Komponenten von Hema schützen die Bauteile einer Schleifmaschine zur Fertigung von Silizium-Wafern

Schleiftechnik sichert den Weg zur Sonnenenergie

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Photovoltaik-Anlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Bei der Produktion der Silizium-Wafer für die Module kommen spezielle Schleifmaschinen zum Einsatz, zu deren führenden Herstellern die Firma Abwood Machine Tools aus dem britischen Dartford zählt. Um ein Höchstmaß an Sicherheit und Bearbeitungsqualität zu gewährleisten, stattet Abwood die Anlagen mit Maschinenschutz-Komponenten von Hema aus.

Der Anteil des durch Sonnenlicht gewonnenen Stroms wird in den kommenden Jahren deutlich steigen. Das zeigt ein Leitfaden des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) aus dem vergangenen Jahr, in dem die Experten der Photovoltaik (PV) eine „bedeutende Rolle in unserer nachhaltigen Energiezukunft“ zuweisen. Um das Ziel zu erreichen, den Energiebedarf in Deutschland vollständig aus erneuerbaren Energien zu decken, müssen allerdings noch viele PV-Anlagen installiert werden: Dazu ist laut ISE Leistung von 150 bis 200 GW nötig. Derzeit sind in der Bundesrepublik PV-Anlagen mit einer Nennleistung von 43 GW am Netz, 2017 kamen gerade einmal 1,7 GW hinzu.

Module für Photovoltaik-Anlagen bestehen aus
hochfeinen Silizium-Wafern

Für die Hersteller von Photovoltaik-Modulen und deren Zulieferer eröffnet sich damit ein großer Markt. Die Basis der Module sind sogenannte Wafer aus mono- oder polykristallinem Silizium. Um sie zu fertigen, wird Quarzsand geschmolzen, gereinigt und dann zu Halbleiter-Barren (ingots) gegossen. Diese Barren werden mit einer Diamant-Drahtsäge in gleichmäßige Blöcke zerteilt, bevor eine Schleifmaschine die Feinarbeiten übernimmt. Sie trägt Schicht für Schicht von der Oberfläche der Blöcke ab, bis nur noch eine 200 – 400 µm dünne Siliziumscheibe übrigbleibt.

Einer der weltweit führenden Hersteller dieser Schleifmaschinen ist die Firma Abwood Machine Tools aus Großbritannien. Das in den 1920er Jahren gegründete Unternehmen hat sich zunächst mit der Konstruktion von Rundtisch-Schleifmaschinen für die Getriebe-fertigung und Schleichgangschleifmaschinen für die Glasindustrie einen Namen gemacht. Seit der Jahrtausendwende konzentriert sich Abwood auf die Konstruktion von Schleifmaschinen für die Photovoltaik-Industrie und Sondermaschinen. Die ein-, zwei- und vierspindligen Anlagen zeichnen sich durch eine sehr hohe Abtragsleistung von bis zu 1000 mm3/s aus (CM 12H) und werden zum Flachschleifen und zur Kantenbearbeitung ebenso eingesetzt wie zum Ober- und Rückseitenschleifen.

Sicherheit steht beim Schleifen an oberster Stelle

Bei seinen Schleifmaschinen legt Abwood großen Wert auf eine hohe Betriebssicherheit. Deshalb kontaktierte man vor gut 15 Jahren die lokale Vertretung der Hema Maschinen- und Apparateschutz GmbH, denn man hatte schon viel von den Produkten aus dem hessischen Seligenstadt gehört. Die Entscheidung, sämtliche Maschinen mit Hema-Komponenten auszustatten, fiel schnell: „Der britische Wettbewerb ist zwar preisgünstiger als wir, die Produkte haben aber nicht dieselbe Qualität wie unsere“, erklärt Andreas Seifert von Hema die Hintergründe. Der Regional Sales Manager betreut den Kunden und hat auch das neueste Projekt von Abwood begleitet: Die Konstruktion der Schleichgang-Schleifmaschine CM1500H.

Die Maschine wurde speziell für das Schleifen unregelmäßig geformter Silizium-Blöcke entwickelt und verfügt über vier Achsen mit Verfahrwegen von bis zu 2500 mm (X-Achse), 800 mm (Y-Achse) und 600 mm (Z-Achse). Die Drehachse C ist mit einem Drehtisch ausgerüstet, auf dem der zu bearbeitende Silizium-Block zwecks Vermessung platziert wird. Dabei kommt auch ein 2D-Laser zum Einsatz, dessen Daten mit den Positionsangaben der X-Achse kombiniert werden und damit ein vollständiges 3D-Bild des Blocks ergeben. Im Anschluss erstellt die Maschine ein individuelles Profil für jeden Schleifhub – so ist gewährleistet, dass gleichmäßig dicke Schichten vom Block abgetragen werden. Diese Aufgabe übernimmt ein Schleifrad mit einer hochabrasiven Diamant-Beschichtung. Um besonders hohe Abtragsraten zu erzielen, hat Abwood ein Kühlsystem entwickelt, welches Wasser mit einem Druck von bis zu 30 bar auf den Maschinentisch pumpt.

Drehtisch darf sich während des Scanvorgangs
nicht bewegen

Damit der Drehtisch immer exakt in seiner Position gehalten wird, setzt Abwood die rotatorische Positionsklemmung Rotoclamp von Hema ein. Dieses Klemmsystem wurde speziell für sich drehende Führungen oder Antriebe konzipiert und ist in einer innenklemmenden und einer außenklemmenden Variante erhältlich. Konstrukteure können zudem zwischen zwei verschiedenen Ausführungen wählen:

1. Klemmung durch Beaufschlagung mit Luft oder

2. automatische Klemmung.

Das Besondere am Klemmsystem Rotoclamp ist, dass es selbst bei einem Ausfall der Pneumatik schnell und mit großer Kraft klemmt. Da es pneumatisch betrieben wird, ist das System zudem sehr sauber in der Anwendung und außerdem vergleichsweise kostengünstig. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Montage: Es lässt sich sofort einsetzen, weil es nicht erst umständlich auf die jeweilige Umgebung abgestimmt werden muss.

Die innenklemmende Version der Rotoclamp ist in zahlreichen Größen lieferbar und eignet sich für nahezu alle drehenden Anwendungen. Sie kann wie bei Abwood an einem Drehtisch verbaut werden, aber ebensogut an Schwenkköpfen, die mit einem Torquemotor betrieben werden. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, ist die Beaufschlagung mit zusätzlicher Druckluft möglich (sogenannte „Booster-Funktion“). Die Klemmkraft lässt sich so mit geringem Aufwand noch steigern.

Zuverlässige Fixierung der Blöcke ist Voraussetzung
für die präzise Bearbeitung

Nach der Vermessung müssen die Silizium-Blöcke für die Bearbeitung in ihrer Position fixiert werden. Dies übernehmen die Linclamp-Klemmsysteme von Hema. Diese wurden für den Einsatz auf Linearführungen und zum Klemmen von Linearantrieben entwickelt. Sie eignen sich speziell für übersetzende Anwendungen, bei denen auch eine Notbremsfunktion gefordert wird. Je nach Anforderungen bietet Hema die Linclamp mit Bremsbacken aus widerstandsfähigen Sinterbelegen oder aus Stahlbelegen an. Erstere erzielen höchste Brems- und Klemmkräfte, letztere sind prädestiniert für die Anwendung in bearbeiteten Flächen.

Für eine besonders schnelle Klemmung sorgen die integrierten Schnellentlüftungsventile: Bei dieser Ausführung verringert sich die Reaktionszeit des Klemmsystems nochmals um 30 Prozent. Die Linclamp erreicht Haltekräfte von bis zu 10 000 N (Linclamp S) und ist in verschiedenen Versionen für eine Vielzahl an Anwendungsgebieten erhältlich. Das Klemmsystem ist für Betriebsdrücke von 4 oder 6 bar ausgelegt. Die Typen S, SK, und SA sind als Klemm- und als Bremssystem verwendbar.

Faltenbälge halten Fremdkörper von den Achsen fern

Da bei der Bearbeitung von Silizium-Blöcken sehr viel Staub anfällt, ist ein sorgfältiger Schutz von Achsen und Linearführungen unabdingbar. Abwood hat dazu die untere Z-Achse mit einem Samurai-Faltenbalg von Hema verkleidet. Diese Art von Faltenbälgen ist eine Weiterentwicklung der Elastic-Faltenbälge, mit denen an der CM1500H die obere Z-Achse sowie die Zwischenräume der drei Klemmen-Supporte der Linclamp und die X-Achse geschützt werden.

Elastic-Faltenbälge werden aus hochwertigen Materialien auf Spezialmaschinen maßgenau zugeschnitten und passen sich damit exakt der jeweiligen Anwendung an. In der Samurai-Ausführung erhalten diese Faltenbälge einen zusätzlichen Schutz vor heißen oder scharfkantigen Spänen: Dazu werden Edelstahllamellen an der Oberkante der Falten befestigt. Die Faltenbälge eignen sich ideal für alle rauen Umgebungen. Für Anwendungen mit besonders engem Bauraum gibt es die Variante Fastaf TW mit einem „um die Ecke laufenden“ Balg.

Sicherheitsscheiben und LED ermöglichen beste
Sicht auf den Schleifvorgang

Die optimale Beleuchtung des Bearbeitungsraums trägt ebenfalls zur Sicherheit einer Maschine bei. Abwood setzt hier LED-Leuchten von Hema ein, die eine Lebensdauer von bis zu 50 000 Stunden haben – das entspricht etwa sechs Jahren Dauerbetrieb. Unternehmen senken mit den Leuchten ihre Energiekosten im Vergleich zu herkömmlichen Glühbirnen um etwa 50 Prozent.

Damit umherfliegende Späne nicht das Bedienpersonal verletzen, stattet Abwood seine Maschinen zudem mit speziellen Sicherheitsscheiben von Hema aus. Sie werden aus einem Verbund von Polycarbonat und Sicherheitsglas gefertigt und sind umlaufend kühlmittelresistent versiegelt. Die Scheiben haben deshalb eine sehr hohe Rückhaltefähigkeit und behalten ihre Schutzfunktion für mindestens fünf Jahre. Herkömmliche Schutzscheiben aus einfachem Polycarbonat werden dagegen meist schon nach wenigen Monaten spröde.

Die neue Schleichgang-Schleifmaschine von Abwood befindet sich zurzeit in der letzten Entwicklungsphase. Wenn alles läuft wie geplant, wird die CM1500H im Frühjahr 2019 auf den Markt kommen.

Hema Maschinen- und Apparateschutz GmbH
www.hema-group.com



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