Splicen – Crimpen mit Endlosband Die Qualität von Spliceverbindungen beurteilen

Splicen ist eine Sonderform der Crimptechnik. Das Spliceband wird in einem Arbeitsgang geschnitten, geformt, um die zu verbindenden Leiter gelegt und zu einer dauerhaften Verbindung gequetscht. Um die Qualität dieser Verbindungen während der Fertigung zu beurteilen und zu optimieren, gibt es mehrere Möglichkeiten.

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

MEGATRON Elektronik GmbH & Co. KG

Spliceverbindungen sind eine Sonderform der Crimptechnik, die nicht unbedingt mit dem Anschlagen von Preforms an Litze zu vergleichen ist. Mit der Splicetechnik werden überwiegend zwei oder mehr Leiter miteinander verpresst. Diese können von unterschiedlicher Art sein: Typischerweise Bauteilanschlüsse miteinander oder mit Litze, Litze mit Litze usw. Die DIN EN 60352 ist daher nur bedingt auf Spliceverbindungen anwendbar.

Qualitätsüberwachung von Crimpprozessen

Es gibt folgende Möglichkeiten um Crimpverbindungen während der Fertigung qualitativ zu bewerten:

Visuelle und zerstörende Prüfung

Dazu zählen Crimphöhenmessung, Auszugskraftmessung und Schliffbilderstellung. Die DIN EN 60352-2 umfasst neben den Anforderungen an die Komponenten die zur Herstellung eines Crimps nötig sind, auch Forderungen hinsichtlich der fertigen Crimpverbindung. Dies wird ergänzt durch Angaben und Auflagen der Industrie.

Permanente Überwachung

Geräte zur Crimpkraftüberwachung messen den für den Crimp aufgebrachten Kraft-Zeit-Verlauf und bewerten auf Grundlage eines zuvor ermittelten Referenztoleranzbereiches, ob der Crimp gut oder schlecht war. Zur Aufnahme der Crimpkraft dient ein piezoelektrischer Kraftsensor, welcher eine zur Crimpkraft proportionale Ladungsmenge abgibt. Ein solches Kraftmessgerät kann mit einer Crimpmaschine so verbunden werden, dass die Maschine bei einer Fehlcrimpung automatisch blockiert, bzw. die Verbindung sofort zerstört.

Die Crimpkraftüberwachung dient dem Vergleich der einzelnen Crimpungen mit den vor Produktionsstart ermittelten Referenzcrimpungen. Die Vernetzung der Geräte mit einem PC ermöglicht eine statistische Auswertung des Crimpprozesses, sowie eine grafische Darstellung der Kraft-Zeit-Verläufe und Archivierung der aufgenommen Daten. Jeder einzelne Crimp ist somit kontrollier- und dokumentierbar.

Maßnahmen zur Qualitätssicherung

Für viele Anwendungen reichen visuelle und zerstörende Prüfmethoden nicht aus, um einen Crimp sicher zu beurteilen. Sehr viele Merkmale müssen einer visuellen Prüfung unterzogen werden. Die Richtigkeit ist also abhängig von der Erfahrung des Prüfenden. Immer kleiner werdende Querschnitte erschweren es auch geübten Fachkräften zunehmend eine sichere visuelle Überprüfung durchzuführen. Zusätzlich können visuelle und zerstörende Prüfungen nur stichprobenartig durchgeführt werden.

Der Crimpprozess muss heute statistisch überwacht und alle wesentlichen Qualitätskriterien des Crimps müssen überprüft werden. Die Mess- und Prüfdatenerfassung soll möglichst zeitnah überwachen und steuern können. Die Maßnahmen werden dabei als weitgehend selbständiger Regelkreis gesehen. Durch die Prozessnähe wird eine möglichst hohe Datenaktualität geschaffen, mit der man auf Störungen und Abweichungen schnell reagieren kann.

Qualitätsbeurteilungen von Spliceverbindungen mittels Schliffbild

Spliceverbindungen werden aus einem Stück abgeschnittenen Bandmaterials gefertigt. Die Schnittkanten sind gezackt um einen stabileren Splice zu erhalten. Dies ist besonders bei der Auswertung von Schliffbildern zu beachten.

Die Zacken greifen nach dem Einrollen ineinander, je nachdem wo der Splice bei der Schliffbilderstellung durchtrennt wird, kann eine Zacke von einer Seite kommend weiter in den Splice hineinragen. Es sieht dann so aus , als wäre eine Seite weiter eingerollt als die andere. Wenn man jedoch um eine Zackenbreite nachschleift und erneut betrachtet, sieht es aus, als ob die gegenüberliegende Seite weiter eingerollt wäre. In Wirklichkeit ist der Splice symmetrisch, beide Seiten sind gleich weit eingerollt und stützen sich aneinander ab.

Crimpkraftüberwachung bei Splicepressen

Auch wenn es mehrere Anbieter gibt, die Grundlage der Crimpkraftüberwachung ist immer die gleiche. Während des Crimpvorganges misst ein Sensor die Kraft, meldet diese an eine Elektronik und konvertiert die aufgenommenen Kräfte in eine Zeit-Kraft-Kurve. Diese Merkmale werden je nach Hersteller unterschiedlich ausgewertet.

Das Ziel ist immer das gleiche, nämlich „schlechte“ von „guten“ Crimpungen herauszufiltern und dem Bediener zu melden. Es gibt „Pro“ und „Contra“ bei jedem System, aber die Schwierigkeiten sind ungeachtet der Messmethode die gleichen.

Viele Anwender realisieren nicht, wie sensitiv Crimpkraftüberwachungen wirklich sind. Abhängig von den Toleranzeinstellungen wird erkannt, ob eine einzelne Litze nicht mit vercrimpt ist. Die Crimpkraftüberwachung wertet sämtliche Einflüsse aus, die auf das komplette System einwirken, einschließlich Kabel bzw. Bauteilanschluss, Spliceband bzw. Verbinder, Werkzeug, Maschine, Überwachung und Bediener.

Einfluss von Werkzeug und Maschine

Ein verschlissenes Werkzeug kann negative Auswirkungen auf die Crimpkraft besitzen. Das ist auch der Fall, wenn die Presse alt ist bzw. zu viel Spiel hat oder wenn die Presse keine konstante Zyklusgeschwindigkeit hat. Speziell bei Splicewerkzeugen, die aus vielen Einzelteilen bestehen können, kann es hier zu Irritationen kommen.

Je kompakter und hochwertiger das Werkzeug und je konstanter die Geschwindigkeit sind, desto kleiner sind die Toleranzeinstellungen. Um die Effizienz einer Crimpkraftüberwachung wirklich zu nutzen, muss die Presse inklusive Werkzeug dementsprechend gewartet werden. Auch wenn diese Faktoren die Messergebnisse beeinflussen, kann die Crimpung als „gut“ bewertet werden. Dazu muss allerdings die Toleranzeinstellung angepasst werden, was nichts anderes heißt, als auf optimale Qualität zu verzichten. Die Drift der Crimpkraftüberwachung ist definiert für Abweichungen zur Referenzkurve wie Materialstärkentoleranzen oder Variationen im Kabel bzw. Bauteilanschluss.

Die Drift berücksichtigt Differenzen zwischen den am Morgen eingelesenen Werten, wenn die Maschine und das Werkzeug kalt sind, und denen am Ende des Tages, wenn die Komponenten erwärmt sind und der Arbeitsablauf leichter vonstatten geht. Im Verlauf des Tages wird die Referenzkurve leicht verschoben, um diese geringfügige Fluktuation auszugleichen.

Einige Überwachungseinrichtungen stützen sich auf PC-Software, um die individuellen Parameter für die Arbeit zu optimieren. Für wiederkehrende Arbeiten lassen sich die optimalen Parameter speichern und bei Bedarf über ein Netzwerk an die jeweilige Presse senden. Dies spart Einrichtzeit.

Spliceband – der Teufel liegt im Detail

Nicht jedes Splicematerial ist gleich. Es kann sein, dass die Toleranzeinstellungen abhängig vom verwendeten Werkstoff und Hersteller angepasst werden müssen. Grundsätzlich gilt, je leichter und dünner das Material ist, desto größer ist das Zulässigkeitsfenster. Schweres Material hat üblicherweise weniger Spielraum.

Großen Einfluss hat das Herstellungsverfahren von Splicebändern. Hier gibt es massive Qualitätsunterschiede. Spliceband kann aus Bandblechen geschnitten werden, das Profil wird gefräst. Bei diesem Verfahren muss schon das Ausgangsmaterial sehr enge Toleranzen aufweisen, auch das Fräsen kann zu ungewollten Schwankungen in der Dichte bzw. dem Gesamtquerschnitt führen.

Die zweite Möglichkeit besteht im Ziehen aus Runddraht mit anschließendem Prägen des Profils. Mit diesem Verfahren - beste Verarbeitungsmaschinen und Werkzeuge vorausgesetzt - können verschiedenen Profilarten in hervorragender Qualität gefertigt werden. Die Toleranz in der Dicke beträgt maximal ± 0,015mm.

Bauteile, Litzen und Bediener – worauf ist zu achten

Splicepressen werden hauptsächlich als Handarbeitsplätze eingesetzt und es werden die unterschiedlichsten Leiter miteinander verpresst. Einzellitzen untereinander lassen sich leichter verformen als beispielsweise Litze mit starrem Draht eines Bauteiles.

Litzen können zunächst „leichter ausweichen“. Legt man Litze und Festmaterial übereinander, sind die zur Verformung nötigen Kräfte im Vergleich zu nebeneinanderliegenden Litzen größer. Eine unterschiedliche Platzierung führt unweigerlich zu Unterschieden in der Messung, die durch die Überwachungseinheit gemeldet werden. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass erfahrene Bediener einheitlicher als Anfänger arbeiten. Daher kann es nötig sein, das Toleranzfenster entsprechend zu vergrößern.

Weitere Tipps und Zusammenfassung

Zuerst sollten alle Vorbereitungen für die Serienfertigung abgeschlossen sein, bevor Referenzen für die Crimpkraftkontrolle aufgenommen werden. Auszugskraft- und Crimphöhenwerte müssen verifiziert und alle Maschineneinstellungen bestätigt werden. Verschiedene Anwendungen verlangen auch unterschiedliche Arbeitseinstellungen. Eine Software hilft diese Daten zu verwalten. Kommt eine Störungsmeldung, bewertet die Crimpkraftüberwachung das gesamte System.

Trotz ihrer Komplexität ist die Crimpkraftüberwachung ein sinnvolles Werkzeug, um die Qualität der Crimpungen auf hohem Niveau zu halten. Sie zwingt den Benutzer zur Instandhaltung von Werkzeugen und Pressen, bei der Auswahl des Verbindermaterials auf hohe Güte zu achten, und somit das System zu einem höheren Qualitätslevel zu führen.

Vorteile des Crimpens gegenüber der herkömmlichen Löttechnik

Keine thermische Belastung Vibrations- und schockfeste Verbindung Keine Schwankungen im Fertigungsprozess Kontrollier- und dokumentierbar Einfache und schnelle Verarbeitung Vielseitig und flexibel einsetzbar Kein Abfall, keine giftigen Dämpfe Niedrige Anschaffungskosten Definition gasdicht

Bei einer gasdichten Verbindung sind Leiter und Verbinder so fest miteinander verformt und verpresst, dass keine nennenswerte Zwischenräume mehr vorhanden sind. Weder ein flüssiges noch ein gasförmiges Medium kann unter normaler atmosphärischer Umgebung in den Crimp eindringen. Eine Oxidation zwischen den verpressten Einzeldrähten wird unterbunden und dadurch eine Erhöhung des Crimpwiderstandes nahezu ausgeschlossen. Im Grenzfall können vereinzelt noch kleine Hohlräume vorkommen. Aufgrund der verdrillten Leitung dürfen diese als in sich geschlossen angesehen werden. Die Prüfung des dichten Crimps erfolgt mittels Schliffbild. Die Schliffbildebene liegt vorteilhaft im mittleren Drittel des Crimps.

Robert Fuchs arbeitet im Marketing beim Geschäftsbereich ELPAC Verbindungstechnik der MEGATRON Elektronik in Putzbrunn.

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