Individuell und nicht von der Stange

10.01.2014 11:38

Individuell und nicht von der Stange

Sechs-Achs-Positioniersystem für das schonende Handling von Solarzelle

Für das schonende Handling von empfindlichen Solarzellen setzt der Anlagenbauer Somont aus Umkirch bei Freiburg auf ein Sechs-Achs-Positioniersystem von IEF-Werner. Das Besondere: Der Automatisierungsspezialist lieferte diese Lösung nicht nur voll funktionstüchtig, er schneiderte sie darüber hinaus individuell auf die vorhandene Produktionslinie zu. Damit konnte das Mehrachssystem direkt integriert werden, erforderlich war nur noch die Verkabelung. IEF-Werner arbeitete bei Auslegung und Konstruktion dieser Lösung eng mit Somont zusammen.

Nach einer positiven Marktentwicklung in den vergangenen Jahren steht die Solarbranche in Deutschland aktuell – besonders durch asiatische Wettbewerber – unter enormem Kostendruck. Hersteller in diesem Markt benötigen entlang der gesamten Prozesskette Automatisierungskonzepte auf hohem technologischem Niveau. Denn an die Produktion sind große Anforderungen gestellt, zum Beispiel an ein schnelles, präzises und gleichzeitig schonendes Handhaben der sensiblen Zellen. Dabei gilt es stets, Durchlaufzeiten zu verkürzen und handhabungsbedingte Ausschussraten zu verringern. Denn die Zellen sind sehr bruchempfindlich und weisen bei einer Größe von x Quadratmillimetern oft nur Mikrometer Dicke auf.

Solarmodule bestehen im Wesentlichen aus einer komplex geschichteten Scheibe: optisch aktive, kristalline Solarzellen, eine Glasplatte, die das spröde, in Silikon eingebettete Material trägt, sowie verschiedene Schutzschichten. Diese schirmen das Bauteil gegen schädigende mechanische sowie witterungsbedingte Einflüsse ab. Zusammen mit den elektrischen Komponenten wie Anschlussdose und Anschlussterminal ist der komplex gefügte und sicher umschlossene Schichten-Verbund in einen Aluminiumrahmen eingepasst. Die Solarzellen selbst werden in Strängen, sogenannten Strings, hintereinander positioniert und durch ein Lötbändchen elektrisch miteinander verschaltet. Diese Verbindungstechnik übt keine mechanischen Belastungen auf die Solarzellen aus und hält thermische Spannungen klein. Im Bruchteil einer Sekunde sind Verbinder und Solarzelle mechanisch und elektrisch stabil gefügt.

Schonendes und schnelles Handling gefordert

Als Hersteller von Anlagen und schlüsselfertigen Produktionslinien für die Solarbranche setzt Somont für das Handling der empfindlichen Solarzellen auf eine Pick-&-Place-Lösung von IEF-Werner. Diese nimmt die empfindlichen Zellen für den Verbindeprozess von einem Band auf, führt sie schonend und schnell der Lötstation zu und richtet sie dabei exakt aus. „Um auf die individuellen Anforderungen des Anlagenbauers eingehen zu können, haben wir ein modular aufgebautes Sechs-Achs-Positioniersystem in enger Zusammenarbeit mit Somont entwickelt und konstruiert“, sagt Thomas Hettich, Produktmanager bei IEF-Werner. Dieses soll die Bruchraten gering halten und sich reibungslos in die bereits vorhandene Linie einfügen. „Deswegen kommt auch keine Standardlösung zum Einsatz. Auf die verschiedenen Anforderungen wie Positionier- und Wiederholgenauigkeiten, den erforderlichen Hub, die Geschwindigkeit, aber vor allem die Baugröße konnten wir individuell reagieren“, erklärt Hettich.

Mehr als die Summe seiner Teile

Bei der Auswahl der passenden Lineareinheit für das Sechs-Achs-Positioniersystem waren verschiedene Aspekte relevant. Von zentraler Bedeutung waren unter anderem die Baulänge sowie das Antriebskonzept. Aus Platzgründen kommt das Modul / G zum Einsatz. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit beträgt fünf Meter in der Sekunde. Sein Aufbau besteht aus einem Doppelhohlkörperprofil, zwei Führungen und zwei Zahnriemen. Die Variante „G“ zeichnet sich dadurch aus, dass diese mit zwei unabhängig voneinander verfahrbaren Schlitten ausgestattet ist. Dabei werden zwei Zahnriemen über zwei Motoren angetrieben. Das spart erheblich Bauraum. „Um die Taktzeit zu erhöhen, hätten zwei Lineareinheiten nebeneinander angeordnet werden müssen. Durch das innovative Antriebskonzept beim Modul / G genügt eine Einheit“, erläutert Hettich. Die Lineareinheit ist so positioniert, dass die Greifer, die auf den beiden Schlitten befestigt sind, abwechselnd in die Mitte fahren und die Zellen aufnehmen. Damit sie anschließend exakt in der richtigen Lage auf der Transporteinheit zur Lötanlage abgelegt werden können, setzt IEF-Werner auf das Modul D. Diese präzise lineare Verstelleinheit mit Zahnriemenantrieb ist mit einer als Hohlwelle ausgeführten Drehachse ausgestattet. Das Drehmoment des Motors wird über ein Riemengetriebe auf die Drehachse übertragen. Um den Verfahrbereich zu überwachen, sind die Endlagen der Linearachse und der Dreheinheit mit integrierten induktiven Näherungsschaltern versehen, die auf einen gemeinsamen Stecker geführt sind. Zusätzlich zu dieser elektrischen Überfahrsicherung besitzt dieses Modul Dämpfungselemente als Auffahrsicherung. Der Drehwinkel liegt bei Grad – bei maximaler Widerholgenauigkeit. Die Komponente ist leicht und besonders kompakt. In die Hohlwelle lassen sich außerdem die Pneumatikschläuche und Steuerungskabel integrieren. Das Sechs-Achs-Positioniersystem hat die Aufgabe, die Solarzellen, die von einem zentralen Zuführband linear und getaktet ankommen, aufzunehmen, auszurichten und auf zwei parallelen, nachfolgenden Bändern abzulegen. Dazu werden die Positionsdaten der Solarzellen von einem Kamerasystem erfasst und über die Maschinensteuerung an das Positioniersystem übermittelt. Dieses kann somit die Solarzellen lagerichtig und präzise auf dem nachfolgenden Band ablegen. Parallel dazu wird der Anlage das Lötbändchen zugeführt und mit Flussmittel benetzt. Im folgenden Lötprozess werden Solarzelle und Lötbändchen miteinander verbunden.

Alles aus einer Hand

IEF-Werner lieferte das komplette System. Dazu gehörten nicht nur die Linear- und die Verstelleinheit, sondern auch das passende Untergestell, Energieführungen, Motoren, Verkabelung und Verschlauchungen. „Die Lösung lässt sich einfach in die vorhandene Montageanlage integrieren. Es müssen lediglich die Kabel angeschlossen werden“, äußert Bernd Hirzler, Konstruktionsleiter bei Somont, zufrieden. Bedient wird das Sechs-Achs-Positioniersystem zusammen mit der kompletten Montageanlage über die vorhandene Maschinensteuerung von Somont. „Das war der Wunsch des Kunden“, erklärt Hettich. „Bei Bedarf liefern wir natürlich mit unserer PA-CONTROL-Touch auch ein passendes Steuerungssystem.“ Der Anwender kann aber grundsätzlich selbst entscheiden, welchen Anteil er beisteuern möchte und welche Komponenten IEF-Werner integriert. „Ob Lineareinheit, Greifer, Motoren oder eben die Steuerung – wir liefern alles aus einer Hand. Und die Systemkomponenten erfüllen genau die individuellen Anforderungen. Komponenten von der Stange sind immer seltener gefragt“, erläutert er die Marktsituation.

Die Somont-Anlagen haben sich im Stunden-Betrieb als standfeste Industrie-Automaten bewährt.

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