Ekra fixiert Platinen mit Pneumatikzylinder

Zuverlässige Technik mit wenig Wartungsaufwand

Mit den Schablonen-Druckern des Herstellers Ekra lassen sich unterschiedliche Leiterplattenformate bedrucken (Bild: Ekra)
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Bei der Fertigung von komplexen Leiterplatten leisten pneumatische Zylinder und Ventile gute Dienste. So profitiert der Maschinenbauer Ekra von den Leichtlaufzylindern des Herstellers SMC Pneumatik.

Bernhard Foitzik ist Fachjournalist in Neustadt a. d. Weinstraße

Vor wenigen Jahren zeichnete sich bei Schablonen-Druckern in der Branche ein Trend zu immer komplexeren und größeren Maschinen ab. Die Ekra Eduard Kraft GmbH in Bönnigheim ließ sich von dieser Entwicklung nicht beeindrucken und baut nach wie vor möglichst einfache, aber technisch wirkungsvolle Maschinen.
Das gilt auch für den neuen Drucker X5 II. Die steigende Integrationsdichte und die häufig wechselnden Leiterplattenformate stellen an solche Inline-Sieb- und -Schablonendrucker hohe Anforderungen. Die Printer müssen sich flexibel auf unterschiedliche Formate einstellen lassen.
Mit der einfachen Konstruktion des Druckers haben die Schwaben offensichtlich Erfolg. Rund 2500 Maschinen sind allein in Deutschland installiert. Mit Niederlassungen in USA und Singapur ist das Unternehmen weltweit vertreten. Damit zählt Ekra zu den führenden Anbietern bei so genannten Screen-Printern.
Gerade im Druckprozess von High-Density-Boards, die beispielsweise in Handys oder Notebooks zum Einsatz kommen, müssen Schablonendrucker wie der X5 II die erforderliche Präzision und eine exakte Wiederholbarkeit mitbringen. Mit dem Printer lassen sich SMT-Boards bis zu einer Größe von 460 mm x 460 mm bedrucken. Bei diesem Vorgang wird die Lotpaste auf die Leiterplatte aufgebracht. Sind die Platinen sehr viel kleiner, wie etwa jene von Mobiltelefonen, werden mehrere Boards in einem so genannten Mehrfachnutzen gleichzeitig bedruckt. Bei einem Formatwechsel werden dadurch lange Rüstzeiten eingespart.
Das Positionieren und Fixieren der Platinen übernehmen Pneumatikzylinder, die teilweise in Kurzhub-Ausführung mit 2 bis 3 mm zum Einsatz kommen. Ekra nutzt aber auch Kompaktschlitten mit einem Hub bis zu 100 mm. Die Konzepte für diese Technik entwickeln die Ekra-Ingenieure im eigenen Haus. Bei speziellen Aufgabenstellungen nutzen sie aber auch die Hilfe der SMC Pneumatik GmbH mit Sitz in Egelsbach.
Für den Einsatz pneumatischer Antriebe spricht nach Ansicht von Wolfram Hübsch, Produktmanager bei Ekra, vor allem der günstige Preis: „Die Technik ist zumindest preiswerter als elektrische Linearantriebe.“ Allerdings werden bei Ekra auch nicht die schweren Druckrahmen mit den darin eingespannten Schablonen ausgerichtet, sondern die wesentlich leichtere Leiterplatte. „Dafür werden jedoch Schrittmotoren eingesetzt“, relativiert Hübsch die Möglichkeiten der Pneumatik. Der Positioniervorgang wird durch eine bedienerfreundliche Software unterstützt, das für Ekra patentierte System „Ekra Vision Alignment“. Zusätzlich überwachen zwei voneinander unabhängig arbeitende Kameras die Positionierung.
Auf der Pneumatikseite kommen überwiegend Standardprodukte zum Einsatz. Geringfügige Modifikationen, wie zum Beispiel eine gekürzte Hubstange, ist für Produktmanager Hübsch nicht unbedingt eine Sonderanfertigung. Schließlich muss die Verfügbarkeit der Maschinen hoch sein. Ekra betreibt ein globales Business und kann es sich nicht leisten, irgendwo auf der Welt auf einen Sonderzylinder zu warten.
Mit SMC stützen sich die Bönnigheimer Maschinenbauer auf einen Anbieter, der mittlerweile über zehn Jahre weltweit vertreten ist. Am Anfang lieferte SMC Kurzhubzylinder für die so genannten Rakelwerke, also den oberen, beweglichen Teil der Druckeinheit. Der Einfachheit halber wird in modernen Maschinen das Rakelwerk über einen geschlossenen pneumatischen Regelkreis betrieben.
Allerdings zeigen die Pneumatik-Spezialisten aus Egelsbach auch bei Sonderprodukten ihre Stärke. Ein gutes Beispiel dafür ist ein Leichtlaufzylinder, der das Rakelwerk zur Schablone bewegt. Bei diesem Vorgang macht man sich die Kompressibilität der Luft zunutze. Denn die Rakeleinheit muss Unebenheiten im µ-Bereich auf der Schablone ausgleichen. Voraussetzung hierfür ist, dass der Anstellzylinder eine leicht laufende Kolbenstange besitzt, damit beim Überfahren die Lötpaste absolut gleichmäßig über der Schablone verteilt wird.
Das konstruktive Merkmal des leichtlaufenden Kompaktzylinders ist eine Stahlbuchse, die die Dichtungsfunktion übernimmt. Aufgrund dieser Metalldichtung gleitet der Kolben auf einem Luftpolster im Zylinderrohr. Durch das geringe Reibungsverhalten des Zylinders lassen sich konstant niedrige Kolbengeschwindigkeiten von 0,3 mm/s ruckfrei und gleichmäßig realisieren. High-Speed-Versionen dieser Zylinderbauart schaffen bis zu 3 m/s. Die durch die Kolbenstange ausgeübte Kraft ist in Schritten von 0,01 N fein dosierbar. Die Druckluft dafür muss lediglich trocken und staubfrei sein.
Software-System unterstützt das Fixieren der Platine
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