Vollautomatische Roboterlötautomation

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Ein flexibler, effizienter und schneller Lötprozess steht bei vielen Herstellern auf der Investitionsliste. Aus diesem Grund steigt die Nachfrage nach vollautomatischen Roboterlötsystemen rund um das Miniwellenlöten.

02. Oktober 2018
© Eutect
Bild 1: Vollautomatische Roboterlötautomation (© Eutect)

Im Jahr 2008 stattete Eutect seine erste Maschinenzelle mit einem Knick-Arm-Roboter aus. »Es war mehr eine Spielerei. Wir wollten wissen, was mit dieser Technik im Bereich des Bauteillötens möglich ist«, erinnert sich Matthias Fehrenbach, Geschäftsführer von Eutect. Aus der Spielerei ist mittlerweile erfolgreicher Ernst geworden. Denn die eingeschlagene Produktrichtung entwickelte sich innerhalb von zehn Jahren zu einer Erfolgsgeschichte. 

Besonders deutlich wird dies an der ›IW1 S151 RO‹. Hierbei handelt es sich um eine Anlage mit einer Stellfläche von 1,5 mal 1,3 Metern. Die Maschine ist mit Flux-, Vorheizmodulen und Miniwellen ausgestattet. Jede Baugruppe wird innerhalb der Maschine mit einem Sechs-Achs-Roboter, der entweder auf dem Zellenboden oder an der Decke montiert ist, von Modul zu Modul transportiert. Die IW1 S151 RO kann sowohl inline als auch als Insellösung genutzt werden.

Eine kompakte Produktionszelle nimmt weniger Stellfläche ein, wodurch für weitere Arbeiten rund um den Prozess mehr Platz bleibt. »Das heißt aber auch, dass wir in dem geringen Raum der Zelle möglichst flexibel und platzsparend agieren müssen. Das schaffen wir nur mit einem Sechs-Achs-Roboter, der unterschiedliche Module innerhalb der Maschine beliefert«, erklärt Fehrenbach. Die frei wählbare Prozessmodulanordnung innerhalb der Anlagen ist dabei entscheidend. 

Durch direkte Absprache mit den Kunden und Anwendern können Prozessmodule wie Flussmittelauftrags-, Vorheiz- und Lötmodule so platziert werden, dass Transportwege innerhalb der Maschine minimiert werden können. Zugleich muss dafür gesorgt werden, dass alle Module für den Service und die Wartung optimal zugänglich sind, wodurch Anlagenstillstandzeiten, Material- und Raumkosten sowie der Personalaufwand reduziert werden. »Die Effizienz der Gesamtfertigung wird daher automatisch gesteigert«, resümiert Matthias Fehrenbach. 

Dank des Sechs-Arm-Roboters ergeben sich viele Möglichkeiten, innerhalb der Maschinenzelle zu arbeiten. Komplettiert wird diese Flexibilität durch die dazugehörigen Produktgreifer, die den möglichen Radius erweitern und die Nutzung von Räumen und Prozessen steigern. Bis zu vier verschiedene Greifer-Lötmasken-Kombinationen können in einer Anlage magaziniert und vollautomatisch gerüstet werden, was die Verarbeitung einer großen Anzahl von Produktvarianten ermöglicht.

»Nachdem wir verstanden hatten, welche Chancen Sechs-Achs-Roboter mit den dazugehörigen Greifern bieten, mussten wir uns eine Lösung für den Transport der Baugruppen vor und nach den Lötprozessen überlegen«, erzählt Fehrenbach. Bis dahin wurden häufig komplette Werkstückträger mit allen Funktionen und dem zu bearbeitenden Produkt durch die Anlagen transportiert. 

Eigenes Werkstückträgerkonzept

Doch das Gewicht und die Abmessung dieser Werkstückträger sind für kompakte Sechs-Achs-Roboter nicht optimal. Häufig wurde ein Gewicht von sechs Kilogramm überstiegen, dadurch waren die Werkstückträger zu schwer für kompakte Roboteranlagen. Deshalb hat das Unternehmen sein eigenes Werkstückträgerkonzept entwickelt. Diese Werkstückträgerkombinationen ermöglichen es dem Roboter, einen aufsetzbaren und produktspezifischen Satellitenträger direkt vom Band oder von einer Eingabeposition zu greifen und von dort zu den einzelnen Prozessen zu transportieren.

Der Satellitenträger kann zusätzlich und jeweils in Bezug zum Produkt mit verschiedenen Funktionen für eine sichere Bearbeitung – etwa Bestückabfragen, Codierungen oder speziellen Titanmasken – ausgerüstet werden. Nach Abschluss des Prozesses wird der Träger wieder auf dem herkömmlichen Werkstückträger abgesetzt. »Wir fertigen unsere Satellitenträger immer im Leichtbau.

Denn das ermöglicht uns, kleinere Roboter mit geringerer Traglast zu integrieren. Dadurch können wir für unsere Kunden Kosten und Platz einsparen«, erklärt Fehrenbach. Bei einem Produkt- oder Variantenwechsel können die Satellitenträger leicht und schnell umgerüstet werden, wodurch komplette Werkstückträger sowie Puffer- oder Werkstückträgerspeicher für jede Produktvariante vermieden werden. Zusätzliche Ersatzteillager und weitere Investitionskosten werden ebenfalls überflüssig. Eutect verkauft inzwischen eine Vielzahl von Zellen mit dem kopfüberintegrierten Achsenroboter. So kann zum Beispiel die IW1 S151 oder S211 RO mit leistungsstarken Vorheiz- und Kühlmodulen sowie Bürstenmodulen am Prozessende ausgestattet werden.

Durch den überkopfhängenden Roboter ist genügend Platz, um weitere Module zu integrieren, mit der Garantie, dass diese für den Roboter immer erreichbar sind. »Aufgrund dieser Kombinationsvielfalt können wir unseren Kunden individuelle Lötprozesse anbieten, die schlussendlich aufgrund der Effizienz und Schnelligkeit einen großen Nutzen schaffen«, erläutert Matthias Fehrenbach.

Lötmasken aus Titan

Seit 1998 stellt Eutect auch kundenspezifische Lötmasken her. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung und der Lötung direkt in Kunststoffgehäusen werden Lötmasken stetig komplexer, um schlussendlich ein gutes Lötergebnis zu garantieren. Im hauseigenen Technikum werden neben den Prozessevaluationen auch die möglichen Masken- und Lotdüsendesigns und deren Funktionen mitentwickelt, so dass der Endkunde eine komplette Lösung von Eutect erhält.

»Wirkliche Prozessstabilität bekommt der Kunde beim selektiven Löten und Löten mit Miniwelle und Maskentechnik erst dann, wenn die Lotdüse in Relation zur Maske entwickelt und gefertigt wurde und dadurch deren gemeinsame Funktion gewährleistet ist«, erklärt Fehrenbach. »Bei speziellen Lotdüsen-Masken-Kombinationen kommt man mit Verbundwerkstoffen an die Grenzen. Wenn beispielsweise Platinen schon in Gehäusen montiert, unterseitige SMD-Bauteile sehr nah an Gehäuse und den zu lötenden THT-Lötstellen liegen, müssen Wandungen, Zwischenstege und Verbindungen sehr dünn sein. Dennoch müssen die Metallstege langfristig stabil sein, weswegen wir alle Masken aus Titan fertigen«, so Fehrenbach.

Besonders bei Stegbreiten von weit unter einem Millimeter und bei der geforderten hohen Langlebigkeit muss auf den Werkstoff Titan gesetzt werden. Dank der hohen Festigkeit kann eine Stegbreite von kleiner 0,5 Millimeter gefertigt werden. Titan hat noch weitere Vorteile: Das Metall ist sehr langlebig und resistent gegen Flussmittel, aggressive Reinigungssubstrate und andere chemische Beeinflussungen. 

Erschienen in Ausgabe: 06/2018

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