Welchen Einfluss hat Sauberkeit auf die Dichtheit von Verbindungen?

Die „Technische Sauberkeit“ ist ein Qualitätsmerkmal, welches mehr und mehr an Bedeutung gewinnt. Gerade mit Blick auf die E-Mobilität – und im Kontext mit der Dichtheit – spielt sie auch eine entscheidende Rolle für die verlässliche Funktion einer Verbindung.

Dichtheitsapplikationen wie Batteriekästen, End- oder auch Anschlussmontagen stehen häufig im Fokus der Dichtheits- und Sauberkeits-Betrachtungen. Grafik: Arnold Umformtechnik

Unter Bauteilsauberkeit wird das Fehlen von Partikeln auf Bauteilen verstanden, die den weiteren Fertigungsprozess beziehungsweise die korrekte Funktion des Bauteils oder der Baugruppe beeinträchtigen oder verhindern können – und das gilt unabhängig von der Branche. In der Automobil- und Zulieferindustrie hat sich die „Technische Sauberkeit“ zu einem wichtigen Qualitätsmerkmal entwickelt. Sowohl für die Prüfung der funktionskritischen Partikelverunreinigungen als auch bei der Umsetzung branchenspezifischer Sauberkeitskonzepte wurden in den letzten rund zwanzig Jahren völlig neue Techniken und Methoden entwickelt. Aktuell gültige Standards sind VDA-Band 19 „Prüfung der Technischen Sauberkeit“ und VDA-Band 19 Teil 2 „Technische Sauberkeit in der Montage“.

Lösungen vom Pionier für wasserdichte Verbindungen

Auch in der aufstrebenden E-Mobilität ist das Thema von großer Bedeutung. Hier werden zum Beispiel besondere Anforderungen an die Dichtheit bei Batteriekästen gestellt. „Clean & tight – sauber und dicht – dieser zwangsläufige technische Zusammenhang ist die Basis für wasserdichte Verbindungslösungen, wie sie beispielsweise in diesem Bereich gefordert sind. Arnold Umformtechnik untersucht die Grundlagen für die Gewährleistung von Dichtheit und Sauberkeit, spezifiziert Anwendungen und analysiert die Einflussfaktoren auf das System. Die Arnold-Gruppe aus Forchtenberg-Ernsbach ist eine 100-%ige Tochter des global agierenden Würth-Konzerns, der mit über 65.000 Mitarbeitern und mit 420 Gesellschaften weltweit über 8 Milliarden Euro erwirtschaftet. Das Unternehmen, dass sich selbst als „Entwickler aus Leidenschaft“ bezeichnet, ist im Bereich der technischen Sauberkeit seit vielen Jahren aktiv, war quasi einer der Pioniere auf diesem Gebiet. Für den Hersteller von Verbindungslösungen ist es wichtig, ein Bewusstsein dafür zu schaffen, dass eine bestimmte Dichtheitsanforderung auch einen definierten Sauberkeitsgrad erfordert. Grundlage ist die enorme Erfahrung, die der Spezialist in langjähriger Zusammenarbeit mit großen Automotive-Herstellern gewonnen hat.

Anforderungen an die technische Sauberkeit

Die Anforderungen an die technische Sauberkeit wurden in der Automobilindustrie „geboren“. Heute legen allgemeingültige Regelwerke einen standardisierten Rahmen für die Realisierung der technischen Sauberkeit fest, so die VDA 19.1 zur Prüfung der technischen Sauberkeit, die VDA 19.2 zur technischen Sauberkeit in der Montage; außerdem die ISO 16.2.3.2 sowie ein Leitfaden zur technischen Sauberkeit für die Elektronikbranche vom Verband der Elektro- und Digitalindustrie ZVEI.

Bei Arnold Umformtechnik steht für die Untersuchungen zur Dichtheit und zur technischen Sauberkeit umfangreiches Equipment zur Verfügung. Dies sind für den Bereich Dichtheit zum einen zwei Prüfstände, die mit Prüfgas messen: eine Massenspektrometrie, welche Helium als Prüfmedium nutzt und eine Differenzdruckmethode, welche Luft als Prüfmedium nutzt. Mit einem weiteren Dichtheitsprüfstand, der Wasser als Prüfmedium nutzt, kann zudem ergänzend ein IPX7-Nachweis erbracht werden.

In Forchtenbach stehen für die Untersuchungen zur Dichtheit zwei Prüfstände zur Verfügung, die mit Prüfgas messen. Ein weiterer nutzt Wasser als Prüfmedium und erlaubt einen IPX7-Nachweis.

Foto: Arnold Umformtechnik

Für die Sauberkeitsanalyse ist es wichtig, die konkret vorhandene Partikelbelastung der Bauteile zu erfassen. In einem Extraktionskabinett werden bei Arnold die Schmutzpartikel vom Bauteil abgelöst und aufgefangen. Für die anschließend erforderliche Auswertung gibt es verschiedene Herangehensweisen. 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 ist bei den Forchtenbergern außerdem ein Rasterelektronenmikroskop. Damit kann genau ermittelt werden, aus welchen chemischen Elementen sich ein Schmutzpartikel zusammensetzt. Außerdem lassen sich Rückschlüsse auf die Fehlerquelle ziehen. Zudem steht ein Restmagnetismus-Prüfgerät zur Verfügung.

Neu angeschafft wurde ein Rasterelektronenmikroskop. Damit kann genau ermittelt werden, aus welchen chemischen Elementen sich ein Schutzpartikel zusammensetzt. Außerdem lassen sich Rückschlüsse auf die Fehlerquelle ziehen.

Foto: Arnold Umformtechnik

Lösungen für individuelle Kundenanwendungen

Das Thema Clean & tigth spielt für viele Verbindungselemente eine wichtige Rolle. Insbesondere stehen Dichtheitsapplikationen wie Batteriekästen, End- oder auch Anschlussmontagen im Fokus. Auch in der Elektronikbranche hat es große Bedeutung, zum Beispiel, wenn Leiterbahnen eng aneinander liegen. Für ölführende Systeme sowie die Sensortechnik für autonomes Fahren sind saubere Verbindungselemente ebenfalls unabdingbar. Auch komplexe Multifunktions- und Mehrstufenbauteile – die bei Arnold gefertigten „Conform-Next“-Teile – können in diese Sauberkeitsbetrachtungen einbezogen werden.

Ziel der Untersuchungen ist es, eine verlässliche Bewertung der Dichtheit der Verbindungselemente in Bezug auf Kundenapplikationen zu gewährleisten. Neben der Aussage dazu, wie dicht die Bauteile sind, sollen Langzeiteinflüsse wie Korrosion oder Umwelteinflüsse bewertet werden. Aus all diesen Untersuchungen lässt sich im Ergebnis ableiten, welche Verbindungslösung welche Dichtheitsanforderungen erfüllt. Das bei Arnold entwickelte und patentierte „Cleancon“-Konzept soll die technische Sauberkeit über alle Prozessschritte gewährleisten.