Handhabungstechnik Empfindliche Bauteile werden mit Ultraschall berührungslos bewegt

Autor / Redakteur: Gunther Reinhart, Edgars Locmelis und Adolf Zitzmann / Rüdiger Kroh

Bei der berührungslosen Handhabung mit Ultraschall wird eine Platte zu hochfrequenten Schwingungen angeregt. Bisher sind solche Anlagen allerdings auf Raumtemperatur begrenzt. Jetzt wurde der Einsatz von berührungslosen Handhabungswerkzeugen auf Basis von Ultraschall in Hochtemperaturprozessen untersucht.

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Ein berührungsloses Handhabungswerkzeug trägt einen Silizium-Wafer.
Ein berührungsloses Handhabungswerkzeug trägt einen Silizium-Wafer.
(Bild: iwb)

Der zunehmende Preisdruck in der Photovoltaik und Elektronikbranche wird an die Hersteller der Rohstoffe, besonders der Silizium-Wafer weitergegeben [1 und 2]. Mit einer Steigerung der Effizienz in der Produktion kann diesem Preisdruck entgegengewirkt werden [3 und 4]. Silizium-Wafer zeichnen sich durch empfindliche Oberflächen aus. Der Einsatz von taktilen Handhabungswerkzeugen kann den Ausschuss nicht verringern.

Berührungslose Handhabung schont empfindliche Bauteile

Daher sind alternative Verfahren erforderlich. Die berührungslose Handhabung mittels Leistungsultraschall (Bild 1) erlaubt es, die Bauteile in der Produktion schonend zu greifen, zu transportieren und zu speichern. Dabei kommt es zu keinem Kontakt zwischen dem Bauteil und dem Handhabungswerkzeug.

Bildergalerie

Der schematische Aufbau eines solchen Greifwerkzeuges ist in Bild 2 (siehe Bildergalerie) dargestellt. Eine Platte wird mithilfe eines Piezoaktors zu hochfrequenten Schwingungen angeregt. Wird auf diese Platte ein flaches und ebenes Bauteil gelegt, entsteht zwischen dem Bauteil und der Platte ein Überdruckpolster. Somit schwebt das Bauteil in einem Abstand von etwa 100 µm über der Platte.

Dieser Effekt ist als Squeeze-Film-Levitation bekannt. Bei dieser Art der Handhabung wird das Bauteil nicht durch einen Flächenkontakt mit dem Werkzeug belastet und eine Kontamination der Oberflächen vermieden, da es zu keinem Kontakt zwischen Bauteil und Werkzeug kommt und keine zusätzlichen Medien wie Druckluft eingesetzt werden.

Handhabungstechnik muss in thermischen Prozessen einsetzbar sein

In der Herstellung der erwähnten Produkte werden thermische Prozesse wie Trocknung, Temperung und Dotierung eingesetzt. Neben den empfindlichen Oberflächen der zu bewegenden Bauteile werden daher an die Handhabungstechnik weitere Forderungen gestellt: sei es die notwendige Temperaturresistenz oder die Vermeidung der thermischen Beeinflussung des zu fördernden Produktes durch das Werkzeug. Zum Beispiel werden Produkte innerhalb eines industriellen Durchlaufofens auf einem Laufband befördert, das wiederum durch den konvektiven Wärmeübergang zwischen Band und Bauteil die Temperaturverteilung auf dem Produkt negativ beeinflusst.

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