Saubere Sache

Energieführungen für den Reinraum auf dem Prüfstand

Der Reinraum stellt besonders hohe Anforderungen an die Abriebfestigkeit sich bewegender Komponenten. Energieführungen in dieser Umgebung müssen z. B. besonders abriebfest sein, um die Normanforderungen für diese sensiblen Umgebungen zu erfüllen - denn die haben es in sich. Zwei Energieführungen wurden nun vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung getestet.

Die Energieführungen, die zum Test be- reit standen, waren die Serien E6 und E14 von igus, Köln. Das Ergebnis: Nach VDI 2083 Blatt 8 (Reinraumtauglichkeit von Betriebsmitteln) kann die getestete Energieführungskette aus der Serie E6 bei Verfahrgeschwindigkeiten von v=l m/s und v=2 m/s in Reinräumen der ISO-Klasse 3 (nach DIN EN ISO 14644-1) eingesetzt werden, während die geprüfte Energieführungskette aus der Serie E14 bei v=l m/s sogar für deren Einsatz in Reinräumen der ISO-Klasse 2 geeignet ist. Ein Ergebnis, zu dem das IPA bei seinen strengen Untersuchungen kommt. Damit stoßen diese Energieketten, trotz verschärfter Normen, in weitere hochsensible Anwendungsbereiche, wie z. B. die Produktion von Mikroelektronik oder Pharmazeutika, vor. Das Besondere daran ist, dass es sich bei den insgesamt vier getesteten Bauformen um Standardvarianten, also nicht um Produkte aus besonderen Werkstoffen handelt.

Reinraumtauglichkeit testen

Das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Abteilung Reinst- und Mikroproduktion, bestimmt in Stuttgart die Reinraumtauglichkeit von Produktionsanlagen und Werkstoffen. Zum Einsatz kommen Prüfstände für Materialien und Betriebsmittel, die spezifisch für den Einsatz in hochreinen Referenzreinräumen konzipiert wurden. Dafür sind in den letzten Jahren in Studien und Forschungsarbeiten die entsprechenden Prüfprozeduren entwickelt worden, die den Erhalt reproduzierbarer und abgesicherter Ergebnisse garantieren. Die inter- disziplinäre Ausrichtung am IPA gibt den Kunden nicht nur die Möglichkeit bereits etablierte Materialpaarungen zu testen, sondern gegebenen- falls reinraumtaugliche Systeme zu entwickeln. Udo Gommel, Diplom-Physiker am IPA in Stuttgart, hat die Energiezuführungen von igus auf ihre Reinraumtauglichkeit getestet und die Messergebnisse in einem Prüfbericht dokumentiert. Dazu ein Interview mit Udo Gommel vom Fraunhofer IPA in Stuttgart:

Redaktion: Ihr Institut betreibt einer hohen Aufwand mit dem Betrieb des Reinraumes der Klasse 1. Was haben Ihre Kunden davon?

Gommel: Das kann ich an diesem Beispiel besonders gut erklären. Das Unter nehmen ist an uns herangetreten mit der Frage, in welchen Reinraumklassen die zur Verfügung gestellten Energiezuführungen eingesetzt werden können. Die Tests in unserem Reinraum der Klasse 1 kamen zu dem Ergebnis, dass zwei Prüflinge sogar die hohen Anforderungen der Reinraum klassen 2 bzw. 3 erfüllen. Dies kann der Hersteller nun mit unserer weltweit gültigen Qualifizierungsbescheinigung dokumentieren - und immer das bestmögliche Produkt für individuelle Kundenanforderungen zu liefern.

Redaktion: Was war die Veranlassung die Normen US FED Std. 209E bzw. VD 2083 zur Reinraumtechnik mit der DIN EN ISO 14644-1 zu verschärfen?

Gommel: Das ist ganz einfach zu erläuternd Bei der US-Norm werden "Kubikfüße" betrachtet. Ein Kubikfuß sind ca. 28,31. Bei der DIN EN ISO-Richtlinie er folgt die Umstellung von Kubikfuß auf da gängigere metrische System. Aufgrund de gestiegenen Anforderungen zum Beispiel in der Halbleiterindustrie sah man sich mittelfristig gezwungen, höhere Reinheitsspezifikationen zu definieren. Sie sind durch die neue Regelung um zwei Zehnerpotenzen erweitert worden. Die national VDI-Richtlinie dagegen spiegelt mehr der Stand der Technik wider, während die genauen Spezifikationsvorgaben (~ de Partikel pro Lufteinheit) in der DIN EI ISO vorgegeben sind.

Redaktion: Welche Norm wird im technischen Umfeld genutzt?

Gommel: Die DlN EN ISO 14644-1 ist die heute gängige Norm, die international für die Beurteilung der Luftreinheit herangezogen wird. Der amerikanische Standard US FED Std. 209E ist offiziell zurückgezogen.

Redaktion: Welche Anwendungsgebiete benötigen die höchsten Reinraumklassen?

Gommel: Trendsetter ist immer noch die Halbleiterindustrie. Sie hat die höchsten Anforderungen zu erfüllen. Die Miniaturisierung der Produkte schreitet stetig voran. Es j fängt an beim CD-Player, der immer kleiner wird, und geht bis zur Micro-Festplatte, die gerade noch die Größe eines Golfballs hat. Die Speicherdichten werden aber gleichzeitig immer höher. Doch auch in der Medizintechnik oder in der Lebensmittelindustrie, dem Maschinen- und Anlagenbau werden höchste Anforderungen hinsichtlich der Reinheit gestellt. Selbst die Automobilindustrie gerät immer mehr unter Zugzwang unter Reinraumbedingungen zu produzieren.

Redaktion: Wie sieht aus Ihrer Sicht die Zukunft in der Reinraumtechnik aus?

Gommel: Die Anforderungen hinsichtlich der Reinheit werden in allen Industriebereichen weiter steigen. Deshalb werden Unternehmen wie igus, die frühzeitig in ihre Produkte investieren, auch in Zukunft keine Probleme haben, sich unter diesen Bedingungen am Markt zu behaupten.

Energieführungen im Einsatz

Das Unternehmen Brooks braucht bei der Produktion seines Fixload besonders reine Luft. Das liegt an dem sehr sensiblen Einsatzbereich der Beladeschnittstelle für 300 mm Wafer-Prozessgeräte in der Halbleiterfertigung. Zur Beladung wird die Box mit den Wafern (Siliziumscheiben, auf denen die Chips prozessiert werden) auf den Fixload aufgesetzt und eingerastet. Der Greifarm des Prozessgerätes entleert den Wafer aus der Box zur anschließenden Prozessierung im Gerät.

Kritisch bei diesem Beladevorgang ist die unbedingte Einhaltung von ultrareinen Umgebungsbedingungen, damit der Wafer nicht kontaminiert wird und keine Partikel in das Prozessgerät gelangen. Aus diesem Grund ist die zu erzielende Reinraumtauglichkeit der eingesetzten Energieführung hier u. a. besonders wichtig. Tests von Brooks haben gezeigt, dass auch im Dauertest kein Verschleiß an der Energieführung festgestellt wurde. Eingesetzt ist eine Energieführungskette des Types Zipper von igus in hängender Einbaulage. Die Energieführung ist mit verschiedenen Luft- und Steuerleitungen bestückt. Bei einem Verfahrweg von etwa 290 mm werden Zyklenzahlen von 50 bis 60 Zyklen in der Stunde, meist im Dreischichtbetrieb erreicht. Neben der reinraumtauglichen Abriebfestigkeit bietet die Energiekette einen weiteren Vorteil: Das Reißverschlusssystem ermöglicht eine blitzschnelle Befüllung mit Energieleitungen und schützt zusätzlich. Das erhöht die Betriebssicherheit und die Standzeiten.

MSR Magazin, Mai 2004, Heft 5