Der Punkt setzt ein Zeichen

Wurden bis dato mit dem Tox-Rund-Punkt durchaus schon Schalt- und Kontaktelemente in elektrischen Bauteilen und Baugruppen verbunden, so sind nun weitere Anwendungen in den genannten Bereichen Elektrotechnik, Elektronik und Mechatronik möglich. Damit können die Produzenten und deren Zulieferer Effizienz- und Wirtschaftlichkeits-Potenziale ausschöpfen, die weit über solche Wettbewerbsfähigkeits-Faktoren wie das Einsparen von Material- und Betriebskosten hinausgehen, lautet das Fazit des Unternehmens. Zu nennen wären hier zum Beispiel die Vermeidung von hohen Investitionen in Löt-, Schweiß- und Laserschweißmaschinen, und auch der damit verbundenen hohen Betriebs- und Wartungskosten. Des Weiteren gilt es mehr denn je den Aspekt der Produktions- und Montage-Automatisierung zu beachten, die bei den genannten konventionellen Verbindungsverfahren ebenfalls einen hohen technischen und damit finanziellen Aufwand erfordert.

Clinchen ersetzt Löten und Schweißen

Die enormen Chancen der alternativen Verbindungstechnik für elektrische Baugruppen erkannt hat hier ein bekannter Automotive-Zulieferer für elektrische Ausrüstungen. Als es um die Produktions- und Montagetechnik für einen neuen, in großen Stückzahlen zu produzierenden Lastverteiler ging, setzten sich die Entwickler und Produktionsingenieure mit einem Lieferanten für Sondermaschinen zusammen, und diese wiederum nahmen mit den Anwendungsingenieuren von Tox Kontakt auf. Gemeinsam wurde dann ein hochautomatisiertes Montagesystem für Stromschienen in den besagten Lastverteilern konzipiert. Kern der Prozesslösungen zum Verbinden "mit hoher elektrischer Leitfähigkeit" ist das Tox-Rund-Punkt-Blechverbindungsverfahren, das hier in den beiden Verfahrensvarianten Twinpoint und Einzelpunkt zur Ausführung kommt. Sowohl das Twinpoint-Werkzeug als auch die beiden Einzelpunkt-Werkzeuge sind in sogenannten Roboterzangen aufgenommen, die inklusive der Presskraft-Antriebstechnik ebenfalls aus dem Weingartener Unternehmen stammen. Die drei Roboterzangen haben 55 Kilo-Newton Presskraft, eine Ausladung von 150 Millimeter und einen Werkzeugöffnungsweg von 95 Millimeter. Die eingebauten Rund-Punkt-Werkzeugsätze bestehen jeweils aus Stempel und Matrize. Als Antriebseinheit wurden für alle drei Zangen stempelseitig die elektromechanischen Servo-Antriebe Tox-ElectricDrive vom Typ EPMR gewählt. Der stempelseitige Abstreifer ist mit einem Tox-Toolcheck-System ausgerüstet. Damit wird der Zustand der Tox-Clinch-Matrize überwacht und sichergestellt, dass immer mit einer intakten Matrize gefügt wird. Matrizenseitig ist lediglich ein Abstreifer eingebaut.

Aus einer Hand

Die Verwendung einheitlicher C-förmiger Roboterzangen und elektromechanischer Antriebe erlaubt die universell-flexible Nutzung der Stationen zum Verbinden unterschiedlicher Stromschienen für mehrere Lastverteiler-Ausführungen. So ist die Roboterzange zum Verbinden von MFB-E-Stromschienen mit Midi-Fuse beispielsweise mit einem universell anwendbaren Twinpoint-Werkzeugsatz ausgerüstet. Dieser verbindet Stromschienen aus 1,5 Millimeter dickem Material mit solchem aus wahlweise 0,6 oder 0,4 Millimeter dünnem Material elektrisch leitfähig und prozesssicher. Ähnlich verhält es sich bei der Roboterzange zum Einzelpunkt-Verbinden von MFB-E-Stromschienen mit Megafuse- und B+-Stromschienen. Mit demselben Werkzeug werden die Materialkombinationen 2,5 Millimeter in 1,5 Millimeter beziehungsweise 2,0 Millimeter in 1,5 Millimeter gefügt.

Die dritte Pressstation schließlich ist mit einem Einzelpunkt-Werkzeugsystem zum Verbinden von MFB-E-Stromschienen der Materialkombination 2,0 Millimeter in 1,0 Millimeter ausgelegt. Alle drei Clinch-Werkzeugsysteme werden über eine zentrale Sprüheinrichtung mit Öl besprüht, um die Füge- und Abstreifkräfte zu reduzieren.

Für erhöhte Flexibilität der Gesamtanlage zum Verbinden von Stromschienen für Lastverteiler gibt es außerdem eine weitere Roboterzange mit einem Einzelpunkt-Werkzeug sowie eine Maschinenzange mit Rund-Punkt-Werkzeug. Zum weiteren Lieferumfang gehören zudem die Schaltschrankanlage mit den Versorgungs-/Controller-Einheiten, die zugehörigen Verbindungskabel und schließlich eine Einpressüberwachung vom Typ CEP 400 als einkanalige Prozessüberwachung für die Qualität der Rund-Punkt-Verbindungen. Damit erhielten der Sondermaschinen-Lieferant und der Anwender die prozesstechnische Ausrüstung für die Clinchverbindungen aus einer verantwortlichen Hand, nämlich ausgehend von der Verbindungstechnologie und den Werkzeugen bis hin zur Prozessüberwachung.   bw

Mit Test und Siegel

Nun ist es amtlich: Die elektrische Leitfähigkeit von Rund-Punkten und Tox-SKB-Punkten zum Verbinden von Blechen aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien gleicher oder verschiedener Dicken wurde in einem umfangreichen Test der Technischen Universität Dresden nachgewiesen. Die Untersuchung zum Thema "Elektrisches Eigenschaftsprofil umformtechnischer Fügeverbindungen" wurde vom Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik gemeinsam mit dem Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik der TU Dresden durchgeführt. Die Auswertung erbrachte bei den mechanischen Untersuchungen den Nachweis, dass der Stand der Technik gegeben ist und die Verbindungssysteme die mechanischen Anforderungen erfüllen. Bei den elektrischen Untersuchungen wurde schließlich festgestellt, dass geclinchte Verbindungen die Anforderungen der Elektrotechnik (Gütefaktor ku < 1,5) erfüllen. Damit ist erwiesen, dass der getestete Tox-Rund-Punkt energietechnisch eine herausragende Verbindung bietet. Auch dauerhaft unter thermischer und mechanischer Last sowie unter Strom. Die unter dem Mikroskop erstellten metallographischen Schliffbilder zeigen die metallischen Mikrokontakte, die sich bei massiver Kaltumformung zwischen den Werkstücken ausbilden und die der Grund für die gute Leitfähigkeit sind. Weiter geforscht wird insbesondere an Aluminium-Kupfer-Bimetallverbindungen, bei denen die üblichen Verfahren wie zum Beispiel das Schweißen bisher an Grenzen stoßen.