Energieführung Mit reinraumtauglichen Energieketten und Leitungen partikelfrei produzieren

E-Autos, Smartphones, Haushaltsroboter: Damit Elektronik im Alltag zuverlässig funktioniert, dürfen in Produktionsanlagen sensible Bauteile nicht mit Partikeln kontaminiert werden. Das geht nur, wenn alle Anlagenkomponenten den Reinraum-Anforderungen gewachsen sind. So entwickelt Igus partikelfreie Maschinenelemente im Reinraumlabor.

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Im Telefonbuch eine Nummer nachschlagen, bei einer Autopanne den Motor selbst reparieren, die Sahne mit einem Handmixer mit Kurbelantrieb schlagen: Diese analoge Welt verabschiedet sich jedes Jahr ein Stück mehr. Stattdessen basieren immer mehr Produkte auf leistungsfähiger Mikroelektronik, die zur tragenden Säule des Alltags wird.

Entsprechend hoch ist der Druck auf Hersteller, zuverlässig zu produzieren. Eine Herausforderung. Denn schon ein kleines Partikel, das beispielsweise als Abrieb von der Energieführung eines Roboters abfällt, kann in der Produktion einen Microchip zerstören. Perfektions-Druck entsteht, der auch auf Maschinen- und Anlagenbauern und ihren Zulieferern lastet. Sind Bauteile, etwa Leitungen und Energieketten, tatsächlich abriebfest und geeignet für Reinräume, die in der Elektronikproduktion unverzichtbar sind?

Reinraumtechnik: Igus und Frauenhofer IPA kooperieren

Um diese Frage zu beantworten, lässt Igus, Hersteller von Energieketten auch für die Reinraumtechnik, bereits seit 1997 seine Produkte testen. Seit 17 Jahren kooperiert das Unternehmen bei Neuentwicklungen von Reinraumprodukten dabei mit dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA).

Die neueste Errungenschaft dieser Kooperation: ein hauseigenes Reinraumlabor in Köln. „Um neue partikelfreie und somit reinraumtaugliche Motion Plastics schneller entwickeln zu können, haben wir zusammen mit dem Fraunhofer IPA als Entwicklungs- und Zertifizierungspartner ein maßgeschneidertes Reinraumlabor für höchste Reinraumklassen in Köln konzipiert und realisiert“, sagt Andreas Hermey, Leiter der Entwicklung E-Kettensysteme bei Igus.

Reinraumlabor ermöglicht Tests nach höchster Reinraumklasse

Im Labor testet Igus, ob bewegte Kunststoffkomponenten – sogenannte Motion Plastics – den höchsten Reinraumnormen, den ISO Klassen 1 und 2 nach DIN EN ISO 14644-1, entsprechen. Im Labor selbst müssen die Mitarbeiter zunächst eine Schleuse betreten, in der sie Reinraumkleidung anlegen. Anschließend geht es weiter in die Laborhauptkammer. Dort befinden sich zwei sogenannte Laminar Flow Boxen, die mit Hochleistungsfiltern ausgestattet sind und Tests in unkontaminierter Luft ermöglichen. Für größere Testaufbauten lassen sich die Boxen miteinander verbinden. Andreas Hermey: „Hier können wir Langzeittests unter realen Bedingungen durchführen, unsere Produkte in kurzer Zeit verbessern und auch kundenspezifische Aufbauten direkt umsetzen.“

Igus testet im Reinraumlabor unter anderem sein Sortiment an reinraumtauglichen Energieketten, die in bewegten Produktionsanlagen für eine sichere Führung der Strom- und Datenkabel sorgen. Eine Testanlage in der Laminar Flow Box führte mit einigen Modellen bereits mehrere hunderttausende Doppelhübe aus.

Flache E-Kette sorg für sichere Elektronikproduktion

„Seitdem wir unsere Kabelführung E-Skin Flat vorgestellt haben, ist die Nachfrage sehr groß“, berichtet Peter Mattonet, Branchenmanager Reinraumtechnik bei Igus. Die flache Energiekette, gefertigt aus abrieboptimiertem Hochleistungskunststoff, bietet Platz für eine oder mehrere Leitungen. Die Montage ist schnell erledigt, die Leitungskammer lässt sich mit einem Zipper-Verschluss öffnen und schließen.

Alternativ existiert eine Variante mit geschlossener Leitungskammer. Dafür bietet Igus eine Stützkette aus verschleißfestem Kunststoff an, die einen stabilen Lauf und die Einhaltung des definierten Biegeradius von 40 bis 100 mm sichert.

Möchte der Anwender Leitungen nachrüsten, kann er die Energiekette flexibel um weitere E-Skin Flat Single Pods erweitern.

Tests des Fraunhofer IPA zeigten, dass die Kabelführung der ISO-Klasse 1 nach DIN 14644-1 entspricht. Das bedeutet, dass sich im laufenden Betrieb der E-Kette in 1 m³ Umgebungsluft höchstens zehn Partikel der Größe von 0,1 µm und höchstens zwei Partikel der Größe von 0,2 µm befinden.

Zum Vergleich: In 1 m³ Luft neben einem Raucher befinden sich bis zu 100.000.000 Partikel, die größer als 0,5 µm sind.

„Die Reinraum-Energieketten eignen sich somit für Roboter und andere Automationsanlagen in der Elektronikproduktion. Sie sind so abriebfest, dass Verunreinigung durch Schwebepartikel kein Thema mehr ist“, erklärt Hermey.

„Auch das Fraunhofer IPA ist von unserer Lösung überzeugt“, sagt Mattonet. „Das Institut hat die E-Skin Flat ganz aktuell mit dem 2. Platz des Reinheitstechnik-Preises „REINER!“ Award prämiert.“

Reinraumtaugliche Wellrohr für höhere freitragende Längen

Zum E-Skin-Portfolio zählt zudem eine Wellrohr-Variante, die mit den Nachteilen von Wellschläuchen aufräumt. Klassische Wellrohre besitzen kaum Eigensteifigkeit und Stabilität bei seitlicher Krafteinwirkung. Sie können daher nicht freitragend eingesetzt werden. Zudem ist der Wartungsaufwand bei einem Leitungswechsel hoch, weil sich die Schläuche nicht öffnen lassen.

Das E-Skin Wellrohr hingegen, bestehend aus einer Ober- und einer Unterschale mit einer Innenhöhe zwischen 20 und 40 mm, stützt sich dank der ovalen Geometrie selbst, sodass die sie über kurze Strecken freitragend ist. Sie lässt sich zudem mit wenigen Handgriffen öffnen und befüllen – auf Wunsch mit einem Reißverschluss. Die Innenaufteilung besteht aus einzelnen Trennstegen und Einlegebögen, die sich variabel an den Rillen befestigen lassen.

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Reinheitstechnikpreis des Fraunhofer IPA

Eine saubere Leistung: Igus erhält den „REINER!“ Award für Reinraumkette

Mikrochips, Flachbildschirme, Implantate, pharmazeutische Wirkstoffe oder Mikro- und Nanoprodukte wären ohne hochreine Fertigungsumgebungen undenkbar. Vor allem Speicher-ICs in heimischen Büros, in ausgebauten IT-Infrastrukturen von Unternehmen oder auch in der Medizinelektronik sind hoch im Kurs.

Gleichzeitig suchen die Hersteller nach Maschinen und Anlagen, die schnell und sicher arbeiten, um der wachsenden Nachfrage an Halbleitern nachzukommen. Eine der größten Herausforderungen sind dabei Partikel, die sich von Maschinenelementen ablösen und die Umgebungsluft kontaminieren.

Daher sind neue Lösungen gefragt, die die Produktionsabläufe auch unter hohen Sicherheits- und Hygieneanforderungen wirtschaftlich machen. Um diese Neuentwicklungen zu würdigen, schreibt das Fraunhofer IPA alle zwei Jahre den Fraunhofer Reinheitstechnik-Preis „REINER!“ aus. Die Auszeichnung wurde im Rahmen des Digital 365 Cleanroom Processes an Igus für die Entwicklung der Energieführung E-Skin Flat verliehen. Der Motion Plastics Spezialist belegte den 2. Platz.

Leitungen für die Reinraumklasse 1

Um eine Kontamination der Umgebungsluft auszuschließen, bieten die Kölner neben reinraumtauglichen Energieketten auch abriebfeste Leitungen an. Das Unternehmen hat 918 seiner 1.354 Leitungen der Serie Chainflex nach Reinraumklasse 1 und 166 Leitungen nach Klasse 2 vom Fraunhofer IPA zertifizieren lassen. „Hochabriebfeste Mantelwerkstoffe sorgen dafür, dass Bewegungen auch über lange Zeiträume hinweg keine Partikel erzeugen“, unterstreicht Mattonet.

Für saubere Umgebungen geeignet sind zudem schmiermittelfreie Gleitlager der Serie Iglidur und Lineargleitführungen der Serie Drylin, bei denen sich der Schlitten mit Gleitelementen aus Hochleistungskunststoff auf einer Aluminiumschiene bewegt – im hygienischen Trockenlauf und ebenfalls ohne einen Tropfen Schmieröl. Mattonet: „Mit all diesen Produkten können Hersteller Automationsanlagen realisieren, die strengen Reinraumanforderungen entsprechen und eine sichere Produktion von sensiblen Elektronikkomponenten ermöglichen.“

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