Flexibilität im Vorheizbereich wird mit Konvektion und Pulsarstrahlern erreicht und die Prozesssicherheit im Lötbereich mit der automatischen Düsenhöhenverstellung.

(Bild: Heike Schlessmann, SEHO Systems)

| von Heike Schlessmann

Was im Jahr 1900 als „optisches, mechanisches und elektrotechnisches Institut“ unter der Leitung von Ernst Buchner begann, ist heute ein führender Anbieter von Lösungen für die Mensch-Maschine-Kommunikation. Am Stammsitz der Rafi-Gruppe in Berg bei Ravensburg trifft schwäbische Bodenständigkeit und Zuverlässigkeit auf Innovationen.

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Am Stammsitz von Rafi in Berg trifft schwäbische Bodenständigkeit auf internationale Innovationen, wenn es um Lösungen für die Mensch-Maschine-Kommunikation geht. RAFI

Modernste Anlagentechnik

Qualität und Zuverlässigkeit sind die Hauptkriterien an das Produktportfolio, das die Bereiche Komponenten, Systeme HMI und EMS umfasst. So sollte immer die modernste Anlagentechnik bei Neuinvestitionen in Betracht gezogen werden, um flexible Fertigungsabläufe zu ermöglichen. Beim Lötprozess setzt das Unternehmen auf die technologische Kompetenz von Seho Systems, Kreuzwertheim.

„Bei der Anschaffung von neuem Fertigungsequipment stehen für uns verschiedene Faktoren im Vordergrund“, erläutert Romano Reising, Prozesstechnologe im Geschäftsbereich Elektronik bei Rafi. „Neben einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit mit unseren Lieferanten sind für uns vor allem Ideen ausschlaggebend, die uns dabei unterstützen, unsere Fertigungsprozesse noch weiter zu optimieren.“ Dies spiegelt sich auch in der kürzlich in Berg installierten Wellenlötanlage MWS 2340 von Seho wider. „Die neuesten Features der Anlage hatten wir schon vor der offiziellen Markteinführung bei uns in der Fertigung“, erklärt Reising. Mit ihrem modularen Konzept bietet diese Wellenlötanlage maximale Flexibilität und punktet vor allem durch einen hohen Automatisierungsgrad und viele Funktionen zur Überwachung und Kontrolle des Lötprozesses.

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Romano Reising, Prozesstechnologe bei Rafi (li) und Alexander Riedel, Key Account Manager bei Seho (re) sind bei der Umsetzung neuer Ideen ein eingespieltes Team. Heike Schlessmann, SEHO Systems

Mensch-Maschine-Kommunikation

Rafi ist ein innovativer Hersteller von Touchscreen-Systemen, elektromechanischen Bauelementen und Elektronik für die Mensch-Maschine-Kommunikation. Das im Jahr 1900 gegründete Unternehmen mit rund 2.500 Mitarbeitern ist laut eigenen Angaben einer der führenden Anbieter in der Mensch-Maschine Kommunikation. Rafi-Produkte werden in Automation und Medizintechnik, im Maschinen- und Anlagenbau, in Straßen- und Schienenfahrzeugen, in Haushaltsgeräten sowie in der Telekommunikation eingesetzt. Die Gruppe agiert weltweit  an Standorten in Deutschland, Europa, China und USA. Der Hauptsitz der Firmengruppe befindet sich in Berg bei Ravensburg.

Der Fluxerbereich ist mit einem Sprühfluxer mit HVLP-Technologie (High Volume – Low Pressure) ausgestattet, der ein homogenes Sprühbild beim Flussmittelauftrag ermöglicht. Die Baugruppen-Abmessungen sind dabei individuell programmierbar, was einerseits die Umwelt entlastet und andererseits die Kosten durch den geringeren Flussmittelverbrauch nachhaltig senkt. Um den hohen Qualitätsanspruch zu erfüllen, ist zusätzlich eine Flussmittelmengenüberwachung integriert, die während des Flussmittelauftrags den jeweiligen Durchfluss ermittelt und im Fehlerfall eine entsprechende Meldung ausgibt. Alle Werte werden dafür auch in der Betriebsdatenerfassung dokumentiert. „Der korrekte Flussmittelauftrag ist essenziell für die Qualität einer Lötstelle“, erläutert Romano Reising. „Mit der Mengenüberwachung können wir auch Jahre später noch alle Parameter einer hergestellten Baugruppe bis ins Detail nachweisen.“

Ein breites Produktspektrum unterschiedlichster Baugruppen

Auf der neuen Linie wird bei Rafi im 3- Schicht-Betrieb ein breites Produktspektrum an diversen Baugruppen für die Medizintechnik, den Automotivebereich und die Telekommunikation produziert. Einzelne Produkte können inklusive Lötrahmen bis zu 10 kg wiegen, was einen entsprechend hohen Wärmebedarf mit sich bringt. Flexibilität der Anlagentechnik ist hier ein absolutes Muss.

Trotz ihrer kompakten Abmessungen verfügt die Wellenlötanlage über eine 3.300 mm lange Vorheizstrecke. Der individuell konfigurierbare Vorheizbereich besteht aus einer Konvektions-Vorheizzone, die für eine gleichmäßige Durchwärmung der Baugruppen sorgt. Die geforderte Flexibilität wird durch die anschließenden acht Pulsar-Vorheizzonen erreicht. Die neuen Emitter kombinieren die Vorteile von herkömmlichen Quarz- und Infrarotstrahlern und haben eine hohe Energiedichte. Ein besonderer Pluspunkt ist der hohe Wirkungsgrad, der durch die enorme Reaktionsgeschwindigkeit der Pulsarstrahler in Kombination mit einer exakten Streckenüberwachung und der individuellen Ansteuerung der Heizungen erreicht wird. Bei diesem Vorheizkonzept werden einzelne Strahler anstelle von ganzen Vorheizsegmenten aktiviert. Hierdurch kann jedes Produkt individuell mit genau der Menge an Wärmeenergie beaufschlagt werden, die für den Prozess benötigt wird, ohne Taktzeit einzubüßen. Eine solche Mix-Fertigung, auch mit Baugruppen mit sehr unterschiedlichen thermischen Anforderungen, und High-Volume-Produktion schließen sich damit nicht länger gegenseitig aus. „Auf den älteren Anlagen haben wir mit einer Transportgeschwindigkeit von 120 cm/min. produziert und trotzdem war es bei einigen Baugruppen eine Herausforderung, genügend Wärme in das Produkt zu bekommen“, so Romano Reising. „Mit dem neuen Vorheizkonzept fahren wir eine Geschwindigkeit von 140 cm/min., sind noch lange nicht am Limit und haben noch genügend Spielraum, beispielsweise für Hochleistungselektronik.“

Prozesssicherheit dank Düsenhöhenverstellung

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Das moderne Wellenlötsystem bietet flexible Konfigurationsmöglichkeiten und Funktionen zur automatischen Prozesskontrolle. SEHO Systems

In der Elektronikfertigung bei Rafi ist abhängig vom jeweiligen Produkt die Verwendung von Lötmasken erforderlich. Die Maskenausschnitte variieren hier zwischen 5 mm und 10 mm. „Da war es manchmal schon sportlich, wirklich gute Lötstellen zu bekommen“, erklärt Reising. Der Lötbereich der neuen Anlage ist mit zwei Lötdüsen ausgestattet, die turbulente Wellen erzeugen und damit für eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte einsetzbar sind. Bemerkenswert ist hier die automatische Düsenhöhenverstellung, mit welcher die Lötdüsen einzeln programmiert und über eine Distanz von 20 mm in der Höhe verstellt werden können, um produktabhängig den optimalen Abstand zwischen Leiterplatte und Lötdüse einzustellen. Sie schafft damit Unabhängigkeit vom Werkstückträgerdesign, ohne sich auf die Taktzeit auszuwirken.

„Die automatische Düsenhöhenverstellung bietet zusätzliche Prozesssicherheit und eine höhere Produktqualität, da alle Lötstellen sicher benetzt werden und ein definierter Lotabriss möglich ist“, erläutert Alexander Riedel, Key Account Manager bei Seho Systems. Romano Reising ergänzt: „Aktuell haben wir unsere Lötprogramme für die verschiedenen Produkte so angelegt, dass die Pulsarstrahler individuell programmiert werden, abhängig vom jeweiligen Wärmebedarf der Baugruppen. Die Düsenhöhe wird zwischen 3 mm und 4 mm verstellt, und zwar absolut reproduzierbar, selbst nach einer Wartung. Wie bei der Vorheizleistung haben wir auch bei der Düsenhöhenverstellung noch reichlich Reserven und sind für neue Anwendungen gut aufgestellt.“

In die neue Wellenlötanlage MWS wurden noch weitere Funktionen integriert, die vor allem ein Erhöhen der Prozesssicherheit zum Ziel haben. Hierzu gehört auch die Stabilität der Stickstoffatmosphäre in der Anlage. Stickstoff bietet im Wellenlötprozess mehrere Vorteile, allen vo-ran die höhere Benetzungsaktivität, die letztlich für die Qualität der Lötstellen ausschlaggebend ist. Für eine stabile Stickstoffatmosphäre sorgt die aktive Regelung der Absaugung am Einlauf und Auslauf der Anlage. Unsymmetrische Luftströmungen im Tunnel werden ausgeglichen, wobei das System automatisch auf sich verändernde äußere Einflüsse reagiert.
„Unserer Erfahrung nach erzielen wir bei einem Wert von 350 bis 400 ppm Restsauerstoff die besten Ergebnisse“, erläutert Romano Reising. Um diesen Zielwert konstant zu gewährleisten, wurde ein Management für geregelte Luftbeimischung in die Anlage integriert. Der Restsauerstoff wird hierbei permanent gemessen und bei Bedarf gezielt auf das gewünschte Niveau angehoben.

„Ein nach wie vor häufig auftretendes Phänomen bei der Fertigung elektronischer Baugruppen sind Lotperlen“, merkt Alexander Riedel an. Lotperlen können sich im späteren Betrieb der Baugruppe lösen und zu Kurzschlüssen führen. Speziell hier gilt also Fehlervermeidung vor Fehlerbeseitigung. Abhängig von der Applikation kann eine zu gute Stickstoffatmosphäre während des Lötprozesses die Entstehung von Lotperlen begünstigen. „Unserer Erfahrung nach erzielen wir bei einem Wert von 350 bis 400 ppm Restsauerstoff die besten Ergebnisse“, erläutert Romano Reising. Um diesen Zielwert konstant zu gewährleisten, wurde ein Management für geregelte Luftbeimischung in die Anlage integriert. Der Restsauerstoff wird hierbei permanent gemessen und bei Bedarf gezielt auf das gewünschte Niveau angehoben.

Automatische Wellenhöhenmessung

„Zwischenzeitlich ist noch eine zusätzliche Funktion für die Wellenlötanlage verfügbar, die ebenfalls darauf ausgerichtet ist, die Prozesssicherheit beim Wellenlöten zu erhöhen“, so Alexander Riedel. Ganz entscheidend für die Zuverlässigkeit des Prozesses ist die stabile Höhe der Lötwelle. Ohne Unterbrechung des Produktionsprozesses und den Einsatz externer Messinstrumente war es bisher aber nicht möglich, die Wellenhöhe zu messen und ein Automatismus für eine Nachregelung war ebenfalls nicht gegeben.

Unter diesem Aspekt hat der Kreuzwertheimer Spezialist eine automatische Wellenhöhenmessung entwickelt, die sowohl bei laminaren als auch bei turbulenten Wellen über die gesamte Lötbreite zuverlässige Prozesse sichert. Innerhalb einstellbarer Toleranzen regelt das System basierend auf den Messwerten und einem mathematischen Modell automatisch die korrekte Wellenhöhe. „Die automatische Wellenhöhenmessung ist bei neueren Anlagen auch nachrüstbar“, merkt Alexander Riedel mit einem Seitenblick auf Romano Reising an. „Bei einigen der neuen Funktionen, beispielsweise der automatischen Düsenhöhenverstellung, konnten wir uns bereits in der Entwicklungsphase aktiv mit einbringen und standen in kontinuierlichem Austausch mit dem Produktmanagement bei Seho“, bemerkt Reising. An der Zusammenarbeit mit dem Kreuzwertheimer Hersteller von Komplettlösungen für Lötprozesse und automatische Fertigungslinien schätzt Rafi nicht nur den hohen Qualitätsstandard und die fortschrittliche Technologie, sondern auch die Kompetenz und Zuverlässigkeit der Ansprechpartner. „Dass es auch einmal technische Fragestellungen gibt, die es zu lösen gilt, ist nicht zu vermeiden“, resümiert der Prozesstechnologe von Rafi. „Ein Unternehmen zeichnet sich aber dadurch aus, wie es eine solche Herausforderung löst.“ So kann in einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit aus einer ersten Idee eine neue technische Lösung entstehen.

 

Heike Schlessmann

Marketing Manager bei SEHO Systems in Kreuzwertheim.

(hw)

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