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„Die besten Dinge verdanken wir dem Zufall“, sagte einst Giacomo Casanova, der Schriftsteller und Abenteurer aus dem 18. Jahrhundert. Auch bei ABB Semiconductors sorgte ein Zufall für das Ende einer langen Suche nach einem geeigneten Lagersystem für die HiPak-Produktion in Lenzburg.

Das HiPak von ABB Semiconductors ist ein Hochleistungshalbleiter-Modul zum Schalten von hohen Strömen und Spannungen und weltweit bekannt für besonders kurze Schaltzeiten und hohe Zuverlässigkeit. Darum wird das Produkt dort eingesetzt, wo hohe Leistungen besonders schnell geschaltet werden müssen, zum Beispiel in der Eisenbahn oder in einem Windkraftwerk.

Ein komplettes Hipak-Modul besteht aus mehreren IGBT-Modulen, die alle gemeinsam und absolut synchron schalten müssen. Es ist darum wichtig, dass alle IGBTs innerhalb eines Hipaks die gleichen Eigenschaften haben. Um dies zu erreichen, kennzeichnet ABB jedes einzelne IGBT und speichert die Charakteristik in einer Datenbank. Für die Endmontage werden passende IGBTs ausgewählt.

Automatisierung des Pufferlagers

Vor der Endmontage werden die IGBT in einem Produktions-Puffer für 1 bis 2 Tage zwischengelagert. Die Lagerung erfolgt in sogenannten Waschkörben, welche mit einem Barcode identifiziert sind. Für den Zusammenbau einer Serie werden die Waschkörbe aus dem Zwischenlager geliefert, die die benötigten IGBTs enthalten.

Früher war das Lager als einfaches Regal konzipiert, in dem die Waschkörbe von Hand ein- und ausgelagert wurden. Eine Lagerung unter Schutzgas, die für IGBTs empfohlen ist, war natürlich nicht möglich. Zudem war die ständige Sucherei nach den richtigen Lagerplätzen mühsam, langsam und bot viel Raum für Fehler.

Prabath Lewdeni, Prozessingenieur bei ABB Semiconductors, suchte nach Alternativen. Lange Zeit waren Paternoster-Systeme im Gespräch, die ABBs Forderungen nach Schutzgasatmosphäre, Zugriffs-Sicherheit, Skalierbarkeit und Redundanz aber nicht erfüllen konnten. Lewdeni suchte etwas Besseres. Er fand die Lösung – zufälligerweise – in einem ganz anderen Bereich.

Zufall hilft bei Lösungsfindung

Bei einem Besuch bei Essemtec AG, Schweizer Hersteller von Bestückungssystemen für die Elektronikfertigung, lernte Lewdeni den SMD-Tower kennen. Der Tower ist ein automatisches und skalierbares Lagersystem für elektronische SMD-Bauteile in der Form von Reels oder Paletten.

Das Ein- und Auslagern geschieht beim Tower automatisch durch eine Schleuse. Diese Schleuse verwehrt den manuellen Zugriff und trennt gleichzeitig den Lagerraum von der Umgebung ab. Im Innern kann deshalb eine Schutzgas-Atmosphäre mit kontrollierter Temperatur und Feuchtigkeit erzeugt werden.

Ein Tower hat eine Standfläche von nur einem Quadratmeter und mehrere Tower lassen sich zu einem gemeinsamen Lager zusammenfassen. Für Lewdeni war dies die perfekte Lösung für die Hipak-Produktion von ABB Semiconductors. Doch ein paar Anpassungen brauchte es noch.

Flexible Anpassung an ABBs Anforderungen

SMD-Reels sind rund, dünn und sehr genau toleriert. Ganz anders ist es mit ABBs Waschkörben. Diese sind eckig, hoch und haben relativ ungenaue Abmessungen. Auch eine Reinraum-Umgebung findet sich selten in einer SMT-Fertigung. „Out-of-the-Box“ konnte der SMD-Tower deshalb keine IGBT-Waschkörbe lagern.

Der Lieferant Essemtec hat bereits viele Jahre Erfahrung mit der kundenspezifischen Anpassung von Standardmaschinen. Die Ingenieure entwickelten und bauten einen neuen Greifarm, passend für die Waschkörbe. Die Höhe der Schleusenöffnung und die Position des Barcode-Lesers wurden ebenfalls verändert. Darüber hinaus wurde der Tower für ABB auch Reinraum tauglich gemacht.

Anbindung an das Produktionsleitsystem

ABB Semiconductors setzt ein eigenes Leitsystem ein, das MES (Manufacturing Execution System). Der Tower bietet mit dem Web-Service-Client eine offene Schnittstelle, die der Anwender für seine Aufgaben implementieren kann. ABB konnte deshalb das Tower-Lagersystem problemlos selbst an das eigene Leitsystem anbinden.

Die Anpassungsarbeiten von Essemtec und ABB dauerten nur wenige Wochen. Im Februar 2012 lieferte Essemtec zwei Tower vorab um das System zu implementieren und zu testen. Die Installation lief problemlos. „Normalerweise müssen wir ein paar Tage mit einer neuen Maschine kämpfen. Nicht so beim Tower,“ erinnert sich Lewdeni. Im April 2012 folgten dann die restlichen Lagermodule.

24/7-Dauerbetrieb

Insgesamt acht Tower sind zurzeit in der HiPak-Produktion im Einsatz. Sieben davon sind produktiv, der achte kann jederzeit in Betrieb genommen werden, um bei Wartungsarbeiten einen anderen zu ersetzen. Damit ist das Zwischenlager gerüstet für den 24-Studne-7-Tage-Dauereinsatz.

Offene Augen und ein Zufall haben geholfen, das richtige System für das Hipak-Zwischenlager zu finden. Doch nur die Flexibilität, Anpassbarkeit und Skalierbarkeit des Tower-Lagersystems haben dafür gesorgt, dass die Anforderungen von ABB Semiconductors vollständig erfüllt werden konnten.

Adrian Kühnis

Azular GmbH, Schweiz.

(hb)

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