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Kundenanforderungen trieben die Entwicklung einer konzeptionell neuartigen Produktionszelle für selektive Lötpunkte vehement voran.
Innenansicht der Zelle, die in Zusammenarbeit mit TBK und Festo konzipiert wurde.
Detailansicht Löteinheit mit Lotzuführung: Mit ihr lassen sich sogar im Gehäuse verbaute Leiterplatten bearbeiten.
Zur Reinigung der Lötspitze kommen rotierende Bürsten zum Einsatz.

Kundenanforderungen trieben die Entwicklung einer konzeptionell neuartigen Produktionszelle für selektive Lötpunkte vehement voran: Im Anforderungsprofil waren die Reduzierung der Standfläche, integrierte Transportvorrichtungen, Kalibrierung der Lötspitze mit einem optischen System, integrierte Absaugvorrichtung sowie flexible Lötspitzen-Konzeption. Das Ergebnis der Produktentwicklung kann sich sehen lassen: Herausgekommen ist eine Zelle, die sich für Lötvorgänge auf Leiterplatten, Hybrid-Keramik, flexiblen Folien und vielen weiteren Materialien eignet. Zudem erlaubt die Produktionszelle auch Lötvorgänge an Leiterplatten, die bereits in Gehäusen verbaut sind. Dies macht die Lötzelle im Vergleich zu anderen Lötstationen besonders flexibel einsetzbar.

Die Flexibilität war eines der Hauptkriterien des Kunden aus dem Automobilbereich. Aufgrund der stetig steigenden Anzahl von Sensoren in modernen Fahrzeugen, von der Sicherheit über Navigation und Komfort bis zur Motorsteuerung, sind für die Produktion der Sensoren innovative und hoch automatisierte Konzepte erforderlich. Die Sensoren müssen dabei höchsten Qualitätsansprüchen genügen und dauerhaft unter extremen Anforderungen wie Geschwindigkeit, Korrosion, Krafteinwirkung und Erschütterung sowie in einem großen Temperaturbereich zuverlässig funktionsfähig sein. Rückrufe aufgrund mangelnder Qualität wären dabei ein absolutes K.O.-Kriterium. Diese Pflichten machen es erforderlich, die Leiterplatten der Sensoren nach dem Einbau in das Gehäuse selektiv zu verlöten. Dazu ist ein Lötvorgang auf der einfach zugänglichen Unterseite der Leiterplatte nicht ausreichend. Diese Anforderungen lagen der Konzept- und Produktentwicklung der selektiven Lötstation von IPTE zu Grunde. Speziell die Arbeitsgeschwindigkeit, Qualität und als Alleinstellungsmerkmal die Möglichkeit, bereits in Gehäusen verbaute Leiterplatten selektiv zu löten, wurden realisiert.

Räumliche Wiederholgenauigkeit

Zuführung, Winkel der Lötspitze, Temperatur und Andruckkraft müssen exakt auf den Punkt stimmen, um eine einwandfrei Qualität des Lötpunkts sicherzustellen. Die IPTE-Lösung erfüllt diese Qualitätsanforderungen mit angemessener Wiederkehrgenauigkeit bei der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit von 3 s/Lötpunkt. Die Abstimmung des Lötprozesses erfolgte in Zusammenarbeit mit TBK Technisches Büro Kullik. Zudem von Festo im Konstruktions- und Herstellungsprozess unterstützt, entwickelte IPTE das XYZW-Portalsystem mit vier Freiheitsgraden. Bei den X-, Y- und Z-Achsen handelt es sich um übliche Spindel- und Zahnriemenantriebe mit integriertem Messsystem und Minischlitten von Festo. Das Portal zur flexiblen und kontrollierten Bewegung von Geschwindigkeit und Beschleunigung (XYZ-Achse) und ein Hebe-Schwenk-Modul werden speziell auf die jeweilige Anlage angepasst und zum Anheben und Drehen der Lötnadel verwendet. Für eine einwandfreie Lötung spielen sowohl der richtige Winkel der Lötnadel als auch die passende Druckhöhe in den drei XYZ-Graden eine entscheidende Rolle. Damit kann die Anlage für einen Sensortyp alle Lötanwendungen an schwer zugänglichen Stellen abwickeln.

Das kompakte und frei programmierbare X-, Y- und Z-Achsensystem von Festo sorgt für genaue und schnelle Bewegungen zum Erreichen der hohen Arbeitsgeschwindigkeit. Die Positionierungsgenauigkeit von 0,1 mm mit Geschwindigkeitskontrolle kombiniert mit der programmierbaren Lötdrahtzuführung stellen eine sehr hohe Qualität der Lötpunkte sicher. Darüber hinaus gehören die Lötspitzenkalibrierung, eine integrierte Lötspitzenreinigung sowie die Farberkennung des Lötdrahts zur Ausstattung. Die Überwachung der Andruckkraft garantiert den optimalen Hitzkontakt am Lötpunkt. Ein Anti-Crash-Sensor bewahrt die Leiterplatte des Sensors im Gehäuse vor zu großem Andruck.

Die Lötzelle im Detail

Die Lötpunkte sind mit einer Zuführungsgenauigkeit von 0,1 mm sowie einer Geschwindigkeitskontrolle frei programmierbar. Die Lötspitze lässt sich individuell im Winkel mit definierter Anfahrgeschwindigkeit einstellen. Sie ist schnell in vier Richtungen zu verfahren, sodass eine Taktzeit von weniger als drei Sekunden pro Lötpunkt erreicht wird. Dabei verhindern aktive Sensoren eventuell mögliche Kollisionen. Auch die Vorschubgeschwindigkeit des Lots ist programmierbar. Der gesamte Lötprozess in der Zelle setzt sich aus Vorheizung, Lötzeit und Abkühlung zusammen.

Eine Reinigungsstation für die Lötspitze ist ebenso integriert wie ein Rauchabzug, die Farbkontrolle der Lotrolle und die kameragestützte Lötspitzenkontrolle. Optional ist die Zelle mit Stickstoff-Lötvorgang für bleifreies Lot oder mit einem Rauchabzug inklusive Filter erhältlich. Zur Reinigung der Lötspitze kommen rotierende Bürsten zum Einsatz. Eine zusätzliche Bewegung der Lötspitze für die Reinigung ist programmierbar. Der Reinigungsvorgang kann nach einer vorgegebenen Zeit oder Anzahl von Lötvorgängen erfolgen. Die Lötspitze lässt sich einfach austauschen. Auch hier kann zwischen einer vorgegebenen Zeit oder Anzahl von Lötvorgängen gewählt werden. Die Kalibrierung nach dem Austausch der Lötspitze erfolgt programmunterstützt.

Die Leiterplattenzuführung lässt sich je nach Kundenanforderung individuell ausführen. Dabei stehen Systeme für die In-Line- oder Off-Line-Nutzung mit Werkstückträgern, Einzelzuführung oder Palettenzuführung zur Verfügung. Die Selektivlötstation ist mit der TS 1 genannten proprietären Betriebssoftware ausgestattet. Sie ermöglicht deutlich schnellere und reduzierte Taktzeiten. Zudem sind alle Abläufe für den Bediener optimiert. Ein Ergebnis dieser Optimierung ist die Verringerung des Aufwands für die Programmierung der Lötvorgänge bei minimalem Zeitaufwand. Die einfache Handhabung erlaubt den Plug-and-play-Einsatz. Zudem ist die selektive Lötstation wartungsfreundlich und erfordert einen äußerst geringen Wartungsaufwand. IPTE gewährt auf alle Anlagen und Produkte weltweiten Service.

Flexibles Löten

Die Selektivlötstation wurde speziell für Lötaufgaben entwickelt, die Flexibilität bei gleichzeitig hoher Wiederholgenauigkeit erfordern. Eine besondere Herausforderung dabei ist die Bearbeitung bereits verbauter Platinen, die nun mit diesem System problemlos gelingt.