Crimpkontakt mit
Crimpkontakt mit SMC-Technologie für 2,5-mm²-Aluminiumleitungen Bilder: Delphi Das Netz hält Crimp- und Beschichtungstechnologie optimiert Verbindung von Aluminiumleitungen Leichtbau macht auch vor dem Bordnetz nicht Halt: Aluminiumleitungen sparen Gewicht, verlangen aber werkstoffgerechte Crimpund Korrosionsschutzlösungen. Delphi Automotive entwickelt für Leitungsquerschnitte von 2,5 bis 6 mm 2 eine neue Generation von Crimpverbindungen. Der Autor: Hartmut Hammer ist freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion Seit einem Jahrzehnt beschäftigt sich Delphi nach eigenen Angaben intensiv mit Aluminiumkabeln und den dazugehörigen Kontaktierungstechniken. Hauptmotivation ist Leichtbau, da Aluminium im Vergleich zu Kupfer deutlich leichter, elektrisch gut leitend und preisgünstiger ist und geringere Preisschwankungen aufweist. Inzwischen hat Delphi etliche Aluminiumleitungen mit Querschnitten von 10 bis 120 mm² im Umfeld der Batterie und der Leistungselektronik in Serie gebracht. Doch auch für Kabelquerschnitte im mittleren Querschnittsbereich von 2,5 bis 6 mm 2 sieht man gute Marktchancen, da diese Querschnittsklassen einen großen Anteil an der Gesamtmasse des Bordnetzes haben. „Bei einer intelligenten Substitution von Kupferdurch Aluminiumkabel ist in diesen Querschnittsklassen eine Gewichtsersparnis von bis zu 48 % möglich“, erläutert Christian Schäfer, Leiter Vorentwicklung für E/E-Systeme und Bordnetz bei Delphi in Europa. Optimierte Leitfähigkeit und Festigkeit Aluminiumleitungen erfordern aber eine andere Verarbeitung als Kupferleitungen, da erstens sich auf Aluminium in Sekundenschnelle eine nicht leitende Oxidschicht bildet, die für eine schlechte Querleitfähigkeit zwischen den Aluminiumlitzen sorgt. Zweitens ist bei zwei Metallen mit unterschiedlichem Potenzial hier das Kupfer des Kontaktes und das Aluminium der Leitung ein Schutz gegen galvanische Korrosion notwendig. Christian Schäfer: „Für eine bessere Querleitfähigkeit verschweißen wir die Einzeldrähte im Anschlussbereich per Ultraschall-Verfahren zu einem formschlüssigen Nugget. Durch dieses Kompaktieren – ein Alleinstellungsmerkmal von Delphi – wird die Oxidschicht der Einzeldrähte aufgebrochen und die Querleitfähigkeit sichergestellt.“ Zusätzlich verfügt der Nugget über eine verbesserte Festigkeit, die zusammen mit dem Crimp des Terminals auch für eine robuste mechanische Verbindung 18 AutomobilKonstruktion 2/2016
ELEKTRONIK + SOFTWARE Die Einzeldrähte sind per Ultraschall- Verfahren zu einem formschlüssige n Nugget verarbeitet Die Rautenprägung in den Crimpzonen sorgt für eine gute Formfestigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit der Verbindung sorgt. Denn der Crimp ist mit einer Rautenprägung versehen, die mit dem Aluminium einen starken mechanischen Formschluss erzeugt. Angenehmer Nebeneffekt: An den Rautenkanten wird so die Aluminium-Oxidschicht aufgebrochen, was eine Vielzahl an elektrischen Kontaktpunkten zur Folge hat und die Leitfähigkeit verbessert. Durch seinen separaten Ader- und Isolationscrimp erleichtert das neue Terminal außerdem die Positions- und Lagebestimmung der Aluminiumleitung. Hinzu kommt, dass die Nuggets und Crimpverbindungen auf den gleichen Standardmaschinen wie für Kupferanwendungen hergestellt werden, lediglich erweitert um den Prozessschritt Ultraschallschweißen und Trimmen. Die Rauten im Adercrimp lassen sich durch Wechseleinsätze in den Werkzeugen sehr einfach realisieren. „Auf den Standard-Fertigungsanlagen haben wir in den letzten Jahren bereits mehrere tausend Kilometer Aluminiumleitungen mit nuggetförmigen Kontaktteilen in verschiedenen Leitungsquerschnitten für Kunden in Serie gefertigt“, betont Christian Schäfer. Korrosionsschutz Aluminium direkt auf Kupfer bedeutet zwei Metalle mit unterschiedlichem Potenzial. Kommt ein Elektrolyt wie etwa Salzwasser hinzu, kann galvanische Korrosion die Kontaktierung zwischen Kupfer und Aluminium schädigen. Diese Situation will Delphi mithilfe der Selective Metal Coating(SMC)-Technologie entschärfen, nach eigenen Angaben ein weiteres Alleinstellungsmerkmal. SMC benötigt Gewichtsanteile von Leiterquerschnitten im Fahrzeug (rot: Kupferleitungen empfohlen, rosa: Kupferleitungen empfohlen, eventuell mit Aluminiumleitungen substituierbar, grau: gut mit Aluminium - leitungen substituierbar) laut Christian Schäfer keine zusätzlichen Abdichtmaterialien und Additive wie Lacke, Pulver oder Fette. Diese bei herkömmlichen Terminals oft noch erforderlichen Stoffe verursachen dort kostenintensive Fertigungsschritte mit Kameraüberwachung und spezielle Lagerfristen und -bedingungen. Delphi hingegen verzichtet auf eine äußere Abdichtung des Crimps. Der Crimpbereich wird aus feuerverzinntem Bandmaterial ausgestanzt und mit einer Kupfer-Zink-Legierung (Messingschicht) sowie einer Verzinnung versehen. Diese zwei galvanischen Schutzschichten reduzieren das elektrochemische Potenzial und verlangsamen unter Elektrolyteinwirkung die Diffusion der reaktiven Stoffe, sodass die Korrosion stark vermindert wird und keine Funktionseinschränkung über die Lebensdauer zu erwarten ist. Das liegt nicht zuletzt daran, dass bei einer offenen Crimpverbindung eindringende Feuchtigkeit schnell wieder trocknen kann. Christian Schäfer: „Ohne Elektrolyten – üblicherweise die normale Situation in Innenraum ist überhaupt keine galvanische Korrosion zu erwarten.“ Auch die SMC-Technologie basiert auf galvanischen Standardprozessen. Delphi hat auf diese Weise bereits verschiedene Kontaktteile in sechsstelliger Anzahl beschichtet. Sie versehen derzeit in Flottentests und Feldversuchen so zuverlässig ihren Dienst, dass ein Serienstart 2017 realistisch erscheint. Delphi Automotive Tel.: +49 202 291 2115 thomas.aurich@delphi.com 2/2016 AutomobilKonstruktion 19
