ISO14644 ist die internationale Norm für die Gestaltung und den Betrieb von Reinräumen. Sie besteht aus mehreren Teilen, die alle anwendbaren Aspekte beschreiben. Das betrifft Aspekte, wie Baumaterialien, Schutzkleidung, Vorsichtsmaßnahmen beim Betreten und Verlassen sowie Umgebungskategorien, die durch die Luftqualität definiert sind. Die ISO-Klassen 8 und 7 sind die gängigsten Reinraumumgebungen, die von Industrieunternehmen benötigt werden. Klasse 7 erlaubt 10.000 Partikel pro Kubikmeter mit einer Größe von mehr als 0,1µm, während Klasse 8 bis zu 100.000 Partikel/m³ zulässt.
Errichtung und Management von Reinräumen
Um die vorgeschriebenen Luftqualitätsstandards zu erfüllen, wird die einströmende Luft gefiltert, damit keine größeren Partikel von außen eindringen. Es ist auch von großer Bedeutung, zu berücksichtigen, wie Geräte und Personal im Reinraum Verunreinigungen einschleppen können. Um diese Art von Kontamination zu verhindern, verlangen die Richtlinien für den Bau von Reinräumen u.a. die Verwendung abriebfester Materialien, die also Verunreinigungen wie Staub, Mikroben oder Fasern nicht leicht an die Umgebung abgeben. Häufig wird Edelstahl wegen seiner porenfreien Oberflächeneigenschaften sowie seiner Korrosions- und Verschleißfestigkeit eingesetzt. Porenfreie Polymere und spezielle antistatische und partikelarme Kunststoffe werden ebenfalls erfolgreich verwendet. Da die Mitarbeiter eine wichtige Quelle für Verunreinigungen sind, die von der Haut und der Kleidung freigesetzt werden, sind eine gründliche Reinigung und die Einhaltung der Bekleidungsvorschriften sowie das Umziehen an den Ein- und Ausgängen unabdingbare Voraussetzungen. Alternativ kann die Automatisierung möglichst vieler Prozesse zur Minimierung der Anzahl der im Reinraum benötigten Mitarbeiter beitragen, die lästigen Hygieneprotokolle reduzieren und so die Umgebungsbedingungen im Reinraum verbessern. Roboter sind ideal, um Tätigkeiten wie das Transportieren, Entpacken, Kommissionieren und Platzieren von Komponenten, die Montage von Baugruppen und die Verpackung fertiger Produkte zu übernehmen. Wenn sie jedoch nicht sorgfältig konzipiert und ausgewählt werden, können auch sie unerwünschte Partikel in die Reinraumumgebung abgeben.
Besondere Merkmale von Reinraum-Robotern
Scara-Roboter sind oft die erste Wahl bei Systemintegratoren, die Herausforderungen im Bereich der industriellen Handhabung zu lösen haben. Für allgemeine Nicht-Reinraum-Zwecke bieten riemengetriebene Ausführungen eine akzeptable Stärke und Genauigkeit zu einem Preis, der auch für kleinere Hersteller wirtschaftlich sein kann. In Reinräumen würden Riemenantriebe und andere Standardkomponenten wie Lager und Aktuatoren einem Verschleiß unterliegen, der Mengen an Partikeln in die Umgebung freisetzen kann, die in einem Reinraum nicht akzeptabel wären. Scara-Maschinen wie die YK-XGC-Roboter von Yamaha sind speziell für den Einsatz in Reinräumen konzipiert und verfügen über langlebige, riemenlose Antriebe, die den Verschleiß der bewegten Komponenten auf ein Minimum reduzieren. Die Verzahnung der Z-Achse, die bei Nicht-Reinraum- Ausführungen typischerweise freiliegt, ist durch einen Faltenbalg aus einem Material mit sehr geringer Staubentwicklung abgedeckt. Auch andere gleitende Teile sowie Lager und Motoren sind vollständig abgedichtet, um Schmiermittel und Staub im Inneren der Roboter zu halten. So wie für Reinraumwände und andere Oberflächen abriebfeste Materialien vorgeschrieben sind, werden auch die Außengehäuse und Verkleidungen von Reinraumrobotern aus Materialien wie Edelstahl, Polycarbonat und ausgasungsarmen oder antistatischen Kunststoffen hergestellt. Jedoch sind auch abriebfeste Materialien keine ‚einbauen und vergessen‘-Lösungen. Die Betreiber der Geräte müssen die Oberflächen ordnungsgemäß pflegen, einschließlich Reinigung und Wartung, um zu verhindern, dass Korrosion oder Beschädigungen die Abriebfestigkeit beeinträchtigen.
Wo keine abriebfesten Materialien verwendet werden können, wie z.B. bei Kabelbäumen und Kabeln, werden diese vollständig ins Innere des Roboters integriert. Die im Sockel des Roboters eingebaute interne Saugvorrichtung bietet zusätzlichen Schutz, um zu verhindern, dass eventuell entstehende Partikel entweichen können. Diese Reinraum-spezifischen Scara-Roboter entsprechen ISO14644-1 für den Einsatz in Reinräumen der Klassen 4 und 3 und eignen sich damit für einige hochsensible Anwendungen. Seit kurzem gibt es die YK-XEC Reinraum-Scara-Roboter, die Reinraum-Eigenschaften mit kostengünstigen Prinzipien für den Einsatz in Umgebungen der ISO-Klasse 4 verbinden. Diese Roboter sind in Armlängen von 400 bis 710mm und mit einer Tragfähigkeit von 4 bis 10kg verfügbar. Sie verbinden ein kompaktes Design für niedrige Bauhöhen mit einer verbesserten Armstruktur, die Vibrationen reduziert und eine höhere Auslenkgeschwindigkeit ermöglicht, was die Zykluszeit spürbar verkürzt. Für das Bewegen schwerer Objekte mit einem Gewicht bis zu 120kg und mehr über Entfernungen von 50mm bis zu mehr als 2mn sind reinraumtaugliche einachsige Roboter erhältlich, bei denen die Oberflächen der Transportschlitten aus Edelstahl bestehen. Der Schlittenbereich verwendet Rollenlager, um durch geringe Reibung eine Staubentwicklung zu verhindern. Andere interne Mechanismen sind mit einem speziellen Reinraum-Fett geschmiert. Eine leicht zugängliche Absaugöffnung erleichtert das Entfernen von Fremdkörpern und verhindert das Austreten von Staub. Gemeinsam stellen diese Merkmale die Einhaltung der Reinheitsspezifikationen der ISO-Klasse 3 sicher. Auch die kartesischen XY-XC-Roboter für Anwendungen der ISO-Klasse 3 sind aus Edelstahl gefertigt und mit zwei, drei oder vier Achsen erhältlich. Mit einer Verfahrgeschwindigkeit von bis zu 1.000mm/s und dem Einsatz des gleichen Hochgeschwindigkeits-ZR-Achsantriebs wie bei den Scara-Robotern ermöglichen diese Roboter eine kurze Zykluszeit.
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