RFID einfach (kosten-)effizient

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Die Zollner Elektronik AG fertigt und montiert an ihrem Hauptsitz im oberpfälzischen Zandt mit dem Leistungselektronik-Aggregat  das elektronische Herzstück einer bekannten Elektroauto-Reihe. Der Mechatronik-Dienstleister hat dazu in einem rund 2.200 Quadratmeter großen Reinraum eine modular strukturierte Modul- und Endmontage geschaffen.
Zu den perfekt koordinierten Prozessabläufen über diverse Hand- und teilautomatisierte Arbeitsplätze hinweg trägt die RFID-Technologie von Siemens ihren Teil bei. Entscheidend für die Auswahl des Systems Simatic RF200 in der Schnittstellenvariante IO-Link in Verbindung mit mobilen Datenspeichern (Transpondern/Tags) MDS D160 waren die einfache Anbindung an die Modulsteuerungen, die geringen Systemkosten und die hohe Temperaturbeständigkeit der Tags. Letztere ist beim Vergießen der fertigen Elektronikbaugruppen unabdingbar.

Seit Ende 2012 fertigt die Zollner Elektronik AG Leistungselektronik-Aggregate. Die RFID-Kombination aus Reader und Transponder hat sich in der täglichen Praxis bewährt.

Seit Ende 2012 fertigt die Zollner Elektronik AG Leistungselektronik-Aggregate. Die RFID-Kombination aus Reader und Transponder hat sich in der täglichen Praxis bewährt. Bild: Zollner Elektronik AG

 

Im Reinraum sind die Flachbaugruppenfertigung in Oberflächen- beziehungsweise Durchstecktechnik (SMT/THT), gefolgt von der Modul- und Endmontage einschließlich diverser Prüf- und Teststationen, untergebracht. Zollner hat sich für einen konsequent modularen Aufbau der Linien mit au­tark gesteuerten Stationen entschieden, die sich flexibel einsetzen, später einfach modifizieren und weiterverwenden lassen. Zuverlässigkeit und Langlebigkeit in Verbindung mit der Verfügbarkeit von Ersatzteilen waren wichtige Aspekte bei der Auswahl aller Komponenten.

Track and Trace

Alles in allem gibt es in der Modul- und in der Endmontage rund 100 Lesestellen zur Steuerung des Fertigungsflusses und zur unmittelbaren Dokumentation jedes absolvierten Arbeitsschrittes in überlagerten Datenbanken. „Qualität ist bei unseren Endkunden wie bei uns oberstes Gebot und muss über sämtliche Prozesse hinweg lückenlos nachgewiesen werden und rückverfolgbar sein“, meint Bernhard Kirst, Director Marketing bei Zollner. Weil dabei Kosten und Aufwand in wettbewerbsfähigen Grenzen bleiben müssen, hat man sich für die Reader Simatic RF210R mit integrierter IO-Link-Funktionalität aus dem HF-RF200-Spektrum von Siemens entschieden. Diese ermöglichen eine Anbindung an jede dem IO-Link-Standard entsprechende Steuerung. Das bei Zollner verwendete Steuerungssystem bietet dafür ein geeignetes IO-Link-Mastermodul. Eine RFID-spezifische Programmierung ist nicht erforderlich, was auch einen eventuellen Austausch erleichtert. Die schraubbaren Reader (M18 x 71 Millimeter) mit integrierter Antenne liefern automatisch die (im Stillstand in einem Abstand von rund 10 Millimetern) vom Transponder gelesenen Daten, hier die eindeutige Identifikationsnummer (UID) des jeweiligen Werkstückträgers. Diese wird am Linienanfang mit dem Basismodul der Leistungselektronik „verheiratet“. Anhand der UID wird die Baugruppe an jeder Station identifiziert, der erforderliche Arbeitsschritt über die Steuerung initiiert und an den Handarbeitsplätzen dem Werker eine Arbeitsanweisung angezeigt. Relevante Produktions­daten ­(IO/NIO, Schrauberparameter usw.) werden sofort zurück in Datenbanken geschrieben. Die Track-and-Trace-Daten werden so konsequent gesammelt, dokumentiert und archiviert. Alternativ könnte man auch beliebige Anwenderdaten eines vordefinierten Speicherbereichs lesen und verarbeiten. Die Daten erscheinen im Prozessabbild der Steuerung, sobald sich ein Transponder im Feld eines Readers befindet.

Den Weg der Aggregate durch diverse Hand- und teilautomatisierte Arbeitsplätze steuern RFID-Reader Simatic RF210R von Siemens (links) in der IO-Link-Ausführung.

Den Weg der Aggregate durch diverse Hand- und teilautomatisierte Arbeitsplätze steuern RFID-Reader Simatic RF210R von Siemens (links) in der IO-Link-Ausführung. Der mobile Datenspeicher MDS D160 (im Abstandshalter) ist temperaturfest bis zu 175 Grad Celsius und damit geeignet für Anwendungen wie das Vergießen der Elektronikbaugruppen. Bild: Zollner Elektronik AG

 

Transponder für erhöhte Temperaturen

Die kompakten und besonders robusten HF-Reader in Schutzart IP67 haben das Luftschnittstellenprotokoll der ISO 15693 implementiert und können grundsätzlich alle normenkonformen, mobilen Datenträger lesen und beschreiben. Die Transponder sind bei jedem Durchlaufen der Vergießanlage für mindestens zwanzig Minuten einer Temperatur von 100 Grad Celsius ausgesetzt. „Das können nicht alle Transponder auf Dauer, noch dazu zu einem günstigen Preis“, sagt der verantwortliche Elektro- und Softwareplaner Andreas Meidinger. Einer, der das ohne Einschränkungen kann, ist der mobile Datenspeicher MDS D160 von Siemens. Der ISO-konforme, gehärtete Transponder ist für den Einsatz bei Temperaturen von bis zu 175 Grad Celsius ausgelegt und hat sich unter anderem in Industriewäschereianlagen und anderen thermisch anspruchsvollen Prozessen bewährt. Zur einfachen Anbringung der Transponder montiert Zollner die chip-förmigen Transponder (Durchmesser 16 x 3 Millimeter) in Abstandshaltern aus Kunststoff. Diese werden entweder unten in oder seitlich an den umlaufenden Werkstückträgern montiert. Davon sind jeweils zwei Varianten für die Baugruppen-Lader und DC/DC-Wandler im Einsatz, eine einfache für die thermisch unkritischen Stationen und eine erhöht temperaturfeste nur für das Vergießen. Ein Roboter setzt die Baugruppen automatisch um.

Der mobile Datenspeicher MDS D160 von ­Siemens ist ein ISO-konformer und gehärteter Transponder für den Einsatz bei Temperaturen von bis zu 175 Grad Celsius.

Der mobile Datenspeicher MDS D160 von ­Siemens ist ein ISO-konformer und gehärteter Transponder für den Einsatz bei Temperaturen von bis zu 175 Grad Celsius. Bild: Siemens

 

In der Praxis bewährt

Seit Ende 2012 fertigt die Zollner Elek­tronik AG Leistungselektronik-Aggregate ohne Störungen oder Ausfälle. Die gewählte RFID-Kombination aus Reader und Transponder hat sich in der täglichen Praxis bewährt und wurde zwischenzeitlich auch an vielen weiteren Montageanlagen eingesetzt beziehungsweise dafür spezifiziert. „Unterstützung durch den Ausrüster war in diesem Fall nicht nötig, da sämtliche Komponenten einfach zu handhaben sind und durch den IO-Link-Standard sich in die unterschiedlichsten Steuerungen integrieren lassen“, so
Andreas Meidinger. (rt)

Josef Hefele ist Promotor SIMATIC RFID in der Siemens-Division Process Industries and Drives.

 

Info: Mechatronische Lösungen

Die Zollner Elektronik AG zählt sich zu den Top 15 der Mechatronik-Dienstleister für Electronic Manufacturing Services (EMS) weltweit. Mit über 9.000 Mitarbeitern an 18 Standorten realisiert Zollner kundenspezifische, mechatronische Lösungen jeder Ausprägung – von Einzelteilen über Module und Geräte bis hin zu komplexen Systemen. Die Firmengruppe unterstützt auf Wunsch die gesamte Wertschöpfungskette: von der kundenspezifischen Entwicklung und Konstruktion über die Muster- und Serienproduktion inklusive Supply Chain Management und Material-Management bis zum After Sales Service. Zu den Kunden gehören führende Unternehmen aus den Branchen Automotive, Büroelek­tronik und Datentechnik, Industrieelektronik, Luftfahrt und Verteidigung, Bahntechnik, Medizintechnik, Messtechnik, Telekommunikation und Konsumgüter.

Info: Das elektronische Herz des Elektroautos

Die für ein optimales Zusammenwirken von Batterie und Elektromotor elementare Leistungselektronik und die Montageprozesse dafür wurden vom Endkunden gemeinsam mit Zollner entwickelt. Das Aggregat integriert den Inverter zur Versorgung des Elektromotors mit Strom aus der Batterie, den DC/DC-Spannungswandler zwischen 400-Volt-Speicher und 12-Volt-Bordnetz und das Ladegerät. Die Software regelt zudem den möglichst effizienten Stromfluss bei der Rekuperation von Energie im Schubbetrieb.

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