Die Bedeutung erneuerbarer Energien hat sich in den letzten Monaten deutlich verstärkt. Der Gewinnung von elektrischer Energie aus Solarzellen wird dabei ein großes Potenzial zugeschrieben. Für die Herstellung von Photovoltaikmodulen müssen mehrere Produktionsprozesse durchlaufen werden. Ausgangsmaterial ist das Element Silizium. Aus diesem werden Wafer (einzelne Siliziumscheiben) hergestellt, die anschließend über eine Vielzahl von Prozessschritten zu Solarpanels weiterverarbeitet werden. Durch Kapselung und Verdrahtung mehrerer Zellen entstehen fertige Photovoltaikmodule. Das Know-How für die Herstellung der entsprechenden Maschinen liegt hauptsächlich in Europa, auch wenn der Großteil der Anlagen in asiatische Länder exportiert wird. Einer der führenden Zulieferer auf dem Gebiet von innovativen Produktionsanlagen und Systemen für die Herstellung von PV-Wafern, -Zellen und -Modulen ist die Technologiegruppe Meyer Burger. Sie bietet Lösungen und komplementäre Technologien entlang der PV-Wertschöpfungskette sowie gebäudeintegrierte Solarsysteme als Endprodukt für die Schweiz an. Als Spezialist für die Verarbeitung von Silizium zu dünnen Wafern, bietet die Meyer Burger AG u.a. Drahtsägemaschinen an, die mit Sicherheitstechnik von Euchner ausgerüstet sind. Die Herstellung von Wafern mittels Drahtsägemaschine Bei der Herstellung von Wafern werden Siliziumblöcke (sogenannte Bricks) mittels einer Drahtsägemaschine in dünne Scheiben von 140 bis 180µm geschnitten. In dieser wird ein Draht von einer Spule abgewickelt und auf zwei berillten Drahtführungsrollen (DFR) aufgezogen. Die DFR sind in einem klar vordefinierten Abstand eingekerbt. Der Draht durchläuft jede einzelne der bis zu 3.000 Rillen der DFR, um schließlich ein komplettes Drahtfeld zu bilden. Die in Rotation versetzten Drahtführungsrollen bewegen das Drahtfeld in nur eine, oder, je nach Anwendungsgebiet, alternierende Richtung. Der Draht wird am Ende wieder auf eine Spule gewickelt. Eine Suspension, gewöhnlich eine Mischung aus Siliziumkarbid und Polyethylenglykol (Slurry), wird durch Düsen auf das sich bewegende Drahtfeld aufgegeben und verursacht einen mechanischen Abrieb. Während das zu trennende Werkstück in das Drahtfeld abgesenkt wird, schneiden die mit Suspension behafteten Drähte das Material in Scheiben (Wafer), deren Dicke durch den Abstand der Berillung der DFR vorgegeben ist. Hohe Anforderung an die Sicherheitstechnik Bei der Auswahl der zu verwendenden Sicherheitstechnik wurde vonseiten der Firma Meyer Burger hohe Ansprüche gestellt, um einerseits die Fertigung von hohen Stückzahlen an Drahtsägemaschinen so effizient und fehlerfrei wie möglich zu gestalten und andererseits alle sicherheitstechnischen Anforderungen abzudecken. Zudem ist das Schneidemittel wegen des Glykols aggressiv und flüchtig. Um eine effiziente Herstellung zu ermöglichen, ist es äußerst wichtig, den Montage- und Verdrahtungsaufwand auf ein Minimum zu reduzieren und kalkulierbar zu halten. Auch für die Funktionsprüfung sollte ein System gefunden werden, mit welchem alle Bauteile der Sicherheitstechnik einfach getestet werden können. Speziell an den Schutztüren der Drahtsägemaschinen musste darauf geachtet werden, dass Schalter mit Zuhaltung zum Einsatz kommen, die flexibel in der Anbringung sowie problemlos den rauen Umgebungsbedingungen durch den Einsatz des Schneidemittels standhalten. Weiterhin muss gewährleistet sein, dass die Schutzeinrichtungen während des Prozesses nicht unkontrolliert geöffnet werden können. Dies hätte Drahtrisse und eine irreversible Zerstörung des ganzen Bricks zur Folge. Neben dem Personen- ist also auch der Prozessschutz wichtig. Auswahl der geeigneten Sicherheitstechnik Aufgrund dieser speziellen Rahmenbedingungen entschied sich Meyer Burger für den Einsatz von AS-Interface Safety at Work, einem offenen System, das durch das herstellerunabhängige ASi-Konsortium entwickelt wurde. Durch die Übergabe der Signale über einen ASi-DP-Link direkt via Profisafe an die sichere SPS und damit an die sicheren Antriebssysteme hat sich die konventionelle Verdrahtung erübrigt. Nicht nur das Verdrahten der einzelnen Komponenten ist somit entfallen, auch die Diagnose des gesamten Systems ist über die beiden Busse, ASi und Profibus, und die Applikationssoftware anwenderfreundlich ausgefallen. Als willkommener Nebeneffekt stehen alle Daten auch der Prozesssteuerung zur Verfügung. Das ASi-Safety-System erreicht Kat.4 und erfüllt die Anfroderungen für PLe. Die Lösung unterstützt die Umsetzung der EN ISO13849 vollständig. ASi benötigt eine Zykluszeit von max. 5ms und ermöglicht in einem Strang eine Länge bis zu 100m, die einfach auf bis zu 300m erweitert werden kann. Maximal sind bis zu 31 Teilnehmer (Slaves) wie Sicherheitsschalter, Not-Aus, usw. an einem ASi-Strang möglich. Nachdem Meyer Burger ein System gefunden hatte, welches die Anforderungen für die Fertigung in idealer Weise erfüllte, musste ein passender Sicherheitsschalter evaluiert werden, der problemlos in den ASi-Bus integriert werden kann. Bei der Auswahl fiel die Entscheidung auf die Firma Euchner und ihre elektro-mechanischen Sicherheitsschalter TP und STP mit integrierter ASi-Schnittstelle. Diese Ausführung zeichnen sich durch ihre robuste aber schlanke und Platz sparende Bauweise aus. Das glasfaserverstärkte Kunststoffgehäuse mit Schutzart IP67 ermöglicht den Einsatz in rauer Umgebung. Die schmale Bauform und einstellbare Anfahrrichtungen ermöglichen, dass die ASi-Schalter an den verschiedenen Schutztüren der Drahtsägemaschine gleichermaßen eingesetzt werden können. Die Anbindung der TP- und STP-Schalter an den ASi-Bus erfolgt über die üblichen 4-poligen M12-Kabel. Diese werden mittels Steckverbinder an den Sicherheitsschalter sowie über einen passiven Adapter an die ASi-Flachkabel angeschlossen. Dies ermöglicht die gewünschte rationelle und fehlerfreie Installation. Alle sicherheitsrelevanten Signale und die Meldesignale wie z.B. die Stellung der Schutztür oder Fehlermeldungen stehen dem ASi-Master und in diesem Fall auch der SPS zur Verfügung. Die integrierte Zuhaltung der STP und TP ASi-Schalter mit Zuhaltungsüberwachung und Zuhaltekräften von bis zu 2.500N verhindert, dass während der Waferherstellung unkontrolliert eine der Schutzeinrichtungen geöffnet werden kann und stellt dadurch einen kontinuierlichen und wirtschaftlichen Prozessablauf sicher. Durch die Kombination aus dem AS Interface Safety at Work und den Sicherheitsschalter TP und STP ASi von Euchner können die Anforderungen der Meyer Burger AG erfüllt werden. Besonders der ASi-Bus spielt seine Vorteile bei der einfachen Parametrierung und Installation bei hohen Fertigungsstückzahlen aus.
Euchner GmbH + Co. KG
