FTS für Reinraum-Anwendungen

Noch haben Fahrerlose Transportsysteme für den Reinraum Exoten-Status. Doch der Markt wächst. Ob in der Halbleiterproduktion, im Pharmabereich oder der Medizintechnik – FTS können den Materialtransport in sensiblem Produktionsumfeld revolutionieren wie erste Anwendungsbeispiele zeigen. 

Staub, Pollen, Schwebstoffe, Aerosole…: In einem einzigen Kubikmeter gesunder und vermeintlich sauberer Bergluft kann man rund 10 Millionen Fremdpartikel messen. In der Halbleiterfertigung sowie in der Pharmaproduktion hingegen sind es je nach ISO-Reinraumklasse nur 20 oder 30 Teilchen in µm-Größe. Nötig ist das, weil jeder einzelne Partikel die Funktion eines Mikrochips oder die Wirkung einer Medikamentendosis beeinträchtigen kann – was nicht überrascht, wenn Strukturgrößen von unter 100 nm – das ist etwa ein Tausendstel des Durchmesser eines menschlichen Haars – das „Maß der Dinge“ bei der Halbleiterfertigung sind. 

Dabei wächst der Markt für zahlreiche Produkte, die im Reinraum gefertigt werden – man denke nur an Wafer und Mikrochips, die in jedem Smartphone, jedem Auto und fast jedem Haushaltgerät zum Einsatz kommen, oft in Kombination mit weiteren sensiblen Bauteilen wie Displays oder Touch Screens.

Weil die Sauberkeit in diesem Bereich so wichtig ist, werden bereits die Anlagen für die Produktion der Halbleiter im Reinraum gefertigt. Und da die kompletten Anlagen zum Beispiel für das Bedrucken der Wafer (Lithographie) mehr als 100 Tonnen wiegen können, muss auch ein „sauberer“ innerbetrieblicher Transport der Anlagenkomponenten gewährleistet sein. Für diese Aufgabe hat Stäubli in Kooperation mit zwei namhaften Herstellern von Halbleiter-Produktionsanlagen Schwerlast-FTS mit Tragkräften bis 24 Tonnen entwickelt.

Der Hauptgrund für den Einsatz von FTS ist ein anderer als in der Automobilindustrie und weiteren Bereichen, die diese Technologie schon intensiv nutzen. Es geht hier nicht um eine Kontinuität und Automatisierung der Prozesse. Vielmehr reduziert man mit den FTS den Einsatz von Personal, das im Reinraum immer eine potenzielle Kontaminationsquelle darstellt. Weil das FTS niemals den Produktionsbereich verlässt, trägt es keine noch so feinen Verschmutzungen ein. Und: Hallenkrane sind aufgrund des möglichen Abriebs keine Option in der Reinraumproduktion. Deshalb müssen schwere Anlagen und ihre Komponenten flurgebunden transportiert werden – zum Beispiel mit fahrerlosen Plattformwagen.

Stäubli hat für dieses wachsende Geschäftsfeld einen eigenen Produktionsbereich aufgebaut – zunächst als einfaches Zelt in der Fertigung, jetzt als eigenständige „Sauberraum-Produktion“ in einer separaten Halle. Dabei war die Schaffung der räumlichen Voraussetzungen noch relativ überschaubar im Vergleich zu dem intensiven Konstruktionsaufwand, der in der Entwicklung reinraumtauglicher FTS samt Auswahl und Qualifizierung geeigneter Materialien und Komponenten steckt.

Wie tief die Prüfungen ins Detail gehen, zeigen zwei Beispiele. Dazu Elena Baunoch, Projektleiterin Stäubli: „Die Ummantelungen von elektrische Leitungen müssen oberflächenbehandelt, d.h. getempert, oder aber abgedeckt werden, zum Beispiel durch reinraumgeeignete Faltenbälge oder Schrumpfschläuche. Und weil beim Lösen und Verbinden jeder Schraubverbindung Abrieb entstehen kann, müssen wir auch hier zugelassene Werkstoffe verwenden oder jede Materialkombination aufwändig prüfen.“

Mit diesen Prüfungen sowie den zugehörigen Dokumentations- und Abstimmungsarbeiten war bei den ersten beiden Reinraum-FTS-Projekten ein Mitarbeiter sechs Monate lang beschäftigt – für die komplette Arbeitszeit. Dass sich dieser Aufwand auszahlen wird, davon ist Jan Louwen, Global Head of AGV bei Stäubli überzeugt: „Wir sind jetzt nicht nur fertigungstechnisch, sondern auch von der Organisation und vom Know-how her so weit, dass wir Folgeprojekte mit sehr viel geringerem Aufwand und kürzeren Durchlaufzeiten abarbeiten können.“

Auch die Mitarbeiter in der separaten, durch eine Personen- und Materialschleuse abgetrennten Sauberraum-Fertigung haben die Routine entwickelt, unter den sehr speziellen Bedingungen diese anspruchsvollen FTS zu bauen – in Sauberraum-Bekleidung und mit sauberraumtauglichen Werkzeugen.

Die ersten Reinraum-FTS von Stäubli werden dazu genutzt, bis zu 24 Tonnen schwere Anlagenkomponenten und -segmente im Reinraum der Klasse ISO 7 zu verfahren bzw. von der Komponenten- zur Endmontage zu transportieren – mit hoher Zuverlässigkeit, erschütterungsfrei und vor allem ohne den Eintrag von Verschmutzungen. Die FTS werden per Funkfernsteuerung bedient. Bei einem der beiden Kunden können die Steuerungen von zwei FTS im Master-Slave-Modus kombiniert werden, so dass ein Fahrzeug dem anderen folgt.

Aus Anwendersicht bringt das neue Materialflusskonzept deutliche Vorteile. Der Beweis: Beide Kunden haben bereits weitere Schwerlast-FTS bei Stäubli bestellt. 

Im nächsten Schritt wird das Unternehmen neben der Halbleiterproduktion neue Einsatzfelder für Reinraum-FTS erschließen. Jan Louwen: „Wir haben hier spezielles Know-how und eine Alleinstellungsposition erworben, die wir in andere Anwenderbranchen transferieren werden.“ Im Fokus steht dabei auch die Pharmaindustrie. Hier sind allerdings weniger Schwerlast-FTS gefragt als vielmehr FTS-Flotten für den Paletten- und Behältertransport.

Stäubli hat in dieser Branche aber auch eine andere, nochmals anspruchsvollere Applikation im Blick. Das mobile Robotersystem HelMo, für das Stäubli die Fahr- und Dreheinheit an die Robotics-Kollegen in Bayreuth liefern, könnte Handling-Aufgaben in ganz verschiedenen Bereichen der Pharmaproduktion übernehmen. Auch hier vermeidet die ´mannlose´ Produktion unnötige Partikelemissionen und vereinfacht die Prozesse im Reinraum. Dieses Konzept werden wird Stäubli der Branche vorstellen. Dazu muss der Mobilroboter HelMo nur noch reinraumtauglich ausgestattet werden, aber diese Kompetenz ist bei Stäubli ja bereits vorhanden.

Text: Ralf Högel