\“Wir machen das, was alle anderen ablehnen\“, fasst Ernst Hohnerlein seine Philosophie zusammen. Der Gründer der Inertec GmbH in Kreuzwertheim hat sich mit dieser Maxime und auf Basis unterschiedlicher Patente in der Löttechnik etabliert. Zusammen mit der Schwesterfirma Soldercom deckt das Unternehmen ein Produktspektrum für das industrielle Löten von der Manufaktur bis zu Massenlötsystemen ab. Mit der aktuellen Generation von Schöpflötsystemen erfüllt Inertec gestiegene Anforderungen von Automobilzulieferern an Massenlötsysteme für schlanke Produktionsphilosophien auch für selektive Verlötungen. Die neue Maschine besteht aus U-förmig angeordneten Flux-, Vorheiz-, Löt-, Abkühl- und Stapelmodulen. Aufgrund einer dynamischen Automatisierung erreicht die Anlage eine Zykluszeit von 25 bis 30s. \“Dahinter verbirgt sich vor allem die Prozesszeit des Lötens\“, erklärt Andreas Hohnerlein, Geschäftsführer der Inertec Löttechnik GmbH. Lineartechnik, Antriebs- und Steuerungstechnik sowie Pneumatik von Rexroth sorgen bei dem Konzept für kurze Nebenzeiten. Das von Ernst Hohnerlein und seinem Team entwickelte Matrizenverfahren beschleunigt die Verlötung von elektronischen Schaltungen mit Steckern, hohen Bauteilen und bereits in dreidimensionale Gehäuse montierten mechatronischen Baugruppen. Dazu fahren geometrisch auf die Lötstellen des jeweiligen Bauteils abgestimmte Lötmatrizen von unten durch das bleifreie und flüssige Lot gegen die Unterseite der Leiterplatte und kontaktieren die Lötstellen. Bis zur Entwicklung des Matrizen- oder Schöpflötens erfolgte dieser Schritt manuell oder per Roboter. Das sequenzielle Abarbeiten der einzelnen Lötstellen passte sich aber schlecht in einen modernen Fertigungsfluss ein. \“Mit unserem Verfahren löten wir alle Kontaktstellen in einem Takt und eröffnen den Konstrukteuren die Möglichkeit, die Packungsdichte zu erhöhen\“, sagt Ernst Hohnerlein. Simultane Bewegungen mithilfe eines pneumatischen Drehzylinders Diesen patentierten Prozess hat Inertec in folgendes Anlagenkonzept umgesetzt: Werkstückträger mit standardisierten Außenmaßen, aber bauteilspezifischen Schablonen, transportieren die Werkstücke durch die gesamte Anlage. Der eigentliche Prozess beginnt im Fluxmodul. Dort benetzen auf die Lötgeometrie angepasste Stempel die späteren Lötstellen. Das aufgetragene Flussmittel verbessert die Verbindungsqualität. Ein pneumatischer Drehzylinder von Rexroth auf dem Moduldach bewegt simultan die Matrize für das Flussmittel sowie den Niederhalter. \“Damit gewährleisten wir die für die Qualität wichtige Koplanarität des Bauteils\“, betont Andreas Hohnerlein, denn durch vorhergehende Prozessschritte können thermische Verformungen bei den Bauteilen auftreten. Vier korrosionsbeständige Rexroth-Wellen mit je zwei Kugelbüchsen führen die simultane Bewegung. Die wartungsarmen Kugelbüchsen bilden mit den an beiden Enden gelagerten Wellen frei tragende Linearführungen. Rexroth bietet unterschiedliche Wellen und Kugelbüchsen sowie aufeinander abgestimmte, einbaufertige Linearsets an. Der Anwender kann unter mehr als 1.000 Bauformen und Varianten wählen: Standard-, Segment-, Compact-, Super- und Drehmoment-Kugelbüchsen. Inertec setzt im Fluxmodul Segment-Kugelbüchsen ein. In der nicht rostenden Ausführung besteht der Führungskäfig aus Polyamid; Kugeln, Segmente und Metallhalteringe sind aus korrosionsbeständigem Stahl. Servoantriebe ermöglichen schnelles Handling beim Löten Vom Fluxmodul aus befördert ein Transportsystem die Bauteile in einem festen Takt durch das Vorheizmodul, das die Leiterplatten stufenweise und genau definiert auf die optimale Prozesstemperatur erhitzt, ohne die empfindlichen Bauteile zu beschädigen. Am Eingang zum Lötmodul übernimmt eine Servoachse den Werkstückträger. Dazu greifen vier über einen Pneumatikzylinder betätigte Greifbacken den Werkstückträger und legen ihn in das Lötmodul ein. Die Lötmatrizen fahren durch eine Maske nach oben und kontaktieren die Lötstellen, während gleichzeitig ein Niederhalter die Koplanarität der Baugruppe gewährleistet und kritische Komponenten fixiert. Vor jedem Lötvorgang reinigt eine Skimmerpumpe die Zinnoberfläche von Restoxiden, bevor der Lötvorgang unter einer Schutzgasatmosphäre beginnt. Die Stempelbewegung führt ein Servoantrieb über einen Kugelgewindetrieb durch. Das Stempelwerkzeug führt Inertec an der Außenseite der Maschine über zwei Wellen mit je zwei Kugelbüchsen. Nach dem Lötvorgang entnimmt eine Servoachse den Werkstückträger und transportiert sie quer zum Kühlmodul. Dafür werden zwei Compact-Module für die Z- und Y-Achse eingesetzt. Sie bestehen aus einem kompakten Präzisions-Aluminiumprofil mit einer Alu-Blechabdeckung sowie einer umlaufenden Spaltdichtung aus PU-Band zum Schutz der Einbauelemente. Bei identischen Hauptmaßen liefert Rexroth die Module in millimetergenau gefertigten Hüben sowohl als Compact-Modul CKK mit Kugelgewindetrieb als auch als Compact-Modul CKR mit Zahnriemenantrieb. Das CKR mit maximalen Hublängen bis 5.500mm bietet einen guten Ablauf und hohe Steifigkeit durch zwei integrierte spielfreie Kugelschienenführungen. Für die lange Y-Achse nutzt Inertec die Zahnriemenausführung, um mit der hohen Dynamik die Nebenzeiten zu reduzieren. Über eine Standard-Verbindungsplatte mit Easy-2-Combine-Eigenschaft ist ein weiteres Compact-Modul mit Kugelgewindetrieb für die Z-Achse formschlüssig und ohne Justieraufwand anmontiert. Über den mittig, zwischen zwei Kugelschienenführungen platzierten Kugelgewindetrieb reduziert Rexroth die Bauhöhe bei dieser Ausführung. Der Kugelgewindetrieb mit spielfreiem Mutternsystem gewährleistet eine hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit. Sämtliche Kugelschienenführungen der Compact-Module sowie der Kugelgewindetrieb verfügen über eine zentrale Nachschmiermöglichkeit von beiden Seiten und verringern den Wartungsaufwand. \“Diese Anlagen arbeiten in der Großserienfertigung im Drei-Schicht-Betrieb rund um die Uhr und müssen als Teil von kompletten Produktionslinien absolut zuverlässig arbeiten\“, betont Ernst Hohnerlein. Aufeinander abgestimmte Motor-Regler-Kombinationen Für die Compact-Module bietet Rexroth unterschiedliche intelligente Servoantriebe mit aufeinander abgestimmten Motor-Regler-Kombinationen an. Sie passen sich mit einem Leistungsspektrum von 0,25 bis 132kW in viele Automatisierungskonzepte nahtlos ein. In der Inertec-Maschine arbeiten drei Rexroth-Servoantriebe, die eine übergeordnete Steuerung IndraLogic L40 koordiniert. Als Systemlösung setzt die in Hard- und Software skalierbare Steuerung konsequent auf offene Schnittstellen und internationale Standards. Damit eignet sie sich für die schnelle Implementierung kundenspezifischer Steuerungsstandards. Die Controller-basierte Steuerungshardware kommuniziert über Ethernet mit dem Kleinbedienterminal IndraControl VCP 20. Das Kühlmodul übernimmt den Werkstückträger direkt aus dem Greifer. Die abgekühlten Baugruppen puffert die Maschine in einem Stapelmodul, das sie nach dem First-in-First-out-Prinzip freigibt. \“Damit gewährleisten wir, dass bei Produktwechseln die Bauteile in der richtigen Reihenfolge abfließen\“, sagt Andreas Hohnerlein. Die Luftaufbereitung für die insgesamt zehn Pneumatikzylinder im Flux-, Löt- und Stapelmodul übernimmt die Wartungseinheit NL. Sie reinigt die Hauptluft mit einer Filtereinheit mit 5µm Filterfeinheit und fasst die Einzelprozesse der Luftaufbereitung Filtern, Regeln, und Entwässern in einer Baugruppe zusammen. Bei den modular aufgebauten Wartungseinheiten lassen sich einzelne Teile auch im eingebauten Zustand austauschen. Produktwechsel im Betrieb: in zwei Minuten umgerüstet Eine Besonderheit der Maschine: Der Produktwechsel erfolgt im laufenden Betrieb. Dazu wechselt der Bediener im Fluxmodul die Matrize und Niederhalter, während das Lötmodul die vier Bauteile im Vorheizmodul abarbeitet. Die Umrüstung dauert über Schnellwechseleinrichtungen weniger als zwei Minuten, und nach vier Leertakten ist das Fluxmodul wieder betriebsbereit. Nun wechselt der Bediener am Lötmodul Matrize, Maske und Niederhalter. Über einen unverlierbaren kodierten Stecker meldet er dem System, welches Bauteil in das Modul einfährt. Nach nur vier Leertakten kommen die mit Flussmittel benetzten und aufgeheizten neuen Werkstücke an der Station an. Das Schöpflötsystem für Produktionslinien nach dem Lean Line Design von Inertec bewährt sich bereits im rauen Produktionsalltag. \“Diese Maschine ist eine Lötmaschine, die beispielsweise bei einem großen Automobilzulieferer rund um den Globus eingesetzt wird\“, erklärt Ernst Hohnerlein.
Bosch Rexroth AG
