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Kombinierter Tester prüft Lüfterelektronik

Incircuit-/Funktionstestsystem in der Anwendung
Kombinierter Tester prüft Lüfterelektronik

Zum Sicherstellen einer hohen Baugruppenqualität haben sich Incircuit- und Funktionstester bestens bewährt. Bei ihrer Auswahl kommt es nicht nur auf die Anzahl der testbaren Kanäle und auf die elektrischen Kenndaten an, sondern auch auf eine einfache Programmier- und Erweiterbarkeit, wie der Anwenderbericht des Ventilatorherstellers EBM am Beispiels des kombinierten Incircuit-/Funktionstests von Reinhardt zeigt.

Manfred Frank, Redaktionsbüro Frank, Mühlheim

EBM ist Hersteller elektronisch gesteuerter Ventilatoren und Gebläse und fertigte im Jahr 2000 mit weltweit über 8000 Mitarbeitern mehr als 12,9 Millionen Ventilatoren in rund 8000 Modelltypen. Die durch strategische Zukäufe wie dem Lüfter- und Gebläsehersteller Pabst-Motoren und MWL gewachsene Unternehmensgruppe verzeichnete im Geschäftsjahr 2000/2001 einen konsolidierten Gruppenumsatz von 800 Mio Euro. Neben vier vollautomatischen Bestückungslinien stehen in dem Werk des Unternehmens in Mulfingen an allen relevanten Schnittstellen Test- und Prüfsysteme, um die „schwarzen Schafe“ unter den bestückten Platinen orten zu können. Denn auf die Qualität der Produkte wird größter Wert gelegt.
Gerade wegen der Vielfalt an Produkten und logischerweise unterschiedlichen Baugruppen sind Incircuit-Tests (Bild 1) zum Check der richtigen Anordnung der Bauteile und Funktionstests zum Überprüfen ihrer exakten Funktionen Pflicht. So testet man in Mulfingen mit derzeit über 20 Auftischgeräten der Reihe ATS-KMFT 470 von Reinhardt System- und Messelektronik (Bild 2). Daneben hat man auch noch drei ältere Multifunktions-Testsysteme in Betrieb, auf die man sowohl in Mulfingen als auch in der ausgelagerten Produktion in Ungarn nicht verzichten kann. Denn in Ungarn wird mit nahezu 80% ein Großteil der etwas einfacher zu fertigenden Produkte hergestellt, während sich das Werk Mulfingen im Wesentlichen auf die Entwicklung neuer Produkte und die Fertigung der anspruchsvolleren Technik konzentriert. Mit den Reinhardt´schen Testern hat man schon seit Jahren die besten Erfahrungen gemacht. Udo Ackermann von der Prüfmitteltechnik bringt es auf den Punkt: „Isolationsfehler stellen wir mit keinem System so gut fest wie mit dem von Reinhardt“. Und das Unternehmen fährt beim Prüfen ihrer Baugruppen keineswegs eingleisig. Mit einem Incircuit-Tester von Spea können dort schon aussagekräftige Vergleiche gezogen werden.
Ausgangspunkt für die Entscheidung pro Reinhardt waren drei Aspekte. Erstens die komplette Liefereinheit mit Tester, Adapterkonzeption und Adapter-Kit zur Adapterfertigung. Zweitens die recht günstigen Konditionen im Vergleich zum Wettbewerb. Und drittens die Leistungsfähigkeit der Testsysteme und ihrer integrierten Software. Beim Gedanken an die Software, ob Incircuit- oder Funktionstest, gerät Ackermann schon ins Schwärmen. Nach dem Festlegen, welche Punkte gegeneinander getestet werden sollen, generiert die Software den Aufbau des Prüfprogramms eigenständig. Auch mit den übrigen Features der Software kommen die Mulfinger gut zurecht. Insbesondere gefällt die Tatsache der einfachen Programmgestaltung über Masken oder bei Programmkorrekturen über den Einsatz des Editors. Vergleiche von Programmerstellungen gingen bislang stets zu Gunsten des Programmierverfahrens von Reinhardt aus, denn die für das Programmieren erforderliche Zeit und Leichtigkeit sprechen für sich. So werden beim Incircuit-Test in vorgegebene Masken die Bauteile eingetragen, die bestückt sein müssen und deren Position und Lage exakt festgestellt werden soll.
Von großem Vorteil ist nach Ackermann die hausinterne Adaptererstellung mit dem Spezial-Kit der Firma Reinhardt. Damit hält man neben der Wertschöpfung auch die individuelle Elektronik in den eigenen vier Wänden. Zu diesem Zweck stellt die hauseigene CAD-Abteilung Gerber-Daten bereit. Das können bei einer doppelseitigen Platine beispielsweise eine Lage mit der geplanten SMD-Bestückung, eine Lage mit den Leiterbahnen der Lötseite, eine Lage mit Leiterbahnen der Bestückungsseite, die Bauteilanordnung der Bestückungsseite und zuletzt eine Lage mit der Anordnung der Pinplätze zur Aufnahme der Prüfstifte für den eigentlichen Test sein. Die Daten dieser letzten Lage sind ausschlaggebend für das Bohren der individuellen Adapterplatten (Bild 3). Im Reinhardt´schen Adapter-Bohrzentrum werden nun die Wechselplatten für die Prüfadapter gebohrt und zugleich die Prüfstifte inklusive Hülsen mit hoher Präzision automatisch via Setzwerkzeug gesetzt. Damit erstellt man bei EBM innerhalb weniger Stunden intern komplette Prüfadapter (Bild 4). Überhaupt wird die Idee der Wechselplatten bei den Adaptionssystemen im Unternehmen voll und ganz akzeptiert. Denn es sind nicht nur die technischen Aspekte, die ins Gewicht fallen. Auch die Kosten und ihre Folgekosten spielen bei jeder Investition eine wichtige Rolle. So investierte man in Mulfingen in ein Konzept, das die komplette Adaption enthält. Aber, und das ist der eigentliche Kernpunkt, für alle weiteren Adapterbauten braucht der Anwender nur noch preiswerte Wechselplatten, die sich nach dem Schubladenprinzip mit sehr geringem Aufwand umrüsten lassen. Kurze Rüstzeiten bedeuten für den Kunden bares Geld; denn das Reduzieren üppiger Adapterlager trägt ihren Teil zur Kostenreduktion bei. Udo Ackermann weiß es heute zu schätzen, dass man sich für das Komplettpaket von Reinhardt entschieden hat.
Fehlerortung – ein Problem?
Für Testsysteme ist es durchaus wünschenswert, per CAD-System erstellte Platinenlayouts auch zur Fehlerortung zu nutzen. Doch das ist leichter gesagt als getan. Oft genug nämlich können CAD- und Testsystem nicht miteinander kommunizieren. Bedingt durch die vielfältigen Layoutsysteme und deren unterschiedliche Daten- und Darstellungsformate, die zudem fallweise verändert werden, kommt keine vernünftige Kommunikation zustande. Klappt es dennoch, dann beschränkt sich der Kreis auf ein Minimum und das Gros der Testsystemnutzer bleibt weiterhin außen vor. Selbst der kleine Kreis der Nutzer hat seine Mühe, mit den wechselnden Versionen Schritt zu halten.
Wie sieht die Reinhardt´sche Lösung dazu aus? Die Datenübernahme wurde schlichtweg ein paar Stufen tiefer beim Bildschirm angesetzt. Bei Reinhardt hat man nämlich auf den Datentransfer verzichtet und sich für die leichtere, weil fast zu 100% verfügbare Variante, den Bildschirm entschieden. Da sich mit VGA- und AGA-Bildschirmkarten ein Standard durchgesetzt hat, mit dem nahezu alle Beteiligten arbeiten, kann das gewünschte Leiterplattenbild auf dem Monitor dargestellt werden. Jetzt ist es ein leichtes, das Bild vom Schirm abzunehmen und abzuspeichern. Durch diesen Kniff können Bilder von nahezu jedem CAD-System angezeigt werden, ohne dass bekannt sein muss, über welches System der Anwender verfügt. Doch bei EBM geht es noch einfacher. Auf Grund mehrheitlich kleiner Chargen innerhalb des riesigen Produktprogramms nutzt man dort die Teststationen gleich als Reparaturstationen mit. Sofort nach dem Testdurchgang kommen die markierten Platinen erneut auf die Prüfstation und werden jetzt im „Reparaturdurchlauf“ optimiert. Der finale Test deckt dann die Funktionssicherheit der Baugruppe auf. Sollten darüber hinaus schwierigere und umfangreichere Reparaturaufgaben anstehen, dann greift die Prüfmitteltechnik schon mal in die Trickkiste, um zu den ersehnten Ergebnissen zu kommen.
Eine weitere Alternative wird gerne von Unternehmen genutzt, die überwiegend Produkte in großen Serien fertigen und mit vollautomatischen Testsystemen testen: die papierlose Reparaturstation von Reinhardt. Das Softwareprogramm ist voll vernetzungsfähig und überträgt während der Tests die ermittelten Daten an einen weiteren Rechner eines separaten Arbeitsplatzes. Hier springt nun die Software ATSPLR ein, mit deren Hilfe die fehlerhaften Prüflinge repariert werden. Mit einer zusätzlichen graphischen Fehleranzeige bietet das Verfahren eine professionelle Möglichkeit zum Fehlerbeheben auf Baugruppen.
Bei EBM greift man heute auf ein stattliches Lager kompletter Adapter zurück. Wegen der Produktvielfalt und häufig wiederkehrender Auflagen der gleichen Produkte hat man sich für das Aufbewahren komplett funktionsfähiger Adapter entschieden. Das ist zwar etwas teurer als der Tausch verschiedener Wechselplatten, aber dafür fühlt man sich einfach schneller gerüstet. Vor dem Hintergrund der annähernd mehr als 400 verschiedenen Prüfprogramme macht es nach Aussagen des Unternehmens damit schon Sinn, die über 100 Adapter komplett aufgebaut zu verwahren. Zumal im Durchschnitt fast jeder Adapter mit zwei Nadelbetten ausgerüstet ist. Kleinere Korrekturen aufgrund optimierter Elektronik lassen sich schnell und problemlos umsetzen, wo andere noch lange programmieren, ist der Reinhardt-Tester schon längst wieder im Einsatz. Dazu werden die veränderten Pin-Positionen auf der entsprechenden Wechselplatte nachträglich gebohrt, die Prüfstifte manuell oder auch maschinell per Stiftsetzer gesetzt und rasch ist die modifizierte Adapterwechselplatte zum Einsatz bereit. Die einfachen Handgriffe zur Auswahl des entsprechenden Menüs und das Ändern der speziellen Menüpunkte sind sehr überzeugend. Zumal diese Aspekte auch große Auswirkungen auf eine überaus günstige Kostengestaltung haben.
Mit Hilfsmodulen zu sicheren Testergebnissen
Generell bieten die Testsysteme von Reinhardt alles, was zum einwandfreien Incircuit- oder Funktionstest gehört. Doch müssen bei der Adaptererstellung von Fall zu Fall gewisse Anpassungen für das Prüfsystem vorgenommen werden, um weder die Prüflinge zu belasten noch die sichere Funktion des Testablaufs zu gefährden. Die eingesetzten Techniken wie auch die Entwicklungskonzepte machen es erforderlich, diese Knoten für einzelne Prüfgänge zu nutzen oder zu entlasten. Da jedes Testsystem gewisse Eingangsimpedanzen und Kapazitäten hat, kann das je nach Schaltung zum Knoten eine so große Belastung bedeuten, dass entweder eine Fehlfunktion entsteht oder falsch gemessen wird. Die Gründe für die Kapazitäten liegen in der Messgeschwindigkeit und der Übersprechsicherheit der Matrix begründet.
Die meisten der Module werden im Funktionstest eingesetzt. Dazu zählen Schaltmodule mit unterschiedlichen Relais und pneumatische Kontaktstifte, die erst dann mit dem Knoten kontaktiert werden, wenn sie erforderlich sind. Damit soll sichergestellt werden, dass während des Prüfprozesses keine zusätzlichen Belastungen aufgebaut werden. Mit den Stimuli-Modulen lassen sich dagegen Spannungen und Ströme, Sinus- oder Rechteckspannungen oder auch Pulsfrequenzen mit variabler Pulsbreite erzeugen. Messmodule wandeln Impedanzen, um eine möglichst niedrige Belastung des zu messenden Knotens zu gewährleisten. Oder sie überwachen die Eingangs- und Ausgangsströme der Module, die die Stromaufnahme beziehungsweise Stromabgabe sicher überprüfen. Module zur Frequenzmessung mit Eingangsverstärker und Teiler messen hochfrequente Signale bis 1,1 GHz. Das Messen von Spitzenspannungen mit Frequenzen von bis zu 100 MHz übernimmt ein Spitzenspannungsmodul, während die Helligkeit von LEDs von einem dafür entwickelten Messmodul gemessen wird. Auch für die Temperaturauswertung steht mit dem entsprechenden Modul ein eigens für diese Aufgabe entwickeltes Modul parat. Wärme und deren Ableitung ist schon seit jeher ein heikles Thema. In Abhängigkeit der eingesetzten Technik und Geschwindigkeit entsteht an den Gehäusen der Halbleiterbauelemente Wärme aus unterschiedlichen Gründen. Die Temperatur-Probes, die einen Bereich von – 50 bis + 200 °C erfassen, können in Verbindung mit einem Standard- oder auch Niederhalteradapter eingesetzt werden. Auf Grund ihrer Federung und ihrem Ausgleichsweg von rund zehn Millimetern passen sie sich problemlos jeder Oberflächenform an und geben so die Garantie für ein sicheres Temperaturmessen. Die Auswerteelektronik für bis zu 16 Kanäle wird mit dem I²C-Bus gesteuert und dem Messsystem zugeführt. Wegen der Grenzwertprogrammierung können deutliche Limits gesetzt werden, die während des Funktionsprüfprozesses überwacht und protokolliert werden.
Nach den Tests, dazu zählt auch ein optisches Überprüfen, wird die Elektronik in der Vormontage manuell unter Einsatz spezieller Apparate, Geräte und Werkzeuge Schritt für Schritt zu Motoren zusammengefügt. Da man bei EBM die Wertschöpfungskette fast ausschließlich im eigenen Haus gehalten hat, liegt es nahe, auch die Statoren selbst zu wickeln. Dafür und auch für andere Aufgaben hat der hauseigene Werkzeugbau Geräte und Systeme entwickelt und gebaut, die den individuellen Anforderungen entsprechen. Im nächsten Schritt folgt die Montage der Motoren in die dafür vorbereiteten Gehäuse. So entstehen Stück für Stück letztlich die Gebläse, Ventilatoren, Spezialmotoren, Pumpen etc., die in vielfältigen Anwendungen ihre Funktion zuverlässig erfüllen.
Doch vor den Praxiseinsatz vor Ort hat das Unternehmen noch eine Reihe von praktischen Prüfungen gesetzt, um sich selbst immer wieder von der Funktionssicherheit und „Lauffreude“ ihrer Produkte vor der Auslieferung zu überzeugen. Noch am Band schließt sich an die Produktmontage ein direkter Lauftest in eigens dafür entwickelten Testaufbauten an. Stichproben machen für das Unternehmen keinen Sinn; deshalb wird jedes einzelne Gerät auf seine zugesicherten Eigenschaften hin getestet. Sollte ein Ausfall darunter sein, wird das Gerät zur kritischen Fehleranalyse demontiert. Es könnten sich vielleicht Fehler in die Elektronik oder die Mechanik eingeschlichen haben, die erst jetzt im Zusammenspiel offen zutage treten. Obwohl solche Überraschungen eher unwahrscheinlich sind, geht man in Mulfingen dennoch auf Nummer Sicher und verfolgt mögliche Fehler generell bis zurück zur Quelle.
Die Stunde der Wahrheit schlägt für die Geräte in sogenannten Run-in-Tests in eigens dafür entwickelten Klimakammern. In Temperaturbereichen von – 30 bis + 100 °C muss jedes Gerät einwandfrei laufen. Alle Klimakonditionen werden in der hauseigenen Klimakammer nachgestellt. Bei wechselweiser Teil- und Vollast verbringen ausgewählte Gerätetypen aus nahezu allen Baureihen immer wieder einige Zeit in der Kammer. Das Verfahren währt solange, bis die erwartete Lebensdauer der getesteten Geräte erreicht, besser noch, übertroffen ist. Nicht jedes Gerät durchläuft diese Tortur, doch wird von jeder Baureihe ein Vertreter in regelmäßigen Abständen in die Kammer geschickt.
Technischer Stillstand bedeutet Rückschritt. Das weiß man auch bei EBM; deshalb ist die Entwicklung im Verein mit dem Prototypenbau stets auf der Suche nach verbesserten, leistungsfähigeren oder auch gänzlich neuen Motoren, effizienterem Strömungsverhalten der Ventilatoren, Gebläse und Lüfter. Derzeit hat man sich der kollektorlosen Gleichstrommotoren angenommen, die gänzlich ohne die in Motoren üblichen Kohlen auskommen sollen. Erste Prototypen sind bereits in der Erprobung. Doch damit nicht genug; denn nicht nur die Entwicklung neuer Techniken gehört im Unternehmen zum täglichen Brot. Regelmäßig werden auch alle konventionellen Produkte unter die Lupe genommen, um deren Effizienz, Wirtschaftlichkeit, Funktionssicherheit und nicht zuletzt einfachere Montage zu optimieren. Werden doch die eigentlichen Fortschritte nicht mit großen technischen Knalleffekten erzielt. Wahrer Fortschritt wird vielmehr im kontinuierlichen Weiterentwickeln und Optimieren bestehender Geräte und Systeme sichtbar.
Die geplante Umweltzertifzierung nach DIN 14001 in Mulfingen und Niederstetten wird nicht einfach sein. Dennoch ist man zuversichtlich, die Hürden der DQS-Prüfung für das Umweltaudit im ersten Anlauf zu nehmen. Dass sich das Unternehmen schon lange für den Umweltschutz engagiert, zeigt sich an den Produkten aus Mulfingen, deren EC-Motoren und Ventilatoren bereits als wahre Energiesparer bekannt sind. Jetzt wird von der DQS die Deckungsgleichheit der wichtigsten umweltpolitischen Grundsätze unter den Mitarbeitern geprüft. Man will im Betrieb und unter den Mitarbeitern den Umweltgedanken auf einer soliden Basis organisieren und zum täglichen Umgang damit anleiten. Ihr weltweites Vertriebsnetz hat das Unternehmen jetzt um eine weitere Station erweitert. Im März 2002 hat man in Shanghai/China für die bereits 1995 gegründete Motor&Ventilator ein neues Produktions- und Verwaltungsgebäude eröffnet. Auf Grund der positiven Prognosen zur weiteren Marktentwicklung sieht man sich damit in der Lage, das weitere Wachstum des Unternehmens zu sichern. Das rasche Wachstum in China fußt in erster Linie auf dem Bedarf unterschiedlicher Marktsektoren. Neben der Klima- und Kältetechnik spielen die Haushaltsgeräte und insbesonde-re die Telekommunikation eine tragende Rolle. Außerdem hat es EBM beizeiten verstanden, in den wichtigen Provinzen des Landes mit eigenen Niederlassungen den Bedarf vor Ort umgehend zu decken.
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