Tubus aus der TR-HD-Familie, Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer

Tubus aus der TR-HD-Familie werden mit zwei Schrauben geliefert und sind horizontal wie vertikal einfach und schnell zu befestigen. Auf Wunsch passt ACE den Bohrungsabstand an. Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer

Für die Herstellung von Siliziumwafern, die als Ausgangsprodukte für Halbleiterbauelemente wie zum Beispiel Solarzellen dienen, sind spezielle Öfen nötig. In diesen durchlaufen die Wafer bei der Herstellung unterschiedliche Prozesse. Ein optimaler Vorgang setzt dabei eine ideale Positionierung voraus. Die Beladung der Öfen nimmt bei Temperaturen, die weit über 1000 Grad Celsius liegen können, eine vollautomatisierte, per Software gesteuerte Einheit vor.

Beladungseinheit, Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer
Beladungseinheit für die Fertigung von Wafern für die Produktion von Solarzellen. Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer

Die Fertigung der Siliziumwafer vollzieht sich meist im Reinraum. Das heißt in den Produktionshallen sind keine Menschen anwesend. Ihnen obliegt jedoch der Steuerungsprozess. Eine gelungene Konstruktion ist dabei nur eine, die bis zum Ende durchdacht ist. Dazu gehört in der heutigen Zeit auch der Schutz vor intendierten Schäden, wie zum Beispiel durch Cyberangriffe. All dies ist bei der vollautomatisierten, per Software gesteuerten Beladungseinheit des Unternehmens Lisco aus Bargteheide in Schleswig-Holstein bedacht.

ACE-Tubus-Strukturdämpfer, Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer
Von Lisco für die Sicherung der Konstruktion integrierte ACE-Tubus-Strukturdämpfer. Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer

Um die Wafer in die Öfen zu transportieren und dort zu positionieren, hat der Hersteller hochwertige Spindel- wie auch Zahnriemenantriebe entwickelt und in einem weiteren Schritt einen Drehtisch integriert. Der Zahnriemenantrieb ist für das Vor- und Zurückbewegen der an ein Backblech erinnernden Zufuhr zu den Öfen zuständig und entwickelt bei einem maximalen Drehmoment an der Antriebswelle von 180 Nm eine maximale Zahnriemenkraft von 2100 Nm. Die Wiederholgenauigkeit beträgt 0,05 Millimeter und ist ein Grund, warum der Backvorgang im Reinraum automatisiert stattfindet. Denn eine solche Genauigkeit ist von Menschenhand nicht herzustellen. Der Spindelantrieb arbeitet beim Hoch- und Herunterfahren der Zufuhr sogar noch genauer. Seine Fehlertoleranz beträgt gerade einmal 0,03 Millimeter. Mit drei unterschiedlichen Spindelsteigungen erhältlich, liegen die dynamischen Tragzahlen je nach Modell zwischen 19.540 und 30.360 Newton. Die statischen Tragzahlen liegen sogar noch deutlich darüber. Ihnen kommt jedoch in diesem Einsatzfall keine entscheidende Bedeutung zu.

Konstruktion, Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer
Konstruktion von Lisco mit Drehtisch, Zahnriemen- und Spindelantrieben. Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer

Als weiteres Konstruktionselement ist der Drehtisch in der Mitte der Einheit wie eine schwebende Plattform angebracht und dient der zusätzlichen Positionsoptimierung. Dafür lässt er sich ebenfalls vom Kontrollraum in beliebigen Drehungen steuern. Um den Drehtisch und die über ihm liegende Konstruktion aus mit Blech versteiften Aluminiumprofilen zu schützen, kommen Strukturdämpfer von ACE des Typs Tubus TR-97 zum Einsatz. Diese dienen als reine Sicherheitselemente für den Fall, dass Kugelgewindemuttern defekt sind und die Einheit darauf gegebenenfalls nach unten absacken kann. Sie stellen auch einen sehr guten Schutz gegen die genannten Schäden bei der Steuerung der Software dar.

Hintergrundinfos

Waferbackprozess

  • Die Herstellung von Siliziumwafern besteht aus vielen Phasen. Das schnelle thermische Tempern und das sogenannte Annealing sind zwei sehr wichtige.

  • Beim Tempern wird der Wafer zunächst auf mindestens 1150 Grad Celsius erhitzt, um Kristallgitterlücken in den Oberflächen- und Hauptschichten zu bilden. Anschließend wird der Wafer auf weniger als 900 Grad Celsius abgekühlt, wobei die Abkühlgeschwindigkeit weniger als fünf Grad Celsius pro Sekunde beträgt. Dadurch wird ein Wafer erzeugt, der ein Gitterlückenkonzentrationsprofil aufweist, in welchem die Maximaldichte bei oder nahe bei der zentralen Ebene liegt.

  • Während des Anneals werden wiederum intrinsische Kristalldefekte, sogenannte Crystal Originated Pits (COPs), bei über 1000 Grad Celsius thermisch aufgelöst. Der Temperaturbereich liegt dabei 200 bis 300 Grad Celsius unterhalb der Schmelztemperatur von Silizium.

Radiale Dämpfung

Die aus Copolyester-Elastomer gefertigten Strukturdämpfer sind im Vergleich mit Industriestoßdämpfern eine gute Alternative, wenn es nicht auf ein punktgenaues Abstoppen von bewegten Massen ankommt. Dabei ist es möglich, mittels der kompakten Bauteile annähernd lineare, degressive oder, wie in diesem Fall, progressive Kennlinien zu erzeugen. Die einzelnen Typen der hier zum Einsatz kommenden TR-Familie dämpfen radial, wobei diese Art der Beanspruchung eine lange, weiche Abbremsung mit einem progressiven Energieabbau am Hubende erzeugt. Da die Beladungseinheit etwa 600 Kilogramm wiegt, entschieden sich die Konstrukteure dazu, Vertreter der Produktfamilie TR-HD auszuwählen, die sich sowohl durch massive Bauform als auch hohe Kraft- und Energieaufnahmen bei geringem Dämpfungsweg auszeichnen. Den Ausschlag gaben ihre geringe Bauhöhe mit Hüben von 12 bis 44 Millimetern sowie die hohe Energieaufnahme von 405 bis 11.840 Nm. Nun verrichten einige Tubus vom Typ TR97-31HD in einer Fabrik für die Fertigung von Solarzellen zuverlässig ihren Dienst. Die wartungsfreien, einbaufertigen Dämpfer sind anderen Lösungen auch hinsichtlich der Lebensdauer überlegen. Zusätzlich zur sehr hohen Standzeit von bis zu einer Millionen Lastwechseln heben sie sich von allen anderen Feststoff-Dämpfungselementen durch ihre platzsparende Bauform und das geringe Eigengewicht ab.

Produktserie, Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer
Die Produktserie der Strukturdämpfer von ACE umfasst in den Bereichen der Dämpfungstechnik und der Sicherheitsprodukte acht verschiedene Tubus-Bauarten mit insgesamt etwa 150 Standard-Einzellösungen für eine Vielzahl an Anwendungen. Bild: Lisco, ACE Stoßdämpfer

Um die vollständige Chronologie dieses Einsatzfalls abzurunden, soll nicht verschwiegen werden, dass die Notstopper von ACE nicht von Anfang an in der Beladungseinheit ihren Dienst taten. Zunächst hatte der Kunde von Lisco auf selbst zugeschnittene Reifenprofile zurückgegriffen, weil es während der Testfahrten zu einer Kollision von Baugruppen beim Herauf- und Herunterfahren der Einheit gekommen war. Diese führte auch dazu, dass
der Kunde Lisco nach professionelleren Dämpfern fragte. Weil das Konstruktionsteam um die Vorzüge der Tubus von ACE wusste, steuerte es diese kurzerhand als zusätzliches Element bei. Weitere Tests und die Praxis bewiesen anschließend die Funktionstüchtigkeit der Dämpfer. Schäden an der Gesamtkonstruktion und Stillstandzeiten sind seitdem weitestgehend ausgeschlossen. Aru