Lineartechnik Kugelgewindetriebe zum Positionieren im Ultrahochvakuum

Redakteur: Stefanie Michel

Für die Anwendung im Ultrahochvakuum hat August Steinmeyer spezielle Kugelgewindetriebe entwickelt. Sie kommen in Positioniersystemen zum Einsatz, die eine Stillstandsstabilität von 10 nm erreichen mussten.

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Steinmeyer Mechatronik stellt für Ultrahochvakuum neue Positioniersysteme für Lineartische vor. Der Miniatur-Kugelgewindetrieb ist ein wichtiger Bestandteil davon.
Steinmeyer Mechatronik stellt für Ultrahochvakuum neue Positioniersysteme für Lineartische vor. Der Miniatur-Kugelgewindetrieb ist ein wichtiger Bestandteil davon.
(Bild: August Steinmeyer)

Die Kugelgewindetriebe für Vakuumanwendungen kommen in einer universellen Reihe von Lineartischen für ein neuartiges Bildgebungsverfahren mit 30 nm Auflösung zur Anwendung. Dafür waren mehrere Positioniersysteme für extreme Stillstandsstabilität von 10 nm gefordert. Sie kamen am Paul Scherrer Institut (PSI) zum Einsatz.

Positionieren im Vakuum ist eine besondere Herausforderung und bedarf geeigneter Materialien, Komponenten und Schmierstoffe. Das Unternehmen August Steinmeyer hat für Vakuum-Anwendungen unter UV, HV, UHV und auch EUV eine Reihe neuer Positioniersysteme entwickelt, die sich für einen Druckbereich bis zu 11 mbar und eine maximale Ausheiztemperatur von 120 °C eignen. Auch werden wegen der sehr niedrigen Ausgasung und Partikelarmut die Anforderungen an einen Einsatz unter extrem ultravioletter Strahlung erfüllt. Die Achsen sind in den Größen LA80, LA95, LA170 erhältlich und für Lasten bis 20 kg im Vertikalbetrieb ausgelegt.

Mit einer besonders schnellen Transportachse für die Probenzuführung werden Hublängen bis 500 mm angeboten. Die Kugelgewindetriebe lassen sich mit einem Schrittmotorantrieb kombinieren, der wahlweise auch mit µm-Feedback mithilfe eines Linearmaßstab betrieben werden kann.

Spezieller Kugelgewindetrieb verfährt trocken

Ein wesentlicher Bestandteil der Lineartische in der oben genannten Anwendung ist ein Sonder-Kugelgewindetrieb, um für Vakuum ungewöhnlich schnell (bis 50 mm/s) und mit einer bislang unerreichten Lebensdauer von bis zu fünf Kilometern trocken zu verfahren. Beim Einsatz von Ultrahochvakuum-Schmierstoffen erhöht sich die erreichbare Lebensdauer auf mehrere Hundert Kilometer. Bei höheren Partialdrücken von 10 bis 6 mbar können durch die für diesen Bereich verfügbaren besseren Schmierstoffe und haltbareren Materialien im Vakuum auch Strecken von mehreren Tausend Kilometer erreicht werden. Mit Keramikkugeln, einer Beschichtung der Laufbahnen, einem speziellen Gewindeschleifverfahren sowie einer optimierten Umlenkung lassen sich auch ohne Schmierung gute Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebs erreichen, so der Hersteller.

Neben der individuellen Materialauswahl und Vakuumschmierung kann das Positioniersystem von Steinmeyer Mechatronik optional mit einer Piezozangenbremse ausgestattet werden, um die Stabilität im Nanometerbereich trotz hoher Lasten zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglichen Anpassungen an die Einbausituation in der Kammer ein individuelles Kundenbohrbild, spezifische Adapterteile und Kabelführungen sorgen für eine bedarfsgerechte Lösung.

Die Positioniersysteme mit den Miniatur-Kugelgewindetrieben von August Steinmeyer decken ein breites Anwendungsspektrum ab: von der Medizintechnik über die Biotechnologie bis hin zur Halbleitertechnik.
Die Positioniersysteme mit den Miniatur-Kugelgewindetrieben von August Steinmeyer decken ein breites Anwendungsspektrum ab: von der Medizintechnik über die Biotechnologie bis hin zur Halbleitertechnik.
(Bild: August Steinmeyer)

Anwendungen finden sich unter anderem im Bereich der Halbleiterfertigung: Dort können die Positioniersysteme in Prozessen mit extrem ultravioletter Strahlung zum Einsatz kommen, wie beisüielsweise zur Strahlformung für Belichtungsprozesse sowie zur Oberflächenanalyse und Sensorpositionierung. In der Massenspektrometrie können sie zur Identifikation von Elementen oder Molekülen für Wirkstoffzusammensetzungen oder zur Detektion von Kampfmitteln dienen. In der OLED-Herstellung sind sie für Beschichtungsprozesse sowie Schichtdicken- und Schichtratenmessungen verwendbar. Weitere Anwendungsbereiche finden sich in der optischen Industrie, in der Grundlagenforschung sowie in der Labortechnik und Analytik.

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