„Die Hauptausfallursache von Kugelgewindetrieben ist abrasiver Verschleiß durch Verschmutzungen,“ erklärt Sascha Abokat von der August Steinmeyer GmbH & Co. KG. „Unsere verschiedenen Abstreiferarten helfen dabei, Späne, Stäube, Werkzeugpartikel oder Schleiföl – aber auch Lebensmittelreste oder Vereisungen gezielt von der Mutter fernzuhalten.“ Weitere Ausfallursachen sind adhäsiver Verschleiß durch fehlende Schmierung oder Korrosion. Daher ist es wichtig, den Schmierfilm von Kugelgewindetrieben nicht mit aggressiven Reinigungsmedien zu zerstören, sondern diesen zu erhalten bzw. gleichmäßig zu verteilen. 

Segmentabstreifer für grobe Verschmutzungen

Segmentabstreifer gehören zu den Standardabstreifern bei August Steinmeyer. Es handelt sich dabei um Spritzgussteile mit O-Ring aus Hytrel, die teilweise auch lasergesintert werden und eine effektive Abstreifung von Grobschmutz bewirken wie zum Beispiel Dreh- und Frässpäne in Werkzeugmaschinen. Segmentabstreifer lassen sich einfach montieren und haben im Vergleich zu anderen Abstreiferarten kaum Einfluss auf eine signifikante Erwärmung oder ein höheres Drehmoment des Kugelgewindetriebs. Sie sind beständig gegenüber Chemikalien und halten Flüssigkeiten weitestgehend ab.

Filzabstreifer für Stäube und feine Partikel

Eine besondere Herausforderung für Kugelgewindetriebe stellen feine Partikel wie zum Beispiel Schleifstäube dar. Gelangen diese in die Mutter kommt es zu abrasivem Verschleiß. Filzabstreifer wirken wie ein Putzlappen und nehmen kleinste Partikel schadlos in sich auf. Sie bestehen aus synthetischem Schaumstoff und einem lasergesinterten Polyamid-Haltering. Sie können auch zur Schmiermittelrückhaltung eingesetzt werden und das Schmiermittel gleichmäßig auf der Spindel verteilen, was bei einer Langzeitbefettung von Vorteil ist. Sie bieten jedoch nur eine begrenzte Wasser- und Chemikalienbeständigkeit.

Doppelabstreifer für feinen und groben Schmutz

Die Doppelabstreifer von August Steinmeyer kombinieren die Vorteile von Segment- und Filzabstreifern und bieten selbst in schwierigen Umgebungen Schutz vor problematischen Verschmutzungen, auch wenn Wasser oder wasserbasierte Kühlschmiermittel in Kontakt mit der Mutter kommen. Dafür wird ein Segmentabstreifer mit einem dahinterliegendem Haltering lasergesintert und derselbe synthetische Schaumstoff wie bei den Filzabstreifern verwendet.

Sonderabstreifer für besondere Anwendungen

August Steinmeyer bietet verschiedene Sonderabstreifer, die an besondere Einsatzbedingungen angepasst werden können. Sie kommen beispielsweise in Holzbearbeitungsmaschinen zum Einsatz, in denen viele Späne entfernt werden müssen, in der Luft- und Raumfahrt, wenn es darum geht, den Kugelgewindetrieb von gefrorenem Kondenswasser zu befreien, als PE-Abstreifer für Anwendungen in Atomkraftwerken oder als Spezialabstreifer zur Fettrückhaltung. Das Unternehmen berät seine Kunden hier im Vorfeld, um eine optimale Lösung für den jeweiligen Anwendungsfall zu finden.

Für extreme Anwendungen bietet August Steinmeyer auch eine Sperrluft-Lösung, wobei die Mutter mit Druckluft beaufschlagt wird. Auch Fangmuttern zur Absturzsicherung lassen sich auf Anfrage mit Abstreifern kombinieren.

Das Messe-Gantry der Steinmeyer-Gruppe setzt Maßstäbe in puncto Performance, Dynamik, Präzision im Submikrometer-Bereich und Anpassungsfähigkeit. Es deckt zahlreiche Anwendungsfälle in der Automation ab – wie Pick & Place, Bestücken, Montieren, Fräsen, Messen, 3D-Druck, Pipettieren, Halbleiterinspektion, Leiterplattenbestückung oder Waferprobing. Der individuelle und modulare Aufbau ermöglicht eine hohe Flexibilität durch einen einfachen Austausch der Baugruppen wie z. B. der kundenspezifischen Prozessköpfe und Verschleißkomponenten bei Rüstung oder Wartung. Das Schnellwechsel-Interface verringert zudem Stillstandzeiten und Kosten.

Hochdynamisches Antriebskonzept mit Kugelgewindetrieb

Das Gantry besteht aus zwei synchron verfahrenden Achsen, einer Quertraverse mit zwei Vertikalachsen für parallele Bearbeitungen. Die hochdynamischen Linearmotoren sorgen für einen maximalen Produktionsdurchsatz. In den Z-Achsen sind hochpräzise, geschliffene Kugelgewindetriebe von August Steinmeyer mit Genauigkeiten bis ISO-Toleranzklasse 1 verbaut. Die Oberflächenbearbeitung und optimierte Standzeit des Schmiermittels sorgen für eine lange Lebensdauer – kundenspezifische Tests sowie eine umfangreiche Dokumentation gewährleisten eine hohe Produktqualität. Die Komponenten sind auch in Sonderausführung zur Nutzung im Reinraum, Vakuum, sowie in trockener Stickstoffatmosphäre oder im Pharma- bzw. Lebensmittelbereich erhältlich. Neben Materialien und Schmierung lassen sich auch Steigung und Tragzahlen an individuelle Anforderungen an Genauigkeit, Lastzyklus und Geschwindigkeit anpassen.

Linsensystem zur Fokussierung

In der Linsenverstelleinheit ist ein Gleitgewindetrieb von Feinmess Suhl bestehend aus einer Spindel mit gerolltem M2-Gewinde und einer Kunststoffmutter verbaut. Die Spindel ist direkt an den Motor angeschlossen und ermöglicht ein fertigungstechnisch einstellbares Axialspiel von 1µm bis zu 10 µm. Je nach Applikation und Einsatzumgebung sind verschiedene Gewindesteigungen,-profile und -durchmesser, Mutternbauformen und -werkstoffe und hochgenau geschliffene, gewirbelte oder gerollte Spindelausführungen möglich. Das eröffnet ein breites Anwendungsspektrum von der optischen Industrie über die Medizintechnik, Lasertechnik bis hin zum Maschinenbau.

Sicherheit bei hohen Geschwindigkeiten

Das Gesamtsystems von Steinmeyer Mechatronik ist über eine integrierte Motion Control steuerbar. Im kooperativen Betrieb sorgen Lasersensoren dafür, dass das Gantry von hohen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten in einen "sicheren Geschwindigkeit-Modus" versetzt wird, sobald sich eine Person im Sicherheitsbereich befindet. Auf eine Einhausung des Arbeitsbereichs kann daher verzichtet und der überwachte Sicherheitsbereich frei definiert werden. Folglich kann das System entweder als Einzelmaschine oder auch als anreihbare Zelle einer Gesamtanlage verwendet werden.

Neben dem Besuch auf der EMO vom 18. bis 23. September 2023 in Halle 7 an Stand D38 bietet die Steinmeyer-Gruppe auch die Möglichkeit, am 22. und 23. August 2023 an digitalen Sessions zu Trendthemen wie Nachhaltigkeit, Digitalisierung und innovativen Fertigungsverfahren wie z. B. ETA+ teilzunehmen. 

Schalten Sie hier direkt Ihr Ticket für die EMO frei: https://visitors.emo-hannover.de/de/applikation/registrierung/direkteinstieg-tickets-ausweise?code=ZseK2

„Wir von Augst Steinmeyer suchen immer wieder nach Lösungen, um die steigenden Anforderungen unserer Kunden hinsichtlich der Effizienz und Präzision unserer Kugelgewindetriebe zu erfüllen“, berichtet Wolfgang Klöblen, Entwicklungsleiter bei August Steinmeyer. „Zudem streben wir grundsätzlich einen geringen Primärenergieverbrauch unserer Produkte an sowie einen verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen.“

Innovation und Investition

Mit einem innovativen konstruktiven Ansatz und der Investition in neue Hartdrehmaschinen für die Mutternfertigung, um entsprechende Ausführungen zuverlässig und genau fertigen zu können, ist es dem Hersteller gelungen, die Bohrreibung in der Mutter zu eliminieren und dadurch den Wirkungsgrad seiner Präzisions-Kugelgewindetriebe noch weiter zu verbessern. Reibungsverluste lassen sich durch dieses Verfahren um bis zu 50 Prozent reduzieren. Abwärme, Ungenauigkeiten und Verschleiß werden signifikant verringert und die Lebensdauer der Komponenten deutlich verlängert. Auch ein zusätzliches Kühlkonzept, dass bei herkömmlichen Lösungen vor allem im Bereich der Werkzeugmaschinen oft erforderlich ist, entfällt. Bei Anwendungen mit großen Kugelgewindetrieben macht sich der gesteigerte Wirkungsgrad noch deutlicher in der Energiebilanz bemerkbar als bei kleineren Ausführungen.

Digitalisierung und Automatisierung

August Steinmeyer nutzt bei der Umsetzung des neuen Fertigungsverfahrens eine digitale Schnittstelle, um die komplexen konstruktiven Vorgaben durch die entsprechende Programmierung und Steuerung der Maschine zuverlässig und nachweisbar zu erfüllen. „Inzwischen machen Präzisions-Kugelgewindetriebe mit Muttern, die mit dieser Technologie gefertigt wurden, bereits ein Drittel unseres Gesamtumsatzes aus“, so Klöblen abschließend. „Das Verfahren zur Eliminierung der Bohrreibung ist bei August Steinmeyer quasi zum Standard in der Mutternfertigung geworden.“

Je präziser Kugelgewindetriebe gefertigt werden, desto nachhaltiger (langlebiger) sind sie. Nachhaltigkeit beginnt in Albstadt bereits mit der Beratung, denn auf Basis anspruchsvoller Anforderungen entstehen innovative Technologien. „Wir fördern Fortschritt und streben einen geringen Primärenergieverbrauch unserer Produkte an“, so Wolfgang Klöblen, Entwicklungsleiter bei August Steinmeyer. „Unser Ziel – mehr Nachhaltigkeit im Maschinenbau sowie ein verantwortungsvoller Umgang mit Ressourcen.“ So realisiert das Unternehmen laufend kundenspezifische Entwicklungen und führt Lebensdauertests durch, um z. B. kompakte Bauräume bestmöglich auszunutzen sowie eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen.

Längere Lebensdauer und weniger Energieverbrauch

Die Mutternbaureihe mit ETA-Plus-Technologie des Unternehmens sorgt für eine optimale Kraftübertragung vom Motor auf den Schlitten: „Damit lässt sich nicht nur der Verschleiß von Präzisions-Kugelgewindetrieben signifikant verringern und ihre Lebensdauer verlängern“, betont Klöblen. „Auch der Energieverbrauch in der Anwendung wird so um bis zu 50 Prozent reduziert.“ Möglich wird das durch die reduzierte Reibung, erhöhte Steifigkeit und die Steigerung des Wirkungsgrads. Ein positiver Nebeneffekt ist die geringere Erwärmung, die eine zusätzliche Kühlung überflüssig macht, und die geräuschdämpfende Wirkung des ETA-Plus-Verfahrens.

Außerdem hat August Steinmeyer spezielle Abstreifer für seine Kugelgewindetriebe entwickelt, die mit einem Minimum an Schmiermitteln, ein Maximum an Zuverlässigkeit gewährleisten. Sollte zum Beispiel die Abdeckung versagen, wird durch die Verwendung von Doppelabstreifern die Wahrscheinlichkeit minimiert, dass der Kugelgewindetrieb ausfällt.

Präzise Kugelgewindetriebe: auf den Feinschliff kommt es an

Im Rahmen der Weiterentwicklung seiner Produkte hat August Steinmeyer zudem ein optimiertes Gewindeschleifverfahren für die Spindeln seiner Kugelgewindetriebe etabliert. Damit können mikroskopische kleine Unregelmäßigkeiten auf der Laufbahnoberfläche des Spindelgewindes entfernt und dessen Oberflächenrauheit erheblich reduziert werden. Das führt zu einer verbesserten Schmierung, einem sanfteren bzw. glatteren Lauf der Mutter sowie zu einer höheren Gleichmäßigkeit des Leerlaufdrehmoments über die gesamte Spindellänge. Das Ergebnis: Weniger Vibrationen und eine geringere Geräuschentwicklung bei hohen Drehzahlen sowie eine höhere Qualität, Laufruhe und Lebensdauer. Durch das verbesserte Schleifverfahren kann August Steinmeyer wirtschaftliche Komponenten anbieten, die eine energieeffiziente Auslegung des jeweiligen Antriebs ermöglichen und darüber hinaus auch den steigenden Anforderungen hochpräziser Anwendungen gerecht werden.

Die Miniatur-Kugelgewindetriebe aus Albstadt kommen zum Beispiel in einem hochsteifen Linearsystem von Steinmeyer Mechatronik als Spiegelversteller für ein an einem Heliumballon hängendem Teleskop zum Einsatz, das im Rahmen der SUNRISE-Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) bis auf 24.000 Meter Höhe aufstieg, um die Sonne zu beobachten.

Bedingungen fast wie im Weltraum

Die Herausforderung bestand darin, dass die im Teleskop verbaute Technik auch unter extremen Bedingungen wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit, Vibration und Schock mit nachgewiesener Zuverlässigkeit einwandfrei funktioniert. Deshalb sind z. B. die Spindel und die Mutter des Miniatur-Kugelgewindetriebs in Edelstahl ausgeführt. Zudem musste die Anwendung frei von Schmierstoffen sein, damit diese im fast luftleeren Raum der Stratosphäre und bei heftigen Temperaturwechseln nicht verdampfen und sich auf der in unmittelbarer Nähe zu den Antrieben befindlichen Optik niederschlagen. Also wählte August Steinmeier eine Dicronite-Beschichtung für den Trockenlauf. Damit diese sehr dünne Beschichtung nicht beschädigt wird, musste allerdings auch eine hohe Qualität der Peek-Weichen und deren Übergänge zum Gewinde sichergestellt werden. Wichtig war zudem eine optimierte Weichengeometrie, damit der Miniaturkugelgewindetrieb bei kleinen Reversierbewegungen nicht blockiert und die Funktion des Teleskops behindert.

Produktion auf hohem Niveau

Für eine exakt definierte Vorspannung montierte August Steinmeyer Keramikkugeln mit leichtem Übermaß. Ein neues Gewindeschleifverfahren sorgte zudem für ein homogenes Laufverhalten unter Vorspannung und bei Stellinkrementen im µm-Bereich ohne Überlastung der empfindlichen Beschichtung durch Hertz‘sche Pressung in den Gewindegängen. Durch eine zweistufige Teilereinigung wurden auch feinste Produktionsrückstände entfernt und eine extreme Sauberkeit in der Montage sichert das sehr gleichmäßige Laufverhalten des fertigen Produkts.

Hohe Dokumentationsanforderungen schlossen eine umfangreiche Qualifikation in der Entwicklungsphase und Verifikation in der Produktion inklusive anwendungsorientierter Tests auf eigens dafür entwickelten Prüfständen mit ein.

Gemeinsam hoch hinaus

Gemeinsam mit August Steinmeyer hat Steinmeyer Mechatronik ein robustes, einfaches und zuverlässiges Antriebskonzept mit Schrittmotor, Getriebe und Spindel entwickelt, das sich auf seiner Reise zur Erforschung der Sonne bestens bewährt hat. Es zeichnet sich vor allem durch seine Steifigkeit, sehr hohe Kraftreserven, einen hohen Wirkungsgrad und seinen kompakten, kleinen und damit leichten Aufbau aus. Die geschliffene Qualität des Kugelgewindetriebs sorgt für eine hohe Genauigkeit im open-loop Betrieb bei einfacher, robuster Ansteuerung.

Die drei Linearachsen des Positioniersystems sind parallel-kinematisch aufgebaut: zwei vertikale Achsen in X-Richtung und eine quer in Y-Richtung. Die beiden vertikalen Achsen erzeugen bei gleichzeitiger Bewegung einen Vertikalhub und bei gegensinniger Bewegung eine Drehung. Somit ist eine hochpräzise lineare und rotatorische Positionierung der Masken bis in den Sub-Mikrometerbereich möglich.

Kugelgewindetrieb erfüllt hohe Anforderungen

In diesem sehr präzisen Positioniersystem kommen geschliffene Miniatur-Kugelgewindetriebe mit einem Spindeldurchmesser von 12 mm von August Steinmeyer zum Einsatz. Diese sind mit einer Flansch-Einzelmutter mit 4-Punkt-Kontakt, Einzelgangumlenkung und optional Keramikkugeln ausgestattet. Die hohe geometrische Qualität und Oberflächengüte der spielfrei vorgespannten Komponenten sorgen für einen idealen Gleichlauf in der Anwendung und ermöglichen kleinste Stellinkremente. Die Baugruppen durchlaufen vor der Auslieferung eine anwendungsnahe Serienprüfung. Die Lebensdauer wurde in trockener Stickstoffatmosphäre und Vakuum nachgewiesen.

Der Einsatz in trockener Stickstoffatmosphäre oder Vakuum erfordert die Auswahl spezieller Materialien und Schmierstoffe. Im Kugelgewindetrieb kommt daher härtbarer Edelstahl zum Einsatz. Zur Minimierung der Streustrahlung werden außerdem alle Strukturteile des Maskensystems mit einer für UV-Absorption optimierten Eloxal-Beschichtung versehen. Die Anwendung unter ultraviolettem Licht verbietet zudem Kohlenwasserstoffe für die Komponenten und Baugruppen des Drei-Achs-Maskensystems. Daher kommt ein auf Fluorverbindungen basierendes, chemisch und physikalisch sehr stabiles Schmiermittel zum Einsatz, dass unter ultravioletter Strahlung keine Degradation zeigt und eine äußerst geringe Ausgasrate aufweist. Es wurde vom Anwender speziell für diesen Einsatz entwickelt und auf die Verwendung in vorgespannten Kugelgewindetrieben angepasst.

Optimal für Service und Wartung

Zur Wartung können die Belichtungsmasken seitlich aus der optischen Achse heraus in Service-Positionen gefahren werden. Ein magnetisch vorgespannter Schnellwechselmechanismus sorgt bei Bedarf für einen schnellen und einfachen Austausch der Maske mit nur wenigen Handgriffen. Genauso unkompliziert gestaltet sich die Wartung der Motoren und Endlagensensoren, die als Wechselbaugruppe ausgeführt sind.

Für das aufwandsarme Einbinden in die Steuerung der Maschine unter Serienbedingungen muss bei der Montage des Kugelgewindetriebs das vorgegebene Band des Leerlaufdrehmomentes mittels der Vorspannung genau eingestellt werden. Das ist Voraussetzung für ein stabiles Tuning der Steuerung und senkt die Stillstandzeiten im Wartungsfall, da im Falle des Austausches die PID-Parameter nicht neu gefunden werden müssen. Durch die damit erreichte Stabilität der Laufeigenschaften über die Lebensdauer erhöht sich so auch die Betriebssicherheit, da die Motorsteuerung immer im optimal abgestimmten Bereich läuft, was wiederum die Voraussetzung für das Erreichen sehr kleiner Stellinkremente unterhalb von Mikrometern ist.

Das Positioniersystem ist in mehreren Verfahrwegen passend zu verschiedenen Maskengrößen erhältlich und kann zudem kundenspezifisch an die Anwendungen angepasst werden. Wahlweise sind Reinraum- oder Vakuum-Ausführung lieferbar. Applikationsbeispiele finden sich in Halbleiterbelichtern, aber auch bei der Inspektion von Masken.

Komplexe Positionieraufgaben erfordern ein besonderes Know-how: Die August Steinmeyer GmbH & Co. KG ist ein führender Hersteller präziser Kugelgewindetriebe. Sie bilden die Basis der jeweiligen Applikation und lassen sich in Kombination mit einem Motor und Elektronik zu komplexen Baugruppen ausbauen. Die Steinmeyer Mechatronik GmbH realisiert auf diese Weise präzise Positioniersysteme, mechatronische Systeme und optische Komponenten. Dank der mechanischen und elektrischen Präzisionsmesstechnik der Feinmess Suhl GmbH, einem Hersteller für Messwerkzeuge, lassen sich die Produkte in hauseigenen Laboren prüfen und erreichen so eine hohe Fertigungsqualität. Jeder Standort trägt mit seiner Kompetenz und Engineering-Leistung sowie verschiedenen Fertigungs- und Prüfprozessen zur Umsetzung hochwertiger Produkte bei – von Losgröße eins bis zur Serie. Der Kunde profitiert dabei von der Innovationskraft und Zuverlässigkeit der Gruppe.

Gemeinschaftsprojekt für die Medizintechnik

Wie erfolgreich die drei Unternehmen zusammenarbeiten, zeigte sich in der Realisierung eines präzisen Blendenstellers für die Computertomographie. Es galt, eine Bewegungseinheit zu entwickeln, die die 1,2 Kilogramm schweren Blenden vor der Röntgenquelle so bewegt, dass der Röntgenstrahl auf die notwendige Strahlendosis eingestellt werden kann. Die Verstelleinheit ist im Inneren des Ringtunnels untergebracht und rotiert während der CT-Aufnahmen kontinuierlich um den Patienten. Das Herzstück der kompakten Konstruktion ist ein geschliffener Kugelgewindetrieb, der mit einem Schrittmotor das Antriebssystem bildet. Der langlebige Präzisions-Kugelgewindetrieb lässt sich sehr fein einstellen und gewährleistet eine hohe Positioniergenauigkeit sowie Zuverlässigkeit des Blendenstellers. Er steht beispielhaft für die Lösungskompetenz von Steinmeyer Mechatronik, August Steinmeyer und Feinmess Suhl bei der Entwicklung branchenspezifischer Positioniersysteme.
Alle Produkte der Firmengruppe sind zertifiziert und werden in Deutschland gefertigt. Dabei stehen vor allem die partnerschaftliche Beziehung und die Nähe zum Kunden im Vordergrund.

Für die Herstellung von elastischen und unelastischen Uni- und Polwaren bietet KARL MAYER u. a. Trikotmaschinen mit drei elektronischen Legebarren an. Die HKS 3-M ON ist die neuste Generation der dreibarrigen Hochleistungs-Kettenwirkautomaten und Vorreiter im Bereich der zunehmend vernetzten und digitalen Wirkmaschinen. Sie eignet sich für vielfältige Anwendungen in der Textilproduktion und ermöglicht flexible Musterwechsel, um Stillstandzeiten zu verringern. Mit Hilfe der Maschinen lassen sich neben Ober- und Sportbekleidung auch Artikel für das automobile Interieur, Automotive-Sitze, Möbelstoffe, Velours sowie Beschichtungs- und Werbeträger herstellen. 

Dauereinsatz bei hochfrequenten oszillierenden Bewegungen

„Noch nie konnte eine dreibarrige Wirkmaschine mit elektronischen Legebarrenantrieben mit so hohen Drehzahlen betrieben werden“, berichtet Alexander Meyer aus dem Bereich Global Sourcing bei KARL MAYER. „Das stellt höchste Ansprüche an alle verbauten Komponenten, speziell aber an die Präzision der Legebarrenantriebe, die bei Höchstgeschwindigkeit Legebarren zwischen den Wirknadeln manövrieren müssen – und das bei einer Feinheit von bis zu 32 Nadeln pro Zoll.“ Der Textilmaschinenbauer setzt auf die hochwertigen Präzisions-Kugelgewindetriebe der August Steinmeyer GmbH & Co. KG mit Durchmessern 16 mm und 20 mm, weil diese eigens für den Dauereinsatz bei hochfrequenten oszillierenden Bewegungen optimiert wurden. „Ausschlaggebend für die Verwendung der Steinmeyer-Kugelgewindetriebe ist außerdem ihre sehr gute Qualität und Langlebigkeit – selbst unter schwierigen Einsatzbedingungen“, so Meyer weiter. „Dank der Spielfreiheit bei hohen Kräften können die Nadeln berührungsfrei durch die Gassen gleiten.“ Reibung, Verschleiß und Energieverbrauch werden so auf ein Minimum reduziert. Für den Einsatz in der Trikotmaschine fertigte August Steinmeyer einige Kugelgewindetriebe mit einem Führungsrohr an, das an die Mutter geschraubt wird. Je nach Einsatzbedingungen werden diese mit speziellen Mutternabdichtungen ausgestattet.

„Positionieren im Vakuum ist eine besondere Herausforderung und bedarf geeigneter Materialien, Komponenten und Schmierstoffe“, erklärt Elger Matthes, Leiter Produktmanagement bei der Steinmeyer Mechatronik GmbH, dem Kompetenzzentrum für Positioniersysteme in der Steinmeyer-Gruppe. Das Unternehmen hat für anspruchsvolle Vakuum-Anwendungen unter UV, HV, UHV und auch EUV eine Reihe neuer Positioniersysteme entwickelt, die sich für einen Druckbereich von bis zu 10^-11 mbar und eine maximale Ausheiztemperatur von 120°C eignen. Auch werden wegen der sehr niedrigen Ausgasung und Partikelarmut die Anforderungen an einen Einsatz unter extrem ultravioletter Strahlung erfüllt. Die Achsen sind in den Größen LA80, LA95, LA170 erhältlich und für Lasten bis 20 kg im Vertikalbetrieb ausgelegt. Mit einer besonders schnellen Transportachse für die Probenzuführung werden Hublängen bis 500 mm angeboten. Von Vorteil ist, dass sich Kugelgewindetriebe mit einem robusten Schrittmotorantrieb kombinieren lassen, der wahlweise auch mit µm-Feedback mittels Linearmaßstab betrieben werden kann. Elger Matthes betont: „Zum Glück haben wir für diese Aufgaben in unserer Unternehmensgruppe die notwendige Kompetenz für eine Sonderentwicklung des Kugelgewindetriebs.“

Kugelgewindetrieb von August Steinmeyer

Ein wesentlicher Bestandteil der Lineartische ist ein Sonder-Kugelgewindetrieb, um einerseits für Vakuum ungewöhnlich schnell (bis 50 mm/s) und mit einer bislang unerreichten Lebensdauer von bis zu 5 km trocken zu verfahren. Beim Einsatz von Ultrahochvakuumschmierstoffen erhöht sich die erreichbare Lebensdauer auf mehrere 100 km. Bei höheren Partialdrücken bis 10^-6 mbar können durch die für diesen Bereich verfügbaren besseren Schmierstoffe und haltbareren Materialien im Vakuum auch Strecken von mehreren 1000 km erreicht werden. Entwickelt wurde die Komponente von der August Steinmeyer GmbH & Co. KG. „Mit Keramikkugeln, einer Beschichtung der Laufbahnen, einem speziellen Gewindeschleifverfahren sowie einer optimierten Umlenkung lassen sich auch ohne Schmierung gute Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebes erreichen“, erklärt Wolfgang Klöblen, Entwicklungsleiter bei August Steinmeyer.

Neben der individuellen Materialauswahl und Vakuumschmierung kann das Positioniersystem von Steinmeyer Mechatronik optional mit einer Piezozangenbremse ausgestattet werden, um die Stabilität im Nanometerbereich trotz hoher Lasten zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglichen Anpassungen an die Einbausituation in der Kammer ein individuelles Kundenbohrbild, spezifische Adapterteile und Kabelführungen sorgen für eine bedarfsgerechte Lösung.

Breites Anwendungsspektrum

Anwendungen finden sich unter anderem im Bereich der Halbleiterfertigung, dort können die Positioniersysteme in Prozessen mit extrem ultravioletter Strahlung zum Einsatz kommen, wie z. B. zur Strahlformung für Belichtungsprozesse sowie zur Oberflächenanalyse und Sensorpositionierung. In der Massenspektrometrie können sie zur Identifikation von Elementen oder Molekülen für Wirkstoffzusammensetzungen oder zur Detektion von Kampfmitteln dienen. In der OLED-Herstellung sind sie für Beschichtungsprozesse sowie Schichtdicken- und Schichtratenmessungen verwendbar. Weitere Anwendungsbereiche finden sich in der optischen Industrie, in der Grundlagenforschung sowie in der Labortechnik und Analytik.