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Vibrationsarm, leise und abriebarm

Vorkonfektionierte langlebige Energiezuführungen für Positioniersysteme in der Elektronikfertigung

Smartphones boomen. Ihre Leistungsfähigkeit steigt mit jeder Gerätegeneration. Herzstück der mobilen Kraftpakete sind Leiterplatten bzw. -karten, die mit Hilfe eines Laserbelichtungssystems hergestellt werden. Der hochpräzise Bearbeitungsvorgang erfolgt zuverlässig über technisch ausgefeilte Positioniersysteme. Vorkonfektionierte Energiezuführungen sorgen dabei langfristig für die notwendige Betriebssicherheit, Laufruhe, Vibrationsarmut und geringen Abrieb, der zwingend für die Reinraumfertigung vorgeschrieben ist.

„Smartphone-Leiterplatten als Massenprodukt herzustellen, war vor einigen Jahren mit der damals gängigen wenig flexiblen Maschinen- und Fertigungstechnologie noch nicht möglich“, erzählt der Geschäftsführer der Jenaer Antriebstechnik GmbH, Dipl.-Ing. (FH) Stephan Preuß. Erfolgte in der Vergangenheit die Belichtung der Leiterplatten über Masken, kommen heute spezielle Verarbeitungssysteme zum Einsatz, die zum einen schnell und hoch genau sind und zum anderen mehrlagige Leiterkarten wirtschaftlich erzeugen können. Das Belichtungsprinzip mit Lasertechnik führt zu einer signifikanten Erhöhung des Durchsatzes in der Leiterplattenfertigung. Gleichzeitig sinken die Herstellungskosten deutlich: wichtige Argumente bei der Massenproduktion von elektronischem Equipment.

Die Belichtungs- bzw. Laserstrukturiersysteme werden mit der Hilfe einer komplexen Positioniereinheit bewegt, die aufgrund der mit dem Gesamtanlagenbauer abgestimmten Schnittstellen exakt in dessen Maschine integrierbar ist. „Unser Kunde profitiert dabei von unserer langjährigen Erfahrung in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen“, macht Stephan Preuß klar. Die Jenaer Antriebstechnik GmbH liefert diese mechatronischen Subsysteme zum weiteren Einbau an ein internationales Maschinenbauunternehmen, das die Komplettanlagen in die ganze Welt ausführt.

Weniger Aufwand durch Vorkonfektionierung

Pro Stunde können heute ca. 140 Leiterplatten belichtet werden. Aus einer Gesamtleiterplatte, einem sog. Nutzen, werden mindestens 30 Smartphones mit Einzelleiterkarten mit unterschiedlichen Schaltungsfunktionen bestückt. Die hoch komplexen Anlagen sind 24 Stunden an sieben Tagen in der Woche in Betrieb. „Ein Anlagenstillstand ist teuer und darf nicht passieren“, gibt der Konstruktionsleiter, Dipl.-Ing. Christian Koch, zu bedenken. „Zwar sind die eigentlichen Fertigungsbedingungen unproblematisch, aber die hohen Standzeiten machen robuste und zuverlässige Komponenten auch im Subsystem unumgänglich.“

Zum sicheren Führen der Antriebs-, Messsystem- und Druckluftleitungen sowie weiterer Medien in der Positioniereinheit nutzen die Thüringer Antriebstechnikspezialisten komplett vorkonfektionierte Energiezuführungen der igus® GmbH, Köln, einschließlich Zugentlastung, Stecker, Führungsrinne und Befestigungsblechen. Die sogenannten „Readychains“ werden seit annähernd 20 Jahren in Köln produziert und jeweils ausgiebig auf ihre Funktionsfähigkeit getestet, ehe sie innerhalb von einem bis zehn Werktagen ausgeliefert werden. Die Vorteile für den Kunden liegen auf der Hand: Der Projektierungs- und vor allem der Montageaufwand sinken erheblich.

Während auf der Y-Achse auf der Länge von ca. 2 m zwei besonders leise Energieketten aus dem E6-Programm ihre Stärke beweisen, zeigt auf der Z-Achse die hochflexible Energiekette aus dem T3-Programm mit einer Länge von knapp 400 mm ihre Leistungsfähigkeit. Beide Systeme sind für die Fertigung unter Reinraumbedingungen geeignet. „Die Belichtung der Leiterplatten erfolgt grundsätzlich im Reinraum“, so Stephan Preuß. „Deshalb darf so gut wie kein Abrieb erzeugt werden.“

Kompetenz in Systemen

Das Unternehmen Jenaer Antriebstechnik GmbH ist im Jahr 1990 durch ehemalige Entwicklungsingenieure von Carl Zeiss Jena gegründet worden. Mit heute ca. 90 Mitarbeitern werden Servoantriebe und mechatronische Subsysteme entwickelt, produziert und vertrieben. „Unsere Produkte und Systeme sind aufgrund ihrer Vielseitigkeit in sehr unterschiedlichen Anwendungen anzutreffen“, erzählt Stephan Preuß. „Bei uns hat der Systemgedanke Tradition. Wir entwickeln nicht nur Antriebskomponenten, sondern liefern unseren Kunden komplette mechatronische Subsysteme zum Einbau in deren Maschinen.“

Vorrangige Einsatzgebiete sind dabei Maschinen in der Elektronikfertigung, der Lasertechnik, Montageautomation und Handlinganlagen. Hier kommt es auf große Dynamik bei gleichzeitig hoher Genauigkeit an. „Ein weiteres Feld, in dem unsere Antriebe ihre Vorzüge voll ausspielen können, ist die Automation kontinuierlich ablaufender Prozesse wie beispielsweise in der Druckindustrie“, so der Geschäftsführer.

In der Medizintechnik übernehmen die Antriebe aus Jena die Positionierung von Patientenliegen im Umfeld der Magnetresonanztomographen, ohne dass die Bildgebung beeinflusst wird. „Und in Großteleskopen ermöglicht unsere Antriebs- und Steuerungstechnik sogar den Blick ins All.“

Positioniersystem für die Leiterplattenbelichtung

Wesentlicher Bestandteil der Positioniereinheit ist der Belichtungstisch. Er hat eine Größe von 27“ x 27“. Nach dem Beladen erfolgt der Belichtungsvorgang der Leiterplatten. Der Tisch wird abgesenkt, nach hinten transportiert und wieder entladen. In der Zwischenzeit ist ein zweiter Tisch beladen worden. Der Belichtungsvorgang startet erneut. Eminent wichtig für den Scanvorgang ist die vollkommen gleichmäßige, ruckfreie Bewegung, damit es beim Beschreiben der Leiterplatten zu keinen Störungen kommt. Das bedeutet für die Energiekette, dass sie absolut gleichförmig und gleichzeitig leise laufen muss. Neben dem gleichmäßigen Bewegungsprofil und der Laufruhe sind Vibrationsarmut und geringer Abrieb von entscheidender Bedeutung für einen störungsfreien und fehlerlosen Herstellungsprozess. „Und da extrem viele Zyklen auf der Anlage gefahren werden, richtet sich unser Augenmerk natürlich ebenfalls auf das Thema Zuverlässigkeit“, ergänzt Christian Koch.

Das Energieketten-System E6 ohne klassische Bolzen-/Bohrungsverbindung ist die zurzeit geräusch- und vibrationsärmste Lösung im igus®-Energiekettenprogramm, damit passt sie besonders gut zum vibrationsarmen Antriebskonzept der Linearmotoren dieser Anwendung. Der so genannte Polygoneffekt, der beim Abrollen einer Energiekette auftreten kann, wird auf ein Minimum reduziert. „Da zwischen Soll- und Ist-Position nur maximal 2 µm liegen dürfen, brauchen wir einen absolut gleichförmigen Lauf“, bekräftigt noch einmal Christian Koch.

Das große Lieferprogramm – auch bei der Innenaufteilung – erlaubt die Auswahl einer maßgeschneiderten Kettengröße. In dieser Anwendung werden mit einer Innenhöhe von 40 mm und einem Biegeradius von 63 mm alle Leitungen sicher auf der Y-Achse geführt.

Energiekette auf der Z-Achse. Sie ist besonders vibrationsarm und leise.

Energiekette auf der Z-Achse. Sie ist besonders vibrationsarm und leise.

 
Die Energiezuführungen werden vorkonfektioniert geliefert. Es steht wenig Platz zur Verfügung. Dazu kommen enge Biegeradien.

Die Energiezuführungen werden vorkonfektioniert geliefert. Es steht wenig Platz zur Verfügung. Dazu kommen enge Biegeradien.

 
Energieketten-System E6 ohne klassische Bolzen-/Bohrungsverbindung.

Energieketten-System E6 ohne klassische Bolzen-/Bohrungsverbindung. Es handelt sich um die zurzeit geräusch- und vibrationsärmste Lösung im gesamten igus®-Energiekettenprogramm.

 
Alle chainflex®-Leitungen stehen aus dem Standardprogramm zur Verfügung. Sie können auch kundenspezifisch angepasst werden.

Alle chainflex®-Leitungen stehen aus dem Standardprogramm zur Verfügung. Sie können auch kundenspezifisch angepasst werden.

 
Jede vorkonfektionierte Energiezuführung wird einzeln verpackt termingerecht geliefert.

Jede vorkonfektionierte Energiezuführung wird einzeln verpackt termingerecht geliefert.

 
Vorkonfektionierte Energiezuführungen reduzieren Durchlauf- und Montagezeiten signifikant.

Vorkonfektionierte Energiezuführungen reduzieren Durchlauf- und Montagezeiten signifikant. Da Reinraumtauglichkeit gefordert wird, ist jeder vorkonfektionierten Energiezuführung ein Reinigungsprotokoll beigelegt.

 
Von links: Christian Koch (Jenaer Antriebstechnik), Yve Kirsch (igus®), Stephan Preuß (Jenaer Antriebstechnik).

Von links: Christian Koch (Jenaer Antriebstechnik), Yve Kirsch (igus®), Stephan Preuß (Jenaer Antriebstechnik).

 

Auf der Z-Achse kommt das System T3 zum Einsatz. Es kombiniert ebenfalls einen ruhigen Lauf mit einer geringen Lautstärke. Hinzu kommt die einfache Montage der e-kette®. Die ineinander steckbaren Seitenbänder ersetzen die herkömmliche Bolzen-/Bohrungsverbindung und verhindern Relativbewegungen zwischen den Gelenken. Damit wird nahezu eine komplette Verschleißfreiheit erzielt, was Einsätze im Reinraum ermöglicht. Durch die Geometrie des T-Bandes wird beim Ablegen nahezu kein Polygoneffekt erzeugt. Es läuft sehr harmonisch und rund und ist damit besonders vibrationsarm und leise. Die Lösung ist durch das geringe Eigengewicht für Anwendungen mit eher geringen Füllgewichten und kurzen Hüben geeignet – auch in Kombination mit hohen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten, die bei diesem Positioniersystem auf beiden Achsen allerdings nicht hoch sind.

Vorteil Vorkonfektionierung

„Aufgrund unserer vielfältigen Erfahrungen haben wir ursprünglich auf ein eigenes Leitungskonzept gesetzt“, blickt Christian Koch zurück. Wegen der hohen Kundenanforderungen wurde dann jedoch die ursprüngliche Lösung im Kölner Testlabor mit chainflex®-Leitungen von igus® verglichen. Der Dauertest sprach vor allem in Bezug auf die Reinraumtauglichkeit eindeutig für das igus®-Produkt. Aus diesem Grund wurde entschieden, neben den Energieketten auch die Leitungen vorkonfektioniert aus einer Hand zu beziehen. Dadurch verringern sich zudem noch die Durchlaufzeiten in der Fertigung.

Die speziellen Anforderungen an Aderquerschnittskombinationen und Biegebeständigkeit sowie Reinraumtauglichkeit sprechen für chainflex®-Leitungen aus dem Standardprogramm, die bei Bedarf allerdings auch auf Kundenwünsche angepasst werden können. Dazu kommen in dieser Anwendung ihre relativ hohe Anzahl, die engen Biegeradien, das geringe Platzangebot sowie der geringe Abrieb. Außerdem dürfen sie sich nicht gegenseitig beeinflussen, um die Funktionsfähigkeit der gesamten Anlage auf Dauer nicht zu beeinträchtigen.

„Diese Applikation stellt höchste Anforderungen an alle Partner“, gibt Stephan Preuß zu bedenken. „Wir müssen auf viele Kundenwünsche schnell reagieren. Die Auslegung der Energiezuführung ändert sich ständig. In der Zusammenarbeit haben wir gute Erfahrungen gemacht. Unser Ansprechpartner vor Ort steht uns mit Rat und Tat jederzeit zur Verfügung.“ Die vorkonfektionierte Energiezuführung wird separat verpackt zum gewünschten Liefertermin bereitgestellt. Bestandteil jeder Verpackung ist unter anderem ein Reinigungsprotokoll, um im bei der Reinraumtauglichkeit von Anfang an auf der sicheren Seite zu sein.

Online-Tools im Einsatz

Bei anderen Projekten nutzen die Konstrukteure des Hauses die Online-Werkzeuge von igus® zum E-Engineering. Sie bieten hohe Prozesssicherheit und eine einfache und schnelle Auswahl anhand der gewünschten Bewegungs- bzw. Einbauart, bei Bedarf inklusive Leitungen. „Wir versuchen allerdings, die Variantenvielfalt bei den Energieketten einzugrenzen“, so abschließend Stephan Preuß. „In der Regel setzen wir auf das E6-System, das uns zum einen technisch und zum anderen mit seiner Laufruhe immer wieder überzeugt. Das Ablegen der Kette erfolgt nahezu geräuschlos, das wissen auch unsere Kunden zu schätzen.“

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