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Kabelkonfektion Ultraschallverdichten – Neue Wege in der Kabelkonfektion

| Autor / Redakteur: Alexander Ostermeier* / Johann Wiesböck

Die Anforderungen an immer kleiner werdende Geräte erfordern intelligentere Verfahren als Crimpen, Löten oder Pressen. Dieser Artikel stellt die Entwicklung des Ultraschallverdichtens vor.

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Das Ultraschallverdichten der Litzen-Drähte bietet gegenüber klassischen Techniken Vorteile; neben Platzersparnis bis 90% am Kontaktpunkt erzielt dieses Verfahren die bisher höchste Festigkeit mit optimalen Eigenschaften.
Das Ultraschallverdichten der Litzen-Drähte bietet gegenüber klassischen Techniken Vorteile; neben Platzersparnis bis 90% am Kontaktpunkt erzielt dieses Verfahren die bisher höchste Festigkeit mit optimalen Eigenschaften.
(Bild: Milenko Đilas - Veternik; Serbia)

Erinnern Sie sich noch, wie groß die ersten schnurlosen Festnetztelefone waren? Oder denken Sie an die ersten Handys oder Personal Computer der achtziger und neunziger Jahre? Plakativ gesagt: Was heute in eine Streichholzschachtel passt, brauchte damals noch den Raum einer Waschmaschine.

Mit der Miniaturisierung haben sich nicht nur die Bauteile verändert. Ganze Technologien wurden auf den Kopf und vor die Herausforderung gestellt, dieselbe – oder eine höhere Leistung – auf kleinerem Raum abzubilden. Seltsamerweise schien diese Entwicklung auf die Elektromechanik, also den klassischen Bereichen der Kabelkonfektionierung und des Schaltschrankbaus, nur mäßig Einfluss genommen zu haben. Wer zwei Kabel miteinander verbinden will, braucht nun einmal Buchse und Stecker, seien die Litzen gelötet oder gecrimpt.

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Dieser Artikel stellt die Entwicklung des Ultraschallverdichtens (USV) vor, die Kabelverbindungen ohne Steckverbinder oder Löten erlaubt.

Der Trend zur Miniaturisierung macht auch vor der EMS-Branche nicht Halt, und wird vor allem für die Spezialisten im Gerätebau und Konfektionierungsbereich von zunehmender Bedeutung. Die Anforderungen an immer kleiner werdende Geräte erfordern intelligentere Verfahren als Crimpen, Löten oder Pressen.

Ultraschallverdichten zählt zum Kalt-Press-Schweißen

Das Ultraschallverdichten zählt als Sonderverfahren zum Kalt-Press-Schweißen nach DIN 8593-6 und DIN 1910-11, DIN 1910-100 und ist als Schweißen in fester Phase zwischen dem Kalt-Press-Schweißen und dem Reib-Schweißen eingeordnet. Der Unterschied zwischen „Verdichten“ und „Schweißen“ besteht darin, dass man unter Ultraschallschweißen das Verfahren an sich versteht, bei welchem Kabel und Litzen durch mechanische Schwingungen zu einer festen Verbindung verdichtet werden. Demnach wird das Verdichten mittels des Ultraschallschweißprozesses nach folgenden Kriterien umgesetzt:

  • sehr hohe Reibgeschwindigkeit von ca. 0,8 bis 2,0 m/s
  • geringe Anpresskraft von 500 - 2000 N
  • kein Aufschmelzen der Werkstoffe
  • echt-metallische Verbindung

Dabei werden die abisolierten Kabellitzen ohne jegliches Fremdmaterial direkt miteinander molekular verbunden. Beim Schweißvorgang selbst fügen sich thermoplastische Kunststoffe und verschiedene Metalle durch die beim ultrahochfrequenten Schwingungsvorgang erzeugte thermonukleare Reaktion gasdicht zusammen. Technisch gesehen entspricht dieses Vorgehen dem des Bonding, das seit Jahren in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird.

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Die Hochfrequenzschwingung erzeugt zum Beispiel zwischen den Einzeladern zweier zu verbindender Kabel aufgrund des Reibungsvorgangs und Anpressdrucks die Wärme und molekulare Fügung der Materialien, so dass die Einzeladern miteinander „kalt verpresst“ werden. Damit gehört das Ultraschallverdichten in die Gruppe der Reibschweißungen.

Es ergeben sich zahlreiche Vorteile durch den Einsatz dieser Technologie:

Kosten lassen sich auf praktisch allen Ebenen des Arbeitsprozesses reduzieren: da verglichen zum Widerstandsschweißen nur circa 10 % der Energiekosten pro Verbindung aufgebracht werden müssen, ist das Ultraschallverdichten zudem auch unter dem Aspekt der Umweltverträglichkeit hervorzuheben. Das Prozedere pro Litzenpaar (42-adrig) verbraucht lediglich eine Energiemenge von 1,367 kW/m2. Des Weiteren werden keine Fremdmaterialen wie Aderendhülsen, Crimpkontakte oder Steckverbinder benötigt, wie beim Löten oder Crimpen.

Auch überzeugt das Verfahren durch eine umfassende Prozesskontrolle und ein Prozessdatenmanagement und ermöglicht das Schweißen verschiedenster Werkstoffpaarungen.

Einkaufsartikel werden reduziert und Stücklisten gewinnen an Übersichtlichkeit. Es entfallen jegliche Einmalkosten für Press- und Crimpwerkzeuge.

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