Flexible Automatisierung für die Einpresstechnik

Die Einpresstechnik findet zunehmend Anwendung in der Automobilbranche. So wird nicht nur den thermischen Belastungen der Leiterplatten in Fahrzeugen, sondern auch den hohen mechanischen Belastungen durch Schwingungen Rechnung getragen. Weiterhin kann (in Abhängigkeit der Ausführung, zum Beispiel bei flexibel ausgeführten Pins) der kostenintensive Lötprozess für die Einpresspins entfallen. Die Einpresstechnik bei Leiterplatten hat ihren Ursprung in der Weltraumtechnik. Die thermischen Anforderungen bei Satelliten (hohe Temperaturdifferenzen, die sich nachteilig auf die Lötstellen auswirken) erforderten neue Lösungen für die Verbindungstechnik, um die notwendigen, hohen Verfügbarkeiten sicherzustellen. Die Problematik wurde gelöst, indem die Pins der Bauelemente in die Leiterplatte eingepresst werden. Komponenten mit Einpress-Kontakten sind typischerweise mehrpolige Stecker, elektronische und elektrische Sonderkomponenten.

Mehrpolige Stecker mussten bislang an Handarbeitsplätzen verarbeitet werden. IPTE

Diese mussten bislang an Handarbeitsplätzen verarbeitet werden. Dazu gehörte das manuelle Be- und Entladen der Leiterplatten und der einzupressenden Komponenten. Der manuelle Einpressvorgang selbst wurde dabei mit einem servomotorischen Fügemodul durchgeführt.

Zwei Standardprodukte

IPTE hat zwei Standardmaschinen für eine Automatisierung solcher Einpressvorgänge im Programm: IPTE Flex Presser und IPTE HSP II (HSP = High Speed Placer der zweiten Generation). Der Flex Presser ist eine Maschine für die Komponenten-Einpresstechnik. Mit dem HSP II werden Einpresskontakte (Press-Fit-Kontakte), die aus Kontaktstreifen geschnitten wurden, Setzkraft-überwacht und mit hoher Präzision in Leiterplatten gesetzt. Bei der Entwicklung beider Produkte galt es, die teilweise sehr hohen Einpresskräfte zu beherrschen.

Der FlexPresser ist mit dem Konzept der neuen IPTE Produktionszellen realisiert worden. IPTE

Merkmale des Flex Presser

Die Kamera im Flexpresser ist für die optische Kontrolle der Pins in den zu bestückenden Steckern verantwortlich. IPTE

Diese Kamera im Flexpresser dient zur Lagekorrektur der Leiterplatten, um eine exakte Position bei der Bestückung zu gewährleisten. IPTE

Basis der Flex Presser-Maschine ist eine Zelle mit einer rückwärtigen Feederbank. Ein dreiteiliges Bandsegment für den Leiterplattentransport, hochdynamische Linearmotoren zum Verfahren der Setzeinheit und ein Leiterplattensupport zur Aufnahme der Fügekräfte sind nur die wichtigsten Highlights.
Die Zellenauslegung wurde entsprechend angepasst, sodass auch hohe Einpresskräfte bis zu 7.000 Newton realisiert werden können. Weitere besondere Kennzeichen des Systems:

• Auslegung als vollautomatisches Inline-System und einfache Einbindung in Fertigungslinien: Zu- und Abführung von Leiterplatten mit SMEMA-Schnittstelle.
• Frei programmierbare Bauteilpositionen (x, y, Drehwinkel) beim Abholen und Einpressen gestatten höchste Flexibilität. Dies ist nicht nur bei Layout- oder Komponentenänderungen von Vorteil.
• Die breite Feederbank (mit maximal 12 Plätzen) erlaubt das Andocken unterschiedlichster Bauteilzuführungen wie zum Beispiel Stickfeeder, Trayfeeder und Sortierförderer. Weitere kundenspezifische Zuführungen lassen sich leicht integrieren.
• Hervorragende Prozessüberwachung durch Kraft- und Weg-abhängiges Einpressen.
• Einfach zu adaptieren auf die applikationsspezifischen Anforderungen.
• Einpresskräfte von bis zu 7.000 N sind realisierbar.
• Wartungsarme Linearmotoren erlauben hochdynamische und präzise Positionierungen der Setzeinheit.
• Ein optionaler Vision-Scan der Bauteilpins mit anschließender Lagekorrektur erlaubt die Kompensation von Bauteiltoleranzen und verbessert die Qualität des Einpressvorgangs.
• Durch ein automatisches Greiferschnellwechselsystem können unterschiedliche Bauteiltypen pro Leiterplatte ohne Operatoreingriff eingepresst werden.
• Ein Schnellwechselsystem für die Leiterplattenunterstützungsplatte minimiert Rüstzeiten auf einen anderen Leiterplattentyp.
• Stufenlos regelbare Einpressgeschwindigkeiten erlauben die flexible Anpassung an verschiedene Setzaufgaben.
• Für einen reibungslosen Wartungszugang können die Bauteilfeeder schnell von der Maschine abgedockt und später wieder leicht angedockt werden.
• Zur Prozessüberwachung kann der Bestückvorgang Setzkraft-kontrolliert durchgeführt werden.

Merkmale des High Speed Placer

Im sogenannten Wechselgreiferbahnhof stehen die für den Bestückvorgang nötigen unterschiedlichen Greifer zum Einsatz bereit. IPTE

Der HSP II basiert auf einem bewährten Prinzip, das bereits mehrfach im Einsatz ist: Die Kontakte werden als Band von der Rolle einer Schneideinheit zugeführt, geschnitten und anschließend vom Setzkopf abgeholt. Parallel dazu wird mit einem xy-Kreuztisch die Leiterplatte für den Einpressvorgang positioniert und anschließend der Kontakt vom Setzkopf eingepresst.

Weitere Merkmale sind:

• Inline-Modul mit großer Leistungsfähigkeit
• Einsatz von bis zu zwei Bestück-Köpfen
• Modulares Design für viele unterschiedliche Kontakttypen (starre oder flexible PressFit-Kontakte, 3D-Kontakte)
• Frei programmierbare Positionen, Winkel und Setzgeschwindigkeit
• Automatische Kontakt-Gurt-Zuführung
• Schneller Greiferwechsel und modulares Schneidewerkzeug
• Geringer Platzbedarf

Neue Produktionszellen

Flex Presser und HSP II wurden mit dem Konzept der IPTE Produktionszellen realisiert (siehe auch Productronic 04/2020, S. 40-41). Mit den Produktionszellen bietet IPTE ein leistungsfähiges Konzept für die Automatisierung verschiedenster Fertigungsprozesse in der Elektronik- und Mechanik-Produktion, das wettbewerbsfähig ist und viele Mehrwerte im Vergleich zur Vorgängergeneration bietet.

(pg)