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Übersicht

HV- und UHV-Positioniersysteme

PI Vakuumversteller
  • Vakuumklassen von 10-3 bis 10-10 hPa
  • Sorgfältige Auswahl von Komponenten und Materialien
  • Eigenentwickelte Antriebe wie Piezoaktoren und Piezomotoren, oder geeignete Elektromotoren
  • Sorgfältiges Design unter Berücksichtigung des Ausgasverhaltens
  • Sorgfältige Handhabung, adäquate Räumlichkeiten: Ausstattung zur Qualifizierung von Materialien, Komponenten und Endprodukten – auch in Kombination mit anderen schwierigen Umgebungen: unmagnetisch, Cryo, EUV
  • Langjährige Erfahrung

Klassifizierung von Vakuumverstellern bei PI

Um die erforderliche Vakuumklasse zu bestimmen, ist es notwendig, die Applikation möglichst gut zu kennen. Beispielsweise haben Kristallographie oder Optikbeschichtung unterschiedliche Anforderungen nicht nur in Bezug auf den Druckbereich, sondern auch auf die erlaubten Reststoffe innerhalb der Vakuumkammer.

Häufig ist der erreichte Partialdruck von Kohlenwasserstoffen entscheidend. Diese sind in Schmierstoffen und Kunststoffen enthalten, werden beim Abpumpen der Vakuumkammer freigesetzt und können Oberflächen kontaminieren. Insbesondere Laseranwendungen im UV-Bereich sind sehr sensibel, weil Kohlenwasserstoffe aufgespalten werden und sich an der Optik niederschlagen.

Weitere Modifikationen von UHV-geeigneten Produkten:

  • Extrem hohes Vakuum bis zu 10-11 hPa
  • Aufbau frei von Schmiermitteln
  • Geeignet für Betrieb in kryogener Umgebung bei -269 bis 40 °C
  • Geeignet für Betrieb in Magnetfelder Strahlungsresistenz (Partikel-, Röntgenstrahlung, EUV

Hochvakuum (HV)
1 × 10-3 hPa bis 1 × 10-6 hPa

Ultrahochvakuum (UHV)
1 × 10-7 hPa bis 1 × 10-9 hPa

Einheiten
1 hPa = 1 mbar

Antriebsarten

Antriebsarten für Vakuumumgebungen

Entscheidend für die Vakuumtauglichkeit eines Positioniersystems ist neben dem Antrieb die Auswahl geeigneter Materialien und zusätzlicher Komponenten. Piezoversteller verwenden Technologien, die grundsätzlich hervorragend für den Einsatz im Vakuum geeignet sind: Piezoaktoren, kapazitive Positionssensoren und Flexure Festkörpergelenksführungen. Sie benötigen außerdem keine Schmiermittel und Fette zum Betrieb:

PI P-915K514

Die PICMA® Piezoaktoren in allen PI Nanopositionierern sind ohne Polymeranteile hergestellt und haben daher besonders niedrige Ausgasraten. Sie können mit bis zu 150 °C ausgeheizt werden. PICMA® Piezoaktoren eignen sich hervorragend für den Einsatz auch in sehr hohen Magnetfeldern. Piezopositioniersysteme können ohne ferromagnetische Materialien gefertigt werden.

Piezoaktoren zeigen Auslenkungen bis weit in den kryogenen Bereich. Sondermodelle von PICMA® Aktoren können bei bis zu -271 °C eingesetzt werden, allerdings mit deutlich reduziertem Stellweg.

PI P-88x
PI P-911KNMV

Unabhängig vom Antriebsprinzip können alle >> Piezomotoren in Vakuumumgebung eingesetzt werden. Piezomotoren können auch in Magnetfeldern verwendet werden, denn sie erzeugen weder selbst Magnetfelder noch werden sie von diesen beeinflusst. Insbesondere wenn zusätzlich Strahlungsresistenz und Stellwege im Millimeterbereich gefordert, sind Piezomotoren der Antrieb der Wahl.

PI UHV Stage

Motorisierte Versteller verwenden spezielle 2-Phasen-Schrittmotoren, die bis zu 10-9 hPa zuverlässig arbeiten. Ausheizbare Endschalter und geeignete Messsysteme ergänzen die Auswahl. Generell bieten Vakuumversteller geringere Geschwindigkeiten und eine geringere Betriebsdauer als Varianten für Raumluft.

Material und Design

Material und Design

Die Anforderungen an ein vakuumgeeignetes Material sind:

  • Keine Partikelemission
  • Kein Ausgasen
  • Ausheizbar und temperaturbeständig

Als Materialien für die Vakuumversteller kommen Aluminiumlegierungen, Edelstahle oder Titan zum Einsatz. Die Oberflächenbehandlung ist auf die Vakuumklasse abgestimmt, z. B. wird die Oberfläche für höhere Vakuumklassen nicht beschichtet, sondern elektropoliert.

Bevorzugte Materialien
Edelstahl, Aluminium, Titan,
Bronze, FKM (z. B. Viton),
Keramik, Saphir,
PTFE (z. B. Teflon), PEEK,
Polyimid (z. B. Kapton),
Glaskeramik (z. B. Macor)

Für die Verwendung in HV und UHV werden spezielle Vakuumschmiermittel verwendet. Auf Wunsch kann das Schmiermittel bei der Auftragsvergabe definiert werden. Vakuum-Kabelisolierungen bestehen aus Materialien wie PTFE oder FEP (Teflon), auf Wunsch aus Polyimid (Kapton) oder PEEK. Der Einsatz von Kunststoffen und Klebstoffen wird so weit wie möglich reduziert.

Sorgfältiges Design für hochempfindliche Umgebung

Versteller, die speziell für den Betrieb in Vakuum entwickelt werden, müssen eine Reihe von Kriterien erfüllen. Vakuumkammern bieten eng begrenzten Platz, was ein kompaktes Design erfordert.

PI mi Cos Vacuum

Lufteinschlüsse, z. B. unter Befestigungen, müssen vermieden werden, da sie das Herstellen eines stabilen Vakuums deutlich verzögern, oder gar unmöglich machen.

Sehr wichtig ist die Auswahl geeigneter Komponenten, vor allem der Antriebssysteme. Zu beachten ist vor allem die Wärmeentwicklung im Betrieb, denn im Vakuum kann die Wärme nur schlecht abgeführt werden. Zur Auswahl ist daher die Kenntnis von geplanten Arbeitszyklen hilfreich. Das Ausgasverhalten der gewählten Einzelteile kann vorab geprüft werden.

Montage und Prüfeinrichtung

Vakuumversteller werden unter Reinraumbedingungen montiert. Alle Komponenten werden im Ultraschall gereinigt. Der Versand erfolgt in einer partikelfreien und antistatischen Verpackung. Auf Wunsch werden Ausgastests mit Aufnahme eines Massenspektrogramms zur Beurteilung der Restgaszusammensetzung durchgeführt.

PI Vacuum
  • Reinraumfertigung
  • Ultraschallreinigung
  • Vakuumkammern bis 10-10 hPa
  • Vermessung mit Massenspektrometer und auf Wunsch Auslieferung mit Messprotokoll
Anwendungen

Anwendungen

Vakuumumgebungen finden sich in vielen sensiblen Hochtechnologie-Bereichen wie:

  • Halbleiterfertigung
  • Luft- und Raumfahrt
  • Forschung
PI Double Stage UHV
Beamline-Instrumentation: Kompakter Lineartisch mit zwei getrennten Plattformen positioniert Röntgendetektoren zur Analyse der Wechselwirkungen von FEL-Synchrotronstrahlung mit Materie
Produkte

Produkte

Für eine Reihe von Verstellerserien bietet PI bereits HV- oder UHV-Versionen als Katalogprodukte an. Fast alle Versteller von PI können für den Einsatz in verschiedenen Vakuumklassen modifiziert werden. Design und Fertigung für Bereiche außerhalb dieser Grenzwerte werden auf Anfrage angeboten. Auch Komplettlösungen für mehrere Achsen sind möglich. Die Vakuumdurchführungen sind im Lieferumfang nicht enthalten und können bei Bedarf dazu bestellt werden. Wenn nicht anders vereinbart oder am einzelnen Produkt beschrieben beträgt die Ausheiztemperatur max. 80 °C.

Controller, Verstärker und andere elektronische Geräte

Die Ansteuerelektronik ist grundsätzlich nicht geeignet, in der Vakuumkammer betrieben zu werden und muss außerhalb der Vakuumkammer aufgestellt werden.

Downloads

Downloads

application/pdf Catalog: PI miCos Vacuum Products
pdf 17.3 MB E
application/pdf Catalog: PI Piezo Nano Positioning 2013/2014
The PI Group’s technical expertise in all precision positioning sectors.
pdf 15.5 MB CAT130E