Umspritzen von Rundleitern

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1 Projektziel Ziel des Projektes ist es, durch die Erprobung von diversen Kabel- und Duroplastkombinationen sowie Oberflächenaktivierungen eine Ergebnismatrix aufzustellen, die aufzeigt, welche Dichtigkeiten erzielt werden können. Diese soll für die jeweilige Anwendung eine Auswahl von Materialpaarungen aufzeigen. Projektleistungen Kabelauswahl Bestimmung von geeigneten Mantelmaterialien für die Duroplastverarbeitung. Vier dieser Kabel werden in die Versuche eingebunden. Vorbehandlungsmethoden Um die Haftfestigkeit zu erhöhen, werden die Kabel oberflächenbehandelt. Zwei geeignete Vorbehandlungsmethoden werden in die Versuchsmatrix eingebunden. Definition eines Prüfkörpers Um die Untersuchungen zu vereinheitlichen, wird ein Prüfkörper z. B. mit zwei unterschiedlichen Dichtlängen definiert. Bau eines Werkzeuges zur Herstellung der Prüfkörper Abmusterung der definierten Duroplast und Kabelkombinationen Es werden zwei gängige Duroplaste in den Variationen abgemustert. Bauteilstressungen Die Probekörper durchlaufen eine Auswahl an gängigen Stressungen wie zum Beispiel: Temperaturwechsel- und schocktest sowie Einlagerung in zwei Medien. Prüfung der Bauteile Vor und nach der Stressung werden die Bauteile mittels Differenzdruckverfahren untersucht, um den Kombinationen eine entsprechende Dichtigkeit zuordnen zu können. Optional Möglichkeit zu firmenspezifischen Abmusterungen (Stundenpool von 20 Stunden) Projektdaten Projektname: Umspritzen von Rundleitern 4 Projektstart: Juni 2018 Projektlaufzeit: 1,5 Jahre Projektkosten: 2 x * Optional: inkl. Stundenpool von 2 x 20 Std. 2 x * Reisekosten sind im Preis nicht inbegriffen. Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen zum Start des Projektes und nach der Hälfte der Projektlaufzeit. *Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff- Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Quereinstieg möglich Auch nach Projektstart ist ein Quereinstieg jederzeit möglich. Information Weitere Auskünfte zum Projektinhalt und -ablauf erhalten Sie über unsere Internetseite oder durch einen direkten Kontakt: Dipl.-Ing. Guido Kramer +49 (0) kramer@kunststoff-institut.de Andreas Wortmann, B.Eng. +49 (0) wortmann@kunststoff-institut.de Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W.) Karolinenstraße Lüdenscheid Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) mail@kunststoff-institut.de Quelle: Kunststoff-Institut Lüdenscheid Verbundprojekt 4. Projekt Umspritzen von Rundleitern mit Duroplasten

2 Inhalt Umspritzen von Rundleitern 4 Einleitung Hintergrund Neue Einsatzgebiete von Sensoren und elektrischen Bauteilen stellen die Industrie vor neue Herausforderungen. Diese fordert unter anderem: Höhere Temperaturbeständigkeit Höhere Temperatur-Wechselbeständigkeit Medienbeständigkeit Dimensionsstabilität Robuste Ankopplung und Mediendichte Um Montage- und Vergussprozesse zu umgehen und somit Kosten einzusparen, zeichnet sich in den vergangenen Jahren der Trend ab, elektronische Bauteile mit Duroplasten direkt zu umspritzen. Diese Formmassen sind für die Einhausung von elektronischen Bauteilen speziell entwickelt worden und überzeugen aus technischer Sicht durch: geringen Forminnendruck nahezu drucklose Füllphase niedrige Verarbeitungstemperaturen schnelle Härtezeiten geringen Längenausdehnungskoeffizient Auch die mechanischen Eigenschaften der Duroplaste können in diesem Zusammenhang glänzen. Durch diese ist es möglich, Funktionselemente wie zum Beispiel Anschraubdome, Rasthaken und Positionierelemente über das Vergussmaterial herzustellen. Je nach Anforderung sind Anschraubdome ohne Buchse herzustellen. Rundleitern mit Thermoplasten I bis III zugreifen. Derzeitiger Nachteil im Duroplastbereich ist, dass es wenig zugängliches Wissen zu Materialkombinationen in Bezug auf den mediendichten Verbund gibt. Zum einen handelt es sich bei Duro- und Thermoplasten zunächst um unähnliche Stoffe, die miteinander verbunden werden müssen. Zum anderen können, aufgrund der heißen Formgebungswerkzeuge, nicht alle Mantelmaterialien verwendet werden. Eine weitere Herausforderung, die bedacht werden muss, ist, dass Duroplaste eine erheblich geringere Viskosität im Vergleich zu Thermoplasten aufweisen. Diese Eigenschaft stellt zwar einen besonderen Vorteil bei dem Kapseln von elektronischen Bauteilen dar, jedoch begünstigt sie auch das Eindringen der Formmasse zwischen die einzelnen Kabellitzen. Was ist ein Verbundprojekt? In den Verbundprojekten entwickelt das Institut für die teilnehmenden Unternehmen ein innovatives Thema. Dieses ist praxisnah, mit hohem technologischem Know-how und wird ausschließlich über Teilnehmer-Beiträge finanziert. Vorteile eines Verbundprojektes Kostensharing = niedrige Projektbeiträge pro Teilnehmer Geringe Personaleinbindung der teilnehmenden Firmen Technologische Marktführerschaft Netzwerkbildung Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch Mitarbeiterweiterbildung/-qualifizierung Projektschwerpunkte Zu Beginn des Projektes wird gemeinsam mit den Partnern ein Prüfkörper definiert, an dem nach Möglichkeit alle Anforderungen an den Verbund untersucht werden können. Es werden die Materialpaarungen und Oberflächenbehandlungen bestimmt, die es zu untersuchen gilt. Hier sollen beispielsweise eine EP und ein BMC Formmasse in Kombination mit bestimmten Mantelmaterialien bestimmt werden. Des Weiteren wird ein Prüfablauf vereinbart. Dieser soll eine Lagerung in diversen Medien, sowie Temperaturschock und Wechseltests beinhalten, vor beziehungsweise nach denen eine Prüfung auf Dichtigkeit durchgeführt wird. Zur Untersuchung der Dichtigkeit wird hier das Differenzdruckverfahren herangezogen. Stand der Technik/Problemstellung Grundlegend hat das Umspritzen von Rundleitern das Ziel, zwei Werkstoffe fest und vor allem dicht miteinander zu verbinden. Obwohl das mediendichte Umspritzen von Rundleitern im Thermoplastbereich zum Stand der Technik gehört, erfordert es dennoch ein großes Know-how. In diesem Bereich kann das Kunststoff-Institut auf einen großen Erfahrungsschatz aus den Projekten Umspritzen von Zeit- und kostenintensive Untersuchungen sowie die Projektabwicklung erfolgen ausschließlich durch das Institut. Die Personaleinbindung der Firmen beschränkt sich im Minimum auf die Teilnahme an den Projekttreffen (i. d. R. zwei- bis dreimal im Jahr). Geheimhaltung Sämtliche Projektergebnisse unterliegen während der Projektlaufzeit der Geheimhaltung. Ergebnisse von firmenspezifischen Untersuchungen werden vertraulich behandelt. CT Scan einer Kabeldirektumspritzung

3 Informationspräsentation Umspritzen von Rundleitern mit Duroplasten Stand Problemstellung und Ziel des Projekts Durch die Eigenschaften eines Duroplasten gibt es eine hohe Zahl an Anwendungsbereichen, bei denen eine mediendichte Umspritzung von Kabeln mit duroplastischen Formmassen erhebliche Vorteile bietet. Hohe Temperaturwechselbeständigkeit Temperaturbeständig bis 240 C Kostengünstige Alternative zu PEEK, PPS, etc. Hohe Dimensionsstabilität Realisierbarkeit dünner Wanddicken bei geringen Forminnendrücken Medienbeständigkeit Müssen bei diesen Anwendungen elektrische Signale in das Bauteil und/oder wieder hinaus geleitet werden, ist bei einer Vielzahl dieser der Einsatz von direkt angebundenen Kabeln sinnvoll. Die im Projekt erarbeite Matrix soll bei der Entwicklung ein entscheidendes Tool liefern, mit wenig Aufwand die in Frage kommenden Materialkombinationen für entsprechende Dichtigkeiten aufzuzeigen. 2 1

4 Motivation für eine Teilnahme Die Eigenschaften der Duroplaste prädestinieren diesen zum Einsatz bei der Kapselung von Sensoren und anderen elektronischen Bauteilen. Neben den vielfältigen Möglichkeiten spielt der Kostenvorteil dieser Technologie eine entscheidende Rolle. Derzeitiger Nachteil ist, dass wenig zugängliches Wissen zu Materialkombinationen in Bezug auf den mediendichten Verbund verfügbar ist. Folge: Ist dieses Wissen nicht im Hause, müssen aufwendige und umfangreiche Untersuchungen gestemmt werden um eine anwendungsgerechte Materialkombination zu finden. Diese Untersuchungen sind sehr kostspielig und vor allem zeitaufwendig. Mit den Ergebnissen aus diesem Projekt soll es Ihnen möglich sein, innerhalb kurzer Zeit die erreichbare Dichtigkeiten bestimmter Formmassen und Mantelmaterialkombinationen einzusehen um daraus die Verwendbarkeit für Ihre Applikation abzuleiten. 3 Stand der Technik Im Thermoplastbereich sind viele Materialkombinationen, die eine Dichtigkeit aufweisen bekannt. Der Einsatz von duroplastischen Werkstoffen für entsprechende Anwendungen ist recht neu. Hinzu kommt, dass es sich bei den Materialmantelmaterialien und den Duroplasten um vollkommen unähnliche Stoffe handelt. Demnach sind vor allem in Bezug auf den Verbund dieser Materialkombinationen und Abdichtkonzepte wenig Informationen verfügbar. Zur Erprobung dieser werden zurzeit aufwendige Untersuchungen an Musterteilen durchgeführt oder für sich ein Werkzeug zur Erprobung an Prüfgeometiren gebaut um diese Tests durchzuführen. Als Teilnehmer dieses Projektes besitzen Sie nicht nur die Möglichkeit zur Einsicht in die Projektergebnisse, über den vergünstigten Stundenpool steht ihnen auch das Equipment zur Erprobung von firmenspezifischen Materialkombinationen zur Verfügung. 4 2

5 Kompetenzen des Kunststoff-Institut Lüdenscheid Das KIMW besitzt umfangreiche Kenntnisse bei der Verarbeitung von Duroplasten und kann auf einen großen Erfahrungsschatz zurückgreifen. Zudem findet zeitversetzt ein Projekt statt, welches sich mit der Kapselung von elektronischen Bauteilen mit Duroplasten beschäftigt. In der Projektserie Umspritzen von Rundleitern sind am Kunststoff- Institut bereits viele Erkenntnisse, welche die Verbindung von Rundleitern mit thermoplastischen Materialien anbelangt, erarbeitet worden. Dichtigkeitsprüfung, Prüfadapter, diverse Gerätschaften zur Bauteilstressung sowie Maschinen und Anlagen zur Duroplastverarbeitung stehen zur Verfügung. 5 Projektleistungen Wir entwerfen eine Prüfgeometrie, anhand derer eine Vielzahl von Fragen in Bezug auf das Thema dichter Verbund zwischen Kabeln und Duroplasten beantwortet werden können. So ist hier nicht nur der mediendichte Verbund eine Frage, sondern auch, ob der Duroplast aufgrund seiner geringen Viskosität zwischen die Kabellitzen eindringt. Projektverlauf: Zu Projektbeginn wird eine Prüfgeometrie vorgestellt und ggf. überarbeitet. Diese soll z.b. zwei unterschiedliche Abdichtlängen berücksichtigen. Des Weiteren stellen wir Ihnen, für einen Duroplastprozess verwendbare Kabelmantermaterialien vor. Im Anschluss Fragen wir anhand dieser, die Relevanz dieser bei allen Projektteilnehmern ab. 6 3

6 Projektleistungen Die vier meist genannten Materialien binden wir in unsere Versuchsmatrix ein und umspritzen diese in Kombination mit zwei Vorbehandlungsmethoden. Als Umspritzmaterial soll hierbei vorzugsweise eine BMC und eine EP Formmasse stehen, da diese beiden Materialtypen für Umspritzungen von Elektroniken in Frage kommen. Diese Prüfkörper werden im weiteren Verlauf 5 Bauteilstressungen unterzogen. Vor sowie nach den Stressungen erfolgt jeweils eine Dichtigkeitsprüfung mittels Differenzdruckverfahren, so dass der Einfluss der jeweiligen Stressung auf die Dichtigkeit festgestellt werden kann. 7 Projektleistungen Beispiel der Versuchsmatrix: Formmasse Mantelmaterial Oberflächenbehandlung Abdichtlänge Bauteilstressung FM1 KM1 ohne kurz Initial FM2 KM2 Reinigen lang KWT KM3 Plasma TST KM4 Einlagerung in Medium 1 Einlagerung in Medium 2 KWT, TST, Medium 1 KWT, TST, Medium 2 Für den Prüfaufbau werden insgesamt ca Stk Probekörper angefertigt und zum Teil mehrfach auf Dichtigkeit geprüft. 8 4

7 Zusammenfassung Innerhalb des Projektes werden folgende Schwerpunkte hinterfragt: Welche Mantelmaterialien gibt es, die zum Beispiel der benötigten Werkzeugtemperatur bei der Duroplastverarbeitung stand halten? Welche Dichtigkeiten können erreicht werden? Welche Werkstoffkombinationen können in ihre Auswahl zu Serienanwendungen miteinbezogen werden? Tragen bei den untersuchten Materialkombinationen, Aktivierungsmethoden zur Verbesserung der Haftung bei? Gibt es Alternativen um eine erforderliche Dichtigkeit zu erreichen? Müssen besondere Vorkehrungen zur Vermeidung des Eindringens der Schmelze zwischen die Litzen getroffen werden? 9 Projektinformationen Ansprechparter Herr Dipl.-Ing. Guido Kramer Anwendungstechnik Tel.: +49 (0) kramer(at)kunststoff-institut.de Projektkosten* 2 x 4900 (zum Start des Projektes und nach der Hälfte der Projektlaufzeit) 2 x 6900 inkl. Stundenpool (2 x 20 Std) Projektlaufzeit 1,5 Jahre Start Juni 2018 Mitgeltende Unterlagen Projektflyer AG *Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen jeweils zum Start des Projektes und nach der Hälfte der Projektlaufzeit. 10 5

8 Kunststoff-Institut Lüdenscheid Herr Stefan Euler Karolinenstr Lüdenscheid per Fax: +49 (0) per mail@kunststoff-institut.de Anmeldung zum Projekt: Umspritzen von Rundleitern mit Duroplasten Hiermit bestätigen wir verbindlich unsere Teilnahme an dem Projekt. Projektleiter: Dipl.-Ing. Guido Kramer Andreas Wortmann, B.Eng. Projektkosten: Basispreis: 2 x *1 inkl. optionalem Stundenpool: 2 x *2 Laufzeit: 1,5 Jahre Projektstart: Juni 2018 Mitgeltende Unterlagen: AGB und Projektflyer Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid zahlen einen um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag. Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen zum Start des Projekts und nach der Hälfte der Laufzeit. *1 Basispreis *2 inkl. optionalem Stundenpool (+20 Std.) Unsere Einkaufsbestell-Nr. lautet: Wir reichen unsere Einkaufsbestell-Nr. nach Die Rechnungserstellung erfolgt ohne Einkaufsbestell-Nr. Die Einkaufsbestell-Nr. muss spätestens nach Ablauf von zwei Wochen nachgereicht werden! Sollte nach Ablauf der Frist noch keine Bestell-Nr. vorliegen, erfolgt die Rechnungsstellung ohne diese Angabe. Firma* Straße* PLZ/Ort* Telefon Telefax Abweichende Rechnungsadresse Folgende Personen nehmen teil*: Durchwahl/ *: Datum rechtsverbindliche Unterschrift/Stempel *erforderliche Angaben Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W.) Karolinenstraße Lüdenscheid