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Anlagenretrofit Mit nicht-invasiver Funksensorik zu mehr Energieeffizienz

| Redakteur: Jürgen Schreier

Energieeffizienz durch Prozesstransparenz: Das ist Gegenstand eines Use Case bei Limtronik. Dabei wurde ein Reflow-Ofen mit energieautarker Funksensorik nachgerüstet. Ein Gateway bündelt die Daten und gibt sie an eine IoT-Plattform weiter. Das ermöglicht ein optimiertes Wartungsmanagement.

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Limtronik hat ein Wartungsmanagement mit Ad-Hoc-Sensorik implementiert. Dabei wird eine nicht-nvasive, energieautarke Strommessung mit funkbasierter Datenübertragung und Datenbündelung im sicheren Gateway durchführt.
Limtronik hat ein Wartungsmanagement mit Ad-Hoc-Sensorik implementiert. Dabei wird eine nicht-nvasive, energieautarke Strommessung mit funkbasierter Datenübertragung und Datenbündelung im sicheren Gateway durchführt.
(Bild: Limtronik)

Die Digitalisierung der Produktion bedeutet besonders für KMU noch immer eine Herausforderung. Es ergeben sich technische Fragestellungen wie z.B. die Gewährleistung und Stillstandzeiten bei der Nachrüstung von Anlagen oder Security-Bedenken bei der Öffnung der eigenen Produktion hin zum Internet.

In einem vom Land Hessen geförderten Projekt entwickeln Forscher der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) gemeinsam mit Projektpartnern daher eine Plattform für einen sichere und zugleich kostengünstige Anbindung von Maschinen an das Internet.

Funkbasierte Sensorik unterstützt "grüne Produktion"

Der Limburger Elektronikfertiger Limtronik und die THM haben zudem jüngst einen Use-Case entwickelt, bei dem mithilfe nicht-invasiver, leicht nachrüstbarer funkbasierter Sensorik eine „grüne Produktion“ unterstützt wird. Diese Entwicklungen kommen in der Smart Electronic Factory von Limtronik zum Einsatz und sollen dem deutschen Mittelstand zugänglich gemacht werden bzw. als Vorbild dienen.

„Der Klimawandel und damit verbundene steigende Energiekosten sowie knapper werdende Ressourcen lassen die Energieeffizienz in der Produktion mehr und mehr zu einem strategisch wichtigen Faktor werden. Energieeffizienz braucht Prozesstransparenz. Erst wenn man Energie- und Rohstoffströme messen kann, ergibt sich die Chance, hier zu optimieren und Einsparungen zu erreichen", erklärt Prof. Diethelm Bienhaus von der THM, der das Projekt initiierte und leitete.

„Insbesondere Unternehmen der Fahrzeugbau und die Elektroindustrie besitzen hohes Potenzial zur Reduzierung des Energieverbrauchs in ihrer Produktion. Zur Erschließung von Einsparpotenzialen ist der Einsatz entsprechender Technologien erforderlich“, erklärt Gerd Ohl, Geschäftsführer der Limtronik GmbH.

Limtronik ist Mitbegründer des SEF Smart Electronic Factory e.V. – einer Initiative, die Industrie-4.0-Lösungen für den produzierenden deutschen Mittelstand entwickelt. Auch die Technische Hochschule Mittelhessen ist Gründungsmitglied des SEF Smart Electronic Factory e.V.

Prozesstransparenz ohne hohe Kosten und Sicherheitsrisiken

Beim Use-Case "Energieeffizienz braucht Prozesstransparenz – und das ohne hohe Kosten und Sicherheitsrisiken" bilden Sensoren die Basis, die ohne Eingriffe in bestehende Anlagen Prozesszustände und Messwerte erfassen und über ein sicheres Gateway dann Auswertetools zur Verfügung stellen. Diese Lösung kommt im Hause Limtronik zum Einsatz und gilt gleichzeitig als Blaupause für mittelständische Produktionsunternehmen.

Im Rahmen von Abschlussarbeiten von Informatik-Studierenden der THM wurden Tools zur Visualisierung und Überwachung vor Ort entwickelt.
Im Rahmen von Abschlussarbeiten von Informatik-Studierenden der THM wurden Tools zur Visualisierung und Überwachung vor Ort entwickelt.
(Bild: Limtronik)

Konkret umfasst der bei Limtronik umgesetzte Use Case die Reduzierung von Wartungsintervallen mit Ad-Hoc-Sensorik. „Der Reflow-Ofen wurde bislang in festen Intervallen gereinigt. Die Kondensate und Reinigungs-Chemiekalien müssen entsorgt werden. Dabei entstehen Herausforderungen. Zum Beispiel führt zu spätes Reinigen zu Qualitätsproblemen der Leiterplatten. Zu frühes Reinigen hingegen verursacht mehr chemische Abfälle, höhere Kosten und mehr Stillstandszeiten“, erklärt Gerd Ohl.

Studierende entwickeln Tools zur Visualisierung und Überwachung

Bei der Lösung, einem Wartungsmanagement, wird eine nicht invasive, energieautarke Strommessung mit funkbasierter Datenübertragung und Datenbündelung im sicheren Gateway durchführt. „Im Rahmen von Abschlussarbeiten von Studierenden der Informatik der THM wurden weiterhin Tools zur Visualisierung und Überwachung vor Ort entwickelt und bei der Limtronik installiert", erklärt Prof. Bienhaus, der diese Arbeiten betreute.

Die Auswertung der Daten erfolgt mittels Business Rules in der IoT-Plattform sphinx open online der in-integrierte informationssysteme GmbH, eine Tochtergesellschaft der GFT Technologies SE (GFT). Erreicht wurde so eine Optimierung der Wartungsintervalle, geringe Entsorgungs- und Wartungskosten, vorausschauende Wartung und längere Anlagenlaufzeiten.

Wie funktioniert ein Reflow-Ofen?

Bei der SMT-Fertigung (engl. „surface mounted technology“) werden die Bauteile vollautomatisch auf die Leiterplatte bestückt und anschließend gelötet. Für das Lösten ist der Reflow-Ofen zuständig, der auf elektronische SMT-Baugruppen gezielt und definiert Wärmeenergie überträgt. Dies führt zur Erwärmung der Baugruppe. Die Maximal-Temperatur auf der Baugruppe ist dabei höher als der Schmelzpunkt der applizierten Lotpaste, sodass ein Aufschmelzen der Lotpaste sichergestellt ist.

Die Wärmeübertragung in Reflowsystemen findet heute allgemein üblich mit umgewälzter Heißluft oder einem Schutzgas statt - daher auch der Name Konvektionslöten. In den Anfängen der SMD-Technologie erfolgte die Wärmeübertragung durch Infrarotstrahler, was aber mit gewissen Problemen verbunden war. So haben sich die entsprechenden Bauteile unterschiedlich stark erwärmt. Doch gerade diese Temperaturunterschiede gilt es möglichst zu vermeiden.

Quelle: Kurtz Ersa

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