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Elektronik

Drucken statt verdrahten

| Autor/ Redakteur: Gerald Scheffels / Thomas Günnel

Im Projekt „Smart Door“ entwickeln mehrere Fraunhofer-Institute Alternativen zum konventionellen Leitungssatz in der Autotür. Im Fokus steht dabei das robotergestützte Drucken von Leiterbahnen auf die Innenseite des Türblechs.

Ohne Leitung geht es auch: Hier druckt der Roboter eine Signalleiterbahn zur Ansteuerung von LEDs auf ein Blechteil.
Ohne Leitung geht es auch: Hier druckt der Roboter eine Signalleiterbahn zur Ansteuerung von LEDs auf ein Blechteil.
( Bild: Fraunhofer IWU )

Mehrere Kilometer Leitungen, eine vierstellige Anzahl an Verbindungen, bis zu 70 Kilogramm Gewicht und eine extrem hohe Variantenvielfalt: Die Komplexität des Bordnetzes ist groß und der Aufwand für die manuelle Montage ebenso. Deshalb würden die Autohersteller gern Alternativen zum Kupferkabel verwenden – wenn es denn welche gäbe.

Das Projekt „Smart Door“

Diesen Bedarf adressiert das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU mit seinem Projekt „Smart Door“. Ziel ist es, eine neue Fertigungsstrategie für die Produktion der Leitungssätze in den Autotüren zu entwickeln. Das Projekt steht unter dem Leitthema „Digitalisierte Fertigung in der Massenproduktion“ und soll ein flexibleres und vereinfachtes Einbringen von Signalleitungen in die Autotür ermöglichen. André Bucht, Abteilungsleiter Adaptronik am Fraunhofer IWU und Leiter des Projektes „Smart Door“: „Wir möchten digitale Fertigungsverfahren aus den Laboren der Fraunhofer Institute in robotergestützte Produktionslinien bringen.“

Digitale Drucktechnik

Dabei kommt digitale Drucktechnik zum Einsatz. Basis ist die Außenhaut der Tür. Um eine Signalleitung zu erzeugen, wird auf die Innenseite des Türblechs zuerst eine Isolationsschicht aus Polymeren gedruckt, dann die stromleitfähige Silberpaste und anschließend wieder eine Isolationsschicht. Diese Aufgaben übernimmt ein Roboter, der einen Dispenser oder ein Inkjet-Druckelement über die Innentür führt. Im nachfolgenden Arbeitsschritt wird – wiederum per Roboter – die frisch gedruckte Leiterbahn per Laser ausgehärtet.

Dieses Verfahren bietet unter anderem den Vorteil, dass nicht nur Leiterbahnen, sondern auch Sensoren, Schalter und LEDs aufgebracht werden können. André Bucht: „Wir haben bereits Touch-Sensoren, Ultraschallwandler, kapazitive Näherungsschalter, Dehnungssensoren und Antennen gedruckt.“ Das vereinfacht die Montage ganz erheblich, zumal ein Roboter das Drucken übernimmt und kein Werker die Leitungsstränge aufwendig einlegen, befestigen und verbinden muss. Auch die vorgelagerte Logistik mit Vormontage, Kommissionierung und Jit-/Jis-Bereitstellung der Leitungssätze kann dann entfallen.

Automation in Losgröße Eins

Ein weiterer Vorteil des Digitaldrucks besteht in der Individualisierung der Leitungssätze, ohne dass die Komplexität in der Fertigung steigt. Eben das ist das Ziel des vom Schwesterinstitut Fraunhofer INAS geführten Gesamtprojektes „Go beyond 4.0“, zu dem „Smart Door“ gehört. André Bucht: „Theoretisch kann der Roboter auf jede Tür eine andere Anzahl und Anordnung der Leiterbahnen drucken.“ Eine Einschränkung gibt es jedoch: Auf diese Weise lässt sich nicht der komplette Leitungssatz in die Tür integrieren. Die Technik eignet sich nur für Signalleitungen. Aber für die ebenso wichtige Energiezuführung haben die Forscher des Fraunhofer IWU auch eine montagefreie und flexible Lösung gefunden: Ein Roboter legt einen Kupferdraht auf dem Bauteil ab.

Auch auf der „Trockenseite“ der Tür möglich

Die Technologien des Smart-Door-Projektes wurden so ausgewählt, dass sie nicht nur auf Stahl und Aluminium, sondern auch auf Kunststoff-Spritzguss – also auf der „Trockenseite“ der Tür – zum Einsatz kommen können. Im ersten Schritt strebt das Projekt keinen vollständigen Ersatz des konventionellen Tür-Leitungssatzes an. André Bucht: „Wir fokussieren im Moment auf Anwendungen, bei denen ein großer Vorteil zum Beispiel dadurch entsteht, dass die Montage entfällt oder Sensoren besser integriert sind. Die Produktivität der Druckverfahren wird sich aber weiter verbessern, sodass ihr Einsatz für immer mehr Anwendungen wirtschaftlich interessant wird.“

Einbindung von Industriepartnern

Auch in anderen Bereichen gibt es noch Herausforderungen, die zu lösen sind – etwa bei der großserientauglichen Sensorintegration. Eine bauteilübergreifende Kontaktierung muss gewährleistet sein, und spätestens beim Eintritt in die Serienproduktion wird ein Konzept für die In-Line-Qualitätsüberwachung vorliegen müssen. Zurzeit arbeiten die Verbundpartner des Projektes – sechs Fraunhofer-Institute sind beteiligt – noch ohne industrielle Partner. André Bucht: „Wir haben das Projekt bislang vollständig selbst finanziert, um eigenes Know-how aufzubauen und die Technologieführerschaft in der robotergestützten Druck- und Applikationstechnik zu erlangen. Sehr bald aber werden wir interessierte Industriepartner einbinden und das erarbeitete Wissen in die Praxis der Automobilfertigung bringen. Aktuell sprechen wir mit OEMs und großen Zulieferern über Kooperationen.“

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