Cluster Mechatronik & Automation

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15.07.2014

Fachbeitrag

Hochkomplexe Elektronik sicher verpackt

Dass sowohl Qualität, Liefertreue als auch Preiswürdigkeit in der Automobilindustrie entscheidende Faktoren für die Wettbewerbsfähigkeit sind, ist hinlänglich bekannt. Egal, um welche Art von Produkt es sich handelt. Ein besonderes Augenmerk ist jedoch auf die sicherheitsrelevanten Komponenten zu richten. Das ESP® von Bosch ist ein solches System, auf dessen einwandfreie Funktion sich heute weltweit Millionen von Autofahrern verlassen können.

Abb. 1: "Natürlich - geschützt"

 

Es handelt sich dabei um hochkomplexe Elektronik, die sicher im Fahrzeug montiert und mit der Bordelektronik verbunden sein muss. Um das zu gewährleisten, wird die Elektronik in ein robustes und hochpräzises Kunststoffgehäuse mit einem integriertem Steckverbinder verpackt. Gehäuse dieser Art werden speziell entwickelt, um den hohen Anforderungen im Fahrzeug gerecht zu werden. Um diese technischen Ansprüche, vor allem bei hohen Stückzahlen zu erfüllen, kommt unserer Erfahrung nach nur eine vollautomatische Fertigung in Frage. Erfahrung ist ein entscheidender Faktor, wenn es darum geht, die komplexen Fertigungsprozesse in den Fertigungsanlagen umzusetzen.

 

Für die Gehäuse selbst verwendet man üblicherweise glasfaserverstärkte Kunststoffe aus PA oder PBT. Um die Leiterplatte sicher im Gehäuse zu fixieren und mit dem Steckverbinder zu kontaktieren, setzt man heute in der Regel die sogenannte Einpresstechnik ein. Dabei handelt es sich um eine lötfreie Verbindungstechnik, die ursprünglich in der Fernmeldetechnik eingesetzt wurde. 2E mechatronic hat bereits vor 25 Jahren Steckverbinder in dieser Technologie, u. a. an Hersteller von Schaltnetzteilen, geliefert. Es ist also nichts Neues, aber millionenfach bewährt. Man kann sich vorstellen, dass die Verbindung auch über einen langen Zeitraum, z. B. ein Autoleben, zuverlässig funktionieren muss. Die Zuverlässigkeit dieser Verbindung ist in der Tatsache begründet, dass zwischen dem Kontaktpin mit seiner flexiblen Zone und der Hülse beim Einpressen eine Kaltschweißstelle entsteht, die in diesem Bereich eine gasdichte Zone bildet, in der es zu keiner Korrosion kommt.

 

Kontaktierung und Fixierung der Leiterplatte im Gehäuse sind eine Sache, die solide Befestigungsmöglichkeit im Fahrzeug eine weitere. Diese wird durch Metallbuchsen, heute aus Kostengründen in stanzgerollter Ausführung, gewährleistet. Man spricht deshalb in diesem Fall von Präzisionsspritzgussgehäusen mit Einlegeteilen, sogenannten ELTs.

 

Um die schon erwähnte Präzision in den verketteten Prozessen aufrecht zu erhalten, ist Maschinenbau „Made in Baden-Württemberg“ gefragt. Das gilt für die Herstellung der Spritzguss- und Stanzwerkzeuge ebenso wie für die komplexe Fertigungsanlage mit integrierter Spritzgießmaschine. Die ebenfalls integrierten Prüfungen laufen automatisiert. Dabei ist sichergestellt, dass nur als i. O. geprüfte Teile von einem Roboter in die KLTs abgelegt werden. Ergänzend dazu wird in jeder Schicht die sogenannte Werkerselbstprüfung auf einer 3D-Koordinaten Messmaschine durchgeführt. Auch in diesem Fall läuft die Prüfung programmgesteuert ab.

 

Um sich eine Vorstellung von der Komplexität des gesamten Herstellungsprozesses machen zu können, zeigt Abb. 2 eine komplette Fertigungsanlage.

 

 

 

 

Abb. 2: Fertigungsanlage sowie Detailaufnahme Anlage

 

Null Fehler ist das Ziel, das grundsätzlich nicht zur Diskussion steht. Vor diesem Hintergrund muss man den Aufwand verstehen, der hinter der beschriebenen Produktionstechnik steckt. Eine weitere Herausforderung in diesem Zusammenhang ist es, dem Kostendruck über Jahre hinweg standzuhalten. Aufgrund der in der Automobiltechnik üblichen Stückzahlen wird rund um die Uhr gearbeitet. Außerplanmäßige Stillstandzeiten der Maschinen sind nach Möglichkeit zu vermeiden. Auch diese Tatsache muss bei der Auswahl der Lieferanten berücksichtigt werden. Unsere Partner sind deshalb aus der Region und die Zusammenarbeit besteht schon seit Jahren.

 

Wie kommen die ELTs in das Gehäuse? Die Kontakte werden auf Coils (Spulen) angeliefert. Diese werden an der Anlage auf Haspeln gesetzt, die automatisch bedarfsgerecht abgewickelt werden. Damit die Kontakte in der richtigen Form in die Kavitäten der Unterteile des Spritzgusswerkzeuges eingesetzt werden können, werden diese direkt in der Maschine gestanzt und gebogen. Die Stanzbiegewerkzeuge müssen gut zugänglich sein, um eine einfache Justage zu ermöglichen. Die so in Form gebrachten Kontakte werden von Mehrachsrobotern zuverlässig, mit hoher Positioniergenauigkeit und Präzision in die Kavitäten der Werkzeugunterteile eingesetzt. Da die Stanzbiegevorgänge „trocken“ erfolgen müssen, ist darauf zu achten, dass der Verschleiß an den Werkzeugen kontinuierlich überwacht wird.

 

Die Buchsen werden über sogenannte Rüttelförderer in eine Position gebracht, von der Greifer sie ebenfalls in die Kavitäten einsetzen können. Bei den Fertigungsanlagen für die ESP®-Gehäuse (Abb. 3) werden Spritzgießmaschinen mit Rundteller eingesetzt. Dadurch, dass sich auf dem Rundteller drei Unterteile in jeweils unterschiedlichen Positionen befinden, kann das Bestücken der ELTs, das Spritzgießen und das Entnehmen der fertigen Teile quasi parallel stattfinden. Nur so ist es möglich, niedrige Zykluszeiten zu erreichen.

 

 

 

 

Abb. 3: MM3 Gehäuse

 

Wie schon erwähnt sind die Anlagen und Werkzeuge in der Region gebaut worden. Ein entscheidender Vorteil, sollte es einmal zu einem Werkzeugbruch oder Maschinenausfall kommen, der nicht umgehend durch eigenes Personal behoben werden kann. Die Mitarbeiter der Partnerfirmen sind im Notfall kurzfristig vor Ort, um bei der Schadensbehebung zu unterstützen.

 

Jahrelange Erfahrung hat gezeigt, dass es sinnvoll bzw. notwendig ist, ein neues Projekt interdisziplinär anzugehen. Was heißt das konkret? Bereits in der Definitionsphase des Projektes müssen alle Beteiligten - Kunde, Werkzeugmacher, Anlagenbauer und Hersteller - an einen Tisch. Die genauen Abläufe dazu sind in der ISO/TS 16949 geregelt, damit man auch auf internationaler Ebene firmenübergreifend zusammenarbeiten kann. Kosteneffizienz ist ein zentrales Thema. Deshalb ist es hilfreich den Einkauf so früh wie möglich in Entscheidungsprozesse einzubinden. Nur so können Wissen und Erfahrung der einzelnen Fraktionen in die Projektarbeit eingebracht werden. Eine FMEA ist immer ein wirkungsvolles Instrument, um strukturiert Erfahrungswerte zu nutzen und Fehler zu vermeiden.

 

Abschließend bleibt festzustellen, dass die Prozesse in den vergangenen Jahren, auch unter QS-Gesichtspunkten, immer komplexer und aufwändiger geworden sind. Dies hat dazu beigetragen, dass der Kostendruck auf den Lieferanten, besonders im Mittelstand, deutlich gestiegen ist.

 

 

Autor und Kontakt

 

 

2E mechatronic GmbH & Co. KG

 

 

Maria-Merian-Straße 29

73230 Kirchheim unter Teck

 

Web: www.2e-mechatronic.de

 

 

Uwe Remer

CEO

2E mechatronic GmbH & Co. KG

 


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