Wie ein EMS eine Hochspannungsabdeckung entwickelte

Hightech-Industrien mit hohen Sicherheitsanforderungen stehen beim französischen Unternehmen Framatome immer im Zentrum: Die Spezialisten entwickeln auf der einen Seite komplexe Systeme, um Kernkraftwerke in aller Welt sicherer und effektiver zu machen. Gleichzeitig entstehen an den deutschen Standorten beispielsweise komplexe Prüfanlangen, mit denen man Bahnräder und -Achsen, Flugzeugkomponenten, Turbinen und vieles mehr per Ultraschall auf Risse oder andere Materialfehler zerstörungsfrei überprüfen kann. Zum Einsatz kommen dabei Prüfköpfe, die im Design an die jeweiligen Aufgaben angepasst werden – sich also etwa an Kontur und Größe des Prüfgegenstands anpassen. Ein großes Maß an Erfahrungswissen bildet die Basis für diese komplexe Aufgabenstellung.

Höhere Spannungen notwendig

Die Gesamtlösung besteht dabei zumeist aus einer Vielzahl von Prüfköpfen, die einzeln von der dazugehörigen Elektronik angesteuert werden und dann mit hoher Amplitude ihre Ultraschallwellen auf das Prüfobjekt senden. Hier wird das Ganze reflektiert, absorbiert und gestreut oder es tritt ganz hindurch, was man wiederum mit Ultraschall-Empfängern messen kann – das Grundprinzip ist also mit dem bekannten Einsatz in der Medizin vergleichbar. Allerdings treten in den Lösungen von Framatome höhere Spannungen auf, damit man letztendlich zum Beispiel einen Meter Stahl von Kraftwerk-Turbinen oder ähnliches per Ultraschall durchdringen kann. Im Umkehrschluss muss die dazugehörende Elektronik für diese Hochspannung ausgelegt werden, wobei die Messtechnik-Spezialisten ein raffiniertes „Baukastensystem“ zum Einsatz bringen: Die Prüfelektrik befindet sich in kleineren Boxen mit jeweils 32 Kanälen für 32 Ultraschall-Prüfköpfe. Je nach Aufgabe werden mehrere dieser Boxen zusammengesteckt, sodass man zum Beispiel 64 Prüfköpfe (mit zwei Boxen) oder sogar 128 Prüfköpfe (mit dann 4 Boxen) ansteuern kann.

Vor diesem Hintergrund wird schnell klar: Die „Schnittstelle“ dieser Lösung – also das Element zum Zusammenstecken der Boxen – muss einerseits stabil und fehlerfrei gefertigt werden, andererseits für die angesprochenen hohen Spannungen ausgelegt sein. Wie geht man eine solche Aufgabe an? „Wir haben uns an Kraus Hardware gewandt, weil wir einen Dienstleister gesucht haben, der quasi aus dem Wissen für die Elektronik heraus auch ein technisches Verständnis für die Mechanik hat und zugleich die damit verbundene Entwicklungsaufgabe abdeckt. Das ist hier der Fall. Die Stabilität des Ganzen stand von Anfang an über allem“, erklärt Dipl.-Ingenieur Rudolf Bender, Hardware-Entwicklung Qualicon Qualitätsservice NDT Systems bei Framatone in Karlstein. Vor diesem Hintergrund hat Kraus Hardware nicht nur bei der Entwicklung der benötigten Steckverbinder unterstützt, sondern im zweiten Schritt diese auch produziert – beides keine ganz einfache Aufgabe, wie der Blick auf das kleine Bauteil schnell deutlich macht, denn insgesamt besteht die Lösung aus mehreren Teilen: eine Kartenführung aus Teflon sowie Steckerabdeckung, Unterlegplatte und Isolatorplatte aus Polyoxymethylenen (POM).

Werkstoffe im Fokus

Beide genannten Werkstoffe weisen eine Reihe von Besonderheiten auf, die man während ihrer Bearbeitung beachten muss. So besitzt Teflon – als Markenname für das Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE) – eine exzellente Isolationsfähigkeit. Es ist beständig gegenüber elektrischer Leitfähigkeit, weshalb es sich ideal für Anwendungen in der Elektronik und Hochfrequenztechnik eignet. Aufgrund seiner niedrigen Reibung und hohen Härte erfordert die Bearbeitung von Teflon aber spezielle Werkzeuge und Präzisionsmaschinen. Im Gegensatz dazu lassen sich Polyoxymethylene leicht bearbeiten und in verschiedene Formen bringen. Es wird gedreht, gefräst, gebohrt und poliert. Dabei entsteht nur wenig Abrieb und die Werkzeugabnutzung ist klein, was die Produktionskosten senkt. Seine Beständigkeit gegenüber Verschleiß, Abrieb und Feuchtigkeit macht es besonders langlebig. Es kommt allgemein in Steckverbindern, Schaltern und Gehäusen für elektrische Komponenten zum Einsatz.

„Letztlich benötigen wir beide Werkstoffe – sowie eine Reihe von weiteren – für die Hochspannungsabdeckung“, fasst Andreas Kraus, Gesellschafter von Kraus Hardware, zusammen. „So sorgt das Teflon für eine wortwörtlich reibungslose Kartenführung. Gleichzeitig können wir die benötigte Steckerabdeckung aus Polyoxymethylen mit hohem Tempo und hochpräzise ‚aus dem Vollen‘ herausfräsen. In jedem Fall profitieren wir von unserem Erfahrungswissen rund um die elektrische Baugruppe sowie ihrer mechanischen Bedingungen, wobei wir jeden Teilprozess möglichst effizient, fehlerfrei und rückverfolgbar vollziehen. Am Ende steht eine Komplettlösung für den Kunden.“