Während wir oft darüber sprechen, wie wichtig es ist, Kontaminationen aus linearen Bewegungskomponenten wie linearen Führern und Schrauben herauszuhalten, ist das Ziel genau das Gegenteil, wenn diese Systeme in einem Reinraum verwendet werden, um zu verhindern, dass diese Komponenten die Kontamination in die Umwelt einführen.

Was genau ist ein Reinraum?
Laut ISO 14644-1: 2015 sorgen „Reinräume und zugehörige kontrollierte Umgebungen für die Kontrolle der Kontamination von Luft und gegebenenfalls Oberflächen, um die für die Durchführung von kontaminationsempfindlichen Aktivitäten geeigneten Maßnahmen zu erfüllen.“

Reinräume sind am häufigsten mit Anwendungen in der Halbleiter-, Elektronik- und Medizinprodukt -Industrie verbunden, obwohl andere Branchen - wie Luft- und Raumfahrt, Pharmazeutika sowie Lebensmittel und Getränke - in einigen Anwendungen auch Reinraumumgebungen verwenden.

Der ISO 14644-1 Standard bewertet das Niveau der „Sauberkeit“ eines Reinraums auf einer Skala von 1 (bestes) bis 9 (schlimmste), basierend auf der Anzahl der Partikel-unterteilt in sechs Größenbereiche-, die in einem Kubikmeter Luft vorhanden sind.

Beachten Sie, dass der oben genannte Reinraumstandard von der International Standards Organization (ISO) stammt. Möglicherweise sehen Sie auch, dass der US-Bundesstandard 209E in einigen Fällen verwiesen wird, obwohl sie im Jahr 2001 widerrufen wurde. Beispielsweise wird ein Reinraum, der als Klasse 1 unter FS 209E bewertet wird, als Klasse 3 unter ISO 14644-1 bewertet.

Reibung ist der Feind eines Reinraums
Das übergeordnete Ziel bei der Verwendung eines linearen Bewegungssystems in einer Reinraumanwendung besteht darin, seine Partikelerzeugung auf ein Minimum zu halten. Lineare Bewegungskomponenten beruhen jedoch auf Gleit- oder Rollbewegungen, die aufgrund von Reibung und Verschleiß zwischen den Oberflächen notwendigerweise Partikel produzieren. Einer der Hauptfokusbereiche sollte also sein, die Reibung so weit wie möglich zu verringern.

Dies bedeutet, dass Sie sich über den Kontakt über den Schiebenkontakt rollen. Die Herstellung linearer Kugellager und Kugellschrauben zu einer besseren Wahl als einfache Lager und Bleischrauben für die meisten Reinraumanwendungen.

Die Standarddichtungen mit linearen Kugellagern und Kugellschrauben haben jedoch den Gleitkontakt mit der Führungsschiene oder der Schraubenwelle, sodass die Dichtungen mit niedriger Reihen oder Nichtkontakten gegenüber Vollkontaktkonstruktionen bevorzugt werden. Und in letzter Zeit haben einige Hersteller Partikelzähltests durchgeführt, die zeigen, wie Kugelabstandshalter oder Kugelketten-die die Kugeln trennen und sie daran hindern, miteinander zu kollidieren, wenn sie durch das Lager rezirkulieren-die Partikelerzeugung in profilierten Schienenführern und Kugelschrauben verringern können.

Schmierung ist sowohl Freund als auch Feind
Die Schmierung ist nicht nur nützlich, um die Reibung zu verringern und den richtigen Betrieb zu gewährleisten, sondern auch für das „Einfangen“ einiger der Partikel, die durch ein lineares Lager oder eine Schraube erzeugt werden und deren Freisetzung in die Umwelt verhindern. Aber die Schmierung selbst kann eine Quelle der Kontamination sein, wenn sie in die Atmosphäre freigesetzt wird. Dies ist besonders bei Kugelschrauben problematisch, die beim Drehen der Schmierung durch sie „schleudern“ können.

Dichtungen tragen dazu bei, die Schmierung im linearen Lager oder im Kugelmutter zu halten, aber typische und nichtkontakte Typen-obwohl ideal, weil sie nicht selbst signifikante Partikel erzeugen-können eine gewisse Schmierung ermöglichen, „durchzurutschen“ und freigesetzt zu werden. Aus diesem Grund erfordern viele Reinraumanwendungen ein Reinraum-zugelassenes Schmiermittel. Diese speziellen Formulierungen haben keine (oder weniger) Additive, die feste Partikel wie Aluminium, Kieselsäure und PTFE enthalten.

Reinraum-freundliche Materialien sind ein Muss
Die bevorzugten Materialien für Reinraumumgebungen sind Edelstahl und PVC, aber Aluminium und Kohlenstoffstahl sind die primären Materialien, die in linearen Bewegungskomponenten verwendet werden. Es gibt jedoch Möglichkeiten, Aluminium- und Standard-Carbon-Stahl-Reinraum-konforme zu erstellen.

Anodisierende Aluminium zum Beispiel verleiht es einen guten Korrosionsbeständigkeit. Und Kohlenstoffstahlkomponenten können mit einer Reinraum-kompatiblen Schutzbeschichtung wie schwarzem Chrom oder Nickel behandelt werden, um die Oxidation zu verhindern.

Eine breite Palette von Miniaturführern und Miniaturschrauben ist in Edelstahlversionen erhältlich, wodurch sie eine gute Auswahl für Reinraumanwendungen mit kürzeren Strichlängen und leichteren Lasten erzielen. Und Miniaturversionen werden typischerweise mit niedrigen Dichtungen und niedrigen Vorspannungen als Standardoptionen angeboten, sodass ihre Partikelerzeugung von Natur aus weniger als ihre Gegenstücke in voller Größe ist.

Beachten Sie auch, dass Befestigungselemente häufig mit einem Schwarzoxid-Finish beschichtet werden, das eine hohe Partikelrate aufweist, obwohl diese Komponenten statisch sind. Für Reinraumanwendungen sollte nach Möglichkeit Edelstahlhardware verwendet werden.

Systeme mit reduziertem Kontakt und Reibung

Eine Möglichkeit, viele der oben genannten Bedenken zu beseitigen oder zu reduzieren, besteht darin, lineare Bewegungskomponenten und -systeme zu verwenden, die von Natur aus „sauber“ sind. Dazu gehören Luftlager für Anleitung und lineare Motoren für das Fahren. Beide Systeme beseitigen das Gleit- oder Rollkontakt, sodass sie praktisch keine Reibung und keine Partikelerzeugung haben.

Zum Beispiel hat eine lineare Motorstufe mit Luftlagern - in der Theorie - keine Reibung und damit keine Partikelerzeugung. In realen Situationen ist das Kabelmanagement jedoch immer noch ein Problem, da sich bewegende Kabel und Kabelträger Partikel erzeugen können. Dies kann jedoch durch die Verwendung von Kabeln und Kabelverwaltungssystemen behandelt werden, die speziell für Reinräume entwickelt wurden.

Ein typisches Beispiel: Einige Kabelhersteller bieten Produkte mit speziellen Beschichtungen mit niedrigem Vorrang an, um die Partikelerzeugung zu minimieren, und einige Kabelstreckenhersteller bieten Systeme an, die den Verschleiß zwischen Kettenabschnitten durch die Verwendung von Abriebfassen reduzieren. Bei kürzeren Kabellängen können flache, selbsttragende „Trackless-Kabel“ sogar die Notwendigkeit einer Kabelspur oder eines Trägers beseitigen.