Stoßdämpfer

Kleinstoßdämpfer beim Handling: Schutz nach Maß für jede Achse

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.

Dämpfungstechnik

ACE Berechnungsservices & Tools

Autor: Robert Timmerberg M. A., Fachjournalist, plus2 GmbH, Düsseldorf

Bilder: ACE Stoßdämpfer GmbH

Kleinstoßdämpfer von ACE: Tuning für so gut wie jede Konstruktion

Die drei verschiedenen Komponenten mit Gewinden in den Größen von M18 bis M25 der geschilderten Applikation stehen exemplarisch für die zehn Produktfamilien im Bereich der Kleinstoßdämpfer bei ACE. Dazu gehören auch Dämpfungs- und Bremselemente aus Edelstahl, welche nicht nur die strengen Anforderungen der Halbleitertechnologie, sondern auch die Hygienevorschriften in der Medizintechnik oder Lebensmittelindustrie erfüllen. Bedenkt man, dass jede Stoßdämpferfamilie aus mehreren Typen besteht, die so gut wie alle Kraftbereiche von Handling- und Automatisierungsaufgaben abdecken, erklärt sich, warum ACE weltweit erfolgreich in Millionen von industriellen Konstruktionen vertreten ist. Die Qualitätsprodukte optimieren Maschinen auf so zuverlässige wie effektive Weise, indem sie Massen schnell und zerstörungsfrei bremsen. Bestimmte Modelle der kompakten, wartungsfreien, hydraulischen Maschinenelemente arbeiten bei Bedarf auch direkt im Pneumatikzylinder. Sie senken die Belastung dort ebenso gut wie beim Einsatz in Miniaturschlitten, in Handhabungsgeräten und in vielen anderen industriellen Anwendungen. Für hohe Standzeiten sorgen dabei innovative Dichtungstechniken und die aus hochfestem, legiertem Stahl, massiv und topfförmig aus dem vollen Material gefertigten Stoßdämpferkörper mitsamt Hochdruckhülsen. Neben reichlich Zubehör, wie etwa Bolzenvorlagerungen, bietet ACE zusätzlich Sondergewinde, spezielle Fluide, Sonderhübe und Sonderausführungen.

Dämpfungstechnik: Kleinstoßdämpfer und weitere Maschinenelemente von ACE

Neben den hier exemplarisch aufgeführten Kleinstoßdämpfern gibt es im Unternehmensbereich der Dämpfungstechnik von ACE zahlreiche weitere Typen aus der Familie der Industriestoßdämpfer für größere Aufgaben. Zudem ist das Unternehmen auch im Feld der Festköperdämpfer mit hochwertigen und innovativen Lösungen vertreten, wie die Strukturdämpfer der Tubus-Produktfamilie zeigen. Dies gilt ebenfalls für Stoßdämpfungsplatten und Palettenstopper. Alle diese Lösungen lassen sich auf folgenden gemeinsamen Nenner bringen: Mit ihnen wird kinetische Energie in Wärme gewandelt, und die Bewegungen von Massenkräften werden je nach Anwendung optimal verzögert und abgebaut. Dadurch können Konstrukteure Maschinen schneller, leiser, langlebiger, leichter, preiswerter und somit wettbewerbsfähiger sowie profitabler machen.

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Schneider Electric 2022-2023