Flexibel auf ganzer Linie

An den Produktionsstandorten Hameln und Osnabrück fertigt Elster Kromschröder seine Systeme in einer reinen Inhouse-Fertigung. Daher kann der Hersteller sämtliche produktionstechnische Aspekte bereits in der Produktentwicklung berücksichtigen. Dies betrifft die Verwendung einseitig bestückter Leiterplatten genauso wie bestimmte Bauteilgrößen und deren Formen oder Abmessungen. So kommen beispielsweise keine BGAs oder andere Gehäusetypen zum Einsatz, die höhere Kosten oder Mehraufwand in der anschließenden Kontrolle bedeuten würden. „Aus dem gleichen Grunde lassen wir auch Nullserien oder Prototypen über die Linie laufen, und erhalten damit frühzeitig Aussagen über potentielle Fertigungsprobleme. Dieser Einsatz liefert einen umfassenden Überblick über Vollständigkeit und Richtigkeit der verwendeten Bauteildefinitionen, und liefert darüber hinaus sehr schnell realistische Aussagen über zu erwartende Probleme in der Serienfertigung“, erläutert Thomas Otte, Projektleiter für das Werk Hameln.

Thomas Otte von Elster Kromschröder ist zufrieden mit der iFlex-Bestückplattform.Assembléon

So kommen Passivbauteile ab der Bauteilgröße 0402 zum Einsatz, ebenso wie elektromechanische Bauteile mit großer Höhe und auch lange Steckleisten. Außerdem sind für Snap-in-Bauteile genau definierte Einpresskräfte nötig. Als Zuführungsmedien finden Trays (auch in Sonderformaten) und Gurte in allen gängigen Größen von 8 mm bis hin zu 56 mm Breite Anwendung. Die Maxmalhöhe der verwendeten Bauteile beträgt aktuell 25,4 mm. Diese größeren Bauteile sind bedrahtete Komponenten wie Stecker, Drehimpulsgeber, Potentiometer, Relais, Taster oder Antennenbuchsen. Solche Bauteile werden heute meist noch per Hand montiert, in Zukunft sollen sie aber auch in die automatische Bestückung eingebunden werden.

Entscheidende Auswahlkriterien

Um den Durchsatz weiter erhöhen zu können, machten sich die Fertigungsleiter auf die Suche nach zusätzlichen Bestückungsanlagen. Die Auswahlkriterien orientierte sich vor allem an folgenden Kriterien und Anforderungen: Flexibler Anlageneinsatz für die Verarbeitung kleiner Lose bei gleichzeitig großer Produktvielfalt: Dabei sollten die Bestückungsautomaten möglichst viele Bauteiltypen vorhalten können, damit eine Umstellung zwischen unterschiedlichen Produkten beziehungsweise Rüstfamilien möglichst selten einen Austausch der Feeder- oder Tray-Zuführungen erforderlich macht. Zudem sollten die Bestückautomaten auch Sonderbauteile wie Steckverbinder, Taster, GSM-Module, Drehschalter, Potentiometer oder ähnliche elektromechanische Bauteile verarbeiten können. Hierfür sind entsprechende Greifer und Düsen nötig, gegebenenfalls auch in Sonderformaten. Auch rückten besondere Maschinenfähigkeiten wie die Möglichkeit einer Bestückung von bedrahteten Bauelementen (THT, Pin-in-Paste) mit größerer Bauhöhe ins Visier, ebenso wie genau definierte und vorgegebene Kräfte für die Bestückung von Snap-in-Bauteilen um Beschädigungen von Bauteilen und der Leiterplatte zu vermeiden.

Gewünscht wurde zudem eine vielseitig kompatible Software für die Erstellung von Bestückungsprogrammen, für die Simulation und Optimierung von Bestückungsläufen und für die Vernetzung der Maschinen mit übergeordneten Lösungen für Fertigungsverwaltung und Warenwirtschaft: Hier geht es um die Nutzung einer gemeinsamen Softwareplattform, unter der sich neben den neuen Anlagen auch bestehende ältere Systeme einbinden lassen.

iFlex-Bestückplattform unter die Lupe

Die Wahl fiel schließlich auf die iFlex-Bestückautomaten von Assembléon. Im letzten Jahr hat Elster Kromschröder in sechs solcher Systeme für seine Fertigungsstandorte Hameln und Osnabrück investiert, die in zwei der bestehenden Fertigungslinien integriert wurden. Beide Linien sind für hohe Flexibilität optimiert, also für eine schnelle Umstellung zwischen den zu fertigenden Produkten, wobei Bestückungsautomaten verschiedener Hersteller ihre Dienste verrichten. Die Baugruppen werden im Nutzen bestückt: Eine Nutzen-Baugruppe im Maximalformat von 250 mm x 350 mm besteht aus bis zu 18 einzelnen Baugruppen. Die Fertigungslinie in Hameln produziert monatlich bis zu 40.000 Einzelbaugruppen mit jeweils ca. 100 Bauteilen. Hier werden etwa 280 verschiedene Produkte in Losgrößen ab 20 gefertigt. Die Fertigungslinie in Osnabrück ist für größere Lose und ein Volumen von 80.000 pro Monat ausgelegt. Auf den Leiterkarten befinden sich dabei im Mittel je 200 Bauteile, wobei man auch hier ähnlich viele unterschiedliche Produkte produziert.

Nach der Auswahlphase entschied man sich für Bestückungsautomaten des Herstellers Assembléon. Im Werk Hameln wurden drei hintereinandergeschaltete iFlex-Bestückungsautomaten installiert, zwei Module vom Typ T2 und ein Modul vom Typ H1. Im Werk Osnabrück arbeiten drei hintereinandergeschaltete iFlex-T2-Einheiten. Das Modul iFlex T2 enthält je zwei Bestückköpfe, arbeitet mit Gurtzuführungen und bietet eine Bestückleistung von bis zu 24.300 BE/h. Es verfügt standardmäßig über 64 Feederpositionen, die auf zwei jeweils an der Vorder- und Rückseite des Moduls angedockte Wechselwagen aufgeteilt sind. Bei den im Werk Hameln eingesetzten iFlex-T2-Modulen kommen an vielen Feederpositionen so genannte Twin-Tape-Feeder zum Einsatz, mit denen sich eine 8-mm-Feederposition für jeweils zwei Bauteil-Rollen mit einer Breite von 8 mm nutzen lässt. Dies ermöglicht eine Doppelbelegung der Stellplätze, so dass ein einzelnes iFlex-T2-Modul dann bis zu 128 unterschiedliche Bauteile vorhalten kann. So wird bei einem Produktwechsel seltener ein Umrüstvorgang notwendig.

Das iFlex-H1-Modul hat nur einen Bestückkopf und bietet eine Bestückleistung von maximal 7.100 BE/h und kann neben Standardfeedern auch Trays nutzen und Komponenten mit einer genau definierten Kraft zwischen 4 und 40 N bestücken. Als Besonderheit lässt sich an diesem Modul außerdem ein sogenannter Traywechlser einsetzen, der im laufenden Betrieb die Bauteiltrays automatisch wechselt und damit mehrere unterschiedliche auf Trays angelieferte Bauteile parallel verarbeiten kann. Das iFlex-H1-Modul im Werk Hameln ist mit einem automatischen Traywechsler ausgestattet und bietet damit ein höheres Maß an Flexibilität durch eine Verminderung der Umrüstvorgänge.

Neben den Bestückautomaten wurde in den Werken auch eine neue anlagenübergreifende Programmierplattform des Herstellers Mentor Graphics/Valor installiert. Diese Software bietet eine einheitliche Bedieneroberfläche für viele Bestückautomaten unterschiedlicher Hersteller. Sie unterstützt zahlreiche CAD-Datenformate und enthält ein Produktionsplanungsmodul mit Lageranbindung sowie ein eigenes Datenbanksystem. Mit dieser Lösung lassen sich Bestückungsprogramme für Bestückautomaten verschiedener Hersteller unter einer gemeinsamen, einheitlichen Bedieneroberfläche generieren, simulieren und optimieren.

Service- und Wartungskonzept

Zur dauerhaften Sicherung der geplanten Produktivität und Bestückungsqualität ist neben der Maschinen-Hard- und -Software auch eine Wartungs-Infrastruktur erforderlich, weshalb Thomas Otte anmerkt: „Wie in der Anlagendokumentation gefordert, führen wir eine regelmäßige, präventive Betriebsmittelwartung durch. Daneben haben wir einen Wartungsvertrag mit Assembléon abgeschlossen, in dessen Rahmen der Hersteller einmal im Jahr eine Inspektion und Kalibrierung der Anlage durchführt.“ Dieser Wartungsvertrag spezifiziert für außerplanmäßige Probleme eine bestimmte Reaktionszeit, innerhalb derer der Hersteller einen Techniker schickt. Außerdem umfasst er auch ein Ersatzteilpaket vor Ort mit einer Auswahl der wichtigsten Ersatzteile entsprechend den Empfehlungen des Herstellers. „Da das Assembléon-Stammwerk in Holland liegt und nicht weit von uns entfernt ist, können wir damit rechnen, immer kurzfristigen Zugriff auf Ersatzteile bzw. Servicetechniker des Herstellers zu haben. Besonders vorteilhaft war dieser direkte Zugang zum Anlagenhersteller in der Phase der Inbetriebnahme, in der die räumliche Nähe zum Stammwerk des Systemherstellers einige Male eine schnelle Problemlösung ermöglichte, „ ergänzt Olaf Kosin, Segmentleiter für den Bereich Elektronik in den Werken in Osnabück und Hameln. Über den vom Hersteller mit knapp 40 Stunden pro Jahr spezifizierten Wartungsaufwand für ein System lässt sich nach knapp sechs Monaten Systembetrieb zwar noch nicht viel sagen, Thomas Otte bemerkte aber, dass er innerhalb der bisherigen Betriebszeit weniger als 20 Stunden Arbeit dafür hat aufbringen müssen.

Die Installation der Bestückungsanlagen im Werk Hameln begann Ende Oktober 2014. Dafür wurde die Fertigungslinie dort für eine Woche stillgelegt. Nach zwei Wochen waren auch alle anderen Änderungen an der Fertigungslinie abgeschlossen, sodass der Betrieb wieder anlaufen konnte. Dies war nur möglich, weil man schon zuvor Erfahrungen mit Assembléon-Maschinen hatte, und mit den Applikations- und Servicespezialisten von Assembléon seit langem gut zusammenarbeitete. Außerdem hatten die Mitarbeiter im Werk bereits langjährige Erfahrung mit SMT-Bestückung und absolvierten vor der Installation der neuen Maschinen ein zweiwöchiges Schulungsprogramm für Programmierung, Bedienung und Wartung.

Im Zuge der Inbetriebnahme der Assembléon-Maschinen wurden sämtliche auf der Linie verwendeten Bestückungsprogramme neu generiert. Dies betraf im Werk Hameln 170 Bestückungsprogramme, die nach der Neu-Generierung schrittweise an den neuen Anlagen eingeführt wurden, sowie auch die Umstellung der Bestückungsprogramme für schon vorhandene Bestückungsanlagen anderer Hersteller. Dank enger Zusammenarbeit und Abstimmung mit Assembléon und dem Software-Lieferanten konnte man einen Terminplan für Installation und Inbetriebnahme der Software und der Bestückungsanlagen erstellen, der anschließend erfolgreich und fast tagesgenau implementiert wurde.

(mrc)