Dauerhaft in der Klemme
Viele elektrische Verbindungen in Fahrzeugkomponenten müssen – einmal zusammengefügt – für immer halten. Zumindest für die Lebensdauer des Wagens. Für Steck- und Klemmverbindungen ist dies bei all den harten Erschütterungen keine einfache Aufgabe. Durch Experiment und Simulation bekommen Bosch-Forscher das in den Griff.
Schnapp. Der Deckel sitzt, die elektrischen Kontakte sind hergestellt, das Bauteil ist funktionsfähig. Allein durch Einpressen oder Klemmen, unter Verzicht auf Schweißen oder Löten, werden bei Bosch elektrisch leitende Verbindungen zwischen zusammengefügten Bauteilen hergestellt. Bei den Forschern läuft das unter “kalte Kontaktiertechnik” und ist unter den harten Randbedingungen im Automobil Neuland. Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Arbeitsschritte Klemmen oder Stecken laufen auf einfachen Anlagen, was Investitions- und Prozesskosten spart. Beim Stecken eines Pins in eine Öse oder einer Zunge in ein Stanzgitter haben die Bauteile eine automatische Fügefunktion. Außerdem ist das kalte Kontaktieren in hohem Maße parallelisierbar und, wie der Name ausdrückt, entfällt eine Wärmebelastung der Bauteile. Beispiel Stecken: Durch das Einstecken wird der Pin gegen die Innenseite der Öse gepresset. Diese Anpresskräfte müssen ‘lebenslang’ halten. Außerdem dürfen beim Fügen keine Späne entstehen, die zu einer Fehlfunktion der Elektronik führen können. In Experimenten und Simulationen studieren die Bosch-Forscher, welche Querschnitte von Pin und Öse für eine optimale Haltekraft ideal sind und wie sich die Spannungen im Bauteil verteilen. Auch Materialien und Materialparameter wie etwa Härte oder Duktilität werden variiert und in Finite-Elemente-Simulationen durchgespielt.
Beispiel Schneidklemmen: Hier wird ein Draht in eine Klemme gepresst und dort dauerhaft fixiert. Bei lackierten Drähten schert der Lack einfach ab, der Kontakt ist hergestellt. Doch er muss auch dauerhaft sein. Bosch-Forscher sind also auf der Suche nach der optimalen Haltekraft.
Simulationsrechnungen haben ergeben, dass eine engere Klemme nicht unbedingt die Haltekraft auf den Draht erhöht, außerdem gibt es bei vorgegebener Querschnittsgeometrie von Draht und Klemme eine bestimmte Einpresstiefe mit höchster Haltekraft.
Aufgrund des verbesserten physikalischen Verständnisses, wie der elektrische Kontakt von Klemmkräften und Umgebungsbedingungen abhängt, werden diese Prozesse immer mehr bei Serienbauteilen eingesetzt. Insbesondere die lackisolierten Spulendrähte im gesamten Bereich der Magnetventiltechnik bieten sich für die Kontaktierung per Schneidklemmen an. Nur die allerdünnsten Drähte von unter 100 Mikrometer Durchmesser müssen noch verschweißt werden. Doch auch diese Grenze soll nach der Ansicht der Forscher bald überwunden werden.
Beispiel Schneidklemmen: Hier wird ein Draht in eine Klemme gepresst und dort dauerhaft fixiert. Bei lackierten Drähten schert der Lack einfach ab, der Kontakt ist hergestellt. Doch er muss auch dauerhaft sein. Bosch-Forscher sind also auf der Suche nach der optimalen Haltekraft.
Simulationsrechnungen haben ergeben, dass eine engere Klemme nicht unbedingt die Haltekraft auf den Draht erhöht, außerdem gibt es bei vorgegebener Querschnittsgeometrie von Draht und Klemme eine bestimmte Einpresstiefe mit höchster Haltekraft.
Aufgrund des verbesserten physikalischen Verständnisses, wie der elektrische Kontakt von Klemmkräften und Umgebungsbedingungen abhängt, werden diese Prozesse immer mehr bei Serienbauteilen eingesetzt. Insbesondere die lackisolierten Spulendrähte im gesamten Bereich der Magnetventiltechnik bieten sich für die Kontaktierung per Schneidklemmen an. Nur die allerdünnsten Drähte von unter 100 Mikrometer Durchmesser müssen noch verschweißt werden. Doch auch diese Grenze soll nach der Ansicht der Forscher bald überwunden werden.
Beim Steck-Verfahren (oben) wird ein Pin mit rechteckigem Querschnitt in ein vorgestanztes Blechloch gepresst. Das Schneidklemmen (unten) kontaktiert Lackdrähte bei einer idealen Einpresstiefe.
