Top-Lieferant stattet neue Produktion für LED-Leuchtmittel mit angepasstem Fertigungsequipment für hohe Qualität aus.

Angepasstes Fertigungsequipment für hohe Qualität

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Licht ist Leben – und die Leidenschaft der österreichischen Tridonic GmbH & Co. KG. Das Unternehmen aus Dornbirn ist einer der drei weltweit führenden Anbieter für Beleuchtungskomponenten und Lichtmanagementsysteme. Ende Juli 2018 startete die Produktion am neuen Fertigungsstandort Niš in Serbien.

Seit die erste lichtemittierende Diode (LED) Ende der 1990er Jahre in Nischenprodukten wie hochgesetzten Bremsleuchten eingesetzt wurde, hat sich diese Technologie rasant entwickelt. Die LED ist zur bisher effizientesten und langlebigsten Lichtquelle der Menschheit geworden und eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der Lichtgestaltung. So flexibel das bisherige Leuchtendesign, so standardisiert waren herkömmliche Leuchtmittel wie Leuchtstoffröhren etwa in puncto Mindestdurchmesser und -längen. „Mit LED ist heute quasi alles möglich“, erklärt Stefan Kerber, Director Global Engineering bei Tridonic. „Kommt ein Kunde mit der Anforderung einer siebeneckigen, geschwungenen Leuchte, bekommt er von uns das Leuchtmittel LED in jeder erforderlichen Ausführung mit entsprechendem Betriebsgerät.“

Seit 1956 beschäftigt man sich mit Beleuchtungstechnologie und lieferte zunächst Betriebsgeräte für Leuchtstoffröhren. Mit dem Einstieg in die LED-Technologie 2001 zählen nicht mehr nur Betriebsgeräte zum Produktspektrum, sondern auch die Herstellung der Leuchtmittel: LED-Module sowie Sensorik und Software.

Flexible Intelligenz, aufregende Innovation

Moderne Lichtkonzepte gehen weit über den Einsatz herkömmlicher Leuchten und Beleuchtungen hinaus. Licht kann unterschiedlichste Formen annehmen – in der Architektur verwendet man es für komplexe visuelle Konzepte. Wichtig dabei ist auch der Effizienz-Gedanke – durch Verwendung intelligent gesteuerter Lichtmanagementsysteme, dimmbarer und elektronischer Betriebsgeräten sowie Sensoren lassen sich heute bis zu 80 % Energie einsparen. Für die Kommunikation einzelner Elemente in der Lichtinfrastruktur hat sich der DALI-Standard in der Lichtindustrie durchgesetzt, der auf Tridonic-Technologie basiert (DALI kurz für Digital Addressable Lighting Interface). Über dieses Interface kommuniziert das Betriebsgerät mit Leuchte und Sensoren. Mittels Software wird etwa die Dimmung angepasst, Licht ein- oder ausgeschaltet.

Fehler- und Wartungsmeldungen werden ebenfalls über die Schnittstelle angezeigt. Verbundene Sensoren messen die Luftqualität und dienen als Maßstab für eine optimal regulierte Klimaanlage und andere Anwendungen.

Die Lichtbranche ist äußerst dynamisch: Was heute noch neu ist, ist morgen Standard. Der Markt ist hart umkämpft. Es herrscht enormer Preisdruck im Bereich Komponenten und Leuchten, vor allem bei LEDs. Daher müssen sich Hersteller individuell kombinierbarer Lichtkomponenten wie Tridonic breit aufstellen, um im internationalen Wettbewerb Trendsetter zu bleiben – auch auf Fertigungsseite. Zu den Fertigungsstandorten am Firmensitz in Dornbirn, in Spennymoor (Großbritannien) und Shenzhen (China) kam 2018 das Werk im serbischen Niš. Auf knapp 10.000 m² Produktionsfläche inklusive Lagerfläche fertigen 350 Mitarbeiter vorwiegend hochvolumige preissensitive Produkte für Zentral- und Osteuropa sowie den Nahen Osten.

Herausforderung: einseitiges Setup

Die Elektronikfertigung des Unternehmens hat besondere Herausforderungen zu meistern: Gängig sind heute in Europa beidseitig bestückte Leiterplatten mit vielen Bauteilen, vorwiegend SMDs, und einigen Steckkontakten. Die Fertigungsprozesse sind hochautomatisiert, im SMD-Bereich mit Pastendruck und Reflow-Löten. Je nach Anteil in der Bestückung nutzt man für die THT-Bauteile einen maschinellen Selektivlötprozess oder lötet klassisch von Hand. Im Gegensatz dazu verwendet Tridonic einen großen Anteil sogenannter „einseitiger“ Leiterplatten mit hohem Anteil an axialen und radialen THT-Bauteilen. „Dieses Setup findet man heute vorwiegend in Asien“, erklärt Stefan Kerber. Bei einseitigen Leiterplatten liegen alle Bauteilanschlüsse auf einer Seite, da nur eine Seite mit Kupfer kaschiert ist. Diese Leiterplatten sind deutlich günstiger in der Anschaffung, was den Materialaufwand in den Herstellkosten reduziert. Ein einseitiges Setup heißt jedoch für vorhandene SMD-Bauteile, dass sie mit durch die Wellenlötanlage geschickt werden. Herausforderung dabei: die Fixierung der SMD-Bauteile auf der Leiterplatte. Lösung: Sie werden geklebt.

Individuell angepasstes Fertigungsequipment

Gemeinsam mit Ersa wurde vor vier Jahren für das Werk in Dornbirn ein Fertigungsprozess erarbeitet, der nun auch erfolgreich in Niš eingesetzt wird. Zunächst werden die Leiterplatten mit den THT-Bauteilen bestückt und die Anschlüsse gecrimpt. Dann wird der SMD-Kleber auf die Leiterplatte aufgebracht, aufgrund der vielen benötigten Klebepunkte jedoch nicht klassisch mittels Dispenssystem. Um den Kleberauftrag in akzeptabler Taktzeit zu bewerkstelligen, entschied man sich im Unternehmen für einen Versaprint P1 Schablonendrucker. Anstelle eines Rakelkopfes kommt ein geschlossener Druckkopf zum Einsatz. Der integrierte Kolben presst den Kleber mit exaktem Druck aus dem Druckkopf durch die Ausfräsungen in der Schablone an die gewünschten Stellen zwischen den SMD-Anschlusspads auf die Leiterplatte. Aussparungen in der Printschablone nehmen dabei die gecrimpten Anschlussdrähte der THT-Bauteile auf, damit die Schablone plan auf der Leiterplatte aufliegt, so dass kein Kleber zwischen Leiterplatte und Schablone gelangt und womöglich Anschlusspads verunreinigt.

Besonders im ausgewählten Schablonendrucker ist die integrierte SPI zur Inspektion des Druckergebnisses, dessen Software Ersa eigens für diese Anwendung erweitert hat. Geprüft wird nicht nur das Vorhandensein des Klebers zwischen den Landeflächen, sondern auch, dass die Anschlussflächen für die SMDs frei von Kleber sind, damit sie später im Wellenlötprozess mit Lot benetzen und perfekte Lötstellen ausbilden. Druck und Inspektion laufen im Versaprint P1 parallel. Das spart Taktzeit, fehlerhafte Baugruppen werden direkt erkannt und vom weiteren Bearbeitungsprozess ausgeschlossen, was sich ebenfalls positiv auf die Herstellkosten auswirkt. Im Anschluss an den Druck werden die SMD-Bauteile in die Klebepunkte auf die Baugruppe bestückt, so dass die Bauteilanschlüsse auf den Landeflächen der Leiterplatte aufliegen. 0204-Chips sind dabei die kleinsten Bauteile, die zum Einsatz kommen. Anschließend wird die Baugruppe in die Hotflow 3/20 geschleust und der Kleber härtet durch die Wärme im Reflowofen aus. Die SMD-Bauteile sind nun auf der Leiterplatte fixiert für den folgenden Wellenlötprozess.

Auch für die Hotflow 3/20 wurde der Bedarf des Leuchtmittelherstellers genau analysiert und das System entsprechend angepasst. Die Arbeitsbreite des Ofens beträgt 45 bis max. 580 mm. Um ein Durchbiegen der Baugruppen zu verhindern, steht eine Mittenunterstützung zur Verfügung. Üblicherweise liegen Mittenunterstützungen an der Leiterplatte an. Aufgrund der Bestückdichte war eine solche Ausführung bei den Baugruppen nicht realisierbar. Daher fand der Wertheimer Hersteller eine Lösung, bei der die Mittenunterstützung über die Komponenten die Baugruppen stützt. Je nach Baugruppe variiert jedoch die Höhe der Komponenten. Daher ist die Mittenunterstützung in den Reflowöfen bei Tridonic in der Höhe variabel und kann um max. 20 mm angepasst werden. Im nächsten Schritt folgt der eigentliche Lötprozess – aufgrund der hohen Stückzahlen in der Wellenlötmaschine. Für das Werk in Niš fiel die Wahl dabei auf die Ersa Powerflow. Aktuell sind mehrere Anlagen in Betrieb. Im November 2019 wird eine weitere Anlage ausgeliefert und installiert.

Um im harten Wettbewerb zu bestehen, legt der Leuchtmittelhersteller höchste Maßstäbe an seine Produkte, die im Markt für Qualität, Verlässlichkeit, Effizienz und Präzision bekannt sind. Daher war im Vorfeld des Beschaffungsprozesses bereits klar, dass man nur mit Top-Lieferanten zusammenarbeiten werde. „Die Anlagen müssen funktionieren, Downtimes gering und Support bei Bedarf schnellstens verfügbar sein“, erklärt Stefan Kerber die speziellen Anforderungen. „Daher haben wir uns bewusst für einen europäischen Lieferanten entschieden, bei dem wir sicher sein können, dass er auch in fünf Jahren noch am Markt sein wird. Ersa ist für uns so ein Unternehmen“, sagt Kerber. „Zudem ist das Unternehmen Systemlieferant – und diesen Vorteil nutzen wir nun ebenfalls.“ Bei Ersa ist man besonders stolz, in Serbien der Tridonic-Partner für Schablonendruck, Reflow- und Wellenlöten zu sein. Auch die dortigen Handlötarbeitsplätze wurden mit Equipment des Systemlieferanten ausgestattet.

Das Licht der Zukunft

In Zukunft werden in der Lichtbranche das Internet of Things, Vernetzung, Digitalisierung große Treiber sein. LED-Betriebsgeräte werden zunehmend Interfaces beinhalten, mit denen Sensoren unterschiedlichster Ausprägung integriert werden können, um in übergeordneten Systemen entsprechende Funktionen zu steuern. „Die Produkte, die dazu verwendet werden, müssen intelligenter sein. Die Herausforderung ist, diese Intelligenz in die Produkte zu integrieren, aber auch die entsprechende Software bereitzustellen – ob Software für Handy, Computer oder direkt auf dem Gerät, das ist unsere Aufgabe für die Zukunft“, resümiert Stefan Kerber. Der Bedarf an Elektronik und Produktionsequipment wird also nicht kleiner werden. Aktuell sind drei Produktionslinien mit Versaprint P1 und Hotflow 3/20 in Niš installiert und eine Powerflow, auf denen Konverter und LED-Module produziert werden.

productronica, Stand A4-162+171

www.ersa.de; www.tridonic.com


Foto: Ersa

Der Autor ist Ersa
Area Sales Manager Mark Birl.


Info

Mehr als 2.700 patentierte Innovationen belegen die Innovationskraft des Unternehmens Tridonic eindrucksvoll.


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