Trends & Technik Mechatronik-Projekte mit der Industrie im Fokus

Der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Universität Erlangen-Nürnberg arbeitet in den drei Bereichen Planung und Simulation, Handhabungs- und Montagetechnik sowie Elektronikproduktion in einer Vielzahl an Forschungs- und Beratungsprojekten einzeln aber auch bereichsübergreifend sehr eng mit Partnern aus der Industrie zusammen. Diese Kombination und das damit erarbeitete Fachwissen am Lehrstuhl bilden die Grundlage äußerst erfolgreicher Kooperationen.

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Ob es sich bei der Fragestellung nun um räumliche elektronische Baugruppen, Steuerungsintelligenz oder elektrische Antriebstechnik handelt, ist vollkommen egal: Wenn es um Automatisierung und Optimierung in der Produktion geht, finden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Lehrstuhls für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg immer eine Lösung. Der 1982 gegründete Lehrstuhl beschäftigt sich unter Leitung von Prof. Dr. Jörg Franke sehr erfolgreich mit den drei Forschungsfeldern Handhabungs- und Montagetechnik, Planung und Simulation sowie Elektronikproduktion.

Wo die Schwerpunkte, Stärken und herausragenden Kompetenzen des Lehrstuhls liegen, kann man am besten anhand von drei aktuellen Forschungsprojekten darstellen.

Automatisierte Fertigung räumlich elektronischer Baugruppen

Forschungsprojekt 1: Molded Interconnect Devices (MID) ermöglichen ein Höchstmaß an Gestaltungsfreiheit, Miniaturisierung und Rationalisierung bei der Entwicklung und Produktion elektronischer Baugruppen. MIDs bieten die Möglichkeit, elektrische und mechanische Funktionen zu integrieren und so Bauräume optimal auszunutzen. Diese Vorteile kommen insbesondere beim Einsatz komplexer Geometrien mit geneigten Prozessflächen zum Tragen. Das Potential wird zunehmend von der Industrie erkannt, die inzwischen verstärkt nach MID-Lösungen für spezielle Anwendungsfelder sucht. So sind mittlerweile zahlreiche innovative MID-Serienanwendungen für verschiedene Produktfelder entstanden, darunter beispielsweise eine Basisplatine im Bereich der Medizintechnik, ein Kameramodul aus dem Bereich der Automatisierungstechnik und ein Sonnenlichtsensor für die Automobilindustrie.

Trotz der beständigen Zunahme von MID-Anwendungen gibt es bisher keine standardisierten, auf dem Markt verfügbaren Produktionsanlagen, die geometrisch komplexe Baugruppen mit geneigten Prozessflächen in den SMT-Prozessschritten Pastenauftrag, Bestücken, Löten bzw. Kleben und Bonden verarbeiten. Die geometrische Gestaltung dreidimensionaler Schaltungsträger stellt vor allem im Hinblick auf eine automatisierte Prozessführung erhöhte Anforderungen an den Montageprozess. Bei der Bestückung von elektronischen Bauelementen muss die Prozessfläche orthogonal zur Fügerichtung ausgerichtet sein. Dies erfordert bei der Montage von dreidimensionalen Schaltungsträgern weitere Freiheitsgrade, um die Schaltungsträger normal zur Fügerichtung auszurichten. Die Integration einer zusätzlichen Handhabungseinrichtung für die Ausrichtung der Schaltungsträger ist nur bedingt möglich, da Montagesysteme für die Flachbaugruppenfertigung stetig hinsichtlich Bestückleistung, Montagetoleranzen und Bauelementspektrum optimiert wurden. Der daraus resultierende Anlagenaufbau mit minimierten Arbeitswegen und geringem Prozessraum ist deshalb nur eingeschränkt für die Bestückung geometrisch komplexer Baugruppen geeignet.

Ein vielversprechendes Lösungskonzept stellt ein aktiver Mehrfachnutzenträger dar, der in den Bestückautomaten über den Leiterplattentransport in den Arbeitsbereich eingefahren wird und alle aufgenommenen Baugruppen gleichzeitig in drei Freiheitsgraden bewegen kann. Dadurch wird die Prozessflächen normal zur Bestückrichtung ausgerichtet. Bei der Verarbeitung von dreidimensionalen Schaltungsträgern stellt die Kollisionsvermeidung im Arbeitsraum eine grundlegende Anforderung dar. Die Einschränkung auf konvexe Bauteile garantiert jedoch die Kollisionsfreiheit, sodass hierbei eine Berücksichtigung im Bestückprozess entfällt. Eine spezifische Anpassung durch den Anlagenhersteller ist somit nicht notwendig.

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