Alternative zum Metallstecker

Prüfstecker aus Hochleistungskeramik von Doceram

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Steuerungen und andere elektronische Bauelemente für Automotive-Anwendungen werden zu 100 % getestet, was hohe Anforderungen an die Prüfanlagen für End-of-Line-Tests stellt. Besonders beansprucht werden dabei die elektrischen Verbindungselemente. Hier bewährt sich Hochleistungskeramik als Alternative zum Metallstecker.

Philipp Froese, Vertriebsingenieur, Doceram GmbH, Dortmund

Bis zu 70 Steuergeräte hat ein Auto heute. Jedes einzelne wird am Ende der Produktionslinie auf Funktionsfähigkeit getestet, und häufig wird zugleich noch Software geflasht, d. h. aufgespielt. Bei den Testeinrichtungen handelt es sich zumeist um Linien- oder Rundtaktanlagen, die in mehreren Stationen verschiedene Prüfungen übernehmen (Dichtigkeit, elektronische Funktionen, gegebenenfalls auch Kennzeichnung).

EOL-Prüfung: hart beanspruchte Bauteile

Dabei werden die Prüfstecker der Anlagen hart beansprucht und ebenso weitere Baugruppen wie Greifer, Leiterplattenaufnahmen und Positionierstifte. Denn bei typischen Taktzeiten von 20 s erreichen die Stecker nach dem Dreischichtbetrieb einer Fünf-Tage-Woche schon 21.600 Zyklen. Das bringt hohe mechanische Beanspruchungen mit sich, die nicht zu Verschleiß führen dürfen. Auch aus einem zweiten Grund wird eine sehr gute Abriebfestigkeit verlangt: Die Produktionsumgebung muss sauber bleiben. Zudem müssen hier Arbeitsmittel verwendet werden, die die elektronischen Eigenschaften der einzelnen Bauteile nicht beeinträchtigen.

Dieses Anforderungsprofil erfüllt die blaue Hochleistungskeramik Cerazur deutlich besser als metallische Werkstoffe. Denn Keramikwerkstoffe wirken generell elektrisch isolierend. Sie sind nicht magnetisierbar, chemisch inert und zeichnen sich aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit durch hohe Standzeiten auch bei starker mechanischer und thermischer Beanspruchung aus. Infolgedessen entsteht auch kein bzw. nur minimaler Abrieb und die Forderung nach technischer Sauberkeit wird erfüllt. Und Cerazur ist darüber hinaus schlagzäh und somit unempfindlich gegenüber Stoßbelastungen.

Mit Einlaufschräge für Prüfungen im Taumelkreis

Doceram fertigt aus Cerazur unterschiedliche Komponenten für diese anspruchsvolle Anwendung – z. B. Prüfstecker für die 100-%-Prüfung von Kfz-Elektronik. Diese Stecker eignen sich auch für kombinierte Funktions-/Taumelkreisprüfungen. Optional sind sie – für Prüfungen im Taumelkreis – mit einer Einlaufschräge ausgestattet.

Darüber hinaus fertigt der Hersteller Aufnahme- und Positionierstifte für die Großserienprüfung, z. B. von Leiterplatten in Testeinrichtungen. Bei dieser Anwendung ist ein sehr exaktes Positionieren der Baugruppen erforderlich – und wird von den Keramikkomponenten gewährleistet. Damit schaffen die Cerazur-Bauteile eine wichtige Voraussetzung für eine gleichbleibend hohe Bauteilqualität und für minimale Stillstandszeiten an den Produktions- und Prüfanlagen.

Eine weitere Anwendung sind keramische Greiferbacken für die Handhabung von Elektronikkomponenten. Und selbstverständlich gelten die hier genannten Vorteile nicht nur für die Prüfung der Komponenten, sondern auch für die Handhabung und die einzelnen Produktionsschritte, etwa die Leiterplattenbestückung.

Wahl der (Keramik-)Werkstoffe

Neben der schlagzähen blauen Cerazur-Keramik kommen auch andere Keramikwerkstoffe infrage, wenn Komponenten für die automatisierte Prüftechnik zu konstruieren sind. Dabei entscheidet der Einsatzfall bzw. das gewünschte Eigenschaftsprofil. Die Positionier- und Aufnahmestifte sowie Leiterplattenaufnahmen und Greifer werden in der Tat meistens aus der blauen Hochleistungskeramik auf Zirkonoxid-Basis gefertigt. Als Alternative steht u. a. das Aluminiumoxid Doceram A-132 zur Verfügung, das sich aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit auch für die Herstellung von Leiterplattenaufnahmen in Lötöfen eignet. Eine weitere Alternative ist Doceram Z1000 auf Zirkonoxid-Basis, das weniger biegefest ist als Cerazur, aber nochmals härter.

Geringere Lebenszykluskosten

Doceram bietet dem Anwender Unterstützung beim Engineering an. Beispielsweise ist die Konstruktion des Steckers anhand des Gegenstücks (Dose) möglich. Auch sehr kleine Geometrien sind realisierbar, da die Wandstärke bis auf 0,3 mm reduziert werden kann. Häufig kommen hier Verbundkonstruktionen aus Keramik, Metall und Kunststoff zum Einsatz.

In der Regel werden die Prüfstecker anwenderspezifisch konstruiert, aber aufgrund der umfassenden Erfahrungen mit unterschiedlichsten Designs erfolgt diese Konstruktion innerhalb kurzer Zeit und mit hoher Sicherheit, dass die Stecker im Betrieb alle gewünschten Funktionen erfüllen. Die Erfahrung der Anwender zeigt, dass sich auch die Fehlerquote der Prüfungen reduziert, weil die Stecker präziser eingeführt und positioniert werden.

Da die Bearbeitung von Keramik produktionstechnisch größeren Aufwand erfordert als die Kunststoff- und Metallverarbeitung, sind die Kosten der Stecker höher. Die Lebenszykluskosten sind jedoch deutlich niedriger, da die Stecker über die gesamte Produktionszeit eines Bauelementes halten – auch bei Stückzahlen von mehreren Millionen. Aus diesem Grund setzen namhafte Autohersteller sowie Tier-1-Zulieferer von elektronischen Steuerungen die hier beschriebenen Prüfstecker und Prüfstecker-Baugruppen ein.

Auch für die automatisierte Schweißtechnik

Nicht nur in der EOL-Prüftechnik bietet die besondere Eigenschaftskombination der Cerazur-Hochleistungskeramik – Verschleißfestigkeit, Schlagzähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, elektrische Isolation und hohe thermische Beständigkeit – große Vorteile. Auch in einem ganz anderen Bereich der Automobilproduktion nutzt man diese Vorzüge: Im Karosseriebau haben sich z. B. Zentrier- und Positionierstifte aus Cerazur etabliert. Mit ihrer Hilfe werden die Blechplatinen während des automatisierten Schweißvorgangs in Position gehalten. Dabei wirkt sich eine weitere Eigenschaft positiv aus: An der Keramik bleiben keine Schweißspritzer haften. bec

Beispiele für Keramikkomponenten, auch zum Einsatz in Prüfanlagen, zeigt dieser Katalog:

http://hier.pro/TNJVR

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