Linearführungen aus der Easy-Rail-Familie sorgen für die Feinjustierung eines Teilchenbeschleunigers

Ionen auf Linie gebracht

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NTG, ein hessischer Sondermaschinenbauer, stand vor der Aufgabe, eine Verstellvorrichtung für einen Teilchenbeschleuniger am Frankfurter Institut für Angewandte Physik zu bauen. Die Aufgabe wurde u. a. mithilfe hochwertiger Linearführungen von Rollon gelöst. Der Düsseldorfer Komplettanbieter für Lineartechnik unterstützte die optimale Konstruktion mit individuellen Anpassungen seines Katalogproduktes.

Der Autor: Klaus-J. Hermes, Marketingleiter, Rollon, Düsseldorf

Die NTG Neue Technologien GmbH & Co. KG ist ein mittelständisches Unternehmen des Sondermaschinenbaus, das sich seit seiner Gründung im Jahr 1968 mit der Entwicklung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme von Komponenten und kompletten Anlagen beschäftigt. Das Leistungsspektrum reicht von der Fertigung einfacher Einzelteile bis zum Bau komplexer verfahrenstechnischer Anlagen. Von der Konstruktion über die Fertigung bis zur Inbetriebnahme erfolgt bei NTG der gesamte Produktionsprozess aus einer Hand. Zurzeit arbeiten etwa 85 Mitarbeiter am Firmensitz in Gelnhausen im Großraum Frankfurt am Main.
Während bis in die 80er-Jahre vor allem Entwicklungen für die Kerntechnik im Mittelpunkt standen, stellte sich das Unternehmen seitdem breiter auf und zählt heute, neben der Lohnfertigung, nanotechnologische Anwendungen, Teilchenbeschleuniger, Strahldiagnosesysteme, Vakuumtechnik und hochwertige Keramik-Metall-Verbindungen zu seinem Produktspektrum.
Dabei hat sich das über die Jahre gesammelte kerntechnische Spezialwissen immer wieder bezahlt gemacht und NTG die Besetzung technologischer Nischen ermöglicht, z. B. bei der Konstruktion von IBF-Anlagen (Ion Beam Figuring) für die Ionenstrahlbearbeitung. Mit ihnen können berührungslos ultrapräzise Oberflächen auf ebenen und gekrümmten Werkstücken erzeugt werden, z. B. auf optischen Linsen. Aktuell ist das Unternehmen nach eigenen Angaben im Bereich IBF Weltmarktführer mit mehr als 20-jähriger Erfahrung und der größten Anzahl verkaufter Anlagen.
Hilfsmittel gegen „schielende“ Ionenquellen
Im Auftrag von Forschungsinstituten entwickelt NTG u. a. auch Spezialausrüstungen. Dabei handelt es sich um hochspezialisierte Einzelstücke wie die kürzlich für das Institut für Angewandte Physik (IAP) der Johann Wolfgang Goethe-Universität, Frankfurt am Main, konstruierte Ionenquellenverstellung. Die geladenen Teilchen sollen dort parallel zu einer theoretischen Strahlachse austreten, um Verluste zu minimieren. Verluste entstehen dadurch, dass Teilchen, die nicht parallel austreten, mit den Wänden kollidieren. Da die Ionenquelle aber mit einem leicht abweichenden Winkel strahlen kann, als wenn sie „schielen“ würde, muss sie für die Experimente genau ausgerichtet werden. NTG erhielt vom IAP den Auftrag, dieses Problem zu lösen. Die Auswahl der passenden Komponenten und Bauteile für eine solche Verstellvorrichtung war nicht festgelegt. Die Ingenieure aus Gelnhausen mussten sich, wie so oft, grundsätzlich mit einem komplexen Konstruktionsproblem auseinandersetzen, für das es kein Beispiel gab. Fest standen nur die Einbaumaße und die Geometrie der Flansche und Schnittstellen, an die die fertige Baugruppe angeschlossen werden musste.
Problemlösung: kaltgezogener Wälzlagerstahl
In der Ionenquellenverstellung werden Rollon-Führungen aus der Easy-Rail-Familie für die Linearverstellung eingesetzt. Die Quelle selbst wird entlang der Führungsachsen elektromotorisch verschoben. Zwei zusätzliche Winkelverstellungen werden von Hand bedient. Wichtig war, dass die Gesamtkonstruktion und damit die aufeinander montierten Einzelkomponenten eine möglichst geringe Bauhöhe erreichen. Bei der Suche nach den passenden Bauteilen verglich Gerhard Ritter, der Leiter des technischen Büros bei NTG, Linearführungen verschiedener Anbieter und entschied sich nach Abwägung aller Kriterien für zwölf Rollon-Führungen aus der Easy-Rail-Familie mit 210 mm langen Läufern.
Genaue Verstellung unter hoher Last
Die Konstruktion musste auf jeden Fall hochbelastbar sein, da sie die 150 kg schwere Ionenquelle ohne Durchbiegungen und mit minimalem Spiel tragen muss. Anderenfalls ergibt sich keine präzise und stabile Justierung des Ionenstrahls. Da diese Art der Teilchenbewegung nur im Vakuum stattfinden kann, kommt die Belastung durch einen Metallbalg hinzu, der die eigentliche Vakuumkammer mit der Quelle verbindet und bei der Verstellung der Quelle ausgelenkt werden muss. Es lag auf der Hand, dass Ritter nicht das preiswerteste Teil brauchte, sondern eine stabile und hochwertige Qualitätsführung. Zum Einsatz kommen zwei Easy Rail SN28, die parallel nebeneinander eingebaut eine der Verstellachsen bilden.
Um das Spiel zu minimieren wählte NTG dafür eine Version mit erhöhter Vorspannung. Rechtwinklig dazu wurden als zweite Verstellachse Linearführungen vom Typ Easy Rail SN22 eingebaut. Die Schienenlängen der Linearführungen wurden individuell angepasst. Der mit diesen Linearführungen maximal mögliche Hub ist bei dieser Anwendung nicht von Bedeutung, da die Ionenquelle nur leicht justiert wird und ihre Position um maximal ±10 mm pro Einstellachse verändert. Verschoben werden die Läufer in den Führungen über je einen elektrischen Spindeltrieb. Im Unterschied zu einer Kreuztischkonstruktion liegen beide Führungsrichtungen in einer Ebene.
Anpassungen machen den Unterschied
Die Linearrillenkugellager der Easy Rail zeichnen sich durch kompakte Querschnitte und reibungsarme Bewegung aus. Die robusten Führungsschienen und Kugeln aus kaltgezogenem Wälzlagerstahl stehen für ebenso lange Lebensdauer wie die Kugelkäfige aus Stahl und die induktiv gehärteten Laufflächen der Führungsschiene und der Läufer. Am Ende überzeugte Ritter aber noch ein ganz anderer Punkt: die individuellen Anpassungen durch die Anwendungstechnik der Rollon GmbH. Da der versenkte Einbau der Führungsschienen in eingefräste Taschen auf der Grundplatte der Ionenquellenverstellung vorgesehen war, konnte auf die internen Endanschläge verzichtet und somit die Einbaulänge ohne Hubverlust den Anforderungen angepasst werden. Aufgrund dieser guten Erfahrungen mit der Zusammenarbeit würden sich Ritter und seine Konstrukteure jederzeit wieder für Lineartechnik von Rollon entscheiden. Qualität, Stabilität, Präzision und Service haben bei der Ionenquellenverstellung einfach gestimmt. I

Info & Kontakt
Rollon GmbH
Tel.: 0211 95747-0
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