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Automatische Montage mit Floating Board-to-Board-Verbindern

| Autor / Redakteur: Ernst Vavrinek * / Kristin Rinortner

Toleranzausgleichende Steckverbinder reduzieren Vibrationen und Stöße und schützen Kontaktflächen vor mechanischer Belastung und Reibkorrosion. So punkten sie bei der automatischen Montage.

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Bild 1: Beispiele von in 3 Achsen gefederten Steckverbindern („Z-Move“).
Bild 1: Beispiele von in 3 Achsen gefederten Steckverbindern („Z-Move“).
(Bild: Iriso)

Die Modularisierung von Baugruppen ist eine bewährte Methode, um bei komplexen Systemen Zeit, Kosten und Platz zu sparen. Die Verbindung der einzelnen Module untereinander erfolgt dabei entweder über Board-to-Board-Verbinder, steckbare Kabel- oder Folienverbindungen oder über gemeinsame Folienlayer bei Flex- und Starr-Flex-Komponenten. Aus Kostengründen kommen meist die ersten beiden Verfahren zum Einsatz.

Für eine automatische Montage mit Produktionsrobotern bieten sich Board-to-Board-Verbinder an. Problematisch sind hierbei Fertigungstoleranzen bei Steckverbindern und Leiterplatten, die zu erhöhten Kräften beim Einstecken durch Versatz und Verkanten führen.

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Hinzu kommen weitere Belastungen durch nicht immer hundertprozentig senkrechtes Einstecken. Dies alles führt dazu, dass Maschinen (Roboter) bei „klassischer“ Verbinder-Technologie nur eingeschränkt verwendbar sind.

Abhilfe schaffen hier meist Führungsschienen und Zentrierhilfen, die aber dann hohe Kräfte aufnehmen müssen, die bei dünnen Leiterplatten oft nicht aufgenommen bzw. abgeleitet werden können.

Eine Handmontage ist hingegen langsam, teuer und fehleranfällig. Erhöhte Kräfte durch Versatz und Verkanten können auch hier zu Beschädigungen wie etwa dem Durchdrücken einzelner Kontakte führen.

Besonders tückisch sind hierbei Spätausfälle durch zunächst nicht sichtbare Schäden beim Zusammenstecken wie etwa Teilablösungen von Lötaugen oder Verletzungen der Beschichtung, die über die Zeit zu Korrosion führen kann.

Besonders unangenehm können sich unterschiedliche Kontaktwiderstände durch unterschiedliche Verbindungskräfte auswirken. Das ist speziell dann der Fall, wenn zusätzlich auch noch einzelne Kontaktwiderstände durch selektive Beschädigungen beim Zusammenfügen abdriften.

In vielen Feldumgebungen kommt darüber hinaus die Alterung der Kontakte durch Schwingungen hinzu, die ebenfalls zu schwer reproduzierbaren Widerstandsänderungen führen können.

Lösungsansätze für die automatische Montage

Bei dickeren Leiterplatten sind mechanische Zentrierhilfen oder Führungen möglich. Dies wird vor allem bei größeren Bussystemen angewendet. Nachteile sind, dass die zusätzlichen mechanischen Komponenten zunächst erst einmal selbst befestigt werden und so dimensioniert sein müssen, dass sie die anfallenden Kräfte auch aufnehmen bzw. ableiten können.

Dies ist mit nicht unerheblichen Zusatzkosten verbunden und auch nicht immer und in jeder Einbausituation möglich. Zudem wird dann nur die Problematik der Gesamtplatzierung des Steckverbinders gelöst; nicht aber die der Toleranzen des einzelnen Kontakts.

Hierbei helfen nur einseitig (x) oder mehrseitig (x/y) tolerante Verbindungen. Realisiert wird diese tolerante Verbindung meist durch gefederte („floating“) Einzelkontakte in den Verbindern. Hierfür sind meist Design-In Services erforderlich, weil nicht jede Lösung zu jedem Problem passt und je nach Lösung trotzdem noch Restprobleme bleiben.

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