Wie Sie das Crimpen pimpen


Titelthema a:lot 28 - Herbst 2018

Crimpen ist ein Fügeverfahren, das in der Elektronikfertigung immer beliebter wird. Es stellt eine hohe elektrische und mechanische Sicherheit her und ist damit in einigen Bereichen eine gute Alternative zum Löten oder Schweißen. Allerdings bietet das Crimpen auch eine Vielzahl von Fehlerquellen, die nur durch das richtige Material und Werkzeug, aber auch die Erfahrung der Werker vermieden werden können.

Eigentlich ist alles ganz einfach: Beim Crimpen werden zwei miteinander zu verbindende Komponenten plastisch so verformt, dass sie eine mechanisch haltbare Verbindung eingehen, zum Beispiel durch Quetschen, Kräuseln oder Falten. Wird der Vorgang korrekt durchgeführt, ist die Verbindung gasdicht und hat einen minimalen elektrischen Durchgangswiderstand. Crimpverbindungen lassen sich nur bedingt wieder lösen. Das Crimpen wird vor allem dann angewendet, wenn eine hohe Stückzahl an Verbindungen schnell und zuverlässig hergestellt werden soll.
Was sich ganz simpel anhört, ist in der praktischen Anwendung jedoch eine Wissenschaft für sich. Ein sicheres Indiz dafür ist, dass es gleich eine ganze Reihe von internationalen Normen gibt, die die Anforderungen und Vorschriften für Crimpverbindungen spezifizieren, zum Beispiel die DIN EN 60352-2 (Lötfreie Verbindungen – Teil 2: Crimpverbindungen - Allgemeine Anforderungen, Prüfverfahren und Anwendungshinweise), die DIN EN 2242, die SAE-AS-22520 und einige andere. Die Anforderungen und Normen anderer Länder und Regionen sind insbesondere beim Export zu beachten, da zum Beispiel für Crimpverbindungen mit Aderendhülsen in Asien und Nordamerika spezifische Regeln gelten.

Sorgfältige Auswahl des Werkzeugs

Auch die enorme Vielzahl an unterschiedlichen mechanischen Werkzeugen zum Crimpen ist ein gutes Zeichen dafür, dass es sich hierbei nicht um eine einfach auszuführende Tätigkeit handelt. Alle verwendeten Komponenten müssen exakt aufeinander abgestimmt sein, zudem muss genau das passende Werkzeug zum Einsatz kommen. Der Maßstab für die Güte des Werkzeugs ist beim Crimpen nicht unbedingt der Preis, sondern eher seine Eignung für den spezifischen Einsatzzweck. Insbesondere in sensiblen Produktionsbereichen sollte man sich deshalb von einem Fachmann regelmäßig über die neuesten Produkte und Möglichkeiten beraten lassen.
Hinzu kommt, dass beim Crimpen nicht nur ein einziges Werkzeug benötigt wird, sondern mehrere, da es sich um einen mehrstufigen Vorgang handelt: abschneiden, abisolieren, crimpen. Schon deshalb ist es illusorisch, dass es ein einziges Werkzeug geben könnte, mit dem alle Aufgaben erledigt werden können. Sogar für das Crimpen selbst kann es nicht ein ideales oder universelles Werkzeug geben. Allerdings bemühen die Hersteller sich, durch multifunktionale Zangen den Prozess zu vereinfachen. Ein gutes Beispiel hierfür ist die „Knipex MultiCrimp“, die über ein Wechselmagazin mit fünf austauschbaren Crimp-Einsätzen verfügt. Diese können wahlweise eingesetzt werden, sodass der Werker nicht fünf, sondern nur eine einzige Crimpzange benötigt.

Arten von Crimp-Verbindungen

Das Crimpen ist eine mechanische Verformung, bei dem im Querschnitt der vercrimpten Leitung eine typische Form entsteht. Diese ist abhängig vom verwendeten Material und Werkzeug. Es gibt zahlreiche verschiedene Formen, von denen drei bis vier am gängigsten sind. Beim O-Crimp wird der Draht in eine runde Öffnung eingelegt und (mehr oder weniger) O-förmig zusammengedrückt. Im Unterschied dazu werden beim B-Crimp die Ränder des Kontaktteils in den Draht eingedrückt, sodass sich in der Querschnittansicht die Form des Buchstaben B ergibt. Beim U-Crimp (manchmal auch Ü-Crimp genannt) überlappen sich die Ränder des Kontaktteils, sie umschlingen sich. Wie der Name es bereits andeutet, werden beim Hex-Crimp die Enden des Kontaktteils wabenförmig zusammengedrückt, also sechskantig. Darüber hinaus gibt es noch weitere Crimp-Arten (wie zum Beispiel den Trapez-Crimp), die aber in der Praxis eine untergeordnete Rolle spielen. Welche Art des Crimpens am besten geeignet ist, hängt im Wesentlich vom verwendeten Kabel ab. Während sich der O-Crimp sehr gut für Volldrähte eignet, ist dieser für Litzendrähte eher ungünstig. Hierfür empfiehlt sich der B-Crimp, der wiederum bei Volldrähten nicht angewendet wird.

Hochwertige Werkzeuge verringern die Fehlerquote

Ein hochwertiges und vor allem homogenes Crimpergebnis kann nur dann erzielt werden, wenn stets mit exakt denselben Bedingungen gearbeitet wird. Das können selbst erfahrene Werker natürlich nicht gewährleisten. Moderne Crimpzangen sind deshalb zum Beispiel mit einer entriegelbaren Zwangssperre ausgestattet, die für eine gleichbleibende Arbeitsqualität sorgt. Andere Crimpzangen stellen sich in einem gewissen Bereich automatisch auf die Aderendhülse ein, sodass der Werker diesen Faktor nicht mehr berücksichtigen muss. Um auch an engen Stellen das Crimpen zu ermöglichen, gibt es Zangen mit Frontaleinführung, um nur eine weitere Variante zu nennen.
Selbst wenn das richtige Werkzeug ausgewählt wurde und alle Komponenten jeweils die Anforderungen der Norm erfüllen, kann das Produkt des Crimpvorgangs trotzdem nicht normgerecht sein. Unterschiedliche Toleranzen bei Leitern und Crimpmaterial können dazu führen, dass sie nicht kompatibel sind und deshalb nicht zusammen verarbeitet werden können. Um das zu verhindern, ist eine gründliche Vorauswahl nötig, die allerdings durch das riesige Angebot erschwert wird. Um ein einheitliches, wiederholbares und qualitativ hochwertiges Crimpergebnis zu erzielen, muss der Vorgang detailliert beschrieben und das Endergebnis gründlich getestet werden.

Auf den richtigen Druck kommts an

Wie stabil und zuverlässig eine Crimpverbindung ist, lässt sich mit Sicherheit nur feststellen, indem die Auszugskraft des Leiters aus dem Kontakt gemessen wird. Als Faustregel gilt jedoch, dass dann eine ausreichende Qualität vorliegt, wenn das Volumen des Kontaktteils auf 75 Prozent seines Ursprungs durch das Crimpen reduziert wurde. Ist der Druck zu niedrig, besteht die Gefahr, dass das Kabel wieder aus dem Kontaktteil herausrutscht. Wird mit zu hohem Druck gearbeitet und das Kontaktteil also zu stark komprimiert, kann das Kabel beschädigt werden und bei mechanischer Beanspruchung abreißen. Außerdem kann auf diese Weise die elektrische Leitfähigkeit erheblich verändert werden, sodass die gewünschten Eigenschaften nicht oder nicht mehr ausreichend erreicht werden.
Eine weitere häufige Fehlerquelle bietet das Einlegen des Kabels. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass eine ausreichende Kontaktfläche geschaffen wird, damit eine sichere Verbindung entstehen kann. Bei Litzenkabeln kann es leicht vorkommen, dass nicht alle Drähte in das Kontaktteil eingeführt werden und es deshalb zu unerwünschten Verlusten und Kurzschlüssen kommen kann. Um dies zu vermeiden, sollten höchstens zwei Prozent aller Drähtchen nicht vercrimpt sein.

Der Weg zum perfekten Crimp

- Klären Sie das Einsatzgebiet genau
- Definieren Sie detailliert das Anforderungsprofil
- Überprüfen Sie die für den Prozess erforderlichen Normen
- Stellen Sie einen Produktionsprozess mit kompatiblen Komponenten zusammen
- Lassen Sie sich von Fachleuten beraten
- Achten Sie dabei auf hochwertige Werkzeuge und -stoffe
- Lesen Sie die Datenblätter der Werkzeuge und verwendeten Materialien
- Schulen Sie Ihr Personal für den spezifischen Einsatzzweck
- Dokumentieren Sie den Ablauf und die verwendeten Materialien genau
- Überprüfen Sie das Ergebnis mit einer Nullserie

Auf gründliche Vorarbeiten achten

Ein wichtiger Faktor beim Crimpen sind die Metalle, die miteinander verbunden werden sollen. Nicht alle Kombinationen sind möglich beziehungsweise günstig. Grundsätzlich lassen sich Edelmetalle wie Gold und Silber oder Nickel und Kupfer gut miteinander verarbeiten. Bei vielen Metallen, die für die Kontaktteile und die Drähte verwendet werden, sollte darauf geachtet werden, dass sie nicht schon vor der Verwendung korrodiert sind. Dies kann verhindert werden, indem die Materiale trocken und nicht zu lange lagern. Im Zweifel sollte auf den Einsatz überlagerter Metalle verzichtet werden.
Dass der gesamte Crimp-Vorgang mit größter Sorgfalt durchgeführt werden sollte, belegt ein weiterer Fehler, der häufig auftritt: Reste der Isolierung des Drahtes werden mit in das Crimpelement eingeführt und sorgen dort für einen verminderten Kontakt oder blockieren ihn ganz. Auch der Vorgang des Abisolierens muss deshalb exakt und akribisch durchgeführt werden. Ebenso sollten andere Stoffe, die sich möglicherweise noch auf dem Kabel befinden, gründlich entfernt werden, damit tatsächlich nur die beiden Metalle miteinander in Berührung kommen. Auf diese Weise wird vermieden, dass es zu unliebsamen Reaktionen kommt.

Qualifikation der Werker ist wichtig

Wie bei allen manuell ausgeführten Arbeiten ist auch beim Crimpen der Mensch eine wesentliche Fehlerquelle. Um verlässliche und hochwertige Ergebnisse zu erhalten, ist es deshalb wichtig, qualifizierte und erfahrene Werker einzusetzen. Einige Hersteller von Crimpwerkzeugen stellen umfangreiches Informationsmaterial sowie Videotutorials im Internet zur Verfügung. Auch einschlägige Seminare tragen dazu bei, die Kompetenz der Werker zu erhöhen. Entsprechende Angebote gibt es zum Beispiel von der Fraunhofer Academy und der Technischen Akademie Esslingen. Denn ganz so einfach wie es sich anhört, ist das Crimpen eben doch nicht.

Die Folgen fehlerhaften Crimpens

Wenn der Crimpvorgang nicht sorgfältig ausgeführt wird, können dadurch eine Reihe von Fehlern verursacht werden, die mechanische, elektrochemische und elektrische Konsequenzen haben können. Meistens handelt es sich dabei um versteckte Fehler, die nur mit großem Aufwand und einer entsprechenden Verzögerung entdeckt werden. Hinzu kommt, dass das Crimpen in der Regel ein Massenverfahren ist, das bei unsachgerechter Ausführung eine Reihe von Fehlern nach sich ziehen kann, die in der Summe schwer aufzufinden sind. Ein fehlerhafter Crimp kann auch dazu führen, dass elektrische und elektronische Geräte erhebliche Fehlfunktionen aufweisen. Kleine Ursache, große Wirkung! Außerdem kann es in Einzelfällen vorkommen, dass der Widerstand durch einen fehlerhaften Crimp deutlich erhöht wird und es zu einer beachtlichen Überhitzung kommt – die Brandgefahr steigt.

Text: Volker Neumann