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Automatisierung bei der Reinigung

Einkammer-System für wässrige Reinigung verkürzt Zykluszeiten
Automatisierung bei der Reinigung

Die wässrige Reinigung bietet hinsichtlich Arbeitsschutz-Bedingungen und ökologischen Gesichtspunkten gegenüber lösungsmittelhaltigen Reinigungsmedien eine Reihe von Vorteilen. Mit einer Einkammer-Reinigungsanlage für wässrige Medien lassen sich beim Reinigungsprozess Zykluszeit und Personalaufwand reduzieren.

Kolb Fertigungstechnik, Willich

Kolb hat mit dem PS 08 ein Universalsystem mit Multiprozesskammer vorgestellt, in der PCBs, Baugruppen/Misprints, Leiterplatten, Lötrahmen, Sieb- und Pumpprint-Schablonen, Carrier/Masken, sowie Maschinenteile gleichermaßen gereinigt werden können. Mit einem Reinigungsmedium lassen sich u.a. SMT-Kleber, Paste, Kondensat, Flussmittel, Öl, Staub und Fett entfernen. Weitere Merkmale sind SPS-gesteuerte Bedienung, integrierter 7-Filter Prozess-Wasserkreislauf und einfache Wartung.
Kolb sieht sich als Erfinder der wässrige Reinigung in der Elektronikindustrie, die Seit Mitte der 90er Jahre auf dem Vormarsch ist. Hauptsächlich aus zwei Gründen: Zum einen ist bei Fine-Pitch-Bauteilen die gründliche Reinigung von Schablonen und Baugruppen/ Misprints elementar. Sie ist Voraussetzung für geringe Ausfälle und damit für ein kontinuierlich hohes, ständig reproduzierbares Qualitätsniveau im gesamten SMT-Prozess. Zum anderen erlaubt die ungefährliche und ökologisch unbedenkliche wässrige Reinigung die Platzierung der Reinigungsanlagen in direkter Nähe zur Produktionslinie, da keine Ex-Schutzauflagen zu befolgen sind. Die biologisch abbaubaren Reiniger halten dazu jedem Öko-Audit stand.
Das PS 08 ist ein Frontlader und arbeitet im Reinigungsbetrieb mit dem Power-Spray-Verfahren, einem Volumen-Druck-Prinzip, das in ähnlicher Form bereits in den Anlagen RB 5D und RB 6D verwendet wird.
Im PS 08 wurde diese Technik neu umgesetzt. Herzstück ist dabei die Multiprozesskammer, die Reinigungsgüter mit einer maximalen Größe von 890 x 875 x 100 mm³ aufnehmen kann. In der Kammer-Rückwand ist eine optische Gegenlichtkontrolle integriert, die eine direkte Überprüfung des Reinigungsergebnisses erlaubt, indem sie das Reinigungsgut hinterleuchtet. So kann z.B. bei Schablonen sofort die Sauberkeit der Durchbrüche geprüft werden. Die Tanks (für Reinigungsmedium, Nachspülwasser) fassen je 75 l Flüssigkeit.
Prozesswasser-Aufbereitung
Alle notwendigen technischen Elemente sind bereits im Basismodell integriert und müssen nicht als Zubehör extra gekauft werden. Dazu zählen u.a. die Feinfilter im Reiniger- und Spülkreislauf, eine SPS-gesteuerte Wartungsüberwachung sowie die Gegenlichtkontrolle.
Das Angebot an optionalem Zubehör bleibt aus diesem Grund überschaubar, wie z.B. eine integrierte Prozess-Wasseraufbereitung.
Das System ist sparsam und leise. Der Geräuschpegel liegt bei Vollbelastung unter 69 dB (A). Die Leistungsaufnahme beträgt nur 3 kW. Druckluft benötigt das System lediglich für die Steuerventile (4 bar/10 l/min).
Prozesskammer aus Kunststoff
Während das Gehäuse der Anlage aus VA sowie ESD-ableitfähigem Edelstahl und GFK besteht, ist die Prozesskammer selbst komplett aus Kunststoff. Der Grund dafür ist, dass Schweißnähte in Edelstahl-Reinigungskammern von den wässrigen Reinigern mit der Zeit durch elektrolytische Reaktionen angegriffen und zerstört werden. Bei Kunststoff entsteht dieses Problem nicht. So werden in der chemischen Industrie seit je her für die Laugenherstellung und -lagerung Kunststofftanks verwendet. Deshalb verarbeitet man bei Kolb generell verschweißten Kunststoff für Prozesskammern, Tanks und Leitungen.
Das Hauptarbeitsmodul der Multiprozesskammer ist ein doppelseitiger Düsenstock, der das Reinigungsgut vertikal in programmierbarer Zeit und mit programmierbarer Geschwindigkeit abfährt. Er trägt die Aggregate für die jeweiligen Prozessschritte: sechs separate Langzylinder mit Sprühdüsen (Reinigen, Spülen), Luftmesser (Trocknen) oder Luftdüsen für die Medium-Wipe-Funktion. Der Medium-Wipe-Prozess wird zwischen den Reinigungs- und Spülvorgang geschaltet. Er wischt per Luftdüsen letzte Mediumrückstände vom Reinigungsgut und verhindert so dessen Verschleppung ins Spülwasser. Das spart einerseits Reiniger und verhindert zum anderen eine unnötige Belastung des Spülwassers.
Autonome Wasseraufbereitung
Das System hat serienmäßig bereits eine vierstufige Filtration für Medium und Nachspülwasser mit einer SPS-überwachten vierten Feinfilterstufe. Bei Bedarf kann das Spülwasser jedoch über ein autonomes Wasserwerk bis zur Qualitätsanforderung nach Mil-P-28809, bzw. bis NaCl-Konzentrationen 1,3 mg/cm³ (elektrische Reinheit) aufbereitet werden. Diese integrierte Prozesswasseranlage umfasst sieben Filterstufen, inklusive eines UV-Filters zur Entkeimung von Mikroorganismen. Etwas weniger aufwändig (fünf Filterstufen) ist die ebenfalls optional mögliche Herstellung von DI/VE Wasser. Genügt dem Anwender bereits die vollständige optische Reinheit, wird das Nachspülwasser über einen Brauch-/ Trinkwasseranschluss zugeführt. Das integrierte Hebesystem kann das verbrauchte Spülwasser über eine Höhendifferenz bis 10 m in das bauseitige Entsorgungsnetz zurückpumpen. Eine externe Hebeanlage mit automatisiertem Wasserwechsel ist nicht notwendig.
Trotz der hohen Zahl an Features lässt sich das PS 08 im Tagesbetrieb einfach bedienen. Gesteuert wird das System über eine Siemens S7 SPS-Einheit. Sie steuert eine Betriebssoftware, die werkseitig geladen wird und eine Prozess-Software. Letztere kann vom Systemadministrator des Betreibers individuell für dessen spezielle Reinigungsanforderungen programmiert werden. Über ein Fernwartungsmodem ist es möglich, diese Programmierungen von extern zu unterstützen. Außerdem können online Diagnosen von Betriebs- und Systemsoftware durchgeführt werden.
Nach der Programmierung steuert und überwacht sich das System eigenständig über die SPS-Einheit und kann so im Normalbetrieb vom Personal lediglich durch einen Knopfdruck bedient werden.
Der gesamte Prozess wird permanent in einem separaten Display dokumentiert. Angezeigt werden u.a. Einzelprozess-Restlaufzeit, Gesamt-Restlaufzeit, Zustand und Druck des Feinfilters, pH-Wertkontrolle, Wasseraufbereitungs-Daten, Phasenkontrolle und Netzspannungs-Drehfeld, Temperaturen, Störmeldungen, etc..
Kurze Prozesszeiten
Die Prozesszeit ist abhängig vom Grad und Art der Verunreinigung, wie z.B. Paste, Kleber, Kolophonium, etc.. Ein weiterer Faktor ist das Alter der Verunreinigung und die Geometrie des Reinigungsgutes. Baugruppen benötigen auf Grund ihrer Aufbauten eine längere Trocknungszeit als z.B. Schablonen mit einer glatten Fläche.
Generell setzt Kolb eine übliche Durchlaufzeit von weniger als 10 min z.B. für Siebschablonen an, bis das Reinigungsgut dem Produktionsprozess wieder zur Verfügung steht. Bei einem durchschnittlichen Reinigungsvorgang eines Siebschablonenbleches von SMT-Kleber oder -Paste teilt sich die Durchlaufzeit in den Reinigungsprozess, der inklusive Medium-Wipe weniger als 3 min benötigt, den Nachspülvorgang mit weniger als 1 min und der Trocknung mit 6 min.
Besonderer Wert wurde auf die komplikationslose Wartung bei der Entwicklung des PS 08 gelegt. Das Ärgernis, dass durch Wartungsarbeiten ein ganzer Produktionsprozess still steht, wird hier vermieden. Alle Inspektionen lassen sich von vorn erledigen. Positiver Nebeneffekt ist zudem, dass die Anlage weniger Platz benötigt, da weder rückseitig noch seitlich Raum für Instandhaltungsarbeiten frei bleiben muss.
Das System verfügt über einen frontalen Wartungsauszug, in dem sich alle Hauptfilter befinden. Die Wartungsbereiche und anfallenden Arbeiten beschränken sich zudem in der Hauptsache auf die Filterwechsel. Die Wasseraufbereitungs-Patronen werden im Austauschverfahren gewechselt, der optionale UV-Filter muss nach ca. 6000 Betriebsstunden erneuert werden. Alle Filter sind ohne Demontage von Anlagenteilen leicht zugänglich.
Optional kann die Anlage mit einer automatischen Be- und Entladeeinheit ausgerüstet werden. Sie macht das System zum Vollautomaten. Durch die frontale Ladung des Reinigungsgutes benötigt der Roboter wenig zusätzlichen Raum.
Das PS 08 wird von Kolb nicht als Alternative zum Dreikammer-Prinzip gesehen. Nach wie vor sind Dreikammer-Anlagen für zwei Drittel des Marktes die optimale Lösung.
Das PS 08 macht dann Sinn, wenn die Reinigungsanforderungen vielfältig sind, und mit einem System und einem Reinigungsmedium schnell und gründlich erfüllt werden sollen. Oder, wenn eine anspruchsvolle Aufgabe wie z.B. die Baugruppenreinigung im Vordergrund steht und in schnellen Zyklen mit geringst möglichem Personalaufwand realisiert werden soll.
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