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10/2016 T ITE LS T OR Y I 13 Das Unternehmen W estinghouse Air Bra k e Company (W ABCO) blic k t auf eine lange Geschichte in den V ereinigten Staaten zu rüc k , hat heute seinen Hauptsitz aber in der belgischen Hauptst…
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TITELSTORY
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Modernste Getriebesteuerungen
für Nutzfahrzeuge –
geprüft mit 3D-SPI und 3D-AOI
von Viscom
Olaf Szarlan, Viscom AG, Hannover
ABS-Bremssysteme, Schaltgetriebe und viele andere Fahrzeugkomponenten stellen heute immer kom-
plexere Lösungen dar. Damit steigen auch die Anforderungen an die Qualitätsprüfung. WABCO entwi-
ckelt und produziert in Hannover modernste Automobilelektronik, die später in Lkws und Bussen nam-
hafter Hersteller zuverlässig ihre Arbeit verrichtet. In enger Zusammenarbeit mit der Viscom AG hat
das Unternehmen dank einer integrierten Lösung mit 3D-SPI, 3D-AOI und der Verknüpfung der Daten
über den Viscom Quality Uplink mit großem Erfolg die Fertigungsqualität optimiert.
Leitender Prozessingenieur Rüdiger Borges, Prozesstechniker Andreas Sommerfeld und Prüfmethodiker Lars Schulze
vor der S3088 SPI von Viscom
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Das Unternehmen Westinghouse Air Brake
Company (WABCO) blickt auf eine lange
Geschichte in den Vereinigten Staaten zu
rück, hat heute seinen Hauptsitz aber in der
belgischen Hauptstadt Brüssel. Die Stand
orte verteilen sich von den USA über Aust
ralien, Indien und Japan bis hin zu vielen
anderen Ländern wie etwa auch Deutsch
land. Am Lindener Hafen in Hannover läuft
bei WABCO die Elektronikfertigung prak
tisch rund um die Uhr. Im Rahmen einer
Entwicklungspartnerschaft entstand hier
seit 2014 in mehreren Schritten eine Mus
terlinie mit den Systemen S3088 SPI und
S3088 ultra von Viscom. Ein Team von
WABCO, das in engem Kontakt zu ausge
wählten ViscomFachleuten steht, hat un
ter Produktionsbedingungen verschiedene
Prüfmethoden von 2D über 2,5D bis hin zu
3D unter die Lupe genommen, um heraus
zuarbeiten, welche davon jeweils für wel
ches Prüfkriterium am effektivsten einsetz
bar ist. Das Ziel war die richtige Kombina
tion für eine sichere Echtfehlerfindung. Im
Ergebnis konnte die Pseudofehlerrate kon
sequent verringert und der First Pass Yield
wesentlich erhöht werden.
ELEKTRONIK UND MECHANIK
UNTER EINEM
DACH
WABCO ist u. a. bekannt für seine ABS
Lösungen. „Elektronische Bremssysteme,
Getriebesteuerungen, Luftfedersysteme
mit der dazugehörigen Peripherie, wie et
wa Kompressoren und Lufttrocknung – das
sind so die Dinge, die bei uns in der Elek
tronik angesagt sind. Im Bremsbereich
kommen noch Scheibenbremsen dazu,
auch konventionelle Bremssysteme mit
Trommeln“, erklärt Lars Schulze, Prüfme
thodiker bei WABCO. Er betreut in der
Elektronikfertigung die automatische opti
sche Inspektion (AOI) und richtet die Prüf
programme dazu ein. „Die elektronischen
Systeme muss man natürlich mit der Me
chanik koppeln und das machen wir hier im
Werk ebenfalls. Das heißt, wir stellen bei
uns die Elektronik her und liefern sie in die
Nachbarhalle, wo die jeweilige Mechanik
dazu gebaut wird“, so Schulze. Das Schlag
wort lautet Mechatronik.
Hannover ist das Hauptentwicklungs
zentrum der Elektronik von WABCO. Eine
weitere ähnlich ausgerichtete Niederlas
sung ist in Wroclaw im Nachbarland Polen
angesiedelt. Alle anderen Produktionsstät
ten fokussieren sich hauptsächlich auf die
mechanische Fertigung. In der niedersäch
sischen Landeshauptstadt beschäftigt
WABCO etwa 2.600 Mitarbeiter, davon
rund 250 in der Elektronikproduktion. Zu
den Kunden zählen Unternehmen wie DAF
Trucks, Daimler, MAN, Scania, Volvo oder
auch ZF Friedrichshafen.
PLATZ FÜR ELEKTRONISCHE BAUTEILE
ZU
95 PROZENT BELEGT
Ein aktuell sehr wichtiges Produkt von
WABCO ist eine hoch komplexe Leiter
platte mit rund 450 Bauteilen, die in Nutz
fahrzeugen als Herzstück der Getriebe
steuerung dient. Dazu Rüdiger Borges, lei
tender Prozessingenieur bei WABCO:
„Wir haben diese Getriebeelektronik im
Jahr 2015 eingeführt und der Platz, den wir
für elektronische Bauteile zur Verfügung
haben, ist bei dieser Leiterplatte zu 95 Pro
zent belegt. Das ist untypisch im Vergleich
zur normalen Elektronikfertigung, wo man
vielleicht einen Platzbedarf von 70 bis 80
Prozent hat.“ Gerade bei diesem Produkt
mit seiner sehr hohen Packungsdichte, bei
der man mit einer schrägen Kamera des In
spektionssystems teilweise nicht mehr viel
sehen kann, ist die 3DAnalyse eine sehr
große Hilfe. Alles ist dicht an dicht bestückt
und ein guter Grund, weshalb WABCO in
der Musterlinie das 3DAOISystem
S3088 ultra von Viscom einsetzt. Die Ent
wicklung geht laut Borges zudem in die
Richtung von kleinen kompakten Baufor
men wie QFN, bei denen die Anschlüsse
gar nicht mehr oder nur eingeschränkt mit
Hilfe geneigter Kameras sichtbar sind.
3D-SPI
MIT ÜBERZEUGENDEN
MÖGLICHKEITEN
DER
DATENVERKNÜPFUNG
Für die Lotpasteninspektion (solder
paste inspection – SPI) hatte WABCO u. a.
zum Ziel, den dort gebundenen Mitarbeiter
mit anderen Aufgaben betrauen zu können.
Das ließ sich in der Musterlinie sehr gut mit
einer S3088 SPI von Viscom realisieren. Es
ist nicht das erste System zur Pastenprü
fung, das WABCO für seine Produktion an
geschafft hat. Als eine Neuinvestition an
stand, konnte es sich aber aufgrund der Da
tenvielfalt und konfiguration im Rahmen
eines Benchmarks behaupten. Überzeu
gend waren dabei insbesondere die Mög
lichkeiten der stark automatisierten Daten
verknüpfung über den Quality Uplink und
den Verifikationsplatz HARAN von Vis
com. Dazu Rüdiger Borges: „Wir hatten
gesagt, in die Richtung wollen wir gehen
und uns das genau anschauen.“ Ziel von
WABCO war es, den Prozess nicht mehr
nur im Ganzen beurteilen zu können, son
dern auch in Einzelschritten zu verstehen.
So haben zum Beispiel der Bestück und
Ofenprozess ihre besonderen, prozessrele
vanten Eigenheiten.
Die Mitarbeiter von WABCO wollten
möglichst genau wissen, wann eine fehler
hafte Leiterplatte tatsächlich aus der Ferti
gungslinie herausgenommen werden
muss, etwa schon nach dem Drucker, weil
das SPISystem sagt, es gibt Pastenver
schmierung oder es ist keine Paste vorhan
den. In diesen Fällen wäre eine Bestückung
mit Bauteilen überflüssig. Das ist beson
ders vor dem Hintergrund ein großes Plus,
dass WABCO bestimmte Produkte gar
nicht mehr reparieren darf und deswegen
nicht umhinkommt, sie zu verschrotten.
Wenn fehlerhafte Leiterplatten nicht unnö
tig bestückt werden, lassen sich Kosten und
Materialien einsparen. Je früher sie also
ausgesondert werden können, desto besser.
Die S3088 SPI von Viscom leistet dazu ei
S3088 ultra und im Hintergrund der Verifikationsplatz HARAN von Viscom
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nen großen Beitrag. Dass es sich hierbei um
ein modernes 3DSystem handelt, hat
ebenfalls seine Vorteile. „Wenn man nur
von oben auf die Paste schaut, sieht man
nur eine Fläche. Ich weiß aber nicht: Ist die
ses Pastenvolumen auch hoch genug und
habe ich damit definitiv mein Minimalvo
lumen erreicht? Das fängt man mit einer
3DPrüfung besser ab als mit 2D“, erklärt
Andreas Sommerfeld, Prozesstechniker
bei WABCO. Sein Hauptaufgabenfeld ist
das SPISystem mit den Funktionen des
Quality Uplinks von Viscom sowie die da
zugehörige Programmerstellung und opti
mierung.
M
ASCHINEN KOMMUNIZIEREN
MITEINANDER
Die Bildinformationen, die das SPI
System in der Musterlinie an den AOIPro
zess übergibt, sind im Vergleich zu früher
immens und werden heute mit einem Giga
bitLAN bewältigt. „In dem Moment, wo
der Mitarbeiter die Baugruppe am Verifika
tionsplatz hinter dem AOI abscannt, müs
sen die Daten sofort zur Verfügung stehen“,
so Sommerfeld. Eine sehr nützliche Funk
tion des Quality Uplinks ist es z. B., dass
sobald das SPISystem einen Fehler fest
stellt, das AOISystem die Anweisung be
kommt, mit seinen hochauflösenden Ka
meras 360GradFarbbildaufnahmen aus
neun Perspektiven zu machen. Damit ließ
sich relativ gut feststellen, dass Lötbrü
cken, die WABCO im Rahmen der Lotpas
teninspektion oder der automatischen opti
schen Inspektion als typischen Pastenfeh
ler entdeckt hatte, nicht auf mangelhafte
Einstellungen der Parameter am SPI bzw.
dem AOISystem oder dem Schablonen
drucker zurückzuführen waren. Die Ursa
chen für die Entstehung der meisten Löt
brücken konnten zum einen durch ein ver
bessertes Leiterplattendesign und zum an
deren durch eine verbesserte Reinigung der
Leiterplatten im Anlieferzustand deutlich
reduziert werden.
Zum Quality Uplink gehört u. a. auch
der Closed Loop von Viscom. Dahinter
steckt vor allem die Kommunikation zwi
schen der Lotpasteninspektion und dem
vorgeschalteten Schablonendrucker – z. B.
ermittelt und sendet das SPISystem zy
klisch bestimmte Werte an den Druckpro
zess. „Damit kann man den XYOffset au
tomatisch korrigieren lassen“, so Sommer
feld. Er und seine Kollegen konnten den
Reinigungszyklus des Druckers auf diese
Weise weit nach oben schrauben. Waren
früher nur fünf oder sogar noch weniger
Druckzyklen normal, so musste in einem
Testlauf mit der ClosedLoopFunk tion der
Drucker erst nach 20mal wieder gereinigt
werden. Das spart Zeit und Material.
AUF WUNSCH AUCH
INDIVIDUELLE
LÖSUNGEN
Ein Beispiel für ein besseres Verständ
nis des Prozesses im Detail ist der Pasten
auftrag für Ball Grid Arrays (BGAs). Hier
war es den Mitarbeitern von WABCO mög
lich, eine Toleranzgrenze von mindestens
25 Prozent des eigentlichen Solls als völlig
ausreichend zu klassifizieren. „Wir haben
festgestellt, dass es wegen der Vorverzin
nung der BGAs eigentlich nur wichtig ist,
dass diese mit der Paste in Kontakt kommt.
Sofern das annähernd gegeben ist, gibt es
im eingeschwungenen Lötprozess keine
weiteren Probleme“, so Borges. Ist im Rah
men der Prozessgrenzen bei der Lotpasten
kontrolle doch etwas auffällig, so leistet
der Viscom Quality Uplink auch hier gute
Dienste. Eine Markierung sorgt dafür, dass
die geprüfte Leiterplatte bzw. Baugruppe
vom AOISystem für eine zusätzliche ma
nuelle Röntgeninspektion ausgeschleust
wird, obwohl es selbst eigentlich gar kei
nen Fehler entdeckt hat. Bisher musste da
für ein Mitarbeiter auf dem Träger außer
halb des Lötbereichs einen Punkt aufkle
ben. Auf Wunsch von WABCO ist dieser
Schritt jetzt von den Entwicklern bei Vis
com automatisiert worden. Dass diese Lei
terplatte geröntgt werden muss, ist darüber
hinaus für den Bediener am Verifikations
platz HARAN über eine entsprechende An
zeige zu sehen.
Viscom hat schon früher andere indivi
duelle Anforderungen von WABCO umge
setzt, etwa dass an der S3088 SPI die Lei
terplatten im Fehlerfall relativ schnell nur
durch Öffnen der Haube rausgenommen
werden können. Zuvor musste man die Ma
schine dafür erst herunter und dann wieder
hochfahren. Alternativ hätte man mit ei
nem nachgeschalteten Puffermodul agie
ren müssen, was zusätzliche Kosten verur
sacht hätte. Ein weiteres Beispiel für eine
individuelle Lösung von Viscom ist die
jetzt mögliche manuelle BarcodeEingabe
an dem SPISystem.
TESTS GARANTIEREN HOHE
LEBENSDAUER
Am Standort von WABCO in Hannover
wird ebenfalls die langjährige Stabilität
der Elektronik getestet. Fehlen beispiels
weise bei einem Widerstand 50 Prozent an
Paste, sieht man das mit dem Auge nicht,
weil alles sauber verlötet ist. Die Belas
tungsprüfung, in der WABCO die mecha
nische Festigkeit im Hinblick auf eine ge
wünschte Lebensdauer von zehn bis 15
Jahren testet, würde diese Leiterplatte aber
voraussichtlich nicht bestehen. Die Elek
troniken müssen dabei Temperatur
schwankungen von 40 °C bis zu +150 °C
aushalten können, da sie z. B. ganz dicht
im Getriebe verbaut werden können.
Rüdiger Borges erklärt: „Unsere Pro
dukte sind, etwa im Vergleich zum Pkw
Bereich, wesentlich langlebiger. Im After
SalesMarket laufen einige bestimmt 15
bis 20 Jahre. Da gibt es auch immer wieder
mal Elektronik, die wir nachbauen müs
sen. Das ist nichts Außergewöhnliches und
im Prinzip auch eine Sache, die für uns ei
nen gewissen Anspruch hat, auf der einen
Seite modernste Elektronik zu entwickeln,
Das geplante WABCO Engineering Innovation Center in Hannover