Duroplastumspritzung

Elektronik mediendicht umspritzen

Duroplaste bewähren sich im motornahen Bereich
Konstruktion und Ausführung robuster Bauteile für den Automobilbau – die elektronischen Komponenten sind mit einem Duroplast umspritzt.
Sicherer Schutz empfindlicher Komponenten unter Einfluss problematischer Medien, hoher und niedriger Temperaturen und auch Vibrationen – für das Umspritzen kommen auch Duroplaste in Frage.

Sensorik ist bei industriellen Anwendungen – vor allem im Fahrzeugbau – weiterhin ein Wachstumsmarkt. Komponenten wie Elektronikbauteile, Spulen, Magnete und Metallkomponenten müssen unter widrigen Umweltbedingungen ihre Aufgabe erfüllen. Ob Wasser, Öl, Kraftstoffe oder Bremsflüssigkeit, aufgrund spezifischer Bauraumsituationen ist ein regelmäßiger Kontakt mit diesen aggressiven Medien oft unvermeidlich.

Das mediendichte Umspritzen von Elektroniken und Sensorelementen mit Duroplasten kann eine robuste Variante zur Sicherstellung der langfristigen Funktionalität sein. Die Werkstoffgruppe zeichnet sich durch hohe mechanische Stabilität auch in extremen Temperaturbereichen zwischen –40 und 200 Grad Celsius aus. Die von Kolektor Kautt & Bux verwendeten Varianten zur Umspritzung weisen laut Unternehmen nahezu keine Wasseraufnahme und hohe Beständigkeit gegen die meisten im Fahrzeugbau eingesetzten Medien auf.

Aufgrund des Verfahrens und der Werkstoffeigenschaften kann mit geringen Prozess- und Form-Innendrücken gearbeitet werden. Die zu umspritzenden Komponenten werden also nur gering auf Druck belastet. Ein weiterer Vorteil sei die im Verhältnis zur Thermoplastverarbeitung geringe Prozesstemperatur, womit die zu umspritzenden elektronischen Bauteile lediglich im Bereich ihrer zulässigen Wärmebelastung beaufschlagt werden. Im Prozess können homogene und dünnwandige Designs mit Wanddicken ab 0,35 Millimeter formstabil erzeugt werden. Das könne zur Performancesteigerung der Sensorik und zur Kosteneinsparung, beispielsweise bei den verwendeten Magnetwerkstoffen, genutzt werden.

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Auf dieser Basis werden im Großserienmaßstab Sensorelektroniken zur Steuerung eines bürstenlosen EC-Motors zum Antrieb der Lufteinlassventile mediendicht umspritzt. Der elektronisch kommutierte Motor ist hier im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors eingebaut, wo die Elektronik dauerhaft von Motoröl umgeben ist und nicht nur der chemischen Belastung des Motoröls ausgesetzt ist, sondern auch Temperaturen von –40 bis 170 Grad Celsius über Lebensdauer des Fahrzeuges überstehen muss. Aufgrund der Applizierbarkeit der duroplastischen Materialien in Hinblick auf die thermische Längenausdehnung sei es möglich gewesen, eine FR-4-Platine mit bestückter Sensorelektronik und Motorstrom führenden Leadframes mediendicht zu umspritzen. Dichtheit im Interface wurde demnach bei allen vom OEM geforderten Temperatur-Wechseltests nachgewiesen. Das habe einen süddeutschen Premiumfahrzeug-Hersteller veranlasst, diese Lösung in 2010 im gehobenen Marktsegment und seit August 2011 in den mittleren Motorbaureihen flächendeckend und in nahezu allen Fahrzeugklassen einzusetzen.

Für weitere Projekte werden beispielsweise empfindliche Spulen auf Ferritkörpern mit Kabelanbindungen und thermoplastischen Einlegeteilen umspritzt. Die Herausforderung besteht darin, die verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Wärmebeständigkeiten innerhalb eines temperaturgesteuerten Prozesses zu verbinden.

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