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Kleinstoßdämpfer beim Handling: Schutz nach Maß für jede Achse

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Thema: Kundenspezifische Anpassung von ACE Kleinstoßdämpfern für bestmöglichen Schutz

In der Halbleiterindustrie führt die Strukturverkleinerung zu kleineren, effizienteren, schnelleren und günstiger produzierten integrierten Schaltkreisen. Mit den Fortschritten in der Mikroelektronik steigen die Anforderungen an die Handlingsysteme, die für den sauberen, sicheren Transport der Wafer zuständig sind. In einer kundenspezifischen Applikation sorgen 10 Kleinstoßdämpfer von ACE für Schutz von jeder Linearachse.

Die Fotolithografie ist eine Schlüsseltechnologie bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente und Schaltkreise sowie bei der Fertigung von Mikrosystemen. Dabei wird ein Strukturmuster von einer Fotomaske in eine fotostrukturierbare, lichtempfindliche, dünne Schicht aus Fotolack auf einen Wafer übertragen. Für deren einwandfreie Fertigung legen Konstrukteure sowohl höchste Sorgfalt auf die Programmierung der automatisierten Prozesse als auch auf die Überwachung der Abläufe. Aufgrund der Nachfrage nach Mikroprozessoren und Speicherchips und weil Ausfallsicherheit bei der Waferproduktion das A und O ist, arbeiten viele Chiphersteller im Bereich der Handlingsysteme mit firmeneigenen Zulieferunternehmen. Diese können ohne zu hohes Risiko in die Fertigungsprozesse eingeweiht werden und statten ihre Konstruktionen meist mit hochwertigen, bewährten Standardkomponenten für Antriebe, Steuerung und Linearachsen aus. Um letztgenannte durch robuste, mechanische, stromunabhängige Maschinenelemente, die auch in Reinräumen genutzt werden können, bestmöglich zu sichern, kommt es zu Kooperationen mit der ACE Stoßdämpfer GmbH. Ein weiterer wesentlicher Grund für die Zusammenarbeit besteht darin, dass das Unternehmen aus Langenfeld neben einer großen Vielfalt an Katalogprodukten auch kundenspezifische Lösungen bietet. Diese passt ein erfahrenes Ingenieurteam von ACE den Erfordernissen der Halbleiterhersteller genau an, indem jede Komponente per Software präzise ausgelegt und dann im Prüflabor von ACE getestet wird. Auf diese Weise stellt man gemeinsam mit den Kunden sicher, dass alle Produktionsachsen wirksam geschützt sind, um Schäden beim Handling auszuschließen.

Auslegung, Simulation, Prüfstand: Wie ACE aus Standarddämpfern Unikate macht

Wie der Firmenname verrät, liegt eine Stärke von ACE im Bereich der Stoßdämpfungstechnik. Der ursprünglich aus den USA stammende Hersteller hat vor fast 60 Jahren als Erster einstellbare Industriestoßdämpfer auf den Markt gebracht. Das seit 2016 zur STABILUS Gruppe gehörende Unternehmen bietet Konstrukteuren zudem auch Komponenten wie Industriegasfedern, Rotationsbremsen, Klemmelemente sowie zahlreiche weitere Lösungen unter anderem zur Entkopplung von Schwingungen an. Dabei sind die Klein- und Industriestoßdämpfer ebenso wie die Sicherheitsstoßdämpfer ein zentraler Geschäftsbereich von ACE geblieben. Das damit verbundene einzigartige Know-how konnte durch die Entwicklungsingenieure in den USA und in Europa über die Jahre immer weiter ausgebaut werden, sodass es auch in diesem Einsatzfall zu den vom Kunden gewünschten Ergebnissen führt.

Für die Chipfertigung werden bei der betreffenden Applikation hochpräzise, reibungsfreie Achsen in einem Handlingsystem verbaut. Deren X- und Y-Achsen dürfen laut Hersteller im Crashfall ebenso wie die Center-Pole-Achse (CP) nur mit maximal zulässigen Kräften belastet werden, um zu 100 Prozent sicher zu stellen, dass die Gesamtanlage nicht beschädigt wird. Entsprechend waren bei dieser Applikation die drei Achsen mit drei verschiedenen Typen aus der Kleinstoßdämpferpalette von ACE auszurüsten. Dabei kommen für die Y-Achse vier Kleinstoßdämpfer mit Gewinde M20 zur Anwendung, für die X-Achse ebenfalls vier, allerdings mit Gewinde M18 und zwei für die CP-Achse mit der Gewindegröße M25.

Im ersten Schritt ermittelte ACE zusammen mit dem Kunden für jede der drei Achsen den passenden Dämpfertyp, der den genauen Spezifikationen zu entsprechen hatte, die seitens des Kunden genannt wurden. Zusätzlich wurde den Ingenieuren von ACE die maximal tolerierte Stützkraft im Crashfall vorgegeben. Im Fall der Y-Achse waren es beispielsweise die folgenden Parameter, die jeweils auf einen Dämpfer heruntergebrochen wurden: Masse, m = 95,85 kg und Geschwindigkeit, v = 1,08 m/s, damit einer kinetischen Energie von 55,90 Nm entsprechend. Die maximal erlaubte Stützkraft für diese Achse betrug 5.700 Nm. Auf Basis dieser Angaben wurde darauf in der Entwicklungsabteilung von ACE in einem zweiten Schritt das Bohrbild für den bei den genannten Massekräften und der Geschwindigkeit des elektrischen Antriebs in Frage kommenden Kleinstoßdämpfertypen entsprechend simuliert. Wie die Abbildung (Bild 3) zeigt, gelang es dabei, Energie und Geschwindigkeit gleichmäßig über den gesamten Hub von 14 mm zu verzögern und dabei die maximale Stützkraft auf einen Wert von ca. 5.300 Nm herunterzubringen. Die vorgegebenen Werte für den bestmöglichen Schutz der beiden anderen Achsen durch mechanische Komponenten konnte ACE ebenfalls erfüllen. In einem dritten und letzten Schritt wurden die den Simulationsergebnissen entsprechend maßgeschneidert gefertigten Kleinstoßdämpfer nach ausgiebigen Tests an den Hightech-Kunden ausgeliefert. Dort sorgen die jeweils 10 Kleinstoßdämpfer von ACE seitdem für Schutz nach Maß an allen drei Bewegungsachsen eines jeden Handlingsystems, das bei der Waferproduktion genutzt wird.

Im Zuge der kundenspezifischen Anpassung von Kleinstoßdämpfern für bestmöglichen Schutz der Endlagen eines Handlingsystems führt ACE vor der Auslieferung der hydraulischen Maschinenelemente diverse Testläufe auf dem eigenen Prüfstand durch.Im Zuge der kundenspezifischen Anpassung von Kleinstoßdämpfern für bestmöglichen Schutz der Endlagen eines Handlingsystems führt ACE vor der Auslieferung der hydraulischen Maschinenelemente diverse Testläufe auf dem eigenen Prüfstand durch.

Besonderes Augenmerk bei den Tests der Kleinstoßdämpfer legen die Ingenieure auf die Erfüllung der vorgegebenen Werte im Falle einer Havarie, bei der die Maschinenelemente die Massenkräfte in der Endlage jeder der simulierten Achsen augenblicklich vollständig zu absorbieren haben.Besonderes Augenmerk bei den Tests der Kleinstoßdämpfer legen die Ingenieure auf die Erfüllung der vorgegebenen Werte im Falle einer Havarie, bei der die Maschinenelemente die Massenkräfte in der Endlage jeder der simulierten Achsen augenblicklich vollständig zu absorbieren haben.

Entsprechend den Spezifikationen für die maximale Aufprallmasse an jeder Achse und der Geschwindigkeit des dort verwendeten Antriebs simulieren die Ingenieure das Bohrbild für den jeweiligen Dämpfer und passen die einzelnen Dämpfertypen genau den Toleranzwerten an.Entsprechend den Spezifikationen für die maximale Aufprallmasse an jeder Achse und der Geschwindigkeit des dort verwendeten Antriebs simulieren die Ingenieure das Bohrbild für den jeweiligen Dämpfer und passen die einzelnen Dämpfertypen genau den Toleranzwerten an.

Alle Bildnachweise: ACE Stoßdämpfer GmbH

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