Technik vom Fachmann

Elektronikfertigung - Die Produktion von RFID-Systemen erfordert vielerlei Spezialkenntnisse, schließlich sind die empfindlichen Bauteile im Betrieb meist extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Der Marktführer für industrielle RFID-Systeme meistert die Herausforderung.

30. März 2007

Die Technik der Produktidentifizierung mithilfe von Radiowellen (RFID) eröffnet vielerlei Möglichkeiten, die traditionelle Identtechnik nicht bieten kann. Eines ist den zahlreichen Einsatzfeldern dieser Technik jedoch meist gemein: Im Alltag sind die Systeme erheblichen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die der empfindlichen Elektronik zu schaff en machen. Bei einem Produzenten von Eierprodukten zum Beispiel werden die Herstellungsanlagen täglich mit einem scharfen Wasserstrahl gereinigt. Dazu gehören auch die im Werk eingesetzten RFID-Antennen und die an den Transportwagen befestigten RFID-Datenträger, die eine lückenlose Verfolgung der Rohstoffe bis zum Endprodukt ermöglichen.

Raue Umgebungsbedingungen

Doch beansprucht wird die empfindliche Elektronik nicht nur durch die vorgeschriebene Reinigung, dazu kommen oft auch klimatische Einflüsse wie wechselnde Sonneneinstrahlung, Luftfeuchtigkeit oder Kälte, etwa bei einer Anbringung an Verladetoren. Bei der Montage auf Fahrzeugen sind die Bauteile zudem entsprechenden Erschütterungen ausgesetzt. Bei der Entwicklung der RFID-Systeme spielt deshalb die Zuverlässigkeit eine große Rolle, erzählt Karsten Dannewitz, Leiter der RFID-Fertigung im Elektronikwerk Fürth von Siemens: »Schließlich erwarten unsere Kunden eine gleich bleibendhohe Qualität von Anfang an. Ein ›Reifen‹ der Produkte beim Kunden ist absolut unakzeptabel.«

Die Entwicklungsingenieure beim Marktführer für industrielle RFID-Systeme legen deshalb besonderen Wert auf die Langlebigkeit der Produkte, da gerade RFID als wichtiges Steuerelement in einem Geschäftsprozess von herausragender Bedeutung ist, denn ein Systemausfall kann leicht zu erheblichen Schäden führen.

So wurde zum Beispiel die neue UHF-Antenne Simatic RF660A von Beginn an für die Schutzart IP 67 ausgelegt, um das Gerät tauglich zu machen für den harten Alltag in Produktion und Intralogistik. Die Reinigung mit dem Wasserschlauch ist deshalb kein Problem. Allerdings wurde beim Design der Antenne bald klar, dass sich das vergleichsweise große wasser- und staubdicht verschweißte Kunststoff -Gehäuse bei hohen Temperaturschwankungen verziehen könnte. Doch auch dafür fanden die Siemens- Ingenieure schnell eine Lösung, erläutert Werner Pfeifer, Leiter Industrial Engineering: »Wir haben deshalb den Einsatz einer Druckausgleichsmembran vorgeschlagen.« Diese Membran besteht aus dem gleichen Material, wie es für atmungsaktive Sportbekleidung verwendet wird. Sie ermöglicht den Einsatz der Antenne in einem Temperaturbereich von -25 bis +75 Grad Celsius und schützt die Elektronik dennoch gegen Spritzwasser und Luftfeuchtigkeit.

Ein zweiter Aspekt ist das Zusammenspiel aller Komponenten und Module. Um eine hohe Schutzart des Systems zu erreichen, genügt es nämlich nicht, die Elektronik in ein dichtes Gehäuse zu verpacken: Diesen hohen Ansprüchen genügen müssen auch die angebotenen Stecker, Leitungen und andere Systemkomponenten, die ihre Funktion zudem auch im Zusammenspiel unter Beweis stellen müssen. Bei der Entwicklung wird deshalb vor Fertigungsbeginn nicht nur ein funktionaler Test durchgeführt, sondern auch ein umfangreiches Testprogramm des kompletten Systems durchlaufen. Für die Produktion freigegeben wird die neue Produktlinie erst, wenn Entwicklungschef und Systemtestleiter gleichermaßen von der Qualität überzeugt sind.

Robustheit als erste Pflicht

Doch auch die Fertigung muss viel tun, um die hohe Qualität der RFID-Systeme zu gewährleisten. So erfordern Anwendungen in der Werkzeugindustrie Datenträger in der Größe von Hemdknöpfen, die zugleich dicht sind, Temperaturen über 100 Grad Celsius aushalten und bündig in Metall eingebaut werden können. Um die geforderten Abmessungen zu erreichen, werden bei Siemens ungehäuste Halbleiter-Bauteile vollautomatisch über Wire-bond-Technik auf der Leiterplatte montiert und dabei mit Drähten verbunden, die dünner sind als ein menschliches Haar. Um die geforderte Temperaturbeständigkeit und Dichtigkeit zu gewährleisten, wird die Leiterplatte nach der Montage mit Kunststoff umspritzt.

Bei anderen Produkten kommt zudem die Orbitalverschweißung zum Einsatz. Bei diesem Verfahren wird beispielsweise die Gehäuse- Oberschale eines Lesegeräts in einer Vorrichtung fest eingespannt und die flache Rückplatte unter Druck mit einer Frequenz von mehr als 200 Hertz kreisförmig bewegt. Druck und Bewegung bringen dabei den Kunststoff des Gehäuses punktuell zum Schmelzen und gewährleisten so eine absolut dichte und dauerhafte Verschweißung von Deckel und Gehäuse.

Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser

Absolute Verlässlichkeit und Qualität der Produkte garantieren kann Siemens aufgrund umfangreicher Kontrollen. Jedes einzelne Gerät wird deshalb einer abschließenden Prüfung unterzogen, bevor es das Werk verlässt. Diese Prüfungen umfassen bei besonders kritischen Produkten unter anderem eine Dichtheitskontrolle mithilfe einer wassergefüllten Glasglocke und einer Vakuumpumpe: Bei diesem aufwendigen Testverfahren zeigen Luftbläschen an den Schweißnähten der eingetauchten Geräte, dass das Gehäuse nicht ausreichend dicht ist.

Ein automatischer Funktionstest überwacht die technischen Parameter der RFIDModule. So durchlaufen alle gefertigten Datenträger für Siemens’ High-End-System Moby U ein speziell entwickeltes Testprogramm. Zwar sind deshalb bereits geringe Differenzen der verwendeten Bauteile nicht mehr tolerierbar, doch ist andererseits die Leistungsfähigkeit von Moby U erst auf diese Weise überhaupt möglich. Das vollautomatische Prüfverfahren sorgt deshalb dafür, dass eventuelle Abweichungen bereits im Werk frühzeitig erkannt und korrigiert werden können.

Die spezifischen Anforderungen machen die RFID-Fertigung zu einer echten Spezialität für Produktionstechniker. Doch nicht nur der technische Fortschritt spielt hier eine wichtige Rolle: Von enormer Bedeutung für die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte sind auch die Wirtschaftlichkeit und Qualität. Dannewitz und seine Kollegen sind deshalb permanent auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, ihre Produktionsmethoden weiter zu optimieren. Dazu zählt auch das im Werk etablierte Programm zur kontinuierlichen Verbesserung: Sobald im Herstellungsprozess eine Abweichung auftritt, beginnt eine umfassende Analyse der Ursache mit dem Ziel, dauerhafte Abhilfe zu schaffen. Eine wichtige Informationsquelle ist auch die Auswertung von Rückläufern, die im Werk auf Herz und Nieren geprüft werden. Bei aller Automatisierung wird so die RFID-Produktion ständig an neue Erfahrungen und Weiterentwicklungen angepasst und gewährleistet so, dass die RFIDSysteme über viele Jahre ihren Dienst tun.

Markus Weinländer, Siemens AG A&

FAKTEN

¦ Das Verfahren der »Radio Frequency Identification« (RFID) ermöglicht einen steten Informationsfluss für reibungslose und wirtschaftliche Prozesse.

¦ RFID-Systeme bestehen aus mobilen beschreib- und lesbaren Datenspeichern (Tags), unterschiedlichen Schreib- Lesegeräten, Antennen sowie Anschaltungen für den Anschluss an das Automatisierungssystem wie Profibus, Profinet oder Ethernet.

¦ Im Umfeld von Montagelinien und industrieller Produktion gewährleisten robuste Systeme in Schutzarten bis IP 68 höchste Sicherheit beim Lesen und Schreiben

Erschienen in Ausgabe: 02/2007