Überwachte Vereinzelung

Thomas Hall, Sick AG, Waldkirch

Trotz Wirtschaftskrise waren die Erneuerbaren Energien im Jahr 2009 auf Wachstumskurs. So stieg der Anteil von Wasserkraft, Wind- energie, Biomasse, Geothermie und Photovoltaik am gesamten Stromverbrauch von 9,5 % im Jahr 2008 auf 10,6 % beziehungsweise 10,8 Mrd. kWh im Jahr 2009. Die hohen Zuwachsraten, gerade bei den Solar- und Photovoltaikanlagen, erfordern bei den Her-stellern möglichst weitgehend automatisierte, effiziente und qualitätsorientierte Fertigungsprozesse.

Hier setzt die ACI-ecotec mit den vollautoma- tischen Wafer-Vereinzelungssystemen ecoSplit-IXL an: Sie vereinen eine extrem schonende, Waferbruch vermeidende Vereinzelungstechnologie mit höchsten Durchsatzleistungen, zu denen die Inox-Lichttaster von Sick durch ihre Detektions- und Ausfallsicherheit einen entscheidenden Beitrag leisten.

Die ACI-ecotec ist 2004 in St. Georgen mittels strategischer Übernahme und Neuausrichtung der ecotec GmbH durch die ACI-Gruppe entstanden. Als Mitglied in diesem Unternehmensnetzwerk und als globaler Anbieter von innovativem Produktionsequipment ist das Unternehmen, das seit Januar 2010 in Zimmern ob Rottweil ansässig ist, in der Photovoltaikbranche und der Automobilzulieferindustrie tätig. Im Geschäftsbereich Photovoltaik ist man mit innovativen Entwicklungen in verschiedenen Bereichen Weltmarktführer.

Hierzu zählen die vollautomatischen Kontaktierungslinien für Dünnschichtmodule ecoContact, die Trägersysteme ecoCarrier für Siliziumzellen und -wafer sowie die Wafer-Vereinzelungssysteme ecoSplit – von denen in Europa, Asien und den USA bereits mehr als 30 Systeme im Einsatz sind. Das Produktportfolio wird durch Turn-Key Photovoltaikmodul-Produktionslinien ecoDay und ecoSol abgerundet.

Die Anlagen der ecoSplit-Baureihe werden für die automatische Vereinzelung und Zuführung gesägter und vorgereinigter Solarwafer in die Endreinigung eingesetzt. Mit der jüngsten Entwicklung, der ecoSplit-IXL, bietet das Unternehmen ein Inline-Vereinzelungssystem an, das sich durch enorme Schnelligkeit, eine besonders schonende Handhabung mono- und polykristalliner Wafer sowie hohe Zuverlässigkeit auszeichnet. Die Anlage bewältigt im Standardaufbau bis zu 3.600 Wafer/h – eine Leistung, die durch kundenspezifische Anpassungen auf bis zu 4.300 Wafer/h gesteigert werden kann. Die Beschickungslösung mit zwei Beladestationen ermöglicht es, dass die Anlage als weltweit einziges Vereinzelungssystem auch im laufenden Betrieb beladen werden kann und dadurch vollkommen unterbrechungsfrei arbeitet. Die Vereinzelung aus dem Stapel basiert auf einer weltweit patentierten Technologie: Die gesägten Wafer werden nicht von oben gegriffen, sondern schonend von unten über ein spezielles Walzensystem abgezogen – wodurch die Bruchrate bis auf 0,1 % minimiert werden konnte. Der gesamte Vereinze-lungsprozess auf bis zu acht Spuren, bei dem eine permanente Befeuchtung ein Trocknen der Wafer verhindert, wird vom Einlegen der Wafer bis zu deren Übergabe an die Reinigung mit Sensoren überwacht – mit denen es in der Vergangenheit immer wieder Probleme gab.

Grund hierfür war zum einen der Kontakt der Sensoren mit einer sogenannten Slurry aus demineralisiertem Wasser mit Bestandteilen organischer Säuren und µ-großen Siliziumpartikeln, welche von den Wafern aus den Vorprozessen mit in das Vereinzelungssystem „verschleppt“ werden. Zum anderen werden die Wafer auch im Vereinzelungsprozess befeuchtet – und damit auch die Sensoren, die in diesem Umfeld Detektionsaufgaben wahrnehmen sollen. Die Sensoren anderer Fabrikate hielten diesen Bedingungen nicht Stand. Wasser im Stecker sowie im Gehäuse führte zum Ausfall der Sensoren, zu einem Stillstand der Anlage und zu hohem Wartungs- und Instandsetzungsaufwand. Auf der Suche nach Abhilfe wurde man auf die Inox-Sensoren von Sick aufmerksam – insbesondere auf den Lichttaster WTB4S-3 Inox.

Die Lichtschranken und Lichttaster der Baureihe W4S-3 Inox sind überall dort das Maß der Dinge, wo Objekte unter schwierigsten Bedingungen zu erfassen sind und der Sensor möglichst klein und robust sein muss. Sensortechnisch – das haben Vergleichstests bei verschiedenen Anwendern bewiesen – ist die W4S-3 Inox in nahezu allen Punkten die Best in Class-Baureihe. So bieten sowohl die Lichtschranken als auch Lichttaster hohe Reichweiten, Funktionsreserven und beste Fremdlichtsicherheit. Die Lichttaster sind die ersten Sensoren ihrer Art mit einer doppelten Pin Point Sende-LED. Dadurch ist der Sensor in der Lage, „räumlich“ zu sehen, wodurch er zum Gerät mit der besten Hintergrundausblendung, und damit Detektionssicherheit, seiner Klasse wird. Der Einsatz dieser lichtintensiven LED-Technologie in der gesamten Baureihe bietet den Vorteil, dass auf den Objekten ein scharfer, homogener und fast laserartiger Lichtfleck abgebildet wird. Dies erleichtert die Ausrichtung und Inbetriebnahme des Sensors und ermöglicht auch über größere Tastweiten die zuverlässige Erkennung der schwierigen Wafer-Oberflächen. Hinsichtlich der Gehäusetechnologie ist die gesamte Baureihe auf höchstmögliche Robustheit und Beständigkeit ausgelegt, die die Anforderungen an IP69k bei weitem übertreffen. Das Gehäuse besteht aus extrem widerstandsfähigem Edelstahl 1.4435 / AISI 316L. Die Anzeige-LEDs sind bündig eingelassen – ebenso wie die spezial beschichtete Frontscheibe. Dadurch bietet der Sensor ein Höchstmaß an Dichtigkeit und Materialbeständigkeit, wie sie sowohl seitens ACI-ecotec wie auch z.B. in nasschemischen Prozessen bei der Herstellung von Solarzellen gefordert wird. Ein weiterer Vorteil der kompakten Gehäusebauform war, dass die Einbaugröße exakt den bislang eingesetzten Sensoren entsprach und dadurch keine Umbaumaßnahmen an der Maschine erforderlich waren. Gehäuse aus Edelstahl, Schutzart IP69K, Baugröße sowie die zur Anwendung passende Sensorspezifikation weckten die Hoffnung auf eine zuverlässige Lösung, die durch die anspruchsvollen Eignungstests nicht enttäuscht wurde.

Um die bestmögliche Detektionslösung zu finden, unterzog man die Sensoren verschiedener Hersteller eingehenden Tests. So wurden alle Geräte zunächst über sieben Tage hinweg im 3-Sekunden-Zyklus in die Slurry getaucht. In einem zweiten Test erfolgte mit der gleichen Slurry eine tagelange Berieselung der Sensoren. Die Auswertung der Tests machte den WTB4S-3 Inox zum Testsieger. Als einziges Gerät waren weder ein Eindringen von Wasser in den Stecker oder das Gehäuse noch äußere Anzeichen von Materialunbeständigkeit oder Korrosion feststellbar. Damit erfüllte der Sensor alle Voraussetzungen für einen wartungsfreien und hoch verfügbaren Einsatz in den Wafer-Vereinzelungssystemen – und nicht nur dort: Auch in anderen Anlagen setzt das Unternehmen künftig auf die Inox-Baureihe von Sick.

Um die hohe Nachfrage befriedigen zu können, sind automatisierte Herstellungsprozesse für die Photovoltaikindustrie ein Muss. Zur Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Bearbeitungsstationen, Handlings- und Transfersystemen tragen, neben den eingesetzten Edelstahl-Lichttastern weitere Sensorlösungen aus dem Gesamtportfolio von Sick bei. Als Beispiele zu nennen sind zunächst optoelektronische, elektromagnetische sowie Ultraschall-Sensoren in Handlingseinheiten bei der Identifikation von Solarzellen, Stapeleinheiten und Solarmodulen. Leistungsfähige 2D-Codeleser bewähren sich beim Tracking und Tracing beispielsweise von Dünnschicht-Solarpanels in Fördersystemen und Bearbeitungsstationen. Hinzu kommen Kamerasensoren der Inspector-Baureihe mit Beleuchtungsvarianten, 2D- und 3D Bildverarbeitungssysteme bei der Dimensions- und Oberflächenkontrolle sowie bei Inspektionsaufgaben und elektromechanische oder optoelektronische Sicherheitssysteme z. B. an teilautomatisierten Bearbeitungsstationen oder gar vollautomatischen Roboterzellen. In jeder Anwendung gewährleistet die zuverlässig erfassende Sensorik höchstmögliche Durchsatzleistungen in der Photovoltaikproduktion.

www.sick.de; www.aci-ecotec.de