Gleitschieber-Ventil mit Top-Mounted Stellungsregler.

Gleitschieber-Ventil mit Top-Mounted Stellungsregler. Schubert & Salzer

Das Unternehmen Schubert & Salzer Control Systems aus Ingolstadt entwickelt, fertigt und vertreibt hochpräzise Regelventile für den industriellen Einsatz. Diese kommen dort zur Anwendung, wo flüssige, dampf- und gasförmige Medien in verfahrenstechnischen Prozessen geregelt werden müssen. Mit der Entwicklung der Gleitschieberventile machte sich das Unternehmen einen Namen. Sie sind präzise, schnell und wirtschaftlich, egal ob bei -200°C, unter hohem Druck oder in aggressiven Umgebungen. Für die unterschiedlichen Gleitschieber-Ventile hat man äußerst robuste und vibrationsunempfindliche Stellungsregler entwickelt, die das präzise Ansteuern und Positionieren der pneumatisch gesteuerten Stellantriebe der Ventile übernehmen. Der digitale Stellungsregler 8049-Ex ist für den Betrieb in Anlagen und Bereichen geeignet, in denen explosionsfähige Atmosphären auftreten können. Wichtige Komponenten der Elektronik wurden in Kooperationen mit spezialisierten Dienstleistern realisiert. Das Beispiel gibt einen Einblick in die Komplexität und Tiefe der Kooperation mit dem externen E2MS-Dienstleister SMT & Hybrid aus Dresden.

Elektronikfertiger + Entwicklungspartner

Im digitalen Stellungsregler 8049-Ex steckt eine hochkomplizierte und komplexe Elektronik. Für dessen Entwicklung und Serienfertigung war das Ingolstädter Unternehmen auf der Suche nach einem kompetenten und zuverlässigen Partner. Der Leiter Einkauf und Logistik, Alwin Berger, erläutert, „Wichtig war uns, die Positionselektronik unseres Stellungsreglers so zu entwickeln, dass sie auch für eine störungsfreie Serienfertigung geeignet ist. Hier hat uns die methodische Herangehensweise von SMT & Hybrid beeindruckt“, so Berger. “Sie haben da einen internen Prozess entwickelt, den sie EMS-Preflight Methode nennen und der die Fertigung von elektronischen Komponenten von Beginn an seriensicher macht.“ Der Leiter Technologie bei SMT & Hybrid, Thomas Schönfeld, erklärt, was sich hinter diesem Prozess verbirgt: „Wir wollen die Fertigung elektronischer Baugruppen bestmöglich in Serie bringen. Deshalb prüfen wir mit unserer EMS-Preflight-Methode noch vor der Angebotserstellung die wesentlichen Schlüsselfaktoren der Baugruppenfertigung und bringen sie in sinnvolle Zusammenhänge. Damit ist ein Prozess geschaffen, der die Entwicklung und Produktion in besonderer Weise seriensicher macht. Jeder weiß, dass Entwicklung und Fertigung von elektronischen Baugruppen von Anfang an eng verzahnt sind. Deshalb haben wir die zukünftige Fertigung der Elektronik des 8049-Ex diesem Prozess unterzogen und unter konkreten Serienbedingungen simuliert. Ziel war es, sie in ein seriensicheres Baugruppen-Design zu übersetzen. Die Ergebnisse zeigen, dass uns das gelungen ist.“

Der entwickelte Stellungsregler mit Ex-Zulassung.

Der entwickelte Stellungsregler mit Ex-Zulassung. Schubert & Salzer

Herausforderung selektives Kleben

Beim Reflow-Löten der Platine neigen die zuvor bestückten langen und hohen einreihigen Steckverbinder wegen der Verwirbelungen der Luft im Reflow-Ofen zum Wegbewegen von ihrer eigentlichen Position. Dieses Problem haben wir durch Inline-Dispensen von Klebstoff gelöst. Klingt auf den ersten Blick einfach, ist es aber nicht. Der Kleber muss exakt und entsprechend der Taktzeit in hoher Geschwindigkeit positioniert werden. Gleichzeitig muss er auch etwas aufgetürmt werden, um den Spalt von etwa 2 mm zwischen Leiterplatte und Steckverbindergehäuse zu überbrücken. Dabei darf der Kleber nicht unkontrolliert breit laufen, weil sonst die Kontaktbereiche des Steckverbinders kontaminiert werden. Deshalb wurde der Klebstoff umfangreichen Tests unterzogen, bevor er zum Einsatz kam. Für den Auftrag des Klebers setzt SMT & Hybrid einen flexibel rüstbaren Jet-Ventil Dispens-Roboter von Nordson Asymtec ein. Dieser Dispenser appliziert programmgesteuert über eine Präzisionsdüse kleine und kleinste Klebstoff-Tropfen in schneller Abfolge wiederholgenau auf die Bereiche der Baugruppe, an denen später die zu fixierenden Bauteile bestückt werden. Dieses Verfahren für das selektive Kleben eliminiert die Prozessnachteile und kommerzielle Risiken traditioneller Klebstoff-Dosiersysteme, wie sie etwa beim Klebstoffauftrag via Schablone auftreten und reduziert somit zudem die Prozesskosten.

EMS-Preflight-Methode

SMT & Hybrid denkt ihre Produktelektronik konsequent von der Serienfertigung her. Elektronische Baugruppen und Geräte sind die zentralen Steuerungsinstrumente ihres Produktes. Mit EMS-Preflight wurde ein Prozess geschaffen, der die Entwicklung und Fertigung dieser Produktelektronik in besonderer Weise seriensicher macht.“

Verlässlicher Schutz vor Umwelteinflüssen

Die Reglerplatine für Gleitschieberventil in der Frontalansicht.

Die Reglerplatine für Gleitschieberventil in der Frontalansicht. SMT & Hybrid

Als eine weitere Herausforderung beschreibt Schönfeld den Verguss der Baugruppe, der in diesem Fall den Anforderungen der europäischen ATEX-Produktrichtlinie auf dem Gebiet des Explosionsschutzes genügen muss. ATEX verlangt den sicheren Schutz der Bauteile, von denen eine Zündgefahr ausgehen könnte. „Wir haben diese Bereiche selektiv und exakt mit einer Einkomponenten-Silikonmasse vergossen. Das energieabsorbierende Silikon bietet neben der elektronischen Isolation auch Schutz vor Vibrationen und mechanischem Schock. Beim Verguss ist auf eine hohe Konturschärfe zu benachbarten Bauteile zu achten. Das haben wir durch den Einsatz von passgenau gefertigten Rahmen aus Teflon erreicht. Als ziemlich schwierig hatte sich die Auswahl eines geeigneten Materials für einen blasenfreien und serientauglichen Verguss herausgestellt. Bereits im Entwicklungsprozess der Baugruppe haben wir dieses Problem thematisiert. Nach umfangreichen Tests wurde eine Vergussmasse bestimmt, die auch rheologisch den geforderten Ansprüchen genügte. Sie lässt sich blasenfrei applizieren ohne dabei zwischen Leiterplatten-Oberfläche und Teflonrahmen hindurchzufließen.“

Die Reglerplatine nach dem  Verguss.

Die Reglerplatine nach dem Verguss. SMT & Hybrid

Alwin Berger verweist noch auf ein Beispiel, das auch dank der Stellungsregler-Elektronik die Präzision der Gleitschieber-Ventile dokumentiert und darüber hinaus einen interessanten Bezug zur Elektronikbranche hat. „Das Chemieunternehmen PVS Chemicals Belgium produziert unter anderem ultrareine und verdünnte Schwefelsäure. In den Verdünnungsprozessen entstehen exakt definierte Konzentrationen mit nur   ± 0,02 % Toleranz. Es gibt Prozessparameter, wo die Regelventile von Schubert & Salzer Konzentrationsschwankungen im Zulauf zwischen 0 und 2 % und dann wieder zwischen 0 und 80 % mit geringstmöglicher Verzögerung ausgleichen müssen. Die verdünnte Schwefelsäure, deren Verunreinigung nur noch im ppt Bereich (parts per trillion) liegt, wird für das Ätzen von Leiterplatten für die Elektronikindustrie eingesetzt. Dies ermöglicht, die einzelnen Leiterbahnen noch enger aneinander zu legen und die Miniaturisierung von Elektronikartikeln weiter voranzutreiben. Somit hat die Arbeit unserer Ventile auch einen indirekten Einfluss auf die Branche unseres Elektronik-Dienstleisters“, resümiert Berger.