineer, 2019). Unsere Einschätzung: Aluminium ist eine gute Wahl, wenn die Anschlüsse gepresst oder geschweißt sind und die Umgebung trocken ist. Wo geschraubt wird und niemand nachzieht, ist Kupfer die sichere Wahl.

Was der Leiterwerkstoff für die Isolation bedeutet

Der Isolation ist es gleich, ob Kupfer oder Aluminium den Strom führt. Wärmeklasse und Werkstoffe bleiben dieselben (Hammond). Es ändern sich die Maße und die Randbedingungen, und damit die Zeichnung jedes Isolierteils:

1. Die Nut wird größer. Bei gleichem Füllfaktor braucht Aluminium 63 Prozent mehr Nutfläche. Aus einer Rechtecknut von 10 x 20 mm werden bei gleichen Proportionen 12,8 x 25,6 mm. Der Nutumfang und damit der Zuschnitt der Nutisolation wächst um 28 Prozent, Deckschieber werden breiter. Bei 0,25 mm Isolierdicke sinkt der Anteil der Isolation an der Nutfläche von 7,5 auf 5,9 Prozent.
2. Die Spule im Transformator wird dicker. Im 25-kVA-Beispiel von Olivares-Galván misst die Oberspannungswicklung radial 55,7 statt 38,0 mm, die Unterspannungswicklung 25,2 statt 14,2 mm. Dazu ist die Wicklung 15 Prozent länger. Das bedeutet mehr Lagen und mehr Fläche Lagenisolation.
3. Die Wicklung bewegt sich mehr. Aluminium dehnt sich bei jedem Lastwechsel ein Drittel stärker, und die Wärmeausdehnung der Leiter kann die Isolation brechen (Olivares-Galván). An Nutausgang und Wickelkopf braucht die Isolation deshalb Reserven gegen Reibung.
4. Schnittkanten von Band und Folie greifen an. Grate am Aluminiumband durchstoßen dünnes Papier (Hydro), die Zwischenlage braucht daher Dicke und Durchstoßfestigkeit mit Reserve.
5. Die Kurzschlussgrenze liegt niedriger. Im Öltransformator der Wärmeklasse A darf Aluminium im Kurzschluss 200 °C erreichen, Kupfer 250 °C. Beide Grenzen sollen die Alterung des Papiers am Leiter begrenzen (Olivares-Galván).

Unsere Empfehlung: Wer von Kupfer auf Aluminium umstellt, schickt die Isolierteile mit in die Neukonstruktion und übernimmt keine alte Zeichnung. Welche Werkstoffe in die Nut gehören, steht im Beitrag zur Nutisolation, wie der Nutverschluss aussieht, im Beitrag zum Deckschieber. Die Papiere und Laminate nach Wärmeklasse vergleicht der Beitrag zum Isolierpapier für Elektromotoren, die Temperaturgrenzen der Isolierstoffklassen.

GOBA fertigt diese Teile aus Pressspan, NMN, DMD, Aramidpapier und NKN, Deckschieber aus allen flächigen Elektroisolierstoffen und in allen Wärmeklassen. Wir liefern als Rolle, Bogen, Zuschnitt, Stanzteil oder Formteil, je nach Werkstoff in Dicken von 7 µm bis 3 mm, ab einem Stück und bei vorrätigem Material in höchstens zwei Wochen. Für ein Angebot reichen Zeichnung, Menge und Dicke, bei Rollen dazu Breite, Lauflänge, Kern und Toleranzen. Den passenden Werkstoff wählen Sie aus unseren Isoliermaterialien oder fragen unsere technische Beratung, wir antworten an Werktagen innerhalb von 24 Stunden.

Kupfer oder Aluminium: so entscheiden Sie

Die Fragen stehen in der Reihenfolge, in der sie die Wahl am stärksten einengen.

1. Ist der Bauraum fest? Dann Kupfer. Aluminium braucht 63 Prozent mehr Querschnitt, und der muss irgendwo hin.
2. Zählen Gewicht und Metallkosten mehr als Volumen, etwa beim Verteiltrafo? Dann Aluminium: Die Wicklung wiegt die Hälfte, ihr Metall kostet bei gleichem Widerstand ein Zehntel.
3. Wie werden die Enden angeschlossen? Gepresst oder geschweißt passt Aluminium, geschraubt und ungewartet passt Kupfer.
4. Gibt es Salzluft, Feuchte, Vibration oder hohe Kurzschlusskräfte? Dann Kupfer.
5. Ein Transformator bis etwa 5 kVA oder ein Motor im Dauerbetrieb über rund 0,75 kW? Dann Kupfer. Dünner Aluminiumdraht bricht beim Wickeln, und ein Normmotor hat keinen Platz für 63 Prozent mehr Querschnitt.

FAQ zur Kupfer- und Aluminiumwicklung

Wie viel teurer ist Kupfer als Aluminium?

An der London Metal Exchange kostete Kupfer am 23. Oktober 2026 in der Kasse 14.415 US-Dollar je Tonne, Aluminium 3.043 US-Dollar, also das 4,7-Fache. Für eine Wicklung mit gleichem Widerstand braucht Aluminium nur die halbe Masse, der Metallwert unterscheidet sich deshalb um rund den Faktor zehn. Mit Verarbeitung schrumpft der Abstand: Für Aluminium-Flachdraht nennt ein Fachartikel in METALL 5/2020 eine Preisersparnis um den Faktor drei bis vier. Ganze Verteiltransformatoren mit Kupferwicklung kosten laut Maddox das Zwei- bis Dreifache.

Hat ein Motor mit Aluminiumwicklung einen schlechteren Wirkungsgrad?

Bei gleichem Drahtquerschnitt ja, der Widerstand ist 1,63-mal so hoch, und die Stromwärmeverluste steigen im selben Maß. Bekommt die Aluminiumwicklung 63 Prozent mehr Querschnitt, sind die Verluste gleich, der Motor wird aber größer. Die IE-Klassen der EU-Verordnung 2019/1781 messen Verluste und erlauben beide Werkstoffe. Gegossene Aluminiumspulen mit hohem Füllfaktor können Kupferdraht sogar schlagen, wie die Versuche des Fraunhofer IFAM zeigen.

Hält eine Aluminiumwicklung so lange wie eine Kupferwicklung?

Ja, wenn die Anschlüsse stimmen. Beide Werkstoffe nutzen dieselben Isoliersysteme und erreichen ähnliche Erwärmungen, die Lebensdauer der Isolation ist deshalb ähnlich. Ausfälle entstehen an Verbindungen, die das Oxid nicht dauerhaft durchbrechen oder sich durch Kriechen lockern. Gepresste und geschweißte Anschlüsse vermeiden das, geschraubte Klemmen ohne Wartung nicht.

Kann man eine Aluminiumwicklung beim Umwickeln durch Kupfer ersetzen?

Ja, das ist in Reparaturwerkstätten üblich. Rechnerisch reicht Kupfer mit rund fünf Achteln der Aluminiumfläche, der Verband EASA hält diese Reduktion aber nicht in jedem Fall für ratsam. Die Spulenmaße sollen möglichst wie im Original bleiben. Weil das Blechpaket bleibt, behalten Nutisolation und Deckschieber bei einer Umwicklung meist ihre Maße.

Braucht eine Aluminiumwicklung eine andere Isolierung?

Dieselben Werkstoffe und dieselbe Wärmeklasse, aber andere Maße. Die Nut wird bei gleicher Leistung größer, die Spule dicker, und die Isolation muss die um ein Drittel stärkere Wärmeausdehnung mitmachen. Im Öltransformator der Wärmeklasse A liegt die Kurzschlussgrenze für Aluminium bei 200 °C statt 250 °C, damit das Papier am Leiter nicht schneller altert.

Gibt es Aluminiumwicklungen im Elektroauto?

In der Serie nutzen Traktionsmotoren heute Kupfer, meist als Hairpin aus Flachdraht. Die Forschung arbeitet an Aluminium: Das Fraunhofer IFAM nennt bis zu 50 Prozent weniger Gewicht im Aktivteil bei nahezu gleichem Wirkungsgrad, und eine Studie der Universität Nottingham an einem 150-kW-Motor sieht Aluminium-Hairpins wegen geringerer Wechselstromverluste als aussichtsreich.