Krallmann-Gruppe. Molding the Future

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1 Krallmann-Gruppe Molding the Future

2 Gliederung 1. Stand der Technik bei elektrisch leitfähigen Bauteilen 3 2. IMKS als Erweiterungsmöglichkeit 4 3. Entwicklung und Stand des IMKS Verfahrens 5 4. Voraussetzungen / Begrenzungen 9 5. Vorteile gegenüber bestehenden Prozessen Potentielle Anwendungsbereiche Status Fazit / Ausblick 21 2

3 Kunststoffbauteile mit elektrischer Leitfähigkeit Stand der Technik: Herstellung elektrisch leitfähiger Bauteile Leitfähige Kunststoff- Compounds An-/ Um-/ Hinterspritzen von leitfähigen Einlegeteilen MID, aufbringen leitfähiger Pfade / Schichten => Kunststoffbauteile mit elektrischer Leitfähigkeit werden heute überwiegend in mehrstufigen Produktionsprozessen hergestellt! 3

4 IMKS erweitert und vereinfacht die Produktionsmöglichkeiten Spritzgießen von Metall und Kunststoff integriert in einem Prozess auf einer konventionellen Spritzgießmaschine mit angepasster Steuerung Einspritzen von metallischen Leiterbahnen in die Kunststoffkomponente Einlegen und direktes Kontaktieren von elektronischen Bauteilen wie Kontakte, Widerstände, LED s usw. 4

5 Die Entwicklung des IMKS Verfahrens => In unterschiedlichen Schritten wurde IMKS zur Serienreife entwickelt! 5

6 Die Funktionsweise des IMKS Verfahrens: Beispiel funktionsfähige Tischleuchte Prozessschritte Station 1: Einspritzen Vorspritzling (Polycarbonat) Station 2: Einlegen LED und direkte Kontaktierung durch einspritzen der Leiterbahnen (Metall-Legierung) Station 3: Einspritzen Nachspritzling (Polycarbonat), Isolierung der Leiterbahnen und Entnahme Herausforderung Heißkanäle für 3 verschiedene Materialien Thermische Trennung der Stationen mit 3 unterschiedlichen Prozesstemperaturen 3 unterschiedliche Temperaturen bez. Temperierung 6

7 Die Funktionsweise des IMKS Verfahrens: Prozessschritte 1. Vorspritzling 2. LED + Leiterbahn 3. Nachspritzling 7

8 Die Funktionsweise des IMKS Verfahrens: Prozesskette 8

9 Voraussetzungen / Begrenzungen Kunststoffe: Geeignete Materialien: PC, PC/ABS, PA, PES, PEEK, eventuell auch andere, weitere Versuche erforderlich Herausforderung: Ein An- bzw. Durchschmelzen des Kunststoffes durch das Metall muss unbedingt vermieden werden Equipment: Metallspritzaggregat Werkzeug mit Auslegung für Metallspritzguss Hydraulischer Kernzug an Spritzgießmaschine Eventuell Handling / Roboter zur Bestückung / Entnahme 9

10 Voraussetzungen / Begrenzungen Metall-Legierungen: Zugelassene Elektroniklote, RoHS konform Fließweglänge: abhängig von Querschnitt, Legierung und Temperaturverhältnisse Schmelzpunkte: zwischen 130 C und 300 C Elektrische Leitfähigkeit: ca. 7,5x10 6 S/m Zugfestigkeit: 37 bis 60 N/mm² Materialpreis: zwischen 25,- und 60,- / kg, je nach Legierung 10

11 Voraussetzungen / Begrenzungen Musterplatten zur Ermittlung von Fließweglängen 11

12 Vorteile: Kostenvergleich Stanzgitter vs. IMKS Montage Spritzguss Stanzen Montagemaschine Spritzgießwerkzeug Spritzgießmaschine Stanzwerkzeug Stanzmaschine Stanzgitter Spritzguss Spritzgießwerkzeug Metallspritzaggregat Spritzgießmaschine IMKS => Wegfall von zusätzlichen Montageschritten => Kosteneinsparung durch Wegfall von Stanzgittern => Auf konventioneller Spritzgießmaschine anwendbar ohne zusätzliches Equipment => Höhere Qualität durch Wegfall von zusätzlichen Prozessen und Schnittstellen => Einsparung von Logistikkosten für Einzelteile 12

13 Produktvorteile Hohe 3-dimensionale geometrische Freiheit bei der Gestaltung der Leiterbahnen Geringerer Platzbedarf gegenüber Stanzgitter Weitaus höhere Elektrische Leitfähigkeit gegenüber leitfähigen Kunststoffcompounds Absolute Reproduzierbarkeit gegenüber leitfähigen Compounds (Entmischung) 13

14 Potentielle Anwendungsbereiche => In vielen Bereichen vorstellbar in denen Bauteile mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen benötigt werden 14

15 Potentielle Anwendungsbeispiele 15

16 Metall als Wärmeleiter Kühlrippen an Gehäuse Kühlkörper bei LED s 16

17 Herausforderungen unterschiedlicher Anwendungen Herausforderungen für IMKS: Ablösen Leiterbahn durch Erschütterungen, Vibrationen Lösungen: Einbetten mit Hinterschnitten, Überspritzen mit Kunststoff Ablösen an Verbindungsstelle mit Kontakten, LED s Formschlüssige Verbindung, Hinterschnitte, mit Kunststoff umspritzen Eindringen von Feuchtigkeit, Nässe Kontaktstellen umspritzen mit TPE, Silikon etc. Nicht ausgespritzte Leiterbahnen, Kontaktstellen Temperatur- / Drucksensoren an Fließwegende, Durchgangs- oder Widerstandsprüfung am Fertigteil => Der Prozess kann an die unterschiedlichen Herausforderungen angepasst werden! 17

18 Weiterentwicklungen / Untersuchungen Funktionsprüfungen: Vorgehensweise: Korrosionsverhalten Salznebeltest Wechselnde Wärmebelastung mind. Wandstärken im Kunststoff zwischen Leiterbahnen mind. Querschnitte / Fließwege Thermoschocktest in Klimakammer Elektrischer Durchschlagstest Versuche mit Musterplatten => An den offenen Fragestellungen wird mit unseren Entwicklungspartnern gearbeitet um belastbare Ergebnisse zu bekommen! 18

19 Projektpartner Spritzgießmaschine Automation Artikelentwicklung Werkzeug Aggregat Kunststoffmaterialien Forschung Entwicklung Untersuchungen Auswertungen 19

20 IMKS Technikumsanlage 20

21 Fazit Das IMKS-Verfahren ist eine vielversprechende Ergänzung der bisherigen Herstellungsverfahren für Hybridbauteile aus Kunststoff und Metall mit elektrischen Leiterbahnen Die IMKS-Prozesstechnik ermöglicht eine erhebliche Verkürzung der Prozesskette bei der Herstellung der elektronischen Bauteile und somit eine signifikante Kosteneinsparung Mit dem Verfahren erhöht sich die geometrische Freiheit bei der Gestaltung der Leiterbahnen und Bauteile Der benötigte Platzbedarf in den Bauteilen verringert sich mit der IMKS-Technologie Weitere Anwendung des Metalls denkbar als Wärmeleiter um Wärme gezielt hin- oder wegzubringen, oder als Schmelzsicherung 21

22 Ausblick Metallspritzaggregat in serienreife fertiggestellt und zum Patent angemeldet Weiteres Werkzeug für kundenspezifische Versuche fertiggestellt; Kunde kann mit Versuchseinsätzen in Krallmann Werkzeug erste belastbare Ergebnisse für seine Anwendung gewinnen Erste Pilot-Projekte mit Kunden aus Automobil- und Elektronikbranche in Umsetzung mit vielversprechenden ersten Testergebnissen Weitere Grundlagenversuche Korrosionsbeständigkeit, Haltefestigkeit, Dichtigkeit, Fließweglängen, Materialpaarungsversuche in Arbeit 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!