Verarbeitung von flexiblen Flachleitern

Christoph Schmitz & René Staller, Schleuniger, Thun (Schweiz)

Die Suche nach neuen Techniken für das Bordnetz wird im Wesentlichen von zwei Faktoren bestimmt: enger Bauraum und kleines Gewicht. Ein weiterer Vorteil der Flachleiter ist der häufig geringere Bedarf an Rohstoffen, wie Kupfer und Isolationsmaterial bei vergleichbarer Leistungsfähigkeit. Immer ausgereiftere IT- und Sicherheitssysteme im Automobil führen dazu, dass der Elektronikanteil stetig ansteigt.

Die Flachleitertechnik liefert bereits heute vielversprechende Lösungen. Die flache Geometrie der Leitungen ermöglicht den Einbau in engste Räume. Das geringe Volumen und die Scharnierwirkung an sich bewegenden Bauteilen ergänzen die physikalischen Vorteile. Es können deutlich mehr elektronische Komponenten als wie bei konventionellen Rundleitungsnetzen integriert werden. Einen weiteren Vorsprung ermöglichen die neuen Verarbeitungstechniken für die Flachleiter, welche den Automatisierungsgrad der Leitungssatzfertigung erhöhen, und damit die Herstellkosten senken können. Schleuniger hat sich seit Jahren auf die Entwicklung und Umsetzung von Flachleiter-Verarbeitungstechniken spezialisiert. Übergreifend über alle Flachleiterarten bietet Schleuniger ein umfangreiches Maschinen-Spektrum an, von Handgeräten über Halbautomaten bis hin zu vollautomatischen Konfektionsanlagen, die vollständige Teilleitungssätze entstehen lassen.

Bevor näher auf die vollautomatischen Konfektionsanlagen eingegangen wird, folgt ein kurzer Überblick über die üblichen Flachleiterarten, die sich in zwei Gruppen gliedern lassen:

FPC (Flexible Printed Circuit)

Bei der Herstellung dieser flexiblen Folien wird zunächst die einseitig laminierte Kupferbahn in Form einer kundenspezifisch gestalteten Schaltung farbig bedruckt. Anschließend wird das nicht bedruckte Kupfer weggeätzt. Die entstandenen Leiterbahnen werden gereinigt, mit einer Deckfolie laminiert und ausgeschnitten (perforiert). Übliche Kupferstärken für die Leiterbahnen sind 0,01 bis 0,07 mm.

FFC (Flexible Flat Cable)

Bei diesen Flachleitern handelt es sich ebenso um aufgewickelte Meterware. Sie kann mit einer extrudierten Isolation versehen sein, oder als Laminat mit zwei Folienbahnen gefertigt werden. Gängige Laminatoren fertigen bis zu einer Breite von ca. 200 mm. Die Dicke der gewalzten oder aus Folienbahnen geschnittenen Kupferstränge ist üblicherweise bis 0,3 mm.

Bei der Verarbeitungstechnik für Flachleitungen wird zwischen Anlagen für die Vorkonfektion, Zwischenkonfektion sowie Endkonfektion unterschieden.

In der Vorkonfektion werden die Flachleitungen selbst bearbeitet und für die Bestückung mit Kontaktsystemen vorbereitet. Die Zwischenkonfektion bestückt die Einzelleitungen mit Steckkontaktsystemen sowie Gehäusen, und dichtet diese bei Bedarf gegen Feuchtigkeit ab. Mit der Endkonfektion entsteht der fertige Kabelsatz, indem Einzelleitungen beispielsweise durch Matrixsysteme untereinander verbunden, und Anlagen zur Vor- und Zwischenkonfektion vorgestellt werden, welche die Schleuniger Lösungen für die Verarbeitungsprozesse genauer aufzeigen.

Vorkonfektion: MFL 800

Mit der Produktlinie MFL 800 (Bild 1) hat sich Schleuniger auf die Vorkonfektion aller Arten von Flachleiter-Meterware spezialisiert. In diesem modularen Maschinenkonzept werden je nach Kundenbedarf Prozesse wie Laser-Abisolieren, Reinigen, Stanzen, Bedrucken, Längsschneiden, Querschneiden und Ablegen oder Aufwickeln integriert. Qualitätsorientierte Ergänzungen liefern Visionsysteme. Mit ihnen werden Prozesse positionsgenau gesteuert oder zu 100% überwacht. Von diesen vollautomatischen Anlagen befinden sich bereits einige im Markt, und fertigen Flachleitungen für die Dachleitungssätze bei einem Automobilhersteller.

Schleuniger hat ein CO2-Lasersystem in die MFL 800 integriert, mit welchem die Flexleiter abisoliert werden. Dieses System hat sich in der Serienfertigung bereits mehrfach bewährt. In Kombination mit einem speziellen Leiterbahn-Erfassungssystem können beliebige Fenstergeometrien exakt platziert werden. Die volle Systemintegration in die Anwender- und Steuerungssoftware ermöglicht hier eine zuverlässige und leichte Maschinenbedienung. Mit der übersichtlichen grafischen Benutzeroberfläche nach dem Wysiwyg-Standard (what you see is what you get) wird jedes Erstellen neuer Fertigungsaufträge ein Kinderspiel (Bild 2 und 3). Das komfortable Auftragsdatenbanksystem ist Netzwerk orientiert, und rundet die Serien-erprobte Software ab. Die integrierte Fernwartungseinrichtung ist ebenfalls Bestandteil der Standardausstattung. Mit der voll programmierbaren UniStrip 2700 steht neben der Lasertechnik auch ein Produkt für die mechanische Abisolierung der FFC-Leiterenden zur Verfügung.

Zwischenkonfektion: Kontaktieren

Das Anschlagen von Crimpkontakten aller Art gehört traditionell zum Angebot des Unternehmens. Es ist daher eine logische Folge, dass sich auch das Kontaktieren von Flachleitungen zu einem wichtigen Innovationsfeld entwickelt hat. Dabei liegt der Schwerpunkt nicht nur auf der Verarbeitung konventioneller Foliencrimps (FLC), die durch Einrollen der Krallen den Kontakt zu den Leiterbahnen herstellen. Auch die Verarbeitung innovativer Multikontaktier-Systeme wie FLM von Lear Corporation gehört mittlerweile zu Standardprozessen, die sich in der Serienfertigung bewähren.

Den Konfektionären wird ein umfangreiches Maschinen- und Werkzeugspektrum angeboten, um die verschiedenen Kontaktsysteme FLC (Flachleitercrimpen- z.B. von Lear und Tyco), wie auch FLM (Flachleiter-Multikontaktierung) sowohl mit vorbereiteter Meterware (FFC) als auch mit gedruckten Schaltungen (FPC), zu verbinden.

HFL 877 – Multikontaktierung

Selbst die Verarbeitung des Multikontaktiersystems FLM (LEAR Corporation) ist möglich geworden. Mit der HFL 877 werden in einem Zyklus mehrere Verbinder gleichzeitig kontaktiert (Bild 7). Dies reduziert nicht nur Taktzeiten, sondern macht sogar eine spätere Gehäusebestückung überflüssig. Die Verbinder werden nämlich im vorbestückten Kunststoffgehäuse verarbeitet. Dieser Halbautomat bewährte sich bereits in der Serienfertigung.

HFC 700: FPC-Bestückung mit Flachleiter-Crimps

Aus dem Crimpgeräte-Spektrum sollte an dieser Stelle die HFC 700 hervorgehoben werden (Bild 5). Sie zeigt die flexible Bestückungstechnologie von FPC-Nutzen mit Crimpkontakten (FLC).

Die FPCs (Standardgröße 1500 x 600 mm) werden Video unterstützt auf dem Einlegetisch platziert. Die Einlegekamera erkennt und vermisst automatisch deren Lage sowie eine schaltungsspezifische Kodierung. Linearmotorgetriebene Greifarme fassen über Saugelementen die Bögen, und bringen diese exakt in Bestückungsposition. Kamera unterstützt werden dann die Crimpkontakte in X/Y-Richtung präzise auf der Folie platziert. Die Crimpkoordinaten erhält die Steuerung aus den CAD-Daten des Folienlayouts. Dadurch sinken die Rüstzeiten selbst bei Neulayouts nahezu auf Null.

Die Verkettung mehrer HFC 700 ermöglicht den stufenweisen Ausbau einer Fertigungstrasse bis hin zur vollautomatischen Bestückung von verschiedenen Crimpkontakten und Gehäusen. Die HFC 700 hat sich in der Praxis bereits in der Serienfertigung bewährt.

TransferModule 6000

Das Transfersystem TransferModule 6000 (Bild 10) erlaubt einen getakteten Transport der Kabel in einem Transportwagen, der auf verschiedene Kabeltypen, sowohl im Flachleitungs- wie auch im Rundleitungsbereich angepasst werden kann. Dabei sind maßgeschneiderte Lösungen für die halb- und vollautomatische Verarbeitung möglich. Dank dem modularen Aufbau sind die Module für unterschiedliche Kabelapplikationen einsetzbar. Zunächst werden die Leitungen von Serienmaschinen, beispielsweise den Cut&Strip Maschinen PowerStrip 9500 und OmniStrip 9450, vorbearbeitet, anschliessend werden sie vollautomatisch zur Weiterverarbeitung übernommen. Die Maschinenbasis ist einheitlich, deshalb liegt der Fokus auf den Verarbeitungsstationen, die zum Teil aus dem Schleuniger Standardsortiment übernommen werden.

MultiCenter 10

Diese Maschine basiert auf dem gleichen Transferkonzept wie das TransferModule 6000. Der MultiCenter 10 ist kundenspezifisch ausgelegt. Er wird in der Regel individuell mit Verarbeitungsstationen bestückt, die auf die zu verarbeitenden Kabeln des Kunden speziell zugeschnitten werden.

Productronica, Stand B6.105

EPP 419