Netzteile mit flexibler Kühlung

Komponenten geraten zunehmend kleiner, leistungsstärker und energieeffizienter. Folglich können bei passendem Layout und entsprechender Designstrategie auch AC/DC-Wandler kleiner, leistungsstärker und energieeffizienter werden. Genau diese Strategie verfolgt das Entwicklungsteam des Stromversorgungsherstellers EOS Power in Mumbai/Indien, um so globale Benchmarks zu setzen und dabei die Standard-Footprints einzuhalten. Die Entwickler können diese neuen Open-Frame-Stromversorgungslösungen dann in ihre Geräte integrieren.

Trotz hoher Leistung bleiben die Netzteile der Serie (M)WLC550 ziemlich kühl. EOS Power

Im vergangenen Jahr stellte EOS Power zum Beispiel die (M)WLPs vor  – eine Serie besonders kleiner, konvektionsgekühlter offener Netzteile mit einer Leistung von 75 bis 350 W. Diese Netzteile gehören allesamt entweder zu den explizit kleinsten ihrer Leistungsklasse oder zumindest mit einer Leistungsdichte von bis zu 1,7 W/cm³ (28,1 W/in³) zu den kleinsten ihrer Leistungsklasse.

Jetzt folgt rund ein Jahr später das Netzteil (M)WLC550 – ein wiederum sehr kleines Gerät in diesem Leistungsbereich; es weist eine hohe Leistungsdichte von 1,5 W/cm³ (24 W/in³) auf und arbeitet mit einem hybriden, besonders flexiblen Kühlkonzept.

Bei Abmessungen von 7,62 × 12,7 × 3,81 cm³ (3 × 5 × 1,5 in³) beträgt die Gesamtleistung des (M)WLC 550 insgesamt 550 W, aber bis 250 W kommt dieser AC/DC-Adapter mit reiner Konduktionskühlung aus. In den höheren Leistungsbereichen kommen Konduktions- und Konvektionskühlung sowie zusätzliche forcierte Kühlung ins Spiel. Aufgrund der individuell hinzufügbaren Wäremeableitkapazität erhöht dies die Flexibilität beim Gerätedesign.

Konkret leistet das WLC konvektionsgekühlt bis zu 150 W, konduktionsgekühlt bis zu 250 W und maximal 550 W bei Einsatz eines Lüfters. Beim kombinierten Einsatz von Konvektionskühlung und Lüfter verringert sich die Wärmebelastung im  System, was die Lebensdauer aller verwendeten Komponenten erhöht.

Auch Versionen für Medizinelektronik

Mit ihrem Universaleingang (90 bis 264 V_AC, 47 bis 63 Hz) sind die Netzgeräte der Baureihe WLC550 weltweit einsetzbar, und auch der Gleichstrombetrieb ist bis 390 V_DC möglich. Wenn der Typenbezeichnung wie beim (M)WLC 550 ein „(M)“ voransteht, dann hat das Netzgerät eine medizintechnische Zulassung nach EN 60601-1 (3^rd edition 2x MoPP). Sowohl die hocheffizienten MWLPS als auch das neue MWLC entsprechen bereits den Vorgaben der kommenden 4. Edition für die EMC medizinischer Netzteile, die im April 2017 in Kraft treten wird. In der nicht-medizinischen Version verfügen alle Wandler über Zulassungen nach aktuellem ITE-Industriestandard. Je nach Typ liegt der Wirkungsgrad zwischen 90 und 93 %.

Der Überspannungsschutz sowie der Überstromschutz greifen bei über 110 % mit Hiccup-Mode und Auto-Recovery. Die zulässige Betriebstemperatur liegt zwischen -40 und +70 °C. Alle Geräte verfügen über eine CE-Kennzeichung sowie über einen CB-Report; hierauf setzen alle Länderspecs auf.

Eigene Technologieentwicklung

Dies alles spricht eine deutliche Sprache: EOS Power ist es offenkundig gelungen, sich von der verlängerten Werkbank  – unter anderem für die ehemaligen Kult-Netzgeräte des Apple Powerbook – sowie aus dem OEM-Geschäft für große amerikanische und asiatische Stromversorgungsanbieter wieder zum eigenständigen Technologieentwickler und Innovator seiner Branche zu entwickeln.

Bild 1: Blick in die Firmengeschichte. EOS Power feiert dieses
Jahr sein 25jähriges Bestehen.
Jahr sein 25jähriges Bestehen. EOS Power

Auch der Umsatz steigt seit 2011 jährlich zweistellig. Im laufenden Geschäftsjahr wird das Unternehmen erstmals die Grenze von 20 Millionen US-Dollar überspringen. EOS-Direktor Ralph Bischoff kommentiert die Situation folgendermaßen: „Wir haben eine ganz klare Strategie, und aus diesem Grund auch viel in unsere Entwicklungsabteilung investiert: Auf der einen Seite weiterhin OEM, aber auf der anderen Seite auch zunehmend Eigenentwicklungen mit klarem Alles-aus-einer-Hand-Konzept, um die Modifikationen unserer Serien schnell und effizient für unsere Kunden anpassen und produzieren zu können.“ Derzeit sind rund 30 % der weltweit eingesetzten Anwendungen der EOS-Wandler Standard-Netzteile. 70 % der ausgelieferten Geräte basieren auf Modifikationen.

Alles ist erlaubt

Was das EOS-Designteam dabei besonders auszeichnet, ist das Verbot von Denkverboten. Mit „geht nicht, gibt es nicht“ könnte man in etwa das Motto übersetzen, das Entwicklungsleiter Sanjay Pusalkar regelmäßig in der Projektbesprechung an sein 17-köpfiges Entwicklungsteam in der Hauptniederlassung des Unternehmens in der Metropole Mumbai ausgibt. Mit den Worten „small just got smaller“ (das kleine wurde gerade noch kleiner) kommt der Wille zur Innovation auch im jüngsten Marketing-Slogan des Unternehmens zum Tragen.

Oft geht es dabei um die entscheidenden, Details. So unterstützte das Team bei den WLPs vor kurzem einen Kunden, der in einem medizinischen Trainingsgerät eine gezielte zusätzliche Reduktion von Leckageströmen benötigte. Ein Kunde im LED-Bereich, der EOS Power als Stromversorgungspartner sehr frühzeitig ins Boot holte, konnte durch gezielte Umplatzierung einzelner Komponenten zusätzliche Kühlmaßnahmen vermeiden.

Power aus Indien

500 Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen arbeiten insgesamt bei EOS Power weltweit; die meisten in einer Sonderwirtschaftszone in Mumbai. Von dort aus lassen sich ohne Importbeschränkungen problemlos alle international verfügbaren Komponenten auf dem neuesten Stand beziehen und die Netzgeräte für den globalen Markt zur Verfügung stellen. Entwicklungsleiter Sanjay Pusalkar war vor seiner Rückkehr zu EOS vor einigen Jahren bei einem der Marktführer auf dem indischen Binnenmarkt für Stromversorgungslösungen als Produktionsleiter tätig. Er schätzt die aktuelle Situation so ein: In Indien bleibt man ein großer Fisch in einem kleinen Teich. EOS ist für ihn ein (noch) eher kleiner Fisch in einem großen globalen Teich, der nun viel Raum zum Wachsen hat und im globalen High-Tech-Umfeld mit hoher Designkreativität neue Impulse setzen kann. Die leistungsstarken (M)WLPs mit ihren Standard-Formfaktoren  von 1 Zoll bei deutlich höherer Energiedichte haben diesbezüglich klare Zeichen gesetzt.

Bild 2: Sanjay Pusalkar und sein Entwicklungsteam beweisen, dass es in Indien nicht nur IT sondern auch viele erfahrene Analog-Experten gibt. EOS Power

Dabei gleicht die Situation in Indien der in Europa: Stromversorgungen gelten oft als analog, old-fashioned und nicht allzu kreativ. Die meisten Studierenden drängen in die Bereiche IT und Digitaltechnik, doch es gibt zahlreiche gute Lehrstühle sowie entsprechend hervorragenden Ingenieurs- und Technikernachwuchs, sind sich Sanjay Pusalkar und Vijay Gujarathi, Geschäftsführer von EOS Power einig. Vijay Gujarathi nahm vor kurzem für die Leistungen des Unternehmens den höchsten indischen „National Quality Award“ für „Large Scale Industrial Manufacturing Electrical & Electronic“ in Empfang.

EOS Power hat indisch-deutsche Wurzeln sowie weltweite Präsenz, und ein Netz namhafter Distributoren weltweit hat die EOS-Netzgeräte im Portfolio. Eigene Vertriebsbüros in Deutschland, UK und den USA sorgen für zusätzliche Präsenz in den wichtigsten Märkten. Die Produkte von EOS versorgen die Energieversorgung anspruchsvoller Anwendungen in den Marktsegmenten Medizin, Computertechnik, Netzwerktechnik und Industrie. Zu den Applikationen von Netzgeräten aus dem Hause EOS gehören unter anderem medizinische Zentrifugen, ultrakleine  Sicherheitsantennen, Dialysegeräte, Smart-Grid-Technologie, CT-Scanner und LED-Beleuchtungssysteme.

In Kürze feiert EOS Power sein 25jähriges Bestehen. Eine ganze Reihe von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sind bereits von Anfang an dabei und haben den Weg vom indisch-amerikanischen über das amerikanisch-indisch-deutsche bis zum heutigen deutsch-indischen mittelständischen Unternehmen im alleinigen Besitz der deutschen Unternehmerfamilie Bischoff mit all seinen Herausforderungen und Erfolgen miterlebt. Neben Schulungs- und Weiterbildungsprogrammen bietet das Unternehmen Zusatzleistungen sowie gemeinsame Aktivitäten auch außerhalb des Arbeitsalltags. Dies führt zu einer hohen Bindung der Mitarbeiter an das Unternehmen. Auch in den technisch qualifizierten Ebenen sind rund drei Viertel der Beschäftigten Frauen.

Bild 3: Kleinere Komponenten – mehr Energie: Leistungsdichte-Anstieg am Beispiel der AC/DC-Wandler von EOS. EOS Power

Zwei Mal in seiner Geschichte musste sich das Unternehmen quasi neu erfinden; heute ist EOS erfolgreicher als je zuvor. Erst vor wenigen Wochen nahm das Unternehmen eine neue, 800.000 US-Dollar teure, hochautomatisierte Produktionslinie in Betrieb, um auch nun in hohen Stückzahlen und mit hoher  Präzision die Eigenentwicklungen für anspruchsvolle Applikationen auf den Markt bringen zu können. Auch dabei lag der Fokus auf Flexibilität sowie auf einer unmittelbaren Steigerung der Produktionskapazität um 50 % – und zwar bei Produkten, die hohe Präzision und entsprechend aufwendiges Qualitätsmanagement erfordern.

Auf dem Weg zur Lean-Factory

Für EOS bedeutet dies zudem einen weiteren Schritt zur Lean Factory. Die Fertigungskapazität erhöht sich damit um 3500 Netzgeräte pro Tag auf insgesamt 10.500 Geräte pro Tag. Im Januar nahm eine neue SMT-Anlage des Typs XPF-L von Fuji ihren Betrieb auf, und im April folgte ein EMST-Wellenlöter. Eine automatische Lötkontrolle und ein automatisiertes optisches Prüfsystem aus Korea komplettieren die Linie. Sämtliche Lötprozesse erfolgen bleilos und rückflussoptimiert. Ein lückenloses Rückverfolgbarkeitssystem begleitet den gesamten Prozess von IQC über MT, Wellenlöten, Pretest-Burnin/out bis zum finalen Test, Scan und der Ausgangskontrolle.

Bild 4: Die 120-W-Wandler von EOS wurden im Laufe der Zeit immer kleiner. EOS Power

Herz der neuen Anlage sind die flexiblen und schnellen Hochleistungs-Bedruckungs- und Bestückungsanlagen von Fuji. Der Drucker verfügt über drei hochpräzise Drucklinien und eine Standardkapazität von 20 s bei 14 cm breiten Panels und vier Boards pro Panel. Dies ergibt eine Kapaziatät von insgesamt 3654 Boards pro Schicht. Der neue Bestücker setzt im Pick-and-Place-Verfahren 21.800 Komponenten pro Stunde mit einer Genauigkeit von 0,03 mm auf die Platinen; das sind maximal 122.625 Bauteile pro Schicht. Dabei ermöglicht das Gerät einen fliegenden Wechsel von hohen zu geringen Stückzahlen. Die XPF-Bestücker sind die ersten Anlagen weltweit, die ihren Bestückungskopf während des Prozesses austauschen können – inklusive Beleimungskopf.

EOS’ Chief Operations Officer Vijay Gujarathi und Director Ralph Bischoff sehen in der neuen Anlage einen wichtigen Schritt, um im Bereich High-Mix bei kleinen und mittleren Stückzahlen noch erfolgreicher und flexibler zu sein. Ralph Bischoff erklärt das so: „Unser oberstes Ziel ist und bleibt die Power-Progression; dabei geht es darum, noch mehr Leistung und Energiedichte auf die bekannten und bewährten AC/DC-Footprints zu bekommen. Unser wichtigster Erfolgsbaustein hierbei sind unsere hochqualifizierten Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen im Werk und in den Märkten. Die genannten neuen Produkte sowie die prozessbezogenen Ergebnisse unseres Kaizen-Prozesses beweisen dies regelmäßig aufs Neue.“ Er betont, dass weitere Benchmarks in Sachen Energiedichte, Qualitätsmanagement und Garantiebedingungen „in Arbeit“ sind.

(av)