Nicht von der Stange

Die Autorin: Lena Fischer, Leitung Marketing, IEF-Werner GmbH, Furtwangen

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, z. B. 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 bruchempfindlich und weisen bei einer Größe von 156 x 156 mm2 oft nur 160 mm 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. Zusammen mit den elektrischen Komponenten wie Anschlussdose und Anschlussterminal ist der komplex gefügte und sicher umschlossene Schichtenverbund 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.

Als Hersteller von Anlagen und schlüsselfertigen Produktionslinien für die Solarbranche setzt Somont für das Handling der empfindlichen Solarzellen auf eine Pick-and-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, wurde ein modular aufgebautes Sechs-Achs-Positioniersystem in enger Zusammenarbeit mit Somont entwickelt und konstruiert. 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 wurde individuell reagiert.

Bei der Auswahl der passenden Lineareinheit für das Sechs-Achs-Positioniersystem waren verschiedene Aspekte relevant. Von zentraler Bedeutung waren u. a. die Baulänge sowie das Antriebskonzept. Aus Platzgründen kommt das Modul 160/15 G zum Einsatz. Die maximale Verfahrgeschwindigkeit beträgt 5 m/s. 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 160/15 G genügt eine Einheit. 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 68 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 440° – bei maximaler Wiederholgenauigkeit. 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.

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 auf Anwenderwunsch über die vorhandene Maschinensteuerung von Somont. I

IEF-Werner

Thomas Hettich

Produktmanager Linearantriebe

Tel.: 07723 925-147

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