Produktionsprozesse neu denken

Bleifrei gerne, aber wie?

20. Juni 2022, 7:30 Uhr | Von Jörg Zenkner, Phoenix Contact
Phoenix Contact
Derzeit gilt bei Kupferlegierungen noch die Ausnahmeregelung 6c, die einen Massenanteil von bis zu vier Prozent Blei erlaubt.
© Phoenix Contact

Bleifrei zu produzieren, gilt als eine der größten Herausforderungen der metallverarbeitenden Industrie der letzten 50 Jahre und sie ist noch längst nicht abgeschlossen. Phoenix Contact hat daher 92 unterschiedliche Materialien getestet und 55 hausinterne Produktionsprozesse unter die Lupe genommen.

Algerien war das letzte Land, in dem noch verbleites Benzin verkauft worden ist. Seit Juli 2021 ist auch dort Schluss. Andere Länder wie Deutschland hatten längst umgestellt. Blei ist ein Schwermetall, das sich in der Umwelt und in Organismen anreichert und als gesundheitsgefährdend gilt. Nicht nur aus Kraftstoffen, sondern aus vielen anderen Produkten ist es deshalb weitgehend verschwunden. Den Herstellern von Elektronikprodukten steht dieser grundlegende Wandel noch bevor. Noch im Jahr 2022 will Phoenix Contact den Großteil seines Produktportfolios bleifrei anbieten.

Standortübergreifend arbeiteten die Projektbeteiligten über viele Jahre daran, die geeigneten Materialien zu identifizieren und Produktionsprozesse anzupassen (Bild). Um das hoch komplexe Thema auch wissenschaftlich zu betrachten, wurde an der RWTH Aachen ein Forschungsprojekt initiiert, bei dem Phoenix Contact im projektbegleitenden Ausschuss vertreten war. Dort entwickelten die Beteiligten grundlegende Bearbeitungsstrategien für verschiedene bleifreie Kupferlegierungen. Das war der Startpunkt für eigentliche Ausarbeitung der Technologie am Standort Blomberg.

Anbieter zum Thema

zu Matchmaker+
Phoenix Contact
Königsdisziplin für die Entwickler waren die Crimp-Kontakte: Sie müssen gut Strom leiten, langzeitbeständig sein sowie gleichzeitig gute Zerspan- und Kaltumformeigenschaften mitbringen.
© Phoenix Contact

Eine Erkenntnis aus den Untersuchungen war, dass der Spanbruch mit bleifreien Legierungen schlechter funktionierte als mit bleihaltigen. In der herkömmlichen industriellen Produktion sorgt das Metall aber nicht nur für einen guten Spanbruch, sondern auch für eine leichtere Kaltverformbarkeit und eine leichte Schmierung im Material. Ohne Blei verschlechtern sich diese Eigenschaften.

Die Suche nach dem richtigen Material, basierend auf wissenschaftlichen Grundlagen, geschah im ständigen Austausch zwischen Fertigung und Technologielabor. Hatte etwa eine Kupferlegierung einen niedrigen Zinkanteil, verbesserten sich zwar die Zerspanungseigenschaften, dafür sank jedoch die Kaltverformbarkeit. Königsdisziplin für die Produktentwickler waren die Crimp-Kontakte, die gut Strom leiten und langzeitbeständig sein und gleichzeitig gute Zerspan- und Kaltumformeigenschaften mitbringen mussten. Ein Balanceakt auf einem schmalen Grat, der enge Zusammenarbeit zwischen Zulieferern, Technologielaboren, Produktentwicklern und Serienfertigung erforderte.

Um die laufende Produktion nicht mit den umfangreichen Materialtests auszubremsen, schaffte Phoenix Contact eigens Produktionsmaschinen für seine Versuchsreihen mit bleifreien Legierungen an. Für den Zerspanungsprozess entwickelte das Unternehmen ein neues Verfahren.

Die europäische RoHS-Richtlinie

Die europäische RoHS-Richtlinie begrenzt oder verbietet schon jetzt Substanzen, die sich erwiesenermaßen auf die Umwelt schädlich auswirken (siehe rechts). Allerdings gibt es weiterhin Gefahrenstoffe, die durch ihre technischen Eigenschaften bisher nicht ersetzt werden können. Für diese gelten Ausnahmeregelungen – beispielsweise für Blei, das in der Ausnahme 6c im Annex III der Richtlinie 2011/65/EU weiterhin bis zu einem Massenanteil von vier Prozent erlaubt ist. Diese Ausnahmeregelung der RoHS-Richtlinie sollte am 21. Juli 2021 auslaufen. In Europa hätten dann keine Elektro- und Elektronikgeräte mehr verkauft werden können, die in ihren Werkstoffen einen Bleianteil von 0,1 Prozent überschreiten.

Nicht nur in Europa, auch weltweit gelten ähnliche Regelungen oder sind zumindest im Gespräch. Die Schweiz hat die sogenannte ChemRRV (Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung) erlassen, in China sorgen die »Management Methods for Controlling Pollution Caused by Electronic Information Products Regulation«, kurz China RoHS, für entsprechende Stoffverbote. Südkorea hat die europäischen Regelungen weitgehend in der »Korea-RoHS« übernommen, bei der »Japan-RoHS« steht Blei ebenfalls auf der Liste der bedenklichen Stoffe. Auch in den Vereinigten Staaten sind vergleichbare Verordnungen auf dem Weg.

Unabhängig davon, ob die Europäische Union die Ausnahmeregelung nochmals verlängert – oder eben nicht –, hat Phoenix Contact die technischen und prozesstechnischen Vorarbeiten abgeschlossen, um bleifreie Produkte bereitzustellen.

Prozesse rechtzeitig umstellen

Ähnlich wie einst die Umstellung auf bleifreie Kraftstoffe ist der Weg zu RoHS-konformen Kupferlegierungen für die Elektronikbranche ein Mammutprojekt. Sein Aufwand bemisst sich weniger in Jahren, denn in Jahrzehnten. Verantwortliche Planer müssen elektronische Geräte rechtzeitig anpassen und bleifreie Komponenten in die Planung einbeziehen.

Wer heute Artikel eindesignt und in den nächsten Jahren Zulassungen für das Gerät nicht mühsam erneuern möchte, sollte das Thema RoHS bei der Komponentenauswahl frühzeitig bedenken. Aus diesem Grund will Phoenix Contact schon heute zukünftige gesetzliche Vorgaben und Anforderungen erfüllen, damit Entwickler zukunftssichere Geräte für die Welt von morgen planen können – und dabei Mensch und Umwelt schonen.

Für tausende Produkte ist daher schon heute eine bleifreie Variante erhältlich. Allein im Rundsteckerbereich wird das Unternehmen bis Jahresende 90 Prozent seines Portfolios »bleifrei« liefern können.


Das könnte Sie auch interessieren

Verwandte Artikel

Phoenix Contact GmbH & Co KG