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Kunststoffumspritze Baugruppen nehmen immer mehr an Bedeutung zu, da
sie die Forderung nach kleiner, leichter und kompakter Bauweise und günstiger
Preisgestaltung am besten erfüllen. Wo immer Mechanik und Elektronik
aufeinander treffen, kommen elektromechanische Baugruppen in vielfältigen
Anwendungen z.B. in der Automobil-, Kommunikations-, Hausgeräte- und
Konsumertechnik zum Einsatz. Besonders häufig werden elektromechanische
Baugruppen im Automobil verwendet. So werden in Hybridrahmen u.a. elektronische
Bauelemente integriert, die im Motormanagement zum Einsatz
kommen. Bandumspritzte Kontaktteile finden sich z.B. in Sitzverstellungen und
Airbagsensoren; montierte Kontaktteile sind wichtige Funktionselemente u.a.
für die Spiegelverstelleinheit.
Elektromechanische Baugruppen bestehen z.B. aus gestanzten Leiterbahnen
(Leadframes), die an den Kontaktstellen mit funktionsgerechten Oberflächenschichten
versehen sind. Sie bilden die elektrischen Verbindungen der elektronischen
Baugruppe nach außen. Die Leadframes werden mit Kunststoff umspritzt
oder in Kunststoffteile montiert. Zusätzlich können elektronische Komponenten
eingebaut werden, die ein höheres Niveau der Produktintegration
ermöglichen. Durch den Metall-Kunststoffverbund wird die mechanische
Stabilität der Kunststoffgehäuse mit der Übertragung von elektrischer Energie
und Signalen über das metallische Stanzgitter kombiniert. Auf diese Weise
entstehen Gehäuse zum Schutz elektronischer Steuerungen für Maschinen
und Anlagen, die gleichzeitig die Verbindung nach außen darstellen. Dies kann
in Form von Hybridrahmen und -gehäusen erfolgen. Auch durch Bandumspritzen
von Kontaktteilen oder durch Montage verschiedener Einzelteile
können elektromechanische Baugruppen realisiert werden.
Um die geforderte hohe Funktionalität des Endproduktes zu erreichen, ist
bereits in den Phasen der Planung und Entwicklung neuer „maßgeschneiderter“
elektromechanischer Baugruppen eine enge Zusammenarbeit zwischen
Hersteller und Anwender zu empfehlen. So führen einerseits das Knowhow
des Herstellers in verschiedenen Bereichen z.B. in der Kontakt-, Beschichtungs-,
Stanz- , Kunststoff- und Montagetechnik, andererseits das vom
Anwender vorgegebene, teilweise sehr umfangreiche Anforderungsprofil für
das Endprodukt häufig zu neuen innovativen Lösungen.
Neben den Kontaktteilen sind die Kunststoffe wesentliche Bausteine für elektromechanische
Baugruppen. Als Kunststoffe kommen vor allem technische
Thermoplaste und Hochleistungskunststoffe zum Einsatz, die den hohen
Anforderungen u.a. hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Temperaturstabilität
und -wechselfestigkeit genügen <xr id="tab:Frequently Used Plastic Materials and their Properties"/><!--(Table 10.1)-->. Welcher Kunststoff letztlich Anwendung findet, hängt von technischen und wirtschaftlichen
Gesichtspunkten ab, wobei die Umweltverträglichkeit durch Vermeidung
schädlicher Inhaltsstoffe, wie Flammschutzmittel gewährleistet sein
muss. Über die entsprechend der Anwendung optimale Kontaktbeschichtung
und Wahl des Trägerwerkstoffes sei auf die Kap. [[Trägerwerkstoffe |Trägerwerkstoffe]], [[Beschichtungsverfahren|Beschichtungsverfahren]] u. [[Anwendungen_in_der_Aufbau_und_Verbindungstechnik|Anwendungen in der Aufbau und Verbindungstechnik]] verwiesen.
<figtable id="tab:Frequently Used Plastic Materials and their Properties">
<caption>'''<!--Table 10.1:-->Häufig verwendete Kunststoffe und ihre Eigenschaften'''</caption>
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
|-
!rowspan="2" style="text-align:center;"| Type of Plastics:<br />Poly-condensate<br />Sub-Type: Thermo-<br />plastics Abbrev.
!colspan="6" style="text-align:center; padding:2px"| Properties
|-
!Density<br />[g/cm<sup>3</sup>]
!Reinforcement<br />Materials
!mechanical
!electrical
!thermal
!resistant against
|-
|'''PPS'''
|1.34 - 1.64
|glass fibers,<br />graphite fibers
|very high mechanical strength and<br />stiffness even at high temperatures,<br />low toughness, very low creep,<br />better properties with addition of<br />40% glass fibers
|excellent isolation<br />properties, very low<br />dielectric losses
|usable up to 240°C, short term<br />up to 270°C, low combustibility,<br />self-extinguishing, non-dripping
|up to 220°C no known solvents,<br />conc. sodium hydroxide,<br />conc. hydrochloric and sulfuric<br />acid, good hydrolysis resistance
|-
|'''PA6<br />PA66<br />PA610<br />PA11<br />PA12<br /> A amorph'''
|1.12 - 1.14<br />1.13 - 1.14<br />1.06 - 1.08<br />1.04<br />1.01 - 1.02<br />1.06 - 1.12
|glass fibers,<br />graphite fibers,<br />mineral powders,<br />glass beads, chalk,<br />lubricants such as<br />graphite, MoS<sub>2</sub>
|depending on the PA type, crystalline<br />structure and water content; high<br />mechanical strength, stiffness, and<br />toughness; higher mech. strength<br />through stretching; very tough after<br />water absorption; high fatigue strength,<br />good impact toughness, abrasion<br />resistant, good sliding properties<br />through addition of graphite and MoS<sub>2</sub>;<br />increased mechanical strength with<br />glass and graphite fiber addition
|depending on water<br />content, good surface<br />resistance reduces static<br />surface charge, high<br />dielectric losses, good<br />resistance against creep<br />currents
|upper use temperature 80 – 120°C<br />depending on type, short term<br />up to 140 – 200°C, mostly<br />boil resistant, can be sterilized,<br />narrow softening range
|aliphatic and aromatic<br />hydrocarbons, gasoline, oils,<br />greases, some alcohols, esters,<br />ketenes, ether,<br />many chlorinated hydrocarbons, <br />weak alkaline solutions
|-
|'''PBT'''
|1.29
|glass fibers,<br />glass beads, minerals,<br />talcum
|very high toughness at low<br />temperatures, good stiffness and<br />mechanical strength, good long term<br />stability, low abrasion at good sliding<br />properties
|good isolation properties,<br />good dielectric strength,<br />little effect of humidity
|good thermal stability, use<br />temperature 60 – 110°C, short<br />term higher, with glass<br />reinforcement up to 200°C, low<br />
tendency to turn yellow, very low<br />thermal expansion, burns with<br />sooty flame and drips
|aliphatic and aromatic<br />hydrocarbons, fuels, oils, greases
|-
|'''LCP'''
|1.40 - 1.92
|glass fibers,<br />minerals
|very high precision and dimensional<br />stability, high stiffness at low wall<br />thickness, low thermal expansion<br />coefficient; reinforced, better sliding<br />ability, electrically conductive and<br />suitable for electroplating types
|dielectric losses depend<br />on surface coating, good<br />electrical conductivity;<br />depending on type<br />suitable for anti-static<br />
applications
|use temperature 200 – 250°C,<br />good high temperature stability,<br />very low thermal expansion,<br />resistant to soldering<br />temperatures < 250°C, difficult to<br />combust and self-extinguishing
|good resistance against widely<br />used organic solvents, i.e.<br />acetone, methanol, chlorine gas,<br />acetic acid
|-
|'''PPA'''
|1.26 - 1.85
|glass fibers,<br />minerals
|high impact strength with good<br />mechanical strength and stiffness, very<br />high dimensional stability at high<br />temperatures, very low humidity<br />absorption
|very low electrical losses
|use temperature up to 185°C,<br />standard types with UL94-HB<br />classification, special flame<br />protective types
|very good resistance against<br />typically used organic solvents, i.e.<br />acetone, methanol, etc., water<br />based solutions (DI water, 10%<br />ammonium hydride, typical liquids<br />used in the automobile such as<br />brake fluid, motor oil, etc
|}
</figtable>
== Hybrid Frames and Housings==
Hybrid frames and housings serve as the connecting points between mechanics and electronics <xr id="fig:Component with hybrid housing for use in automobiles"/><!--(Fig. 10.1)-->. They allow the transmission of signals or electrical energy. The connection to the current paths inside the housing is mostly done by bonding with aluminum wires. The over-molded lead frames are typically manufactured from aluminum clad strip materials which are well suited for bonding. The connectors integrated into the housing for transferring the current paths to the outside are coated with tin, silver, or gold, depending on specific requirements.
<figure id="fig:Component with hybrid housing for use in automobiles">
[[File:Component with hybrid housing for use in automobiles.jpg|right|thumb|Component with hybrid housing for use in automobiles]]
</figure>
== Continuous Strip Over-Molding==
In strip form over-molded contact parts reduce the complexity of assembly of the finished product. This complexity constantly increases with adding additional subcomponents <xr id="fig:Examples of strip over molded contact components"/><!--(Fig. 10.2)-->.
The strip over-molded contact parts can be tested for various quality parameters during manufacturing to continuously ensure the ever increasing reliability requirements of the end components.
Combining stamping and molding techniques in an automated production line allows the stamped contact parts to be molded into plastics as a complete functional unit. This also allows to reduce manufacturing tolerances to levels below those achievable with conventional assembly methods.
<figure id="fig:Examples of strip over molded contact components">
[[File:Examples of strip over molded contact components.jpg|right|thumb|Examples of strip over molded contact components]]
</figure>
<figure id="fig:Examples of assembled contact components">
[[File:Examples of assembled contact components.jpg|right|thumb|Examples of assembled contact components]]
</figure>
==Assembled Contact Components==
For applications and materials which do not allow strip over-molding, semi or fully automated assembly processes can be utilized. Different single parts like printed circuit boards, stamped parts, or contact components are assembled together with plastic molded parts on specialized equipment to complete functional components with low tolerances and high levels of functionality <xr id="fig:Examples of assembled contact components"/><!--(Fig. 10.3)-->. This also allows to integrate components which otherwise are difficult to mount onto circuit boards or carriers, such as capacitors, coils, or sensor elements into the functional component assembly. Contact parts used in these components are already tested on the assembly machine for quality parameters and functionality.
[[en:Electromechanical_Components]]
