Sauber verbunden Die E-Mobilität verlangt zur technischen Sauberkeit auch die Dichtheit

Von Arnold Umformtechnik

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Seit rund 40 Jahren spielt die technische Sauberkeit in der Industrie eine Rolle. Sie ist auch für Verbindungen in der E-Mobilität wichtig. Doch Verbindungen müssen auch noch dicht sein.

Clean & Tight! Das Konstruktionsbild eines Batteriekastens für Elektroautos. Viele Komponenten müssen dabei miteinander verbunden werden. Es reicht aber nicht, dass sie fest sitzen – alles muss auch noch wasserdicht sein. Wie das geht, weiß Arnold Umformtechnik.
Clean & Tight! Das Konstruktionsbild eines Batteriekastens für Elektroautos. Viele Komponenten müssen dabei miteinander verbunden werden. Es reicht aber nicht, dass sie fest sitzen – alles muss auch noch wasserdicht sein. Wie das geht, weiß Arnold Umformtechnik.
(Bild: Arnold Umformtechnik)

Das Thema technische Sauberkeit ist in den 80er-Jahren mit den ABS-Systemen und später durch die ESP-Systeme in der Industrie aufgekommen. Heute erkennen Unternehmen zunehmend ihre Bedeutung. Doch die technische Sauberkeit ist für viele Betriebe oft noch ein Novum. Und häufig fehlt es an Berührung mit diesem Themengebiet. Aber man merkt, dass es für die Unternehmen immer wichtiger wird. Doch die technischen Sauberkeit umzusetzen, zu prüfen und prozesssicher zu gewährleisten ist nicht trivial. Und speziell mit Blick auf die Elektromobilität spielt der Zusammenhang zwischen technischer Sauberkeit und Dichtheit auch eine entscheidende Rolle für die verlässliche Funktion miteinander verbundener Komponenten, wie Arnold Umformtechnik betont, ein Unternehmen, dass schon lange Erfahrung damit hat. Arnold bietet das Konzept der technischen Sauberkeit unter dem Markennamen Cleancon an. Es orientiert sich an den Anforderungen der Automobilindustrie und an der VDA19.1 zur Prüfung der technischen Sauberkeit.

Die Anforderungen an die technische Sauberkeit wurden in der Automobilindustrie geboren. Heute legen allgemeingültige Regelwerke einen standardisierten Rahmen dafür vor. So eben die VDA19.1 zur Prüfung der technischen Sauberkeit, die VDA 19.2 zur technischen Sauberkeit in der Montage und außerdem die ISO 16.2.3.2 sowie ein ZVEI-Leitfaden zur technischen Sauberkeit für die Elektronikbranche.

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Viele Fragen sind im Vorfeld einer Verbindung zu beantworten

Clean & Tight – sauber und dicht – dieser technische Zusammenhang ist zwangsläufig die Basis für eine wasserdichte Verbindung, wie sie beispielsweise im Bereich der Elektromobilität gefordert ist. Arnold Umformtechnik untersucht deshalb die Grundlagen, die nötig sind, um Dichtheit und Sauberkeit zu gewährleisten. Auch spezifizieren die Spezialisten Anwendungen und analysieren dabei die Einflussfaktoren auf das Verbindungssystem.

Technische Sauberkeit ist eine der Grundvoraussetzungen, um eine Verbindungen in diesem Sinne dicht zu bekommen. Der Fokus liege deshalb auf dem Thema Dichtheit. Die von den Arnold-Kunden aktuell verlangte Anforderung heißt vor allem wasserdicht, wenn man etwa Batteriekästen für Elektrofahrzeuge betrachtet. Mit Blick auf die Thematik heißt das, es ist zunächst festzustellen, wie sauber das Bauteil sein muss, um eine wasserdichte Verbindung herstellen zu können.

Für die gezielte Entwicklung von passgenauen wasserdichten Verbindungen sind außer der Erfahrung und einem adäquaten Mess- und Auswerteequipment fundierte Anwendungskenntnisse und mitunter auch individuelle Prozesse nötig. Um Projektmanagement Fastening Solutions bei Arnold kennt man sich damit aus. Dort werden Kundenanfragen zu Verbindungsprojekten bewertet, deren Herstellbarkeit eruiert, sowie die Kostenkalkulation, die Kapazitätsabschätzungen und die Neuteilbetreuung bis hin zur Erstfertigung geleistet. Der Sauberkeitsgrad muss dazu exakt definiert werden. Auch wie die mechanischen oder chemischen Dichtheitsmedien zu reinigen sind, gilt es festzustellen. Unter Umständen reichen herkömmliche Methoden nämlich nicht aus.

Auf diverse Dichtheitsprüfmethoden kommt es an

Bei Arnold steht für die Untersuchungen zur Dichtheit und zur technischen Sauberkeit natürlich umfangreiches Equipment zur Verfügung. Dies sind für den Bereich Dichtheit zum einen zwei Dichtheitsprüfstände, die mit Prüfgas messen. Erstens ein Massenspektrometer, welches Helium als Prüfmedium nutzt, und zweitens eine Differenzdrucksystem, welches mit Luft als Prüfmedium arbeitet. Mit einem weiteren Dichtheitsprüfstand, der Wasser als Prüfmedium nutzt, kann ergänzend ein IPX7-Nachweis erbracht werden. Dieser verlangt, dass Bauteile, die 30 Minuten lang einen Meter unter Wasser lagen, weiterhin funktionstüchtig und dicht sind.

Problem: Restmagnetismus und Schmutzpartikel sind quasi unsichtbar

Reinheit bedeutet im Prinzip die Abwesenheit von störenden Partikeln bis zu einem gewissen Grad, merkt Arnold an. Das Ziel sei daher mit Blick auf die Kundenanwendung immer das Herstellen eines gewissen Sauberkeitsgrades. Bei Arnold hat man Erfahrung. Die Spezialisten können deshalb recht genau sagen, was technisch machbar ist und wo die Grenze liegt. Die Hauptaufgabe ist es dabei immer, die Produkte zu reinigen, zu analysieren und den Sauberkeitsgrad bis zum Kunden zu konservieren.

Außer Sauberkeitsanalysen ist bei Arnold aber auch die Betrachtung des Restmagnetismus möglich. Die Bauteile können vor der Reinigung nämlich entmagnetisiert werden, was den Reinigungsgrad erhöht. Gleichzeitig werden eventuelle Anforderungen an den Restmagnetismus erfüllbar. Die Schmutzpartikel, von denen die Rede ist, sind übrigens so klein, dass sie mit dem bloßen Auge in den meisten Fällen nicht zu erkennen sind. Außerdem sieht man den Bauteilen nicht an, ob sie magnetisch sind.

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Für die Sauberkeitsanalyse ist es dann wichtig, die konkret vorhandene Partikelbelastung der Bauteile zu erfassen. In einem sogenannten Extraktionskabinett werden bei Arnold dabei die Schmutzpartikel vom Bauteil abgelöst und aufgefangen. Für die anschließend erforderliche Auswertung gibt es verschiedene Methonden. Möglich ist zum Beispiel die Auswertung mit einem Lichtmikroskop, mit dem Länge und Breite der Schmutzpartikel ermittelt und diese nach metallisch glänzend und nicht metallisch glänzend klassifiziert werden können. Mit einer Laborwaage können Aussagen zur Masse der Partikel getroffen werden. Neu bei Arnold ist dafür ein Rasterelektronenmikroskop hinzugekommen. Damit kann genau ermittelt werden, aus welchen chemischen Elementen sich ein Schutzpartikel zusammensetzt. Außerdem lassen sich Rückschlüsse auf die Schmutzquellen ziehen. Zusätzlich steht ein Prüfgerät zur Verfügung, dass den oben genannten Restmagnetismus messen kann.

Der Blick auf die komplette Wertschöpfungskette ist nötig

Insbesondere stehen Dichtheitsapplikationen wie Batteriekästen, End- oder auch Anschlussmontagen bei diesem Themenkomplex im Fokus. Auch in der Elektronikbranche hat es große Bedeutung, wenn es zum Beispiel um Leiterbahnen geht, die eng aneinander liegen. Und für ölführende Systeme sowie für die Sensortechnik beim autonomen Fahren sind saubere Verbindungselemente ebenfalls unabdingbar. Auch komplexe Multifunktions- und Mehrstufenbauteile – man denke an die bei Arnold gefertigten Conform-Next-Teile – können in diese Sauberkeitsbetrachtungen einbezogen werden.

Ziel der Clean-&-Tight-Untersuchungen bei Arnold ist es foglich auch, eine verlässliche Bewertung der Dichtheit der Verbindungselemente in Bezug auf Kundenapplikationen zu gewährleisten. Dazu gehören auch Aussagen dazu, wie dicht die Bauteile unter Langzeiteinflüssen wie Korrosion oder klimatischen Belastungen bleiben. Aus all diesen Untersuchungen lässt sich dann ableiten, welche Verbindungsart welche Dichtheitsanforderungen erfüllt. Der Kunde werde während der ganzen Entwicklungsphase von Arnold begleitet, damit Fehler frühzeitig erkannt werden, um die beste Verbindungsmöglichkeit zu erreichen.

Doch wie viel Sauberkeit ist für eine verlässliche Verbindung gut genug? Die Sauberkeit wird nämlich bereits im Konstruktionsprozess festgelegt. Die saubere Schraube allein ist dabei längst nicht alles. Auch die Verarbeitung, der innerbetriebliche Transport und das Teilehandling müssen miteinbezogen werden. Das heißt, dass beim Thema Clean & Tight der gesamte Wertschöpfungsprozess bis zur fertigen Verbindung betrachtet werden muss.

Arnold hat mit Cleancon außerdem ein mehrlagiges patentiertes Verpackungskonzept zum Erhalt des Sauberkeitsgrades der Verbindungselemente geschaffen, welches alle Prozessschritte von der Entwicklung über die Produktion bis hin zur Auslieferung abdeckt. Mit Blick auf die Verpackung arbeite man derzeit auch noch an einer umweltfreundlichen Variante.

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