Wer heute ein Auto besitzt – und das sind ca. 40% aller Europäer – fährt mit wenigstens einem Produkt der Freudenberg Mektec Europa (FME) über die Straßen des Kontinents: Wie als Weltpremiere vor kurzem ein erster Großserienanlauf bei der elektrischen Verdrahtung von Türschlössern in Automobilen verdeutlichte, hat die Technologie von FME im Fahrzeug überall beste Verbindungen.
Peter Schäfer (Manager Product Marketing), Freudenberg Mektec, Weinheim
Möglich macht dies ein bedeutender technologischer Fortschritt auf dem Gebiet der Entwicklung und Produktion von Elektrokomponententrägern. So ist es dem Weinheimer Unternehmen in Zusammenarbeit mit der Erwin Quarder Werkzeugbau GmbH gelungen, eine mit Kunststoff hinterspritzte flexible Leiterplatte zu entwickeln, die sich von anderen räumlichen elektronischen Baugruppen maßgeblich unterscheidet.
Entwicklung
Derzeit verwendet die Kiekert AG, Hersteller von
Autoschließsystemen, die hinterspritzte Flex bei der Produktion von Türschlossvarianten der PSA-Gruppe (Peugeot/Citroën), einem Automobilhersteller in Europa. Dieses Verdrahtungskonzept zeichnet sich durch geringere Gesamtkosten, höhere Funktionalität und höhere Produktqualität aus. Damit entspricht dieser Lösungsansatz den Bedürfnissen der Automobilindustrie nach Verbesserung der Kontaktierungsqualität und der damit verbundenen Feldausfälle. Aufbauend auf den Erfahrungen mehrerer Entwicklungs- und Kleinserienprojekte wurde seit Januar 2004 mit der ersten
vollautomatischen Großserienproduktion begonnen, die zunächst auf eine Anzahl von 3 Mio. Stück pro Jahr ausgelegt ist. In den nächsten Jahren soll diese Zahl auf 3,6 Mio. Stück pro Jahr angehoben werden. Auch andere internationale Automobilhersteller zögern nicht; Angebotsanfragen an FME liegen mittlerweile ebenfalls vor.
Die hinterspritzte Flex ist das Ergebnis einer vierjährigen Entwicklungsarbeit, Anlass der Kooperation war eine anspruchsvolle technische Aufgabenstellung von Kiekert: Es ging darum, eine innovative Lösung zu entwickeln, die es ermöglichen würde, die derzeit vorherrschende Standardtechnologie der Kupferstanzgitter durch eine flexible Leiterplatte zu ersetzen, und diese vollautomatisch zu verarbeiten.
Diese Herausforderung wurde gelöst, indem sie die Erfüllung der bestehenden elektrischen (flexible Leiterplatte) und mechanischen Anforderungen (Spritzgussbauteil) in einem Bauteil integrierten. Die daraus entstandene neue Technologie unterscheidet sich zudem in einigen entscheidenden konzeptionellen Ansätzen von den konventionellen 3D MID-Bauteilen: Nur die flexible Leiterplatte ermöglicht es, die Entwicklung und Herstellung der elektronischen und mechanischen Funktion vollständig voneinander zu entkoppeln.
Vereinfacht dargestellt wird die flexible Leiterplatte in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und hinterspritzt. Durch die hohe Flexibilität passt sich die flexible Leiterplatte an die Gehäuseform an und verwandelt sich vom flexiblen 2D Schaltungsträger in ein 3D MID-Bauteil. Dabei können die elektrischen und mechanischen Funktionen nahezu vollständig unabhängig voneinander entwickelt werden. Diese Entkopplung erlaubt es, die unterschiedlichen Entwicklungszyklen für Elektronik und Mechanik zu adaptieren. Eine Layoutänderung der Schaltung bedarf lediglich einer Filmänderung zur Erstellung der flexiblen Leiterplatte und nicht der Umgestaltung eines 2-Komponenten-Spritzwerkzeuges. Außerdem kann sowohl bei der Herstellung der flexiblen Leiterplatte als auch beim Spritzgießen auf Standardprozesse und -materialien, die in großen Maßstab vorhanden sind, zurückgegriffen werden.
Die Entscheidung für den Einsatz eines 3D MID ist damit nicht auf eine geringe Anzahl an Herstellern mit aufwändigen Spezialprozessen beschränkt. Die daraus resultierenden Vorteile liegen auf der Hand: Sowohl die Metallstanzgitterumspritzung mittels Vorspritzling, als auch die manuelle Folienmontage durch Einclipsen können durch die neue Technologie umgangen werden (Bild 1 + 2). Die technologische Prozesskette wird somit um ein Vielfaches verkürzt.
Anwendung
In der Automobilindustrie wird die neue Technologie inzwischen nicht nur bei Türschlössern eingesetzt. Sie hat – sozusagen als Synergieprodukt des Freudenberg Konzerns insgesamt – ebenso in AKF-Ventilen des US-amerikanischen Markts einen exponierten Platz gefunden (Bild 3).
Doch die neue Flex-Technologie von FME kann viel mehr: Sie ist für den Einsatz in den unterschiedlichsten Branchen geeignet, u.a. in der Medizintechnik und Telekommunikation.
Insgesamt bietet die neue Baugruppe durch die Synergie zweier hochwertiger und bereits erfolgreicher Technologien für die Hersteller vielfältige Vorteile sowohl in technischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht. Die größere Designfreiheit bei der elektrischen Kontaktierung erlaubt, dass sich unterschiedliche elektrische Schaltungen in dem gleichen 3-dimensionalen Serienbauteil als auch die möglicherweise vom Endverbraucher gewünschten Modifikationen schnell und kostengünstig realisieren lassen. Aufgrund der Bauraum- und Gewichtsminimierung können zudem wertvolle Ressourcen in der Produktion und bei der Anwendung (u.a. durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch) eingespart werden. Das kommt nicht nur der Umwelt zugute. Den Herstellern wird dadurch zugleich ermöglicht, auf die individuellen Bedürfnisse ihrer Kunden direkt einzugehen. Durch die höhere Medien- und Korrosionsbeständigkeit (480
Stunden Salzsprühnebeltest nach DIN 50021 SS ohne erkennbare Veränderung) konnte die funktionale Zuverlässigkeit deutlich erhöht werden.
Die hinterspritzte Flex ist bereit für zukünftige Einsätze in Branchen außerhalb der Automobilindustrie. Aufgrund ihrer weit reichenden Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten eignet sich die neue Technologie auch bestens für potenzielle Anwendungen in Waschmaschinen, Rasierern und Handys. Das macht sie zu einem echten Zukunftsprodukt – der Extraklasse.
EPP 430
Firmenportrait
Die Freudenberg Mektec Europa GmbH, die zur weltweiten Nippon Mektron/Mektec Gruppe gehört, ist der führende Entwicklungs- und Technologiepartner im Bereich „flexible Leiterplatte“ in Europa. Weitere Standorte des Unternehmens mit Sitz in Weinheim/Bergstraße, das derzeit rund 500 Mitarbeiter beschäftigt, sind in Erkelenz und Budweis (CZ). Seit 2002 hält die japanische NOK-Tochter Nippon Mektron die Mehrheit und übernahm die industrielle Führung von Freudenberg Mektec Europa.
Das Unternehmen entwickelt und produziert kundengerechte Lösungen für die Märkte Automotive, Telekommunikation, Datentechnik und allgemeine Industrie. In diesen Branchen führt insbesondere der Einsatz von mechatronischen Produkten zur wachsenden Anwendung von flexiblen Leiterplatten. Zu den Innovationen des Unternehmens gehört eine weiterentwickelte und patentierte Technologie, die flexible Leiterplatte mit diversen Kunststoffen oder Gummidichtungen hinterspritzt.
Die Nippon Mektron/Mektec Gruppe ist der weltweit größte Hersteller von Leiterplatten mit einem Marktanteil von mehr als 50% im Bereich der flexiblen Leiterplatte und einem geschätzten Umsatz von 1,25 Mrd. US$ in 2003. Weltweit beschäftigt die Unternehmens-Gruppe ca. 10.000 Mitarbeiter in derzeit insgesamt 12 Produktionsstandorten.
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