Energiesparmaßnahmen beim Lötprozess

Der „Carbon Footprint“ und energieeffiziente Produktionsprozesse rücken auch bei der Elektronikfertigung immer stärker in den Fokus. SMARTe Lösungen und ganzheitliche Ansätze zeigen, dass Energiesparmaßnahmen auch zielführende Synergieeffekte für den Produktionsprozess selbst mit sich bringen.

Gründe dafür sind neben steigenden Energiekosten auch die in Aussicht stehenden Fördermittel für Unternehmen bei der Einsparung von CO² und bei Investitionen in energieeffizientere Anlagen. Es empfiehlt sich genau zu prüfen, welche nationalen Fördermaßnahmen bei der Modernisierung mit energieeffizienteren Anlagen Anwendung finden können und gegeben Falls auf europäischer Ebene Förderprogramme wie Horizon Europe, InvestEU oder EEEF (European Energy Efficiency Fund) in Anspruch zu nehmen.

Reflowsystem der R-Serie – R360

SMART Solutions
Der in Wertheim ansässige Hersteller von Lötanlagen und Maschinen zur Wärmebehandlung SMT Thermal Discoveries widmet sich der Thematik „Energieeffizienz beim Lötprozess“ schon seit vielen Jahren im Speziellen und optimiert ständig an den Stellschrauben in diesem Bereich – den Offensichtlichen aber eben auch da, wo man es nicht vermuten mag.

Das Aufheizen einer Löt-Anlage – unabhängig vom Hersteller – ist immer der energieintensivste Teil des Prozesses. Ist das Reflow-System dann betriebsbereit können die Verbrauchswerte jedoch stark variieren. SMT Thermal Discoveries gibt Einblick in welchen Bereichen besonderes Einsparpotenzial festgestellt und welche Maßnahmen entsprechend implementiert werden konnten.

Optimierung der Isolierung
Was für Häuser und Infrastrukturprojekte gilt, gilt auch für energieintensive Industrieanlagen. Mit einer verbesserten Isolierung ist eine deutliche Reduzierung des Wärmeverlustes nach außen erreichbar. Bei einer Reflow-Lötanlage mit einer Heizzonenlänge von 3,6 m lässt sich so im Durchschnitt bereits bis zu 1 kWh Energieverbrauch einsparen.

Optimierung der Wärmeübertragung
Hat eine Löt-Anlage die gewünschte Profiltemperatur erreicht, fällt der Großteil der weiterhin benötigten Energie für den Wärmeübertragungsprozess in das Produkt an. Durch die optimierte Anpassung der Lüftergeschwindigkeiten und Lüfterleistung – bei SMT Thermal Discoveries in insgesamt weniger Heizzonen als in am Markt oft typischen Anlagen – lässt sich hierdurch einiges an mechanischre Energie einsparen. Mit -6 Hz Lüfterfrequenz sinkt der Energieverbrauch im Bereich der Lüfter bereits um ca. 20 % (als Berechnungsgrundlage dient auch hier exemplarisch eine R360 Reflow-Anlage mit einer Heizzonenlänge von 3,6 m). Die präzise Regulierung der Wärmeübertragung über die Lüfterleistung ist innerhalb von wenigen Sekunden möglich.

SMART-Solutions – Game-Changer im Produktionsprozess
Maximale Effizienz einer Reflow-Anlage ist dann erreichbar, wenn sie aufgeheizt (Profiltemperatur ist erreicht) und dann kontinuierlich in Betrieb ist. Um Umstellzeiten und damit auch zwangsläufig Energieverluste zu vermeiden, ist bei Anlagen der neuesten Generation von SMT Thermal Discoveries mit „Profiling Plus“ eine Profil-Lösung implementiert, die mit nur einer Temperatureinstellung den durchgehenden Betrieb garantiert – unabhängig vom Produkt. Jedes Produkt kann so bei gleichbleibender Temperatur den Produktionsprozess durchlaufen. Diese Lösung bietet auch Herstellern, deren Fertigungslinien nicht die ganz großen Stückzahlen haben, neue Möglichkeiten in Sachen Planung und Flexibilität. Als Referenz für die Temperatureinstellung dient dabei immer das schwerste Produkt des Anwenders. Mit diesem Prinzip ist der geringstmögliche Energieverbrauch pro Produkt erreichbar. Denn Umstellzeiten (erneute Aufheiz- oder Abkühlungszeiten) werden so vermieden, was sich deutlich auf den Energieverbrauch auswirkt. 

Als ein zusätzlicher Energiespar-Helfer erweist sich auch die neu implementierte Profile-Prediction-Software. Anwender geben die Grunddaten des herzustellenden Produktes im System ein und erhalten ein vorberechnetes Lötprofil „als Empfehlung“. Dieses ist individuell anpassbar auf die priorisierten Faktoren wie Durchlaufzeiten und Temperatur oder aber eben auch das „energieeffizienteste Profil“ für das jeweilige Produkt.

Die Prozessgasreinigung (KATalyse und ABS Pyrolyse) ergänzt die üblichen Filtersysteme

Ein optimiertes Reinigungssystem
Kein Anwender mag es die „Black Box“ Reflow-Lötsystem zu öffnen, denn in aller Regel ist dies mit Wartungs- und/oder Reinigungsmaßnahmen und daher auch mit Standzeiten verbunden. Um diese zu minimieren, nutzen die Reflow-Systeme von SMT Thermal Discoveries das Prinzip der Prozessgasreinigung.

Bereits erhitzte Luft aus dem Lötprozess wird für den Reinigungsprozess genutzt und umgekehrt. In der Lötanlage wird durch das Prozessgas-Reinigungssystem bereits erhitzte Luft „on the spot“ – d.h. an relevanten Stellen und mit kurzen Wegen – gesaugt, noch weiter aufgeheizt, und bei Temperaturen von bis zu 500 °C durch den Katalysator geleitet und anschließend temperaturreguliert zurück in den Ofen geführt. Die große Oberfläche des mit Edelmetallen beschichteten Katalysators (Granulat) sorgt für eine optimale Reinigungswirkung.

Definition: Unter Katalyse versteht man die Änderung der Kinetik einer chemischen Reaktion mittels eines Katalysators. Durch diese Kinetik-Änderung wird eine chemische Reaktion wie das Aufspalten langer Kohlenwasserstoffketten oder deren Oxidation erst aktiviert oder beschleunigt. Dieser Vorgang findet auch im Katalysator eines Autos statt, wo die Abgase des Verbrennungsmotors im Katalysator größtenteils gereinigt werden. Ähnlich wie bei der Abgasnachbehandlung im Fahrzeug arbeitet der Katalysator in der Reflow-Anlage. Die langkettigen Kohlenwasserstoffketten, welche während des Reflowprozesses im Ofen freigesetzt werden, kondensieren an kälteren Stellen in der Anlage und sorgen zum Teil für harzige und ölige Verunreinigungen.

Unabhängige Prüfung
Ob beim Auto, beim Kühlschrank oder bei der Lötanlage – die Angaben von Herstellern bzgl. der Verbräuche sind aufgrund der besonderen „Inhouse-Testbedingungen“ oft intransparent. Um Anwendern, präzise und verbindliche Verbrauchswerte kommunizieren zu können hat sich SMT Thermal Discoveries auch extern und unabhängig auf den Prüfstand begeben – beim TÜV Süd. Getestet wurden eine Reflow-Anlage des Typs R360 mit einer Heizzonenlänge von 3,6 m und eine Vakuum-Reflow-Anlage des Typs Vac L.

Getestete Anlage R360 – Energieverbrauchswert: Leerlauf = 7,994 kW

Bescheinigung und Prüfbericht der R360

Getestete Anlage VacL – Energieverbrauchswert: Leerlauf = 13,929 kW

Bescheinigung und Prüfbericht VacL

Qualität & Langlebigkeit / Nachhaltigkeit
Langlebigkeit und Qualität ist bekanntlich der erste Schritt zur Effizienzoptimierung und zur Reduzierung des Carbon Footprint. Eine qualitativ hochwertige Lötanlage kann mit bis zu 20 Jahren im Produktionseinsatz eingeplant werden, sofern entsprechende Wartungsintervalle eingehalten werden. Da für viele Anwender der Carbon Footprint der Anlage, der bereits bei der Produktion der Maschine entsteht, relevant ist, setzt SMT Thermal Discoveries konsequent auf 100 % „Made in Germany“-Qualitäts-Produktion und den Produktionsstandort Deutschland – und damit auch auf kurze Wege bei der Produktion und Materialbeschaffung.

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