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Im Tutanchamun-Prinzip lassen sich Komponenten für eine kleine Ewigkeit konservieren
Abbildung 2: Detailansicht Hotmeltverguss an Backplane – intelligente
Wärmebildkameras UCF9000 von Dräger
Wärmebildkameras UCF9000 von Dräger sind für komplexe Einsatzaufgaben im Bereich der Brandbekämpfung über Gefahrstoffeinsätze in Ex-Zone1 konzipiert
Mit Vergusskopf TM1010 erleichtert sich das Hotmelt-Moulding
Vergussqualität setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen

Der Geschäftsbereich Werner Wirth Systems von Werner Wirth hat es sich zur Aufgabe gemacht, verschiedene Komponentenschutzverfahren zu entwickeln. Dabei reicht die Palette vom Conformal Coating bis hin zum Verguss durch Potting oder Hotmelt-Moulding. Alle Verfahren haben gemein, dass sie mit hochwertigen Materialien einen applikationsabhängigen Komponentenschutz ermöglichen. Auf diese Weise lassen sich elektronische Baugruppen, Bauelemente oder Komponenten wirkungsvoll und umweltfreundlich vor schädigenden Einflüssen wie Erschütterungen, extremen Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Korrosion schützen.

Die Materialien basieren auf verschiedensten Chemietechnologien, die den jeweiligen Anforderungen angepasst sind. Dadurch ergeben sich Eigenschaften, die höchsten Komponentenschutz ermöglichen. Doch das Material allein reicht nicht aus: Hinzu kommen das über die Jahre aufgebaute Prozess-Know-how und entsprechende Anlagen nebst Zubehör. Zum Dienstleistungsportfolio gehören zudem das CAD-Engineering und der Werkzeugbau. Alles zusammen ergibt einen Komponentenschutz im Sinne des sogenannten Tutanchamun-Prinzips. Auch wenn dieses Verfahren an ein 3000 Jahre altes Know-how erinnert, so ist es doch alles andere als verstaubt. Dass die Strategie des Unternehmens aufgeht, beweisen die Expansionsbestrebungen: Werner Wirth hat Niederlassungen und Vertriebspartner in Deutschland, Europa und Asien.

Vollständiges oder selektives Coating

Mit dem Coating, auch Conformal Coating genannt, werden Leiterplatten vollständig oder selektiv beschichtet. Im Fall einer Selektivbeschichtung konfiguriert der Anwender selbst die Software so, dass nur die gewünschten Teile der Leiterplatte mit einer Schutzschicht zu überziehen sind. Das Coating steht in zwei Varianten zur Verfügung: Das Thin-Film-Coating, also die Beschichtung mit dünnen Lacken, verspricht mit seiner schnellen Härtung und der angepassten Viskosität eine hohe Wirtschaftlichkeit der Fertigungsprozesse. Ein besonders hoher Kantenschutz, der elektronische Baugruppen insbesondere vor extremer Feuchte bewahrt, wird mit dem Thick-Film-Coating erzielt, dem Überzug mit einem Dickschichtlack. Für beide Verfahren bietet Werner Wirth hochwertige Lacke der Marke Bectron an.

Diese Werkstoffe sind besonders umweltfreundlich und erfüllen hohe Schutzanforderungen für elektronische Baugruppen und Komponenten. Die vielfältige Produktpalette umfasst Materialien auf Basis von 1K- oder 2K-Polyurethanen, Polybutadienen, Epoxiden und Silikonen. Für eine optimale Adhäsion und Flexibilität lassen sie sich gut kombinieren.

Die für das Conformal-Coating notwendigen Maschinen stammen vom amerikanischen Hersteller PVA, der auch einer der Kooperationspartner von Werner Wirth Systems ist. Diese Maschinen berücksichtigen Viskosität, Trocknungsart und -verhalten sowie Verlaufseigenschaften des jeweils verwendeten Materials. Auf all diese Faktoren lassen sich die Programme, welche die Maschinen steuern, genau einstellen. Unterstützung bietet dem Anwender die Software Pathmaster. Mit dieser Programmierumgebung der Steuerprogramme gestaltet sich das Erstellen des Beschichtungsprogramms nahezu grenzenlos.

Die ausgefeilte Ventiltechnik von PVA bietet Lösungen für jede erforderliche Applikationstechnik – egal ob Nadeldispensen, Spraying oder Filmcoating. Angetrieben werden die Verarbeitungsplattformen durch Servomotoren, die mit einer Encoder-Rückkopplung im Closed-Loop-Verfahren gesteuert werden. Die Plattformen lassen sich modular an die jeweilige Anwendung anpassen.

Potting: Vergusstechnik für Sensoren und Platinen

Ebenso umfassend ist das Angebotsspektrum rund um das Potting, die Vergusstechnik. Und genauso hochwertig ist der Schutz, den die mit diesem Verfahren verarbeiteten Sensoren oder Leiterplatten genießen. Die Komponenten erhalten eine mechanische Stabilität, die genau an die Anwendung angepasst ist. Das Material wird dosiert aus einem Ventil ausgebracht. Mit der Dispenser-Technik lassen sich die unterschiedlichsten Materialien effizient nutzen. Dabei ist es möglich, 1K-Vergussmassen, Lotpasten und SMD-Kleber ebenso zu verwenden wie Globtop- oder Underfill-Materialien oder eine 2K-Vergussmasse mit verschiedenen Basis-Chemien.

Die Dosier- und Mischtechnik erlaubt es, alle gängigen 2K-Materialien zu verarbeiten, ob abrasiv gefüllt oder glasklar. Für das Auftragen der Materialien – auch hier baut Werner Wirth auf die Qualität von Bectron – stehen diverse 2K-Dosierventile von PVA zur Verfügung. Und wie das Coating überzeugt auch das Potting-Verfahren durch hohe Wirksamkeit, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit. Die Dispenser-Maschinen von PVA applizieren die Werkstoffe akkurat. Die Materialien können wahlweise durch PVA-Roboter in automatisierte Inline-Prozesse eingebunden oder aber halbautomatisch als Batchgeräte genutzt werden.

Der hohe Grad der Plattformflexibilität ist besonders bei der Automatisierung von Vergussprozessen von großem Nutzen. Das Ensemble aus der Vielzahl von Materialien und Verarbeitungsequipment, Engineering- und Beratungsleistungen sowie Applikations-Know-how ist Garant für eine kostengerechte Realisierung der jeweiligen Aufgabenstellung.

Hotmelt-Moulding – Tutanchamun wäre neidisch …

Einen besseren Schutz für seine elektronischen Bauteile und Komponenten kann man sich kaum denken, verspricht Sven Höppner: „Das Hotmelt-Moulding bewahrt zuverlässig und lang anhaltend vor Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Korrosion und Erschütterungen.“ Für diese Technologie werden die thermoplastischen Thermelt-Vergusswerkstoffe verwendet. Hergestellt werden sie auf Basis von Polyamid oder Polyester. Das Material wird aufgeschmolzen und in die Werkzeugform eingefüllt. Dann werden die Produkte formgebend umhüllt. Typische Anwendungsbeispiele für das Hotmelt-Moulding sind die Kabelkonfektion sowie der Spulen-, Sensor- oder Elektronikverguss.

„Dieser individuell angepasste Verguss erfordert nur sehr kurze Prozesszeiten“, betont der Geschäftsführer von Werner Wirth Systems. „Neben seinen sehr guten Schutzeigenschaften ist er auch sehr umweltfreundlich. Ein Faktor, der uns sehr wichtig ist.“ Bei der Materialauswahl werden alle entscheidenden Faktoren berücksichtigt. Und das sind etliche: Erweichungspunkt, Einsatztemperatur, Haftung auf dem Trägermaterial, Verarbeitungsviskosität, Shore A-Härte, Reißdehnung, Brennverhalten sowie der Widerstand gegen aggressive Medien wie Benzin und Alkohol.

Anwendungsbeispiel in der Sicherheitstechnik

Ein Beispiel, wie das Hotmelt-Moulding erfolgreich zum Einsatz kommt, sind die Wärmebildkameras UCF9000 von Dräger. Sie sind für komplexe Einsatzaufgaben im Bereich der Brandbekämpfung über Gefahrstoffeinsätze in Ex-Zone1 bis zur Trainingsüberwachung konzipiert. Ein wesentlicher Vorteil ist der Live-Mitschnitt: Die Wärmebildkamera ist gleichzeitig eine richtige Videokamera – inklusive Ex-Schutz in Zone 1. Damit ist es möglich, die reale Einsatzsituation sofort aufzuzeichnen und noch an Ort und Stelle im Display wiederzugeben. Zudem verfügt die Kamera über acht Betriebsmodi, so dass für jede Situation die passende Bilddarstellung abrufbar ist: Vom Gefahrstoffunfall über die Personensuche im Außengelände bis zur individuellen Einstellung sind mit der UCF 9000 alle relevanten Informationen klar im Fokus.

Damit sich die Wärmebildkamera in diesen Bereichen einsetzen lässt, werden die Baugruppen nach dem Tutanchamum-Prinzip geschützt. Die Wärmebildkamera ist gemäß ATEX-Produktrichtlinie 94/9/EG bzw. der DIN EN 60079-14 für explosionsgefährdete Bereiche geeignet. „Die Hauptfunktion des Vergusses ist es, die Baugruppe von ihrer Umwelt elektrisch abzuschotten, also zu isolieren“, erläutert Sven Höppner. Daneben müssen aber auch weitere Anforderungen wie Montagehilfe und Komponentenschutz erfüllt werden (Bild 1). Zusätzlich soll die Kamera gemäß den Spezifikationen IP67 vor Staub und Wasser geschützt sein. Außerdem mussten vereinzelte Steckverbindungen auf der Baugruppe zugänglich bleiben, weshalb eine vollständige Umspritzung nicht möglich war. Demnach waren besondere Anforderungen hinsichtlich der Anhaftung der Vergussmasse auf der Platinenoberfläche zu erfüllen. Bild 2 zeigt den Zustand der Baugruppe direkt nach dem Verguss, inklusive der noch zu entfernenden Angusskanäle. Das Werkzeug wurde so konzipiert, dass alle drei Kammern  der Baugruppe auf einmal oder – auf Wunsch beziehungsweise zu Reparaturzwecken – die Kavitäten auch einzeln gefüllt werden können. Eine weitere Herausforderung stellten das sehr komplexe Leiterplattenlayout und die Flex-Verbindungen zwischen den Leiterplattenelementen dar, weshalb Höppner anmerkt: „Damit wurden teilweise die Grenzbereiche der Technologie erreicht.“

Neuerungen im Hotmelt-Moulding

Mit dem umweltfreundlichen Hotmelt-Moulding-Niederdruckspritzguss-Verfahren lassen sich demnach Baugruppen, Komponenten und Kabelstränge/-bäume mit einem formgebenden Verguss sicher und sanft umschließen. Der neuentwickelte Vergusskopf TM1010 lässt sich leicht montieren und demontieren (Bild 4). Er ist universell einsetzbar in Bezug auf Materialien und Maschinentypen und adaptierbar auch auf andere Inlinestrecken. Das Düsennadel-Set ermöglicht eine individuelle Anpassung an die jeweilige Applikationsanforderung. Zudem wird eine Materialbeschädigungen durch Überhitzung verhindert, da der neuartige Kopf nur über kleine Materialkammern verfügt.

Um eine Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten, gibt es zudem eine eingebaute Datums- und Stempelkennzeichnung. Weitere Neuerungen sind die einfach auswechselbaren Dichtungen, was das Gerät wartungsfreundlich macht. Eine komplexe Auswerfer-Technik, die Feder-/pneumatisch-gestützt ist, sorgt für eine einfache Entnahme der vergossenen Baugruppe. Die Produktpalette im Hotmelt-Moulding-Bereich reicht von kleinen Hand- beziehungsweise Tischgeräten bis zur Inline-Anlage, womit sich alle Bereiche von Null- bis zur Produktionsserie abdecken lassen.

Das Tutanchamun-Prinzip

Das Tutanchamun-Prinzip besteht aus anwendungsspezifischem Formenbau, auflagenabhängigem Maschinenpark und auf die jeweiligen Anforderungen angepassten Vergusswerkstoffen. Hierdurch und durch das Engineering sieht sich das Unternehmen in der Lage, ganze Komponenten zuverlässig zu schützen und diese Technologie für die Serienfertigung zugänglich zu machen. Die umhüllende Schutzfunktion ist auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt. Damit lässt sich ein effektiver und kostengünstiger Vergussschutz im Vergleich zur bisherigen Gehäusetechnologie erzielen.