Prozesssicher crimpen

Spezial Industrieelektronik

Crimpen – Die dauerhafte Verbindung von elektrischen Kontakten ist für den Konstrukteur nur mit geeigneten Prozessen wie dem Crimpen und den dazu passenden Werkzeugen zu leisten.

16. Februar 2017

Konstruktion und Verarbeitung massiv gedrehter Crimp-Kontakte stellen Entwickler und Anwender vor große Herausforderungen. Da neue modulare Steckverbinder immer komplexere Aufgaben bewältigen sowie immer mehr Daten, Signale und Leistung übertragen müssen, werden Crimp-Verbindungen aufgrund ihrer schnellen Verarbeitung immer wichtiger. Nur die prozesssichere Verarbeitung massiv gedrehter Kontakte ermöglicht die störungsfreie Funktion des Steckverbinders.

In vielen Applikationsbereichen haben sich Crimp-Verbindungen millionenfach bewährt. Unterteilt werden die zahlreichen Varianten und Ausführungen in zwei Hauptgruppen: offene und geschlossene Kontakte. Die massiv gedrehten Kontakte werden als geschlossen, die gestanzten und gerollten als offen bezeichnet. In der elektrischen Installation fällt Crimpen unter den Oberbegriff »lötfreie elektrische Verbindungen« und ist laut Norm ein Fügeverfahren, das dauerhaft einen oder mehrere Leiter mit einem Kontakt verbindet. Ein abisolierter Leiter wird in die Crimp-Zone des Kontaktes eingefügt und durch einen definierten Pressvorgang verbunden. Daraus entsteht eine dauerhafte, nicht lösbare und zuverlässige Verbindung.

Wichtigste Merkmale sind reproduzierbare Qualität, hohe Vibrations- und Zugfestigkeit sowie Leitfähigkeit und ein besonders niedriger Durchgangswiderstand. Für die normgerechte Crimp-Verbindung müssen Litze, Kontakt, Werkzeug und Einstellungen gut aufeinander abgestimmt sein. Die Auswahl des Profils hängt vom Verbinder, der gültigen Norm sowie dem spezifischen Steckverbindertyp ab.

Verschiedene Profile

Bei den Profilen massiv gedrehter Crimp-Kontakte wird unterschieden zwischen Vierdorn- und Vierkantpressung, Hexagonal und B-Crimp. In Hand-Crimp-Zangen finden sich bei Querschnitten bis zehn Quadratmillimeter Vierdorn- und Vierkantpressung am häufigsten. Die Kräfte für den benötigten Pressdruck erreicht der Anwender mit Presszangen, wie denen aus dem Crimpfox-Programm von Phoenix Contact. Für größere Querschnitte gibt es mechanische Presszangen mit Ratschensystem oder hydraulisch betätigte Werkzeuge sowie außerdem elektrische, pneumatische und elektropneumatische Crimp-Maschinen.

Weitere Profile stehen zur Verarbeitung von Aderendhülsen, Rohrkabel- und Quetschkabelschuhen sowie Verbindern bis 300 Quadratmillimeter zur Verfügung. Für gedrehte Kontakte liegt die Herausforderung darin, den vorgegebenen Durchgangswiderstand, Spannungsfestigkeit, Stromtragfähigkeit sowie die notwendige Leiterauszugkraft zu erreichen. Zusätzlich sind die Querleitfähigkeit des Kupfermaterials und die mechanische Längung des Kontaktes zu berücksichtigen.

Verpressungsgrad und Schliffbild können wichtige Indikatoren für die Qualität sein, ein Langzeitprüfprogramm sollte aber durchgeführt werden.

Längung berücksichtigen

Für den Entwickler sind bei der Konstruktion die Kontaktverrastung im Isolierkörper und die Längung des Crimp-Kontaktes wichtige Kriterien. Die Längung während des Pressvorgangs durch die Umformung des Kontaktmaterials ist unvermeidlich. Damit der gecrimpte Kontakt in der Kammer des Isolierkörpers verrastet, muss die Längenveränderung toleriert werden, sollte aber nach dem Crimpen bei zehn Quadratmillimetern auf maximal 0,5Millimeter begrenzt werden.

Das Vierkantprofil umschließt aufgrund seiner Form den Kontakt vollständig, verpresst das Leiter- und Kontaktmaterial gleichmäßig und zeichnet sich durch ein gleichmäßiges gasdichtes Bild aus. Die Länge der Crimp-Zone und des Vierkantprofils hängt vom Querschnitt ab. Die Kontaktierung zwischen Leiter- und Kontaktmaterial ist durch die flächige Verpressung aller Einzeldrähte wabenförmig, Hohlräume zwischen den Einzeldrähten sind zu vermeiden. Aufgrund der großen länglichen Crimp-Zone wird nach dem Pressvorgang in dieser Form der Kontakt deutlich verlängert– was bei der Konstruktion des Isolierkörpers beachtet werden sollte.

Gezielte Entwicklung, Prüfung und Ausformung des Crimp-Profils vermeiden Bruchdehnung und Flügelbildung an den Ecken. Mit den Presszangen Crimpfox TC4 und Crimpfox TC10 von Phoenix Contact erfolgt eine minimale Längung des Kontaktes. Ausgestattet mit einer Kontaktaufnahme optimieren diese Presszangen das Zusammenspiel zwischen Leiterquerschnitt sowie Crimp-Profil und Positionierung des Kontaktes. Für den Anwender vereinfachen sich der Prozess sowie das anschließende Einstecken in den Kontaktträger.

Das Vierdornprofil presst vier Crimp-Stempel gleichmäßig in den Kontakt, und das Leiter- und Kontaktmaterial wird dabei gleichmäßig verdrängt. Dabei ist der Verpressungsgrad besonders hoch. Die Crimp-Stempel bewirken am Ende des Vorgangs ein kreisrundes Profil mit einer geringen Längung der Zone. Die Kontaktierung zwischen dem Leiter- und Kontaktmaterial dringt durch die Vierfach-Verpressung tiefer ein und erreicht durch das Aufbrechen der Oxidationsschichten des Kupferleiters eine deutlich höhere Querleitfähigkeit.

Kein verbogener Kontakt

Höhere Auszugkräfte, geringerer Widerstand und eine deutlich geringere Längung des Kontaktes nach dem Crimpen sprechen für das Vierdornprofil. Durch die gezielte Entwicklung und Prüfung der Stempel wird nicht nur die Bruchdehnung, sondern auch ein Verbiegen des Kontaktes vermieden. Die Herausforderung liegt darin, ein Fließen des Kontaktmaterials zuzulassen, aber ein Ausfedern nach dem Pressvorgang zu vermeiden.

Entsprechende Herstellervorgaben zur Tiefeneinstellung der Presszange müssen dabei auf jeden Fall beachtet werden. Die Presszange Crimpfox TC MP mit den äußerst geringen Handkräften erfüllt alle Normen und ist ausgestattet mit einer drehbaren Kontaktaufnahme und einer variablen Verstellmöglichkeit der Crimp-Tiefe.

Bei gedrehten Kontakten ist die Crimp-Zone entscheidend. Hier kommt es darauf an, den Kontakt im Gesenk der Zange richtig zu positionieren und an der dafür vorgesehenen Stelle zu crimpen. Inwieweit das gelingt, hängt auch vom Wissen und Geschick des Anwenders ab. mk

Hintergrund

Ein Schliffbild eignet sich gut zur Kontrolle des Crimp-Vorgangs. Die Ver-bindung wird dazu mittig im Crimp-Bereich durchtrennt, die Stirnfläche poliert und geätzt. Als optisch gut wird die Crimp-Verbindung bezeichnet, wenn:

• alle Litzen wabenförmig verformt sind,

• keine oder nur minimale Lufteinschlüsse vorhanden sind,

• keine Risse im Material sind und

• eine angemessene Gratbildung vorhanden ist.

Erschienen in Ausgabe: 01/2017