Im Notfall gut: Die Physik von Crimpverbindungen

Ich hatte einen Freund, der als Elektronik-Montagetechniker für einen großen Rüstungskonzern arbeitete. Er war ein Mann aus der Produktion, der den Ingenieuren mit ihrem ausgefallenen Bücherlernen auf der Schulter lag und die einfachsten Probleme nicht lösen konnten. Er behauptete, dass eine Versammlung die Qualitätskontrolle nicht bestanden habe und ein paar Leute in der Reihe es nicht herausgefunden hätten. Er schob sich heran, um die Situation einzuschätzen, und lieferte seine Zwei-Wörter-Diagnose ab: „Schlechtes Crimpen.“ Der fragwürdige Stecker wurde überarbeitet und der Zusammenbau gelang, sehr zum Leidwesen der Jungs in den Kurzarmhemden.

Abgesehen von dem Anschauungsunterricht in Erfahrung, der manchmal Vorrang vor Bildung hat, habe ich mich immer über diese „schlechte Crimp“-Proklamation gewundert. Was könnte bei einem Crimp so schief gehen, dass die Schaltung so subtil durcheinander geraten würde, dass die Ingenieure vor einem Rätsel standen? Wie kommt es, dass wir uns auf eine so einfache Technologie verlassen können, um einen Großteil der modernen Welt zu vernetzen? Was genau passiert eigentlich im Inneren einer Crimpverbindung?

Wir neigen dazu, Lötverbindungen als die Königin der elektrischen Verbindungen zu betrachten. Der Vorgang, eine Verbindung zu erhitzen und geschmolzenes Lot hineinzufließen, verleiht dem fertigen Produkt ein Gefühl von Beständigkeit und Qualität. Und das Löten war im Grunde die einzige Messe in der Stadt in den Anfängen der kommerziellen Elektronikindustrie.

Doch Lötverbindungen haben ihre Probleme, sowohl elektromechanisch als auch fertigungstechnisch – schließlich kann ein Montagearbeiter das Lot nur so schnell herumschleudern. In den frühen 1950er Jahren brachte die AMP Corporation die ersten Crimpverbindungen für den Produktionseinsatz auf den Markt, das F-Crimp- oder Open-Barrel-Design. Mit diesem Crimp-Design verkaufte AMP eine breite Palette von Steckverbindern, die schnell und wiederholbar an Leitern angebracht werden konnten und die sich für automatisierte Herstellungsverfahren eigneten, die mit Löten niemals möglich wären.

Beim Crimpen werden die Eigenschaften von Metallen genutzt, um elektrisch und mechanisch einwandfreie Verbindungen herzustellen. In Crimpverbindern verwendete Metalle wie Kupfer, Messing, Aluminium oder Bronze sind sowohl duktil als auch formbar. Die Duktilität eines Metalls ist das Ausmaß, in dem es sich unter Spannung verformen kann, während die Formbarkeit ein Maß dafür ist, wie sich Metall unter Druck verformt. Beim Crimpen werden erhebliche Druckkräfte auf den Crimpverbinder und den Draht ausgeübt, daher ist die Formbarkeit jedes Elements ein wichtiger Faktor für die Crimpqualität. Aber auch die Duktilität spielt eine Rolle, da sowohl der Stecker als auch der Draht während des Crimpvorgangs einer erheblichen Dehnung unterliegen.

Crimpwerkzeuge sind ein entscheidender Bestandteil einer qualitativ hochwertigen Crimpverbindung. Der geschäftliche Teil jedes Crimpwerkzeugs ist der Matrizensatz. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um einen Amboss und Hammer aus Werkzeugstahl, dessen spezifische Konfiguration durch den Verbindungstyp bestimmt wird.

Bei F-Crimpklemmen im AMP-Stil wird der U-förmige Verbinder mit den Schenkeln nach oben auf den Amboss gelegt. Ein ordnungsgemäß abisolierter Draht wird zwischen die Beine gelegt und der Hammer bewegt sich auf den Amboss. Der Hammer führt die Beine des Verbinders über die Drahtlitzen und faltet sie schließlich wieder nach unten in das gebündelte Litzenbündel.

Wenn mehr Druck auf die Verbindung ausgeübt wird, beginnt sich das Metall in den Drahtlitzen zu dehnen und zu fließen. Dadurch werden Oberflächenoxide gelöst und entfernt, die möglicherweise den Widerstand der Verbindung erhöht haben. Mit zunehmendem Druck kommt es zu einer stärkeren Verformung des Drahtbündels, bis der ehemals runde Querschnitt jedes Strangs verschwunden ist und durch eine Ansammlung von Strängen mit abgeflachten Seiten ersetzt wird, die in einem Wabenmuster aneinander geschmiegt sind. Das Ergebnis sind kaltverschweißte, gasdichte Verbindungen zwischen den Litzen und dem Crimpverbinder.

Die meisten Crimpwerkzeuge sorgen auch für die Zugentlastung, indem sie einen zweiten Satz Beine leicht auf die Kunststoffisolierung des Kabels quetschen. Im Allgemeinen wird darauf geachtet, die Isolierung nicht zu durchbohren oder anderweitig zu beschädigen. Normalerweise umhüllen diese Zugentlastungsklemmen die Isolierung einfach fest und leiten die Biegekraft in die Isolierung und von den Leitern des Drahtes weg. Ein dritter Satz Beine kann durch das Werkzeug auch zu einem Kreis geformt werden, damit der fertige Abschluss in einen Kunststoffkörper eingesetzt werden kann.

Ein entscheidender Aspekt einer Crimpverbindung ist die Möglichkeit, sie zu überprüfen und sicherzustellen, dass alles nach Plan verlief. Querschnitts-Mikrofotografien von Crimps sind der Goldstandard für die Inspektion, wirken sich jedoch schädlich auf das Produkt aus. Glücklicherweise kann ein entscheidender Parameter alles über den Crimpprozess verraten und zerstörungsfrei gemessen werden: die Crimphöhe. Dieser lässt sich mit einer Mikrometerschraube messen und spiegelt wider, wie viel Druck ausgeübt wurde und ob die Drahtlitzen richtig komprimiert wurden.

Eine ordnungsgemäß ausgeführte Crimpverbindung ist elektrisch zuverlässig und mechanisch stark. Zu wissen, was im Inneren des Werkzeugs passiert, ist der erste Schritt, um konsistente Ergebnisse zu erzielen. Eine ausführlichere praktische Anleitung zum Crimpen finden Sie in unserem Leitfaden zu richtigen Crimpverfahren.

[Quelle für Bannerbilder: TE Connectivity]