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Getestet und für gut befunden

Leitungen für 400 Mio. Hübe in ultraschnellen Pick- and Place-Bewegungen

Abgestimmte, konfektionierte Energiekettensysteme sind heute schon in vielen Maschinen ein Standard und erhöhen damit maßgeblich die Funktionssicherheit ganzer Prozesse. Eine ganz besonders wichtige Rolle spielen dabei die jeweiligen Leitungen. Aufwändig im eigenen Labor getestet sowie Langzeituntersuchungen unterzogen, sind sie ein wesentlicher Bestandteil, um den ständig steigenden Anforderungen gerecht zu werden. Dabei werden immer neue Leitungskonstruktionen entwickelt, die den ständig steigenden Anforderungen in der Welt der Halbleiterbestückung gerecht werden müssen.

„Unsere hoch belastbaren Leitungen und die Kunststoffenergieketten werden dabei in unserem Technikum Köln so aufeinander abgestimmt, dass diese in der Praxis die geforderte Betriebssicherheit auf jeden Fall erfüllen“, macht Dipl. Ing. (FH) Rainer Rössel, Geschäftsbereichsleiter chainflex® cables der igus® GmbH, deutlich. Gewinner sind die branchenübergreifenden Kunden, die sich auf die Ergebnisse verlassen können. „Sie sind immer auf der sicheren Seite, da unsere Produkte grundsätzlich alle Qualitätsstandards einhalten und dauerhaft Betriebssicherheit beziehungsweise eine lange Lebensdauer garantieren.“

Unter schwierigsten, d. h. in der Regel realen, Einsatzbedingungen finden zahlreiche Testreihen parallel statt. Sie simulieren Zug- und Schubkräfte, Reibwerte, Verschleiß, Antriebskräfte, Biegekräfte und Abrieb unter verschiedensten Bedingungen und Geschwindigkeiten. Einflussfaktoren wie Schmutz, Witterung, Kälte oder Stöße und Schläge gehören ebenso dazu. Dabei werden keine Kosten und Mühen gescheut, um die igus eigenen Normtests systematisch durchzuführen. Die Untersuchungen laufen ununterbrochen an bis zu 365 Tagen. Sie werden umfänglich betreut, um nachweisbare Aussagen zu treffen. „Darüber hinaus investieren wir hohe Summen in die Materialentwicklung, um Werkstoffe für die Zukunft zu finden“, so Rainer Rössel.

Bestückungsautomat

Eine Line besteht in der Regel aus den drei Modulen iFlex T4, T2 und H1. Ein Blick ins Innere der Bestückungsautomaten. (Bild: Assembléon)

 
700 Leitungen im Test

In dem eigenen, 2.750 m2 großen, Labor von igus®, mit über 50 Versuchsanlagen, die neben langen Wegen von über 120 m, eine 18 m lange Klimakammer, 6 g Beschleunigungsanlagen und Roboter der unterschiedlichsten Hersteller aufweisen, durchlaufen zurzeit rund 700 chainflex®-Leitungen in den unterschiedlichsten Testreihen. Dabei stehen nicht nur Neuentwicklungen im Mittelpunkt, sondern auch bewährte Leitungstypen werden immer wieder speziellen, kontinuierlichen Qualitätsprüfungen unterzogen, oder spezielle Kundenanforderungen werden überprüft.

Alle Versuchsergebnisse werden in Datenbanken zusammengefasst. Dieser im Laufe der Jahre gewachsene Datenpool liefert präzise und verlässliche Angaben über die tatsächliche Lebensdauer und ist gleichzeitig Basis der Produktentwicklung. Die Versuchsdaten für Energieketten und Leitungen, aber auch fertig konfektionierte Systeme, sind dabei so detailliert, dass für die Energiekettensysteme je nach Anwendung eine Funktionsgarantie übernommen werden kann.

Bestückungsautomat

Konfektionierte Energiekettensysteme und hoch belastbare Sonderleitungen sorgen für die Funktionsfähigkeit der Bestückungsautomaten. Es werden 400 Mio. Hübe gefordert. (Bild: Assembléon)

 

Die Vorgehensweise ist immer gleich. Leitungen werden fast immer mit einem bis zu 30 bis 50 Prozent kleineren Biegeradius als im Katalog angegeben getestet. Es werden mindestens 1 bis 10 Mio. Biegewechsel durchgeführt. Während der Bewegungstests wird kontinuierlich, mit eigen entwickelten Messanlagen, die elektrische Performance der Leitungen überwacht. So kann frühzeitig der Beginn eines Ausfalles detektiert werden.

Bei der anschließenden Untersuchung der Leitung muss diese völlig intakt sein; es dürfen vor allem keine Einzeldrähte gebrochen sein. Neuentwickelte Typen absolvieren wesentlich längere Biegewechsel in der Energiekette, bevor eine Freigabe einer neuen chainflex®-Serie erfolgt.

400 Mio. Zyklen für Bestückungsautomat

Das Unternehmen Assembléon Netherlands B.V. hat eine neue Generation vollautomatischer Bestückungsautomaten der Serie iFlex T4, T2 und H1 mit Vision-System entwickelt. Sie können für Klein- und Großserien eingesetzt werden. Die SMD-Bestückung erfolgt per Roboter ein- oder beidseitig in Serienqualität für Bauteile ab einer Größe von 0402. Das Teilehandling liegt zwischen 51.000 (T4) und 12.000 (H1) pro Stunde. Die Beschleunigung und die Geschwindigkeit betragen zum einen 35 m/s2 (y-Achse) bzw. 20 m/s2 (x-Achse), zum anderen 2 m/s bzw. 1,5 m/s. Als Lebensdauer der jeweiligen Komponenten werden 400 Mio. Zyklen gefordert, das entspricht ungefähr sieben Jahren Dauerbetrieb.

Bestückung elektronischer Bauelemente

Die Bestückung elektronischer Bauelemente erfolgt ab einer Baugröße von 0402.

 

„Es kommt einerseits auf eine hohe Bestückungsgenauigkeit an, andererseits muss der Prozessablauf jederzeit stimmen. Ausschuss und Stillstand dürfen nicht vorkommen“, erläutert der Projektmanager Frank van Eldijk das Anforderungsprofil. Aus diesem Grund hat sich das Unternehmen entschlossen, auf die igus-Systemkompetenz zu setzen. In den Bestückungsmaschinen kommen vorkonfektionierte Energiezuführungen zum Einsatz, die speziell auf die Bedürfnisse des Kunden abgestimmt worden sind. Um die Funktionssicherheit auf Dauer sicherzustellen, ist die Standardenergiekette mit einer für diese Anwendung optimierten Innenaufteilung aus einem Spezialwerkstoff ausgestattet worden. In Kombination mit dem Mantelwerkstoff der Leitungen, der wiederum auf den gleitenden Werkstoff in der Kette abgestimmt ist, kommt es zu keinem Abrieb. Die zusätzlich verwendeten speziell entwickelten Leiter- und Schirmwerkstoffe stellen dabei auch die elektrischen Anforderungen sicher, um die übergeordneten Ziele der Anlage – Haltbarkeit, Stabilität, Funktionssicherheit und Lebensdauer – signifikant zu erreichen.

Das Gesamtsystem wird einbaufertig inklusive Zugentlastungen, Stecker und Maschinenanbauteilen aus Edelstahl und Carbon, geliefert. Lediglich die Endmontage erfolgt vor Ort. Alle Leitungen sind dabei in der Funktionsendlage so montiert, dass eine Einstellung der Leitungslänge in der Energiezuführung vor Ort nicht mehr erforderlich ist. Arbeitsvorgaben und aufwendige Dokumentationen in der Fertigung sowie Montagehilfen und eine Qualitätssicherungsprüfung in Köln gewährleisten den einwandfreien Zustand eines jeden Systems.

Fokus auf die Spezialleitungen

„In den Bestückungsautomaten geht um extrem viele und äußerst schnelle Bewegungen“, macht Rainer Rössel noch einmal klar. Das schwächste Glied in diesem anspruchsvollen Umfeld sind häufig die Leitungen, die dauerhaft funktionieren müssen. Um Stabilität zu garantieren, müssen sie auf das Energiekettensystem abgestimmt konstruiert und gefertigt werden. Das geschieht nach dem heutigen Stand der Technik − validiert durch aufwändige Tests. Es wurden eigens zwei Testanlagen in das igus®-Versuchslabor eingeführt, die die besonderen Anforderungen von Bestückungsautomaten simulieren können. Neben hohen Querbeschleunigungen werden dabei die Leitungen redundant in drei verschiedenen Radien, jeweils in doppelter Ausführung getestet und ständig überwacht.

Mitarbeiter

Marcel Lamers (igus® GmbH), Frank van Eldijk, Roy Brewel (beide Assembléon), Rainer Rössel

 

„So erhalten wir zum einem Aussagen, was unter noch höheren Belastungswerten als in der Realität passiert, und zum anderen werden parallel die Original-Ausgangswerte simuliert“, so Rainer Rössel. „Mit diesen seit 2010 laufenden Testmaschinen, die rund um die Uhr die Leitungen für die Bestückungsautomaten testen, erhalten wir klare Aussagen über Lebensdauer und eventuelle notwendige vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen.“ Aber die Vorteile gehen noch weiter: „Außerdem können wir hin und wieder Leitungen entnehmen und bis ins Detail untersuchen, ohne dass der Versuch wieder von vorne starten muss.“

In den Bestückungsmaschinen kommt die gesamte Bandbreite der zur Verfügung stehenden chainflex®-Leitungen zum Einsatz. Sie reichen von Motor-, Messsystem-, Daten- bis hin zu Kameraleitungen. Es handelt sich um mindestens zwölf Stück, die alle speziell für das niederländische Unternehmen gefertigt worden sind. Der Verseilaufbau ist auf die Biegeradien abgestimmt, beim Leiterwerkstoff handelt es sich spezielle Eigenentwicklungen und auch das Thema UL konnte erfüllt werden. Bei allen Entwicklungen hat igus® einen ganz klaren Marktvorteil. „Wir sind der Kunststoffspezialist. Dies kommt besonders auch den Leitungen zugute. Denn wir sind die einzigen Anbieter, der die beiden Produkte im eigenen Haus aufeinander abgestimmt entwickeln und so umfangreich testen kann. Unser Labor ist das mir größte bekannte Versuchslabor für bewegte Leitungen auf der Welt. Und das nutzen inzwischen auch immer mehr externe Kunden, die diese Kapazitäten nicht vorhalten können“, so Rainer Rössel.

Investition in die Zukunft

Der Kunststoffspezialist ist bei der Entwicklung dieser Sonderleitungen in Vorleistung gegangen. Es mussten neue Werkzeuge für die Innenaufteilung erstellt werden, die Stückzahlen liegen bis jetzt im überschaubaren Bereich. Dazu kommen die Werkstoffe für die Sonderleitungen, die in der Anschaffung sehr teuer sind. „Hier testen wir zurzeit vier alternative Werkstoffe in acht verschiedenen Aufbauten. Das mittelfristige Ziel ist dabei, einen Legierungswerkstoff zu entwickeln, der noch stabiler, aber gleichzeitig wirtschaftlicher ist. Die ersten Ergebnisse sind äußerst vielversprechend“, berichtet der Geschäftsbereichsleiter. „Wenn wir in naher Zukunft den Preis für die Leitungen deutlich reduzieren können, amortisieren sich unsere Entwicklungskosten schnell.“

Die Entscheidung, auf die vorkonfektionierten Energiekettensysteme zu setzen, hat das niederländische Unternehmen zu keinem Zeitpunkt bereut. „Wir haben früher auf Hybridflachleitungen vertraut“, so Frank van Eldijk. „Sie bewähren sich allerdings nicht in den Bestückungsautomaten, da gerade im Umfeld der Neuentwicklung Änderungen immer mit sehr hohen Kosten verbunden sind.“ Eine kettentaugliche Leitung ist dagegen schnell und problemlos ausgetauscht, das Gesamtsystem steht innerhalb kürzester Zeit in der bekannten technischen Spezifikation wieder zur Verfügung.

Einbaufertiges Gesamtsystem

Das Gesamtsystem wird einbaufertig inklusive Zugentlastungen, Stecker und Maschinenanbauteilen aus Edelstahl und Carbon geliefert. Arbeitsvorgaben, Dokumentationen, Montagehilfen und eine Qualitätssicherungsprüfung gewährleisten den einwandfreien Zustand eines jeden Systems.

 

„Wir betreiben ein ausgeprägtes Qualitätsmanagement, sind entsprechend zertifiziert und stellen uns den Anforderungen unserer Kunden, für die wir jederzeit kompetenter Partner und Lieferant sein möchten“, macht abschließend Rainer Rössel klar. „Unsere eigenen Entwicklungs- und Produktionsprozesse stehen dabei ständig auf dem Prüfstand. Nur so können wir Produkte auf höchstem Qualitätsniveau fertigen und auf Dauer Lösungen entwickeln, die die Anforderungen von heute und morgen erfüllen.“

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