Wie man mit hochwertigen DC/DC- Wandlern der Digitalisierung auf die Sprünge helfen kann

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

DC/DC-Wandler sind bis heute eine Hochburg der Analogtechnik. Ringkern-Trafos, Schalttransistoren, Gleichrichter, Drosseln, Kondensatoren – alles seit Jahrzehnten bekannte Materie. Und doch zeigt die Geschichte von RECOM Power, wie man mit findigen Lösungen vom Trend zur Digitalisierung profitieren kann.

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Zukunftsweisendes Design: Akzente setzen nicht nur die RECOM-Produkte, sondern auch die Firmenzentrale in Gmunden/Österreich.
Zukunftsweisendes Design: Akzente setzen nicht nur die RECOM-Produkte, sondern auch die Firmenzentrale in Gmunden/Österreich.
(Bild: RECOM Power)

Längst ist das Thema Digitalisierung in der Öffentlichkeit angekommen – meist in Verbindung mit Internet, Smartphone oder Industrie-Robotern. Hinter den Kulissen aber hat die Digitalisierung schon sehr viel früher begonnen – spätestens mit den ersten Mikroprozessoren vor mehr als 40 Jahren. Die Folge: Elektronische Systeme wurden immer leistungsfähiger. Und sie wurden zunehmend durch Schaltnetzteile versorgt, die wegen ihrer diffizilen Technik meist als fertiges Modul zugekauft werden mussten. Konsequenz: Es entstand ein eigenständiger Stromversorgungsmarkt – neben AC/DC-Netzteilen zunehmend auch für DC/DC-Wandler. Denn die zentrale Gleichspannung des Netzteils von meist 5 V musste auf der Platine an die Betriebsspannungen einzelner Komponenten angepasst werden. Das Konzept einer verteilten Stromversorgung war geboren.

Die Vorgeschichte von RECOM Power

Zurück zu den Anfängen. Wir schreiben das Jahr 1975. Die deutsche Botschaft in Stockholm wird von Terroristen der RAF überfallen. Vom Dach der US-Botschaft in Saigon verlässt ein letzter Hubschrauber Vietnam. Die amerikanische Gould Electronic übernimmt die englische Advance Electronic. Der Geschäftsführer der deutschen Advance-Tochter, Horst Bier, reicht seine Kündigung ein und startet, mit tatkräftiger Unterstützung seiner Gattin Freda, im Souterrain seines Wohnhauses mit RECOM Electronic sein eigenes Unternehmen.

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Schnell muss er seine Pläne modifizieren. Denn der CEO von Gould bittet ihn, noch für einige Jahre das deutsche Gemeinschaftsunternehmen zu führen. Er gestattet ihm, RECOM parallel dazu auf „Sparflamme“ zu betreiben. „Dies war ein Angebot, das ich nicht ablehnen konnte“, erinnert sich Horst Bier heute an die frühen Jahre. Er hatte damals allerdings nicht erwartet, dass sein Engagement beim milliardenschweren US-Konzern mehr als 15 Jahre dauern würde. Die Kehrseite der Medaille: Es war ein „Full Time“-Job, der keine Zeit ließ, das volle Potenzial von RECOM zu entwickeln. Dies hat sich erst dann nachhaltig geändert, als er 1992 Gould Instruments den Rücken kehrte, um sich bei RECOM verstärkt dem Thema „Power Conversion“ zu widmen.

Frühe Erfolge mit DC/DC-Wandlern

Dennoch waren bereits die achtziger Jahre für die langfristige Entwicklung von RECOM ganz entscheidend. Während sich Horst Bier als Geschäftsführer bei Gould u.a. mit der Entwicklung und Fertigung von Schaltnetzteilen befasste, stieß er beim Kundenkreis von RECOM zunehmend auf Applikationen für DC/DC-Wandler.

Eine Episode aus jenen Tagen wurde zur Weichenstellung für die Firmenstrategie. Einer seiner großen Kunden befasste sich 1987 mit der Entwicklung von C-Netz-Autotelefonen. Während eines Kundenbesuchs erfuhr er, dass der Platz auf der Platine zu knapp war für diskret aufgebaute DC/DC-Wandler. Er nahm sich das Pflichtenheft und ließ innerhalb weniger Wochen bei einem befreundeten Unternehmen einen Prototyp entwickeln. Das vergossene Modul nutzte die verfügbare Bauhöhe optimal zu Gunsten eines wesentlich kleineren Fußabdrucks. Wenige Tage später erhielt RECOM einen ersten Auftrag über 8000 Stück – bei den damals noch recht hohen Preisen ein echter Großauftrag. „Da haben wir eine Flasche Champagner geköpft und uns den Kopf zerbrochen, wo wir fertigen lassen könnten“ erinnert sich Horst Bier an den ersten Erfolg mit DC/DC-Wandlern.

Über entsprechende Werbung wurden schnell weitere Unternehmen auf das neue Bauteil aufmerksam. „Es war die Zeit, als große Elektronikhersteller das Thema „Outsourcing“ entdeckten“, resümiert der heute noch im Unternehmen tätige Firmengründer. Zügig wurde die Produktfamilie ausgebaut – weitere Spannungen und größere Leistungen kamen hinzu. „Mein Vater hat nicht zuletzt dank seiner Aktivitäten bei Schaltnetzteilen früh erkannt, welches Potenzial in DC/DC-Wandlern steckt“, ergänzt Karsten Bier, der die Firmengruppe seit fast 10 Jahren leitet. Diese Erkenntnis war es, die in den Neunzigern zur Entscheidung führte, RECOM auf den Wachstumsmarkt von DC/DC-Wandlern zu fokussieren. Dem Trend zum „Netzteil von der Stange“ – so die strategische Überlegung – würden viele dezentral über einzelne Platinen verteilte DC/DC-Wandler folgen. Und immer weniger Firmen würden sich im Zeitalter fortschreitender Digitalisierung mit der Entwicklung eigener Lösungen befassen wollen.

Das HighTech-Land Taiwan wird früh zum Produktionsstandort

DC/DC-Wandler bestehen, wie eingangs erwähnt, im Wesentlichen aus analogen Komponenten einschließlich solcher mit elektromagnetischen Eigenschaften wie Trafos und Drosseln. Diese müssen zusammen mit Leistungshalbleitern auf engstem Raum so arrangiert werden, dass Störpegel minimiert und die Zuverlässigkeit maximiert werden. Das erfordert neben cleverem Design einen vergleichsweise hohen Anteil manueller Arbeit in der Produktion. Insbesondere das Bewickeln kleinster Ringkerne war ein arbeitsintensiver, in Deutschland recht teurer Prozess. Spätestens als die ersten Kopien von RECOM-Wandlern aus fernöstlicher Produktion auf dem Markt auftauchten, war Horst Bier klar, dass man auf Dauer nur dann wettbewerbsfähig bleiben würde, wenn man selbst in Asien produziert.

In Taiwan war man auf ein Unternehmen aufmerksam geworden, das ursprünglich nur Trafos und Drosseln produzierte – inzwischen aber begonnen hatte, das Design einzelner RECOM-Wandlern zu adaptieren und unter eigenem Namen in Asien zu vermarkten. „Eigentlich wollten wir den Laden gleich mit einer Klage überziehen“ erinnert sich Horst Bier. Stattdessen habe man sich aber an einen Tisch gesetzt und eine weitgehende Kooperation beschlossen. Danach habe man begonnen, RECOM-Wandler in einem Joint Venture in Taiwan entwickeln und fertigen lassen. Diese Kooperation mündete 2012 in die RECOM Technology Taiwan. Auf drei hochmodernen SMT-Straßen werden jährlich rund 15 Mio. DC/DC-Wandler nahezu vollautomatisch gefertigt und geprüft.

Trotz fernöstlicher Produktion und globaler Ausrichtung sieht Karsten Bier RECOM auch heute noch als europäisches Unternehmen. Europäisch sei man nicht nur wegen des Entwicklungs- und Support-Centers in Gmunden – auch die Ansprüche an Qualität und Langlebigkeit der Produkte seien höchster, europäischer Standard.

Das Internet fördert die globale Ausrichtung in der Distribution

Ende der Neunziger begann der Hype ums Internet. Firmen wie Amazon und Ebay revolutionierten den Vertriebsprozess ganzer Branchen. 1997 holte Horst Bier seinen Sohn Karsten ins Unternehmen, der gerade sein MBA-Studium an der renommierten University of Bradford abgeschlossen hatte und mit den Perspektiven des Internets bestens vertraut war.

Karsten Bier erkannte schnell, dass das Internet die entscheidende Plattform bieten würde, im väterlichen Unternehmen „den Turbo zu zünden“. Die Website wurde in eine Suchmaschine umfunktioniert, in der Kunden durch Eingabe gewünschter Spezifikationen schnell den passenden Wandler finden konnten. Es folgte ein rasanter Ausbau der Produktpalette für Leistungen bis 60 Watt. Damals begann die Zusammenarbeit mit namhaften Katalogfirmen und Distributoren – zunächst mit RS Components und Rutronik. Denn der Handel mit fertigen Modulen war bei den Anbietern diskreter Bauteile inzwischen hoffähig geworden.

Was mit Blick auf Deutschland und Europa begann, sollte nun globalisiert werden. Kunden sollten weltweit Zugriff haben auf RECOM-Technologie und Support. 2004 wurde ein Vertriebsbüro in Singapur gegründet. Den schwierigeren Start in den USA machte Karsten Bier 2006 zur Chefsache. Er nahm Freundin und zwei Kollegen aus Frankfurt mit und bezog ein Apartment in New York – mit dem Wohnzimmer als gemeinsames Büro. In dieser Phase konnten die Geschäftsbeziehungen zu großen Distributoren weltweit ausgebaut werden. Heute sorgen renommierte Unternehmen wie Allied Electronics, Arrow, Conrad, Digi-Key, Element 14, Mouser Electronics, Future Electronics, RichardsonRFPD, Rutronik und eine Vielzahl lokal operierender Spezialisten dafür, dass DC/DC-Wandler von RECOM innerhalb von 24 Stunden in allen wichtigen Industrieländern verfügbar sind. Inzwischen ist RECOM Power in den USA zum größten Lieferanten von „low power“ Wandlern avanciert und operiert vom wesentlich zentraler gelegenen Denver aus.

2009 zog es Karsten Bier nach Singapur, um zusammen mit den dortigen Kollegen den Ausbau des Asiengeschäfts voranzutreiben. Im letzten Moment gelang es, einen Stand auf der „electronica“ in Shanghai zu ergattern. „Obwohl unser Messeauftritt alles andere als professionell war, wurden wir von interessierten Chinesen geradezu überrannt“ erinnert er sich. In jenen Tagen reifte der Plan, die Präsenz in Asien durch lokale Standorte in Shanghai und Tokio weiter auszubauen.

Wachstumsmarkt China und der Kampf gegen Plagiate

„Wir haben damals beschlossen, uns gezielt dem harten Wettbewerb vor Ort zu stellen“ erklärt Karsten Bier selbstbewusst. Dies sei in Marktsegmenten wie Medizinelektronik, Transportation und Energietechnik besonders gut gelungen. „Wo chinesische Hersteller für den Weltmarkt produzieren, erwarten sie Qualitätsstandards wie in Europa“ weiß Bier. In diesen Fällen seien die Türen für RECOM weit offen. Im Massenmarkt hingegen könne man als Importeur kaum mitspielen. Deshalb plant RECOM für 2018, in China eigene Entwicklungs- und Fertigungskapazitäten aufzubauen. Dabei habe man nicht nur spezielle DC/DC-Wandler im Blick, sondern auch interessante Nischen bei AC/DC-Netzteilen und LED-Treibern.

Allerdings sei China auch als „Schmiede“ für eine Vielzahl von Nachahmer-Produkten bekannt. Seit man vor Ort aktiv sei, werde man fast wöchentlich mit Kopien etablierter RECOM-Wandler konfrontiert. „Solange nicht unser Logo drauf klebt, ist uns das ziemlich egal“ sagt Bier und ergänzt, dass angesichts der vielen Anbieter schwer nachzuweisen ist, dass ein spezifisches RECOM-Design kopiert wurde. Zum Schutz der Kunden vor Raubkopien würden Produktbezeichnung und Logo inzwischen generell geprägt – ein Prozess, mit dem sich kleinere „Garagen“ schwerer tun.

Null Prozent Fehlerrate als Unternehmensziel

Vor zehn Jahren begannen viele Kunden, ihre Produktion auf bleifreies Löten umzustellen. Durch höhere Löttemperaturen kam es plötzlich zu Problemen – ein Phänomen, mit dem alle Hersteller von Wandlermodulen zu kämpfen hatten. „Wir haben damals mit unglaublichem Aufwand alle gängigen Produkte den neuen Lötprofilen angepasst“ erinnert sich Bier. Intern wurde „Null Prozent Fehlerrate“ als Ziel formuliert – auch für Situationen wie dieser, die man selbst nicht direkt zu verantworten hatte.

Im Headquarter in Gmunden entstand ein autarkes Quality-Center, das bei Produktfreigaben das letzte Wort hatte und Neuentwicklungen bereits als Prototypen ausgiebigen „HALT-Tests“ (highly accelerated life time) unterzog. So konnten etwaige Designschwächen früh erkannt und beseitigt werden.

Neue Designs wurden durch Thermo-Simulation so optimiert, dass innerhalb eines Moduls eine weitgehend homogene Wärmeverteilung erreicht wurde.

Wo immer es Vorteile brachte, kamen „high grade temperature“-Komponenten zum Einsatz – insbesondere bei Kondensatoren. Die Produktion in Taiwan wurde mit einem nahezu identischen Labor ausgestattet, um die intern gesetzten Standards im Produktionsprozess verifizieren zu können.

Technische Meilensteine prägen den Wachstumspfad

In den frühen Jahren ging es bei der Entwicklung von DC/DC-Wandlern primär darum, weitgehend bekannte Technik in Standardgehäusen wie DIP24 oder SIP7 unterzubringen. Die Grundtendenz war: Mehr Leistung im gleichen Gehäuse bei geringeren Kosten, höherem Wirkungsgrad und niedrigen Störpegeln.

Im Jahr 2005 brachte RECOM dann mit dem Schaltregler R-78 ein wirklich revolutionäres Produkt auf den Markt, das neue Maßstäbe setzte und schnell zum Industriestandard avancierte.

Zuvor waren zur Stabilisierung von Spannungen Linearregler im Einsatz, die sehr heiß werden konnten, was in der Regel relativ große Kühlkörper erforderlich machte. RECOMs neuer R-78 hingegen arbeitete als Schaltregler bei einem Wirkungsgrad von 95% mit minimaler Wärmeentwicklung.

„In den vergangenen zehn Jahren hat unsere R-78xx-Familie viel Nachwuchs bekommen und ein eigenes Marktsegment für Schaltregler definiert“, sagt Karsten Bier nicht ohne Stolz. Entsprechend groß sei heute die Zahl der Anbieter von zumindest optisch gleichartigen Produkten.

Es folgte eine Reihe ultrakompakter Wandler-Familien mit „reinforced“-Isolation bis 10 kV/s für anspruchsvolle Aufgaben in Leistungselektronik und in der Medizintechnik.

In jüngerer Vergangenheit kamen Wandler-Familien hinzu mit dualen, asymmetrischen Ausgängen von +15/–9 V bzw. +20/–5 V, die für den Einsatz in IGBT- und SiC-MOSFET Schaltungen konzipiert waren. Zur electronica 2016 wurde mit dem R420 eine weitere Weltneuheit vorgestellt: Ein Schaltregler, der aus den ungenutzten <4 mA des in der Prozesstechnik weltweit eingesetzten 4-20-mA-Standards Ströme bis 10 mA erzeugt, um damit fernab einer Spannungsversorgung digitale Sensoren und Displays zu speisen.

Neuestes Produkt aus der Powerschmiede in Gmunden ist die R1SX-Serie. Die kaum fingernagelgroßen Winzlinge sind mit Isolationsspannungen bis zu 3 kVDC lieferbar und können bei Temperaturen bis 100 °C betrieben werden. Damit ist man dem Ziel erheblich nahe gekommen, DC/DC-Wandler vollautomatisch in großen Stückzahlen zu produzieren.

Die Wandler sind in „tape & reel“-Konfiguration für Bestückungsautomaten geeignet und entsprechen bereits der neuen IEC/EN/UL 60950.

Weichenstellung für die Zukunft

Ende 2014 hat RECOM die neue Firmenzentrale in Gmunden eingeweiht. In der weitgehend energieneutralen, gläsernen Manufaktur sind neben einem hochmodernen Logistik-Center auch Grundlagenentwicklung, Qualitätssicherung und Produktsupport untergebracht. „Allein in unser hochmodernes EMV-Labor haben wir fast zwei Millionen Euro investiert“ sagt Bier. Damit möchte man nicht nur den Zertifizierungsprozess eigener Produkte beschleunigen, sondern auch Kunden die Möglichkeit geben, Prototypen vor der offiziellen Zertifizierung verifizieren zu lassen. Auch führt man im angegliederten Campus in regelmäßigen Abständen Seminare durch, um Kunden in die Thematik der elektromagnetischen Verträglichkeit einzuführen und an praktischen Beispielen Lösungsansätze zu erarbeiten.

Auf mittlere Sicht möchte man dieses Konzept in alle wichtigen Regionen exportieren um allen Kunden weltweit den bekannt guten RECOM-Support bieten zu können. Als One Stop Shop wolle man die gesamte Powerarchitektur abbilden – vom Schaltschrank bis zum Internet of Things. Alles solle dem Ziel untergeordnet sein, gemeinsam mit Kunden und Partnern die Digitalisierung so effizient wie möglich voranzutreiben.

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