Heiß gegos­sen

Mit Feu­er spielt man nicht. Vor allem, wenn kunst­stof­fum­man­tel­te Kabel im Spiel sind. Wie kommt man also auf die ver­we­ge­ne Idee, emp­find­li­che Ener­gie- und Daten­lei­ter mit flüs­si­gem Metall in Ver­bin­dung zu brin­gen und dass auch noch für eine glän­zen­de Idee zu halten?

Ver­suchs­auf­bau einer voll­au­to­ma­ti­sier­ten Fer­ti­gungs­an­la­ge für Advan­ced Shiel­ding Technology

Die Zeit ist der ent­schei­den­de Fak­tor.“ Die­se ­wei­sen Wor­te ent­stam­men kei­ner alten Schrift von ­Kon­fu­zi­us, son­dern direkt von Cord Star­ke. Und sie beschrei­ben kei­ne phi­lo­so­phi­sche Grund­ein­stel­lung, son­dern den tech­no­lo­gi­schen Kniff, mit dem die „Advan­ced Shiel­ding Tech­no­lo­gy“ funktioniert.

Cord Star­ke ist gelern­ter Maschi­nen­bau­er, Fach­rich­tung Ener­gie­tech­nik. Und kommt er auf „sei­ne“ Ent­wick­lung in Sachen Schir­mung zu spre­chen, dann springt der Fun­ke sofort über. Denn mit der spe­zi­el­len Schir­mung von Aktor- und Sen­sor­ka­beln haben der Diplom-Inge­nieur und sein Team einen Voll­tref­fer gelandet.

Ein furcht­ba­rer Prozess

Bevor wir uns in die Maschi­nen­hal­le bewe­gen, wo die ­ers­te auto­ma­ti­sier­te Fer­ti­gungs­stra­ße der Advan­ced Shiel­ding ­Tech­no­lo­gy auf­ge­baut ist, schil­dert Star­ke den Wer­de­gang der Ent­wick­lung. „Von unse­rer Busi­ness-Unit-Lei­tung hat­ten wir den Auf­trag: Denkt geschirm­te Ste­cker neu! Die Kabel­fer­ti­gung mit kon­ven­tio­nell gefer­tig­ten M12-Ste­ckern ist unfle­xi­bel und auf­grund der vie­len benö­tig­ten Ein­zel­tei­le rela­tiv unwirt­schaft­lich, denn wir brau­chen ja für jedes geschirm­te Kabel in jeder Dimen­si­on immer wie­der neue Ste­cker mit all ihren Einzelteilen.“

Neben der puren Anzahl der Tei­le ist auch die Her­stel­lung der geschirm­ten Ste­cker im Hoch­lohn­land Deutsch­land ein Pro­blem. Cord Star­ke schüt­telt sich: „Das ist für jeden Inge­nieur ein furcht­ba­rer Pro­zess – die Din­ger flub­bern hin und her, die Hül­se wan­dert irgend­wo­hin, wo sie nicht hin soll … Die bis­her not­wen­di­ge manu­el­le Ver­ar­bei­tung ist sehr, sehr auf­wän­dig. Unser Ziel war, die Qua­li­tät der Ver­ka­be­lung zu erhö­hen, sie zu auto­ma­ti­sie­ren und damit auch schnel­ler und wirt­schaft­li­cher zu machen. Ganz ein­fach, oder?“

Die manu­el­le Bear­bei­tung der Schir­mung
ist für jeden Inge­nieur ein furcht­ba­rer Prozess.“

Cord Star­ke

Cord Star­ke schmun­zelt, wenn er an die Anfän­ge die­ser Her­aus­for­de­rung denkt. Das Team, wel­ches er ver­ant­wor­tet, war von Beginn an inter­dis­zi­pli­när auf­ge­stellt: „Wir haben mit Kol­le­gen aus der Fer­ti­gung, dem Prüf­la­bor, der Ent­wick­lung und dem Mar­ke­ting begon­nen und diver­se Din­ge wirk­lich ganz hand­fest aus­pro­biert. Dabei sind wir direkt auf diver­se Pro­ble­me gesto­ßen, etwa die Gestal­tung wink­li­ger Anschlüs­se oder die Kon­tak­tie­rung der Schir­mung, die klas­si­scher­wei­se direkt auf den Kabel­man­tel gecrimpt wird. Oder wo der Schirm zwi­schen zwei Hül­sen ver­presst wird.

Cord Star­ke

Bei einem der vie­len Brain­stor­mings bin dann tat­säch­lich ich auf die Idee gekom­men, ob man nicht mit Metall schir­men kön­ne. Wir kön­nen ja schon lan­ge Kunst­stoff voll­au­to­ma­tisch umsprit­zen. Kön­nen wir nicht ein­fach die Schir­mung mit flüs­si­gem Metall, in die­sem Fall Zinn, drum­her­um gie­ßen? Flüs­si­ger Kunst­stoff ist ja auch sehr heiß, das müss­ten die Kabel sel­ber also doch aus­hal­ten? Ich kom­me aus der klas­si­schen Ener­gie­tech­nik, habe also Erfah­rung in Sachen Ther­mo­dy­na­mik. Daher war ich mir ziem­lich sicher, dass die Wär­me bei die­sem Pro­zess gar nicht in den Kunst­stoff des Kabels gehen wür­de, son­dern gleich nach außen in die Metallform.“

Unge­schirm­ter Geistesblitz

Die­ser Gedan­ken­blitz bedeu­te­te den Durch­bruch: „Die Idee schien so ver­rückt, dass wir im Team zunächst ein­mal Tests durch­ge­führt haben. Wir haben Förm­chen in 3D kon­stru­iert und bestellt. Und beim eige­nen Mus­ter­bau, der für Klein­se­ri­en und Mus­ter­an­läu­fe tätig ist, waren noch ein Zinn­bad und Prüf­ge­rä­te vorhanden.

Und dann haben wir ein­fach los­ge­legt. Wir hat­ten kurz pro­biert, ab wann das flüs­si­ge Zinn den Kunst­stoff des Kabels zer­stört und wuss­ten daher, dass wir etwa fünf Sekun­den Zeit hat­ten, bis es dem Kabel zu heiß wird. Also Kabel abiso­liert und in unse­re Form gelegt, Schutz­bril­le auf und mit reich­lich Respekt Zinn heiß und flüs­sig gemacht und in die Form gegos­sen. Wider Erwar­ten fand kei­ne Explo­si­on statt (lacht).“

Die Über­ra­schung der for­schen­den Inge­nieu­re war groß, denn nach dem Öff­nen der Gieß­form sah das Kabel samt ­metal­le­ner Schir­mung schon fast seri­en­mä­ßig aus. Also ging es direkt aufs Prüf­ge­rät, wo Hoch­span­nung ange­legt wur­de. Und gleich im ers­ten Test zeig­te sich, dass die Schir­mung funk­tio­nier­te.
Star­ke führt wei­ter aus: „Dann wur­de zunächst eine Klein­se­rie mit zwan­zig Tei­len auf­ge­legt, die wir im Prüf­la­bor auf ihren Über­gangs­wi­der­stand der Schirm­kon­tak­tie­rung gemes­sen haben. Nor­ma­tiv erlaubt sind 100 Mil­liohm (mΩ), und wir hat­ten sofort Wer­te von unter 1 mΩ, also eigent­lich nur noch den Wider­stand vom Zinn sel­ber. Der nächs­te Gang war zum Kli­ma­schrank, in dem sich inner­halb der Prüf­zy­klen der Wider­stand um nicht mehr als 5 mΩ erhö­hen darf. Da pas­sier­te trotz des ver­such­ten Mate­ria­mords gar nichts, kei­ne Erhö­hung des Wider­stands, auch nach hun­der­ten von Stun­den im Durchlauf.

Dann folg­ten Ver­su­che mit Hoch­strom: Wir haben zwei Kilo­Am­pe­re (kA) drü­ber gejagt, dann drei, fünf, acht, zwölf – wie­der pas­sier­te nichts. Mit die­sen Ergeb­nis­sen haben wir uns aus der Deckung gewagt und die Tech­no­lo­gie zunächst hier unse­rer Busi­ness Unit vor­ge­stellt, um den Auf­trag zu bekom­men, dar­an in grö­ße­rem Rah­men wei­ter­zu­ar­bei­ten. Denn wir wuss­ten zwar, dass es tech­nisch Sinn machen wür­de, mit flüs­si­gem Metall zu schir­men. Aber jetzt ging es dar­um, das auch in der Pro­duk­ti­on abzu­bil­den, also Fer­ti­gungs­me­tho­den zu entwickeln.“

Star­ke schnappt sich sei­ne Jacke, wir wech­seln den Stand­ort vom Büro in eine der Fer­ti­gungs­hal­len, in denen die ers­te voll­au­to­ma­ti­sier­te Fer­ti­gungs­stra­ße für die heiß­ge­machs­ten Ste­cker auf­ge­baut wird.

Vom Pro­dukt zur Produktion

Schnell war klar: In der Tech­no­lo­gie steck­te enor­mes Poten­zi­al. Sie war es wert, in der bei Phoe­nix Con­ta­ct legen­dä­ren Kon­struk­ti­ons­be­spre­chung vor­ge­stellt zu wer­den. In die­ser wöchent­lich statt­fin­den­den Run­de der füh­ren­den Köp­fe der Ent­wick­lung, in der auch Klaus Eisert nach wie vor fast immer dabei ist, wer­den die tech­no­lo­gi­sche Zukunft von Phoe­nix Con­ta­ct erör­tert und maß­geb­li­che Neu­ent­wick­lun­gen prä­sen­tiert. Und auch der Grand­sei­gneur von Phoe­nix Con­ta­ct war beeindruckt.

Star­ke ist merk­lich stolz: „Wir beka­men den Input, dass sich unser Werk­zeug­bau schon ein­mal an einer ähn­li­chen Ent­wick­lung pro­biert hat­te. Es wur­de damals ver­sucht, Strom­bal­ken für Rei­hen­klem­men zu gie­ßen. Die Idee fuß­te auf einem Pro­jekt an der RWTH Aachen, wo mit nie­der­schmel­zen­den Metall­le­gie­run­gen für Lei­ter­bah­nen expe­ri­men­tiert wor­den war. Da wur­den etwa beheiz­ba­re Ski­bril­len ausprobiert.“

Eini­ge der damals dort täti­gen Exper­ten arbei­ten mitt­ler­wei­le bei Phoe­nix Con­ta­ct. Das zahl­te sich aus: Durch den Aus­tausch der Fach­leu­te kamen Star­ke und sein Team wich­ti­gem Equip­ment auf die Spur: „Im Kel­ler unse­res Maschi­nen­baus stan­den noch der Schmelz­tie­gel und die Schmelze­pum­pe. Die haben wir dann zu uns geschleppt und los­ge­legt. Von Anfang an hat­te das Team aus inter­nem Werk­zeug­bau, inter­nem Maschi­nen­bau, Pro­duk­ti­on und Ent­wick­lung ver­schie­de­ne Aus­bau­stu­fen der Fer­ti­gung bis hin zur Voll­au­to­ma­ti­on im Blick. So konn­ten Einzelteil‑, Arti­kel­werk­zeug- und Maschi­nen­kon­struk­ti­on opti­mal auf­ein­an­der abge­stimmt wer­den. Vor­teil hier­bei ganz klar die hohe Fer­ti­gungs­tie­fe von Phoe­nix Con­ta­ct.“
Mit einer Spritz­guss­ma­schi­ne und spe­zi­el­len Ver­suchs-Kavi­tä­ten, also For­men, die das Team bau­te, wur­den dann ers­te Vor­se­ri­en­tei­le erstellt. Es waren zahl­rei­che Ver­su­che nötig, auch mit dem über­ra­schend aggres­si­ven Zinn, wel­ches alle metal­le­nen Maschi­nen­tei­le angreift und auf­löst. ­Diver­se Beschich­tun­gen wur­den getes­tet, um die Stand­zei­ten der ­Maschi­ne zu erhöhen.

Die Qua­dra­tur des Kreises

Die Vor­se­ri­en wur­den immer wei­ter getes­tet und aus­ge­reizt. Cord Star­ke ist immer noch am Stau­nen: „Und wir haben sie ein­fach nicht kaputt bekom­men! Die Qua­li­tät war also top. Danach ging es ins Indus­tri­al Engi­nee­ring, um die Kos­ten zu berech­nen. Und inter­es­san­ter­wei­se erwies sich, dass die Pro­duk­ti­on mit einer ver­ket­te­ten Anla­ge hoch­wirt­schaft­lich sei, im Gegen­satz zur bis­he­ri­gen Arbeits­wei­se mit zahl­rei­chen manu­el­len Prozessen.“

Es gelang dem Team, die Takt­ra­ten in der auto­ma­ti­sier­ten Her­stel­lung im Ver­gleich zur manu­el­len Fer­ti­gung deut­lich zu redu­zie­ren. Das flüs­si­ge Zinn wird exakt dosiert zuge­führt und benö­tigt in der dün­nen Auf­brin­gung nur eine Sekun­de zur Aus­här­tung. Zudem redu­ziert sich die Anzahl der benö­tig­ten Tei­le dras­tisch von meh­re­ren Dut­zend in der gecrimp­ten Ver­si­on in bis­he­ri­ger Fer­ti­gung auf nur noch weni­ge in der auto­ma­ti­sier­ten Produktion.

Dabei ist die Dicke des geschirm­ten Kabels im neu­en Ver­fah­ren in der Fer­ti­gung völ­lig egal — ganz anders als vor­her, wo das Kabel immer dün­ner sein muss­te als der Ste­cker und des­sen Schirm­hül­se. Star­ke führt aus: „Damit kön­nen wir Kabel mit ganz unter­schied­li­chen Eigen­schaf­ten schir­men, bis zu 16 Ampere Strom­stär­ke. Da hilft, dass die Wär­me­ab­lei­tung durch die idea­le Ver­bin­dung des Zinns mit dem Ste­cker auch deut­lich bes­ser ist.

M8 und M12 wer­den von uns stan­dard­mä­ßig ange­bo­ten. Und das auch in einer abge­win­kel­ten 90-Grad-Aus­füh­rung. Die mög­li­chen Anwen­dun­gen sind enorm, denn es gibt welt­weit nie­man­den, der geschirm­te Kabel voll­au­to­ma­ti­siert fer­ti­gen kann. Und da gute Ideen geschützt gehö­ren, haben wir ver­schie­de­ne Paten­te auf Pro­zess und Pro­dukt angemeldet.“

Eine Ent­wick­lung mit gro­ßem Poten­zi­al, denn das Indus­tri­al Ether­net ver­drängt all­mäh­lich die Welt der Feld­bus­se, so Star­ke. „Die Büro­welt und die Fer­ti­gungs­welt wach­sen zusam­men. Und damit nimmt auch der Bedarf an geschirm­ten Kabeln, die nicht durch Ein­flüs­se von außen gestört wer­den kön­nen, stark zu.“
Cord Star­ke zeigt auf die impo­san­te Fer­ti­gungs­stra­ße, in der sich flüs­si­ges Metall im exak­ten Takt ums Kabel schmiegt: „Es macht ein­fach Spaß, in einem Unter­neh­men zu arbei­ten, wo so eine Ent­wick­lung in die­ser Tie­fe mög­lich ist. Wo wird man schon hören: Es ist zwar total ver­rückt, aber macht das! Ihr bekommt Zeit und Res­sour­cen und Unter­stüt­zung unse­rer Teams, dann könnt ihr los­le­gen. Das macht Phoe­nix Con­ta­ct aus, das ist unser Spirit.“

Advan­ced Shiel­ding Tech­no­lo­gy
Image­trai­ler AST

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