Sommerzeit ist auch die Zeit der Gras- und Heuernte. Die Luft ist erfüllt vom würzigen Duft und viele Kinder strahlen, wenn ein Traktor mit Mähwerk oder Ladewagen vorbeirollt. Wer würde nicht gern mitfahren? Was wenige wissen: In vielen Fällen verrichten Steuerungen von ifm wichtige Dienste unter dem Blechkleid. Außer in Traktoren findet man die im Unternehmen hergestellten Geräte vor allem in Baumaschinen oder Kommunalfahrzeugen. Aber auch in der industriellen Fertigung oder in Steuerungen für hygienisch sensible Bereiche der Pharma- und Lebensmittelindustrie werden die Produkte eingesetzt. Die in zweiter Generation familiengeführte ifm-Gruppe zählt weltweit zu den Branchenführern im Bereich Sensorik und entwickelt, produziert und vertreibt weltweit Sensoren, Steuerungen und Systeme für die industrielle Automatisierung. Das umfangreiche Produktportfolio berücksichtigt neben relevanten Standardlösungen auch spezielle Anforderungen einzelner Branchen – neben Positions- und Prozesssensoren zählen etwa Sensoren für Motion Control und Sicherheitstechnik zum Programm. Zudem bietet ifm Produkte für die industrielle Bildverarbeitung und Kommunikation an sowie Identifikationssysteme und Systeme für mobile Arbeitsmaschinen; Softwarelösungen zur Prozessdigitalisierung runden das Angebot ab.
Perfekte Standort-Ergänzung
In der Bodenseeregion rund um Kressbronn und Tettnang sind die ifm-Entwicklungen und -Produktionen angesiedelt – in einer Region Deutschlands, die besonders viele Tüftler hervorbringt. Die Vertriebszentrale dagegen ist in Essen beheimatet. Beide Standorte ergänzen sich hervorragend: hier die schwäbischen Tüftler, dort das Ruhrgebiet als größtes industrielles Ballungszentrum Europas. Trotz anhaltendem Wachstum hat sich das Unternehmen die Tugenden der Gründerjahre bewahrt: die Flexibilität und Individualität eines Kleinunternehmens und die Qualität und Professionalität eines Konzerns.
Im Unternehmen ist Qualität ein großes Thema und ein Begriff, der weit über das Produkt hinausgeht. Alle Prozesse sind auf Kundenservice und Produktqualität ausgelegt. Dem „Made in Germany“ fühlt sich das Unternehmen eng verbunden – 70 Prozent der Produkte werden in Deutschland entwickelt und gefertigt. „Eine der ersten Fragen im Entwicklungsprozess lautet: Wie muss das Produkt konstruiert sein, um es optimal und problemlos fertigen zu können?“, sagt Jürgen Rietzler, Fertigungsplaner bei ifm ecomatic gmbh in Kressbronn. Daher ist die Fertigung von Anfang an in die Produktentwicklung eingebunden, um Fertigungsprobleme zu vermeiden. „Dafür stimmen wir uns auch eng mit den Lieferanten unserer Produktionsmaschinen ab“, erklärt Herr Rietzler.
Taktzeit 90 s pro Baugruppe
Bei der neuen ioControl-Serie, die auch in Mähwerken für die Landwirtschaft eingesetzt wird, stand man vor einer besonderen Herausforderung: Das Modul enthält in der Spritzgussphase eingestitchte Pins. Das bedeutet, die Lötung musste in der Endmontage erfolgen, da die Leiterplatte bereits im Gehäuse eingebaut ist. Deshalb entschied sich das Kressbronner Unternehmen zur Investition in eine eigene Lötanlage, obwohl die Elektronikproduktion und damit der Lötprozess zwischenzeitlich in Tettnang zentralisiert wurde. Für den Lötprozess plante man eine Fertigungsinsel, auf der ausschließlich diese Module gefertigt wurden. Anforderungen an die Lötanlage waren neben kleiner Stellfläche vor allem die Anbindung an das MES-System und die vorgegebene Taktzeit von kleiner 90 Sekunden pro Baugruppe. Mit diesen Anforderungen ging man in die Beschaffung der Produktionsanlagen für die neue Fertigungsinsel. „Selbstverständlich hatten wir mehrere Lieferanten in der Ausschreibung. Nach ersten Gesprächen war der Besuch bei Ersa in Wertheim für uns der Schlüsselmoment“, so Jürgen Rietzler. „Die professionelle Arbeitsweise dort und die Vorstellung der Projektumsetzung passte zu der von ifm.“ Zudem deckten sich die Features der Smartflow 2020 Selektivlötanlage weitgehend mit der ifm-Vorstellung: „Angebotene Maschine und Konfiguration haben einfach gepasst. Es waren nur kleine Änderungen nötig, die hauptsächlich die Software betrafen“, erklärt Jürgen Rietzler.
Smartflow 2020: konzipiert für Zellenfertigung
Die kompakte Ersa Anlage mit manueller Be- und Entladung der Baugruppen wurde für Insellösungen oder Zellenfertigungen konzipiert. Zugleich ist sie das Einsteigermodell ins maschinelle Selektivlöten und optimal für kleine Stückzahlen bei hohem Produktmix. „Die Kleine“ profitiert dabei von der Technik der „Großen“ – Fluxen, Vorheizen und Löten findet sequenziell statt. Im Fluxmodul arbeitet ein Drop-Jet-Fluxer, der Flussmittelauftrag erfolgt präzise in Tröpfchen auf die zu fluxenden Lötstellen. Die Menge der pro Minute abgegebenen Flussmitteltröpfchen wird dabei über die Maschinensoftware Ersasoft 5 eingegeben. Mit konstanter Tröpfchengröße lässt sich der Flussmittelauftrag exakt steuern, was zu größerer Reinheit der Baugruppe führt.
Die vollflächige Vorheizung mit IR-Strahlern kann je nach Wärmebedarf und Baugruppengröße segmentiert werden. Zudem lassen sich Temperaturkurven in den einzelnen Lötprogrammen hinterlegen. Zusätzlich zur Untenheizung kann die Smartflow für erhöhten Wärmebedarf bei äußerst anspruchsvollen Baugruppen wie Multi-Layer oder Heavy-Mass mit einer Oberheizung ergänzt werden. All diese Komponenten sorgen für eine effektive und reproduzierbare Durchwärmung der Baugruppe und gewährleisten somit eine hohe Qualität der Lötstellen.
Integrierte Heizung in der Stickstoffbegasung
Auch für die Fertigung der neuen ioControl-Serie musste ein erhöhter Wärmebedarf abgedeckt werden. Besondere Herausforderung dabei: Wenn die Module den Produktionsschritt Löten erreichen, ist die Platine bereits im Gehäuse verbaut und wird dadurch von oben verdeckt. Somit lässt sich keine Wärmeenergie durch eine Oberheizung der Lötstelle zuführen. Um nun die erforderliche Wärmeenergie an die massereichen Bauteilanschlüsse zu bringen, wurde zur Unterstützung des Lötvorgangs eine Heizung in die Stickstoffbegasung integriert. Durch den Begasungsring tritt der warme Stickstoff aus, umspült die Lötdüse und strömt an die zu lötende Stelle. Dadurch wird die Lötstelle gezielt erwärmt und ein sicherer Lotdurchstieg erzielt, weil das Lot nicht mehr vorzeitig in der Anschlussbuchse erstarrt. So erhält man sichere und langlebige Lötverbindungen.
Wie die Versaflow Systeme ist der Lottiegel der Smartflow mit einem wartungsarmen und verschleißfreien Lottiegel mit elektromagnetischer Lotpumpe ausgestattet. Das Lotniveau im Tiegel wird automatisch überwacht und dank automatischer Lotdrahtzufuhr konstant gehalten. Unterschreitet das Lotniveau im Tiegel den Mindestfüllstand, führt ein Sensor zusätzlichen Stickstoff in den Tiegel ein. Ein integrierter Flusssensor registriert die Stickstoffzugabe und löst die Zuführung von Lotdraht in der erforderlichen Menge aus.
Anbindung an MES und Trace-System
Die einfache und intuitive Bedienung gewährleistet die bewährte Bedienersoftware Ersasoft 5 mit moderner Visualisierung und bedienerorientierter Struktur. Der integrierte Programm-Editor CAD-Assistent erlaubt die Erstellung des Lötprogramms sowohl direkt an der Maschine wie auch offline, etwa am Schreibtisch. Programmiert wird anhand von CAD-Daten oder auch Scans von Leiterplatten. Einfach und schnell lassen sich Flussmittelauftrag und Lötungen mit Parametern eingeben. Autorouting-Funktion, Kollisionsschutz und Plausibilitätsprüfung sichern optimale Verfahrwege und Prozessabläufe in der Smartflow. Die Prozessüberwachung ist ebenfalls zentraler Bestandteil der Bedienersoftware. Viele relevante Prozessparameter sind zyklisch überwacht und werden protokolliert. Dank moderner PIP-Technik („Picture in Picture“) sind zum Beispiel die Lötparameter und ein Live-Prozessbild der Lötwelle auf einen Blick nebeneinander verfügbar für eine optimale Kontrolle beim einzelnen Lötvorgang oder Setup. „Eine der Schlüsselanforderungen in diesem Maschinenprojekt war die Anbindung der Lötanlage an das MES-System bei ifm. Diese wurde kundenspezifisch ausgeführt und die Ersasoft speziell angepasst“, erklärt Ersa Area Sales Manager Mark Birl. Dabei war der Programmwechsel durch Scannen der Auftragspapiere ein Punkt. Da in dieser Produktionsinsel alle Module der ioControl-Serie gefertigt werden, sollte der Programmwechsel schnell und einfach erfolgen. Gewährleistet wird das dadurch, dass der dortige Mitarbeiter die Auftragspapiere scannt, wenn die Baugruppen samt Auftragspapieren an die Maschine kommen. Anhand dieser Scans wird das zum Produkt gehörige Lötprogramm automatisch vom Lötsystem gestartet.
Der zweite Punkt war die Anbindung der Smartflow ans Trace-System, um die Nachverfolgbarkeit jedes einzelnen Produkts zu gewährleisten – ein zentraler Punkt in der Qualitätssicherungskette im Unternehmen. Zum Einsatz kommt ein Warenträger mit vier Nestern, jeweils mit einem Code versehen. Bevor der Mitarbeiter an der Fertigungsinsel die zu lötenden io-Module in den Warenträger an der Smartflow packt, scannt er zunächst den jeweiligen Barcode auf der Baugruppe. Zu diesem Barcode werden die jeweiligen Prozessparameter wie Vorheiztemperatur, Flussmittelauftrag, Löttemperatur und Durchlaufzeit im Lötprotokoll abgelegt. Anschließend wird das Lötprotokoll ans MES-System übergeben, um die Rückverfolgbarkeit jeder Baugruppe zu gewährleisten und um zu verhindern, dass fehlerhafte bzw. ungelötete Baugruppen in den nächsten Prozessschritt gelangen. Die Nester auf dem Warenträger selbst verfügen ebenso jeweils über einen eigenen Code. Bleibt ein Nest leer, weil etwa am Ende einer Charge nur noch drei Module zu löten sind, scannt das Bedienpersonal den Code neben dem leeren Nest auf dem Warenträger. Damit erhält das Lötsystem die Information, dass dieses Nest leer ist und nicht bearbeitet werden muss.
Passendes Paket: Prozessberatung, Lötsystem, After-Sales-Support
Das Unternehmen profitiert neben dem Ersa Maschinen-Know-how auch vom riesigen Erfahrungsschatz rund um den Lötprozess. „Zu unserem Qualitätsverständnis und zu unserer Firmenphilosophie gehört die enge Abstimmung mit dem Anlagenlieferanten. Die besten Fertigungsprozesse mit bestem Equipment funktionieren nicht, wenn das Produkt nicht entsprechend optimiert ist“, stellt Jürgen Rietzler klar. Daher war Ersa auch in die Produktentwicklung einbezogen und lieferte Layout-Beratung. Design der Leiterplatte und Pins wurden so angepasst, dass der Prozessschritt Löten optimal und problemlos innerhalb der geforderten Taktzeit stattfinden konnte. Dazu nutzte man intensiv die Möglichkeit, Lötversuche im Applikations- und Demozentrum zu fahren. Düsengröße, Verfahrwege und Menge der Baugruppen im Warenträger wurden so abgestimmt, dass nun ein Produkt mit bester Lötqualität das ifm-Werk in Kressbronn verlässt.
„Ersa hat uns mit Professionalität und Know-how überzeugt. Da stehen definierte Prozesse dahinter, die Reaktionszeiten sind kurz. Die Mitarbeiter sind mit Leidenschaft bei der Sache“, zieht Jürgen Rietzler ein positives Projektfazit. „Und wenn auch noch die Chemie zwischen beiden Unternehmen stimmt wie hier, macht das Ganze einfach nur Spaß“, ergänzt Mark Birl. Beim nächsten vorbeirollenden Bagger, Baufahrzeug oder Traktor immer dran denken: sehr wahrscheinlich, dass da Sensorik des Unternehmens mit am Werk ist. Ersa unterstützt ifm gern dabei, dass dank Sensorik am Ende alles wie am Schnürchen funktioniert!
Der Autor:
Mark Birl, Area Sales Manager, Ersa GmbH.
Foto: Ersa
