15.05.2018

Elektronikfertigung bei Nord

Antriebselektronik nach Maß

Maschinen und Anlagenbauer fordern heute immer öfter exakt passende Antriebslösungen vom Lieferanten. Sie erwarten Systeme, die genau auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten sind und wollen sich nicht tief mit deren Konfiguration oder Anpassung beschäftigen. Diese Erwartungshaltung bedeutet für Produzenten von Antriebs- und Automatisierungstechnik eine zunehmende Abkehr vom klassischen Kataloggeschäft. Wie sich Nord dieser Herausforderung in seiner Elektronikfertigung in Aurich stellt, davon hat sich das SPS-MAGAZIN vor Ort einen Eindruck verschafft.


Im Wareneingang der Elektronikproduktion von Nord erhält jedes Produkt über 2D-Codes eine eindeutige Zuordnung im MES-System und ist so über den gesamten Produktionsprozess rückverfolgbar.
Bild: Getriebebau Nord GmbH & Co. KG

Der Antriebsanbieter Nord ist als weltweit tätiges Unternehmen heute in 89 Ländern über Tochtergesellschaften oder Handelspartner vertreten, erwirtschaftete im letzten Geschäftsjahr einen Rekordumsatz von rund 630Mio.€ (2016: 560Mio.€) und beschäftigt rund 3.600 Mitarbeiter. Doch nicht nur in Bezug auf diese Kennzahlen wächst das Unternehmen, auch das Portfolio wird kontinuierlich erweitert. War der Antriebshersteller ursprünglich auf Getriebe- und Motoren fokussiert, so gehört breits seit über 30 Jahren auch die passende Elektronik in Form von Motorstartern, Umrichtern oder Feldverteiler zum Angebot. Über all diese Produkte hinweg steht für Nord eine möglichst hohe Fertigungstiefe im Mittelpunkt: Demnach findet nicht nur die Entwicklung im eigenen Hause statt, auch die Fertigung aller Komponenten - mit Ausnahme von Norm- und Gußteilen - wird selbst gestemmt: von Wellen und Gehäusen über die Verzahnteile bis hin zur Motorenwicklung, Elektronikfertigung und Software-Design.

Trend zu spezifischen Lösungen

"Aus unserem Getriebeportfolio, den dazu passenden Motoren und der Leistungselektronik lassen sich durchgängige und abgestimmte Antriebslösungen generieren", betont Jörg Niermann, Head of Marketing bei Nord. "Sie bieten dem Anwender nicht nur durch Funktionalität und Leistung einiges an Mehrwert, sondern auch durch eine flexible Kombinierbarkeit der jeweiligen Antriebselemente." Damit spielt Niermann auf einen Trend an, dem sich das Unternehmen in der letzten Zeit verstärkt stellen muss; den zu kundenspezifisch exakt abgestimmten Geräten und Lösungen. "Der Kunde wünscht heute immer öfter an seine Maschinenumgebung angepasste Antriebe, anstatt wie bisher üblich seine Steuerung an die Antriebstechnik anzupassen", so Niermann weiter. "Hier sehen wir einen deutlichen Wettbewerbsvorteil, denn Nord kann diesem Trend mit seiner Produktionsphilosophie wunderbar begegnen."

Funktionalität auf Kundenwunsch

Im Segment der Frequenzumrichter reichte es lange Zeit aus, Standardgeräte auf Lager zu haben und vor der Auslieferung um die gewünschten Kabel und Stecker zu ergänzen. Das ist laut Niermann bei der heute geforderten Variantenvielfalt aber keine sinnvolle Option mehr: "Ab einem gewissen Grad an Varianz geht es nicht mehr ohne modularen Baukastenansatz." So spiegelt sich der Trend zu kundenspezifischen Antriebselementen auch beim neuen Feldverteiler Nordac Link wider, den Nord für dezentrale Anwendungen auf den Markt gebracht hat. "Bei dieser Produktfamilie können wir heute eine außergewöhnlich hohe Varianz in Bezug auf Funktionalität und Verbindungstechnik abdecken", sagt Niermann. Dafür hat der Antriebshersteller in seinem Elektronikwerk im ostfriesischen Aurich ein besonders flexibles Fertigungskonzept etabliert. Es ermöglicht, Kataloggeräte durch Standardkomponenten aus dem Nordac-Link-Baukasten anzupassen. Parallel zu solch kundenspezifisch konfigurierbaren Varianten und Seriengeräten werden die Feldverteiler in Aurich bei Bedarf aber auch komplett individuell auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten produziert. Das Spektrum der erfüllbaren Sonderwünsche reicht von speziellen Gehäuse- oder Platinenbeschichtungen für besonders harte Umgebungen über spezifische Kabel, Stecker und Schalter oder mechanische Anbauteile bis hin zu zusätzlichen Software-Features.

Elektronikproduktion in Aurich

Damit sich diese Vielfalt überhaupt umsetzen lässt, muss die Produktion in Aurich flexibel und wirtschaftlich auf hohe Qualität ausgelegt sein. "Diesem Dreiklang stellen wir uns hier im Fertigungswerk", erklärt Niermann. "Im Ergebnis laufen dann fertig montierte und automatisch getestete Geräte vom Band - ohne dass händische Nacharbeit nötig wäre." Abgesehen von der Entwicklung, die am Nord-Stammsitz in Bargteheide stattfindet, wird das komplette Elektronikportfolio des Unternehmens heute in dem Produktionswerk in Aurich abgewickelt. Der Standort wurde 1984 ursprünglich als Kooperation zwischen Nord und dem Windanlagenhersteller Enercon ins Leben gerufen und gemeinsam als Fertigungsstätte für Wechselrichter und Umrichter genutzt. Als sich 1994 die Wege der beiden Unternehmen wieder trennten, baute Nord in der Nachbarschaft eine komplett neue Elektronikfertigung. Durch das überproportionale Wachstum der Antriebselektronik, fiel im Jahr 2004 wiederum die Entscheidung für ein neues Produktionssgebäude, das 2005 fertig gestellt wurde. "Gut zehn Jahre sind wir mit der Kapazität des Werks gut ausgekommen", erzählt Werksleiter Gerhard Harms, "dann mussten wir die Produktions- und Lagerfläche abermals erweitern." Ausschlaggebend dafür sei erneut das wachsende Geschäft im Elektronikbereich gewesen - speziell auch die Zunahme an konfigurierbaren und kundenspezifischen Geräten. Aktuell liegt die Produktionskapazität bei rund 100.000 Einheiten pro Jahr. Dafür stehen in Aurich eine Gesamtfläche von 5.000m² und rund 130 Mitarbeiter (105 in Aurich und 32 am Stammsitz) bereit.

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Trend zu dezentralen Lösungen

In der Vergangenheit lag der Fokus in Aurich vor allem auf Schaltschrankumrichtern der Nordac-pro-Familie. In letzter Zeit gab es allerdings große Zuwächse bei dezentraler Antriebstechnik, z.B. für Marktsegmente wie Gepäcksortierung, Intralogistik, E-Commerce oder Paketverteilzentren. "Nicht nur in diesen Bereichen geht es sehr stark in Richtung antriebsnaher Elektronik", merkt Niermann an. "Auch im klassischen Maschinenbau ist der Trend durchaus spürbar." Für dezentrale Lösungen sprechen im ersten Schritt weniger Aufwand und Kosten bei Installation und Verdrahtung, im zweiten Schritt aber auch moderne Industrie-4.0-Aspekte wie die zunehmende Vernetzung der Komponenten untereinander, lokale Datenauswertung oder eine direkte Anbindung der Antriebe in Cloud- oder IoT-Umgebungen. "Deshalb sehen wir in diesem Bereich mittlerweile ein deutlich höheres Wachstum als im Schaltschrankbereich", so Niermann. "Aus dieser Entwicklung ist letztendlich auch unser Konzept der kundenspezifisch konfigurierten Feldverteiler hervorgegangen." Die Geräte sind in erster Linie für einen Betrieb direkt im Feld konzipiert. "Mit unseren motormontierten Umrichtern der Nordac-Flex-Reihe und den Nordac-Link-Feldverteilern können wir bei identischer Funktionalität, gleicher IP66-Schutzklasse und ohne großen Installationsaufwand sowohl motor- als auch wandmontierte Ansätze bedienen". Der Feldverteiler bietet einen entscheidenden Vorteil: Es gibt deutlich mehr Möglichkeiten, spezielle Kundenanforderungen wie Stecker oder Schalter nach Maß zu integrieren. "Da die Anlagen komplexer werden und neue Entwicklungen gemäß Industrie 4.0 zu berücksichtigen sind, ist der komplett modulare Aufbau unseres Feldverteilers für Kunden sehr attraktiv", unterstreicht Niermann, "auch was nachträgliche Änderungen oder Modifikationen betrifft."

Fertigung nach Maß

Die Vielseitigkeit der Feldverteilerfamilie wirkt sich natürlich auch auf die Produktion am Nord-Elektronikstandort aus. "Wir müssen sehr dynamisch und punktgenau fertigen, da wir gar nicht die Möglichkeit haben, große Mengen an Produkten vorzuhalten - gerade wenn es um kundenspezifische Geräte geht", schildert Harms die Gegebenheiten. "Die Montage gestaltet sich hier eben ganz anders, als bei mechanischen und elektromechanischen Antriebskomponenten." Ähnlich sei es auch beim Endtest: Die Elektronik mit all ihren benötigten Ausführungen und Varianten - mit unterschiedlichen Platinen, Steckern, I/Os und Softwarefunktionen - lasse sich mit einer klassischen Qualitätssicherung nicht realisieren. "Deshalb haben wir unsere Produktion flexibel aber mit einem hohen Grad an Automatisierung ausgelegt, den wir kontinuierlich steigern." So wird eine Logistikroute im Werk seit rund einem halben Jahr schon per autonomen fahrerlosem Transportsystem (FTS) versorgt. Mittelfristiges Ziel ist es, weitere vier Routen mit FTSen zu bedienen. Ein ausschlaggebender Aspekt für das Fertigungskonzept ist die durchgängige Erfassung aller Bauteile bereits im Wareneingang. Hier erhält jedes Produkt über 2D-Codes eine eindeutige Zuordnung und wird damit über das Manufacturing Execution System bis zum Warenausgang begleitet und dokumentiert. "So stellen wir eine hohe Rückverfolgbarkeit sicher - einerseits was unsere produzierten Geräte angeht, andererseits auch das zugelieferte Material betreffend", sagt Werksleiter Harms. Als zweite Besonderheit hat Nord in Aurich ein zentral angeordnetes automatisches Kleinteillager (AKL) mit einer Kapazität von über 2.000 Behältern eingerichtet. Hier werden die erfassten Bauteile eingelagert. Es werden die SMD (Surface-mount device)-Linie und die Kanban an den THT-Bestückungsplätzen versorgt. Auch die in SMD bestückten Platinen und Baugruppen nimmt das AKL bis zur weiteren Verarbeitung wieder auf. "Mit diesem zentralen Umschlagpunkt können wir den Verwaltungs- und Transportaufwand sehr niedrig halten", erklärt Harms. Die halbfertigen Leiterplatten gehen dann aus dem Lager kanbangesteuert zur THT (Through Hole Technology)-Bestückung. Fertig bestückt werden die Platinen zeitlich abgestimmt der Endmontage zugeführt; diesmal ohne Zwischenstopp im AKL. "Hier sehen wir von einer erneuten Einlagerung ab, da die Baugruppen in der Regel dann schon sehr auftragsbezogen sind", schildert Harms das Vorgehen. "Das würde die Frequenz im Kleinteilelager nur unnötig erhöhen."

Automatisierte Qualitätssicherung

Selbst in der THT-Fertigung, wo die SMD-Baugruppen mit bedrahteten Bauteilen bestückt werden, zahlt sich die zentrale Erfassung der Bauteile aus, wie Werkleiter Harms hervorhebt: "Die Nordac-Link-Geräte werden komplett auf Baugruppenebene ohne feste Teilenummern konfiguriert und montiert." Dadurch ließen sich Fehler von vornherein ausschließen. "Es wird fortlaufend im Hintergrund geprüft, ob das jeweilige Bauteil überhaupt zum aktuell gefertigten Auftrag passt." Diesen Weg hat Nord aufgrund des Baukastenkonzepts und der daraus resultierenden Bauteilevielfalt eingeschlagen. Bestück- und Prüfpläne werden schon bei der jeweiligen Konfiguration passend erstellt - so übrigens auch in der vorausgehenden SMD-Fertigung: Hier muss der Maschinenbediener händisch keine Programme oder Testläufe mehr einstellen. Stattdessen scannt er nur den 2D-Code auf der Baugruppe und alle Parameter und Einstellungen werden automatisch vorgenommen. Im Anschluss an die Platinenbestückung werden die Feldverteiler auf einer klassischen Linie montiert und endgetestet. Sie ist so konzipiert, dass auch sehr kleine Losgrößen oder sogar Einzelstücke ohne Änderungen produziert werden können. "Es war schon eine Herausforderung, unsere Kataloggeräte in hohen Stückzahlen auf der gleichen Anlage und auf gleichem Niveau zu fertigen, wie kundenspezifische Ausführungen", erzählt Niermann. "Im Resultat haben wir einen Workflow entwickelt, der es uns z.B. im Rahmen des Ersatzteilgeschäfts erlaubt, innerhalb von 24 Stunden selbst Einzelstücke über SMD, THT und Endmontage bereitzustellen."

Logistik-Hub am Stammsitz

Nach der Fertigung gehen die im Elektronikwerk hergestellten Motorstarter, Umrichter und Feldverteiler größtenteils zum Stammsitz nach Bargteheide, wo Nord einen zentralen Logistik-Hub für über 34.000 Palettenstellplätze unterhält. Auch die Motoren und Getriebe der anderen Fertigungsstandorte werden hier zentral eingelagert, bevor sie zusammen mit weiteren Antriebskomponenten dem Kunden als Lösung ausgeliefert werden. Ausnahmen bilden z.B. große Serienkunden, die von Aurich aus direkt beliefert werden. In der dortigen Fertigung setzt Nord an möglichst vielen Stellen auf die eigene Technik, z.B. bei den Förderanlagen oder im AKL. "Wo immer es möglich ist, ist auch Nord-Technik verbaut", sagt Harms. Zudem führt der Antriebshersteller auch Feldversuche für neuen Produktgenerationen in den eigenen Werken durch. "So war es auch beim Feldverteiler", erzählt Harms. "Bevor er in die Serienfertigung ging, haben wir den Feldverteiler bereits am Standort Aurich verbaut und getestet." (mby)

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