Smarte Vakuum-Greifer

Handhabung - Innerhalb der Smartphone-Produktion stellt jede Komponente ganz spezielle Anforderungen an Greifer und Vakuum-Erzeuger. Schmalz stellt sich auch auf Besonderheiten wie ESD-Schutz, chemische Beständigkeit und auf die Anwendung in Reinräumen ein.

02. Mai 2019
Smarte Vakuum-Greifer
Vakuum-Sauggreifer aus Elastodur sind verschleiß- und abriebfest. (Bild: J. Schmalz)

Weltweit werden pro Jahr mehr als 1,4 Milliarden Smartphones abgesetzt. Die Erwartungen an das High-Tech-Produkt sind ausgesprochen hoch. Auch wenn die Innovationssprünge heutzutage eher gering ausfallen, finden Hersteller immer wieder Stellschrauben, um mit einem neuen Smartphone-Release die Nachfrage anzukurbeln. Dafür werden neben der Kamera vor allem Display, Batterie und Prozessorleistung optimiert. Die Produktion ist arbeitsintensiv und erfordert viel Feingefühl. Wird beim Zusammenbau unpräzise gearbeitet, kann der hohe Qualitätsanspruch oft nicht gehalten werden.

So unterschiedlich die Anforderungen innerhalb der Smartphone-Produktion sind, Schmalz begleitet die einzelnen Prozessschritte mit individuellen Lösungen. Dabei stellt jede Smartphone-Komponente ganz spezielle Anforderungen an Greifer und Vakuum-Erzeuger. Empfindliche Materialien müssen mit hoher Geschwindigkeit präzise gegriffen, bewegt und positioniert werden. Schmalz stellt sich auch auf Besonderheiten wie ESD-Schutz, chemische Beständigkeit und auf die Anwendung in Reinräumen ein.

Zudem spricht Schmalz die Sprache der smarten Fabrik. Dank IO-Link können alle Prozessschritte zentral erfasst, gesteuert und überwacht werden. Die Schnittstelle bringt die Digitalisierung in die Sensorebene und macht die Vakuum-Komponenten bis in die höheren Steuerungsebenen sichtbar. So können sie schnell installiert und parametriert werden und sichern dank Predictive-Maintenance- und Condition-Monitoring-Funktion ihren zuverlässigen Betrieb. Über NFC (Near Field Communication) können Daten zudem kontaktlos ausgetauscht und neue Parameter direkt aufgespielt werden.

Sensitive Schicht

Für den optischen Eindruck entscheidend ist das Display. Dabei handelt es sich meist um einen kapazitiven Touchscreen, der aus einem mit Metalloxid beschichteten Glassubstrat besteht. Die Ecken des Displays sind mit Elektroden versehen, die mithilfe von Wechselspannung ein elektrisches Feld erzeugen. Bei Hautkontakt wird dieses Feld gestört, woraufhin der Controller die Fingerbewegung in Steuerbefehle übersetzt. Für die Funktion des Smartphones ist diese Beschichtung essenziell. Daher darf sie bei der Handhabung ebenso wenig beschädigt werden wie das Glas selbst.

Schmalz hat für die Fertigung des nur wenige Hundert Mikrometer dünnen Glases den Dünnglasgreifer STGG entwickelt. Um die Gläser und Displaymodule schnell greifen und anschließend mit hohen Beschleunigungen sicher und präzise handhaben zu können, verfügt der STGG über eine große Saugfläche mit eng aneinander positionierten Saugöffnungen. So kann der Greifer mit geringem Unterdruck eine hohe Saugkraft erzeugen und die Flächenpressung gering halten. Die Kontaktflächen des Dünnglasgreifers sind aus kontaminationsfreien PEEK, um jegliche Verschmutzung zuverlässig zu vermeiden, vor der Beschichtung sowie auch nach der Beschichtung. Im Einsatz sind außerdem individuell geformte Sauger aus dem abdruckarmen Hochtemperaturmaterial HT1, die auch für Reinraumanwendungen geeignet sind.

Volle Ladung

Wie beim Display spielen auch bei der Handhabung der Batterie Präzision und Geschwindigkeit eine große Rolle. Schmalz nutzt spezielle Flächengreifer, um die dünnen, empfindlichen Elektroden verschiebungs- und beschädigungsfrei und dennoch dynamisch zu handhaben. Das Konzept der dezentralen Vakuum-Erzeugung mit hohem Volumenstrom direkt im Greifer unterstützt das schnelle und sichere Ansaugen.

In den Batteriegreifer integriert ist zudem eine Abluftführung: Die Luft für die Vakuum-Erzeugung wird abgeleitet, sodass keine Schmutzpartikel in den Prozessraum gelangen können – eine wichtige Funktion für Anwendungen in Reinräumen. Um die sensiblen Elektroden kontaminationsfrei zu greifen, sind auch hier Saugflächen aus dem Spezialwerkstoff PEEK gefertigt.

Die Greifer dürfen keine mechanischen, chemischen oder optischen Beschädigungen verursachen und müssen eine unkontrollierte elektrostatische Entladung (Electro Static Discharge, kurz ESD) der Batteriekomponenten ausschließen. Schmalz hat dafür spezielle Federstößel, Greifer und Saugermaterialien entwickelt, um ESD-konforme Greifsysteme aufbauen zu können. Sich ändernde Bauformen der Batterie erfordern ein entsprechendes Handling: Durch den Verbau zusätzlicher Funktionsmodule wie Doppelkameras müssen die Batterien immer kleiner werden. Gleichzeitig müssen sie aber durch immer neue Funktionen immer mehr leisten.

Auch neue Batterie-Geometrien, etwa in L-Form, gilt es zu handhaben. Die Flächengreifer der FM-Baureihe verfügen über integrierte Ventile und arbeiten auch bei Teilbelegung des Greifers zuverlässig. Die Kontaktfläche ist ein weicher, flexibler Schaum, mit dem die Lithium- Ionen-Zellen beschädigungsfrei gegriffen und gehalten werden.

Spannungsfreie Zone

Das Know-how zum Umgang mit ESD-sensiblen Objekten ist auch beim Handhaben der Leiterplatten (PCB) sehr wichtig. Leiterplatten werden immer kleiner, die Leiterbahnen immer sensibler und dadurch das Risiko von Beschädigungen durch schnelle Entladung höher. Ein entsprechendes Saugermaterial in Kombination mit leitfähigen Federstößeln für flexiblen Höhenausgleich ermöglicht Greiflösungen, die im ESD-Widerstandsbereich liegen.

Schon beim Bestücken der Leiterplatten sind die Anforderungen an die Vakuumtechnik hoch. Verschiedene Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien und Eigenschaften müssen in kurzer Zeit genau positioniert werden. Ebenso herausfordernd ist die Handhabung der bestückten Leiterplatte. Es gilt, die Höhenunterschiede der einzelnen Bauteile auf der Leiterplatte auszugleichen und gleichzeitig eine Beschädigung durch mechanische Beanspruchung zu verhindern. Die Lösung für diesen Prozessschritt ist der Strömungsgreifer SCG. Dieser erzeugt einen hohen Volumenstrom für ein sicheres und feinfühliges Handling. Das Vakuum wird zügig aufgebaut und ermöglicht somit sehr schnelle Handhabungszyklen. Der SCG bewegt die Bauteile auch bei geringem Belegungsgrad der Saugfläche zuverlässig, etwa wenn Leiterplatten geometriebedingte Aussparungen aufweisen. Der Sauger des Strömungsgreifers besteht aus dem Nitrilkautschuk Perbunan: Dieses Material ist ESD-konform und leitet potenzielle elektrische Ladungen kontrolliert ab, die die sensiblen Elektronikbauteile beschädigen könnten.

Harte Schale

Geht es bei der Produktion des Innenlebens hauptsächlich um Präzision und Geschwindigkeit, rücken bei der Gehäusefertigung andere Anforderungen in den Fokus: Abgesehen von kurzen Taktzeiten müssen die Sauggreifer vor allem robust und die Vakuum-Erzeuger staubunempfindlich sein. Gleichzeitig soll der Energieverbrauch gering gehalten werden. Den Anspruch der Langlebigkeit erfüllt Schmalz mit Sauggreifern aus Elastodur und Vulkollan. Die kurzen Saug- und Ablegezeiten bei minimalem Energieeinsatz erreicht der Vakuum-Experte mit dem Kompaktejektor SCPS mit integrierter Saug- und Abblasfunktion. Über die integrierte Luftsparautomatik ist der Ejektor nur dann aktiv, wenn Vakuum benötigt wird. Durch seine geringe Baugröße kann der Ejektor nah beim Sauggreifer montiert werden. Das sorgt für kurze Evakuierungszeiten.

Erschienen in Ausgabe: 03/2019
Seite: 24 bis 25

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