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Es muss nicht immer Kupfer sein

MS Spaichingen nutzt Thermoausgleichsleitung für innovative Verbindungstechnik

igus hat Leitungen für Sensoren mit Thermoelementen entwickelt, die statt Kupfer spezielle Werkstoffe wie Konstantan und Nickel/Chrom-Nickel-Verbindungen verwenden. Den Anstoß dazu gab die Anfrage der MS Spaichingen, die für das innovative Verfahren des Heizkontaktnietens geeignete Thermoausgleichsleitungen suchte. Dabei musste Grundlagenarbeit geleistet werden, aber die Entwickler konnten auf umfassende Erfahrung in der Entwicklung von Leitungen für besondere Anforderungen zurückgreifen.

  • Was wurde benötigt: chainflex-Leitungen (Thermo-Ausgleichsleitungen CFTHERMO) als fertig vorkonfektionierte "readycable"-Lösung
  • Anforderungen: Thermoelemente mit besonderen Leitungsmaterialien, bewegliche bzw. äußerst dynamische Beanspruchung, Energie- & Signalübertragung in einer Leitung; eine Kombination von Kupferleitungen und Thermoelement-Leitungen für dynamische Beanspruchung und lange Lebensdauer
  • Branche: Heizkontaktnieten, Spritzgießerei
  • Erfolg für den Kunden: Entwicklung einer gänzlich neuen beweglichen Leitung nur mit Thermoelementenseit für diese Anwendung; 3 Jahre im Einsatz ohne einen einzigen Ausfall

CFTHERMO Leitungen chainflex In den Anlagen sind teilweise mehr als 100 Nietstempel verbaut. Jeder ist mit einem Thermoelement ausgestattet, das eine Leitung mit Spezialwerkstoffen benötigt.

Problem

Die MS Spaichingen GmbH ist auf verschiedenen Geschäftsfeldern für die Automobilindustrie tätig. Der Geschäftsbereich Schweißtechnik hat sich auf den Bau von individuellen Ultraschall-Schweißanlagen für die Verbindung von Kunststoffteilen spezialisiert. Dem Ultraschall-Schweißen sind allerdings auch Grenzen gesetzt. Wenn zum Beispiel Metall und Kunststoff verbunden werden sollen, wird als Alternative das Heizkontaktnieten genutzt. Bei diesem von MS Spaichingen entwickelten Verfahren wird nur Temperatur ins Material eingebracht und eine spaltfreie Nietverbindung hergestellt. Zu dem Prozess gehört auch das begleitende Messen der Temperatur an den Nietstellen. Jeder Nietstempel, der in den Anlagen von MS Spaichingen zum Einsatz kommt ist daher mit einem Thermoelement ausgestattet, das die Temperatur erfasst.
Zunächst wurde für die Energie- und Signalzuführung ein Kabel des Heizungsherstellers verwendet. Nach rund 100.000 Doppelhüben, das enspricht einer Anlagenbetriebsdauer von einem Jahr, entstanden aber Kabelbrüche, die sich mit jedem Zyklus auf- und abbewegen.
Die Suche nach einer Alternativleitung gestaltete sich nicht einfach, denn es mussten besondere Materialien zum Einsatz kommen. Der Prozess verlangt, dass die Leitung nicht wie üblich einen Kupferleiter, sondern die gleiche Legierung wie das Thermoelement haben muss. Das heißt: Man benötigt Leitungen aus Legierungen wie einer Nickel/Chrom-Nickel-Verbindung – und das auch in großen Mengen. Zudem wurde eine bewegliche und dynamische Leitung gewünscht.
Die igus-Entwickler mussten zunächst Grundlagenarbeit leisten, indem man nach Wegen suchte, die vergleichsweise harten und spröden Legierungen zu Drähten zu verarbeiten. Außerdem sollten die Leitungen neben dem Sensorsignal auch Energie zum Sensorkopf übermitteln. Eine Kombination von Kupferleitungen und Thermoelement-Leitungen musste gewählt werden wobei die vergleichsweise weichen Kupferadern mit den harten Adern der Thermo-Legierungen so kombiniert werden müssen, dass auch bei dynamischer Beanspruchung eine lange Lebensdauer erreicht wird.

Lösung

Nach diesen Maßgaben entwickelte igus zuerst eine bewegliche Leitung nur mit Thermoelementen, die heute als chainflex CFTHERMO.K.001 im Programm ist, sowie eine Leitung mit drei Kupferadern und einem Thermoelement (CFTHERMO.K.002). Der Leitungstyp K.002 wurde bei igus und MS Spaichingen getestet, und die MS-Konstrukteure erteilten nach 300.000 Doppelhüben die Freigabe. Inzwischen befinden sich die CF Thermo-Leitungen schon seit einigen Jahren im Einsatz, und die Erfahrungen sind rundum positiv. Joachim Wein, verantwortlich für die Elektronik-Entwicklung des Geschäftsfeldes Schweißtechnik bei MS Spaichingen: „Wir setzen die Leitungen mit und ohne Energiekette ein und hatten noch keinen einzigen Ausfall.“
igus hat das CFTHERMO-Programm ausgebaut und um weitere Legierungen erweitert, die zum Beispiel bei der Messung von höheren Temperaturen zum Einsatz kommen. Darüber hinaus gibt es seit vergangenem Jahr auch „readycable“, das heißt fertig konfektionierte Leitungen für Thermoelemente. Die Stecker werden hier aus demselben Material gefertigt wie die Leitungen. Die dynamischen Tests, die igus mit den ersten chainflex Thermo-Leitungen durchführte, laufen übrigens immer noch. Sie starteten im Januar 2011 und sind mittlerweile bei über 100 Millionen Doppelhüben angekommen, und die Widerstandsmessungen zeigen immer noch keine Unregelmäßigkeiten. Inzwischen ist igus auch auf andere Anwendungen für solche Leitungen gestoßen – sogar im eigenen Hause, genauer gesagt in der Spritzgießerei, wo mehrere hundert Spritzgießmaschinen Gleitlager, Energieketten und andere igus-Produkte herstellen. In diesen Maschinen muss die Temperatur des Prozesses ebenfalls überwacht werden, und diese Aufgabe übernehmen Thermoelemente. Aber auch in weiteren Bereichen werden immer öfter bewegliche Leitungen eingesetzt, die die Eigenschaften eines Thermoelements besitzen und gleichzeitig äußerst zuverlässig sind.


„Wir setzen die Leitungen mit und ohne Energiekette ein und hatten noch keinen einzigen Ausfall."

Joachim Wein, verantwortlich für die Elektronik-Entwicklung des Geschäftsfeldes Schweißtechnik bei der MS Spaichingen GmbH

CFTHERMO Leitungen chainflex Die CF Thermo-Leitungen bewegen sich mit jedem Hub des Nietelementes. Je nach Einbauraum Leitungslänge setzt MS Spaichingen Leitungen mit und ohne Energiekette ein.
CFTHERMO Leitung chainflex Die CF Thermo-Leitungen wurden speziell für Thermoelemente entwickelt. Sie nutzen Legierungen wie Konstantan oder Nickel-/Chrom-Nickel-Verbindungen für die Erfassung der Temperatur an den Heizelementen.

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