Induktiver Sensor im Kunststoffgehäuse eröffnet neue Wege in der Automatisierung

Norbert Sparrow | 02. August 2021

Induktive Näherungssensoren werden häufig in Automatisierungssystemen zur berührungslosen Erkennung von Metallobjekten eingesetzt. Typischerweise bestehen sie aus einer Spule, einer Leiterplatte und einem Stecker, die in einem Metallzylinder untergebracht sind. Allerdings schränken der Aufbau des Sensors und die starre Gehäusegeometrie den Anwendungsbereich ein. Das Fraunhofer IPA hat in Zusammenarbeit mit Arburg und dem Automatisierungsunternehmen Balluff eine Technologie entwickelt, die auf der Grundlage eines Polymers mit dielektrischen Eigenschaften und dem 3D-Drucksystem freeformer von Arburg die Herstellung dieser Sensoren in beliebigen Formen ermöglicht. Dies ermöglicht den Einsatz in Geräten wie Robotergreifern, was bisher nicht möglich war.

Für das Sensorgehäuse sei ein Kunststoff mit hoher Spannungsfestigkeit und flammhemmenden Eigenschaften erforderlich, erklärten die Forscher des Fraunhofer IPA. Teilkristallines Polybutylenterephthalat (PBT), das als Standard-Spritzgussmaterial für das Elektronikgehäuse verwendet wird, erfüllte diese Anforderungen. Allerdings wurde das Material noch nie in einer 3D-Druckanwendung verwendet.

Im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsplattformen ist die offene Systemtechnologie des freeformers mit einer Reihe von Materialien, einschließlich Produktionskunststoffen, kompatibel. Dem freeformer wurde PBT-Granulat zugeführt, das über eine Materialaufbereitungseinheit mit einer speziellen Plastifizierschnecke verfügt. Beim formlosen Verfahren werden winzige Kunststofftröpfchen mithilfe eines beweglichen Teileträgers Schicht für Schicht präzise positioniert und mit Hohlräumen für die elektronischen Bauteile versehen. Der Freeformer pausiert den Prozess automatisch auf jeder Ebene, um Spule, Leiterplatte und Stecker zu integrieren. In einem separaten Prozess werden durch einen Dispenser Silberleiterbahnen im Inneren des Gehäuses angebracht. Um den Prozess abzuschließen, werden die Kavitäten mit Polyurethan überdruckt und vergossen, erläuterte das Fraunhofer IPA.

Es wurden mehr als 30 Demomodelle der kundenspezifischen Sensoren hergestellt. Tests zeigten, dass der PBT-basierte Sensor Temperaturschwankungen und Vibrationen standhalten könne, wasserdicht sei und eine ausreichende elektrische Isolierung biete, so das Fraunhofer IPA.

Nach dem Erfolg des 18-monatigen Projekts „Elektronische Funktionsintegration in additiv gefertigten Bauteilen“ forschen das Fraunhofer IPA und Arburg weiterhin an der Nutzung leitfähiger Kunststoffe in weiteren Anwendungsbereichen.

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