Vorrichtung zum hydromechanischen Polieren der inneren Oberflächen von Werkstücken

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydromechanischen Polieren der inneren Oberflächen von Werkstücken, die in der Metallurgie, dem Maschinenbau und anderen Gebieten der Technik Anwendung findet. Die Aufgabe der Erfindung ist durch eine Einrichtung gelöst, die zwei Greifmechanismen (5a, 5b) aufweist, in denen die zu bearbeitenden Werkstücke (6) gehalten werden. Die Vorrichtung ist mit einem polierenden Werkzeug (7) ausgerüstet, das mit einer Schmier- und Kühlflüssigkeitsquelle in Verbindung steht. Gemäß der Erfindung wird in jedem der Greifmechanismen (1a, 1b) ein Endstück (2a, 2b) angeordnet. Die Endstücke (2a, 2b) sind im Vorderteil einer speisenden Impulseinrichtung (1a, 1b) ausgebildet. In das eine Ende des zu bearbeitenden Werkstücks (6) wird ein polierendes Werkzeug (7) schwimmend eingeführt. Jeder Greifmechanismus (5a, 5b) ist mit einem mittels eines Ventils (9a, 9b) mit der Schmier- und Kühlflüssigkeitsquelle verbundenen kontaktlosen Geber (8a, 8b) versehen. Das polierende Werkzeug (7) besteht aus einem porös-elastischen Element, auf dessen zylindrischer Oberfläche schraubenförmige Kanäle (12) ausgebildet sind. Das porös-elastische Element (11) ist mit Endstücken (13) versehen, die beweglich in Muffen (14) montiert sind. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen darin, daß die technologischen Möglichkeiten erweitert sind, indem Werkstücke mit langen Öffnungen und mit kleinen Durchmessern der Öffnungen bearbeitet werden können. Dabei wird eine hohe Ebenheitsgüte erreicht. Der Polierprozess verläuft in Öl, wobei eine reichliche Schmierung und eine effektive Wärmeableitung realisiert und die Arbeitsproduktivität gesteigert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine transportable Reinraumanlage zur Aufstellung an beliebigen Einsatzorten wie Baustellen u. dgl.

[0002] Die Fertigung von Halbleiter-Chips ebenso wie die Herstellung bestimmter pharmazeutischer Präparate und auch anderer Erzeugnisse erfordert ein Höchstmaß an Reinheit der Luft, in der der Herstellungsvorgang abläuft. Zu diesem Zweck ist es bekannt, entsprechende Reinräume zu schaffen, in denen die Zahl der Staubpartikel je nach Größe vorgeschriebene Mengen pro Raumeinheit gemäß der hierbei richtungweisenden Federal Standard 2o9B und dementsprechend der VDI-Vorschrift E 2o83 nicht übersteigt.

[0003] Die Schaffung solcher Reinräume in festen Gebäuden ist seit langem bekannt und erlaubt zahlreiche Variationen entsprechend den baulichen Gegebenheiten. In jüngerer Zeit besteht jedoch auch ein Bedürfnis nach transportablen Reinraumanlagen, die kurzfristig und gegebenenfalls auch nur vorübergehend an beliebigen Einsatzorten aufgestellt werden können, um beispielsweise bei der Errichtung eines Industrieunternehmens mit automatisierter Fertigung speziell dafür entwickelte Halbleiter-Chips an Ort und Stelle fertigen zu können.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige transportable Reinraumanlage zu schaffen, mit der sich Reinraumklassen der Größe 1oo und mehr erreichen lassen.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen herkömmlichen Großcontainer, der in Längsrichtung in einen von der einen Frontseite abschließbar begehbaren Vorraum, einen mit diesen durch einen Durchlaß mit Vorhang verbundenen Arbeitsraum und einen Reinraum unterteilt ist, welcher vom Arbeitsraum durch eine Schleuse mit hermetisch verschließbarer Tür zum Reinraum und Vorhang zum Arbeitsraum begehbar ist, wobei an einer Längsseite des Containers unter dessen Decke hauptsächlich innerhalb des Arbeitsraums ein an einen steuerbaren Frischlufteinlaß angeschlossenes Filter, eine Mischkammer, eine Heizung sowie ein ein Gebläse enthaltendes Luftumwälzgerät vorgesehen ist, von welchem durch ein unter der Decke des Containers angeordnetes Kanalsystem hochrein gefilterte Luft zunächst über einen großflächigen Schwebstoffilter von oben laminar in den Reinraum einleitbar, von dort über weitere Filter zum größeren Teil unmittelbar in den Arbeitsraum und zum kleineren Teil von oben in die Schleuse als Duschluft beförderbar und schließlich aus dem Arbeitsraum in die Mischkammer zur erneuten Umwälzung unter Hinzumischung von Frischluft bei gleichzeitig entsprechender Ableitung des Luftüberschusses aus dem Vorraum durch einen steuerbaren Auslaß rückführbar ist.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Containers in Längsrichtung in Verbindung mit einer besonderen Luftführung sowie der Anordnung der Schleuse mit Luftdusche zwischen Arbeitsraum und Reinraum lassen sich in der Tat, wie Messungen erwiesen haben, außerordentlich hohe Reinraumwerte im Reinraum bei immer noch sehr hoher Reinheit im Arbeitsraum erhalten. Der sich durch die Luftführung einstellende höchste Druck im Reinraum verhindert eine Re-Kontamination vom Arbeitsraum und Vorraum her, und die ständig stattfindende Luftumwälzung und gleichzeitige erneute Filterung mit Beimischung nur eines Bruchteils an Frischluft von vorzugsweise 1o % schafft auch nach anfänglicher Verschmutzung durch das zu bearbeitende Material und die im Reinraum tätigen Arbeitskräfte in vergleichsweise kurzer Zeit wie etwa 3o Minuten den geforderten Reinraumgrad. Personen, die von außen den Container betreten, werden, wie üblich, Schutzkleidung anziehen, die zweckmäßig im Vorraum in Bereitschaft hängt oder liegt, und werden dann nach erster "Reinigung" im Arbeitsraum innerhalb der Schleuse einer intensiven Luftdusche unterzogen, die verhindert, daß unnötig viel Partikel mit der Kleidung in den Reinraum getragen werden. Dort sorgt schließlich die ständige Umwälzung der immer wieder aufs neue gefilterten Luft für die weitestgehende Beseitigung auch der restlichen Partikel, die noch an der Kleidung und den freibleibenden Körperstellen anhaften.

[0007] Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schleuse im Arbeitsraum an der diesen vom Reinraum trennenden Querwand angeordnet und weist zusammen mit dem Arbeitsraum eine abgehängte Decke mit getrennten Kammern oberhalb des Arbeitsraums bzw. oberhalb der Schleuse auf, durch welche Reinluft aus dem Reinraum über mit Filtern ausgestattete Öffnungen in der Querwand zu mit weiteren Filtern versehenen Auslaßöffnungen in der abgehängten Decke über dem Arbeitsraum bzw. der Schleuse beförderbar ist. Durch diese Anordnung läßt sich von der vom Reinraum in den Arbeitsraum gelangenden Reinluft auf einfache Weise ein Teilstrom von beispielsweise 25 % das sind bei einer Gesamt-Luftumwälzung von ca. 2.ooo m³/h etwa 5oo m³/h - zur Schleuse abzweigen, was zu einem wirksamen Duscheffekt vor dem Eintritt in den Reinraum führt. Dabei schließt sich die Schleuse zweckmäßig an die dem Luftumwälzgerät gegenüberliegende Längswand des Containers an, und vom Luftumwälzgerät verläuft entlang der dortigen Längswand innerhalb der abgehängten Decke ein gesonderter Kanal zu der den Reinraum begrenzenden Frontwand des Containers und mündet dort in einen den großflächigen Schwebstoffilter an der Unterseite oberhalb eines Arbeitstisches enthaltenden Filterkasten. Diese Anordnung ist besonders angenehm für die im Reinraum tätigen Arbeitskräfte und vermeidet lästige und bisweilen auch die Gesundheit gefährdende Querströmungen.

[0008] Nach einem anderen Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung befindet sich der Einlaß für die rückgeführte Luft in das Umwälzgerät an der Unterseite der Mischkammer, und darunter ist im Arbeitsraum ein vertikal durchströmbares Kühlaggregat angeordnet, dessen Kondensator an der Außenseite des Containers anbringbar und durch flexible Leitungen für das Kältemittel über abgedichtete Durchführungen in der Containerwand an das Kühlaggregat anschließbar ist. Durch diese Anordnung wird nicht nur ein durchgreifender ständiger Luftaustausch im Arbeitsraum sichergestellt, sondern auch in der warmen Jahreszeit bzw. bei intensiver Sonneneinstrahlung auf den Container eine wirksame Klimatisierung der Räume im Container erreicht.

[0009] Noch ein weiteres Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung sieht vor, daß der Frischlufteinlaß und der Auslaß für den Luftüberschuß an der den Vorraum begrenzenden Frontseite des Containers angeordnet sind. Indem diese Frontseite beim Verfahren des Containers nach rückwärts gerichtet ist, werden Verschmutzungen dieser Öffnungen weitgehend vermieden, was besonders für den Frischlufteinlaß erwünscht ist. Sowohl der Frischlufteinlaß als auch der Auslaß für die Überschußluft können dabei mit motorisch verstellbaren Klappen versehen sein, die den wirksamen Durchlaßquerschnitt und damit den Anteil an beigemischter Frischluft bzw. abgeführter Überschußluft bestimmen, der, wie oben bereits erwähnt, etwa 1o % betragen sollte, was bei einer durch die Räume zu transportierenden Luftmenge von ca. 2.ooo m³/h einer Austauschmenge von ca. 2oo m³/h entspricht.

[0010] Die Vorhänge zwischen Vorraum und Arbeitsraum und zwischen Arbeitsraum und Schleuse sind zweckmäßig von Schürzen aus einander seitlich überlappenden Kunststoffstreifen gebildet, die einerseits den Durchtritt von Personen gestatten und zum anderen in der normalen Lage eine ausreichede Abtrennung dieser Räume im Zuge des durch die Luftumwälzung entstehenden Druckgefälles gewährleisten.

[0011] Schließlich sieht ein letztes Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung vor, daß sämtliche elektrischen Überwachungsgeräte für das Luftumwälzgerät und gegebenenfalls das Kühlaggregat sowie die elektrische Beleuchtung und Stromversorgung der Räume im Vorraum angeordnet sind, so daß von dort ausgehende Partikel gezwungen werden, mit der überschüssigen Luft aus dem Vorraum unmittelbar ins Freie auszutreten.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen die erfindungsgemäße transportable Reinraumanlage umschließenden herkömmlichen Container in Seitenansicht mit einem abgedichteten und durch Läden verschließbaren Fenster sowie ggf. einem Eigentümer- oder Werbeschild,

Fig. 2 eine Frontansicht auf den Container von rechts in Fig. 1 mit der Eingangstür,

Fig. 3 einen Grundriß des Containers zur Veranschaulichung seiner räumlichen Unterteilung,

Fig 4 eine Innenansicht des Containers aus der gleichen Richtung wie Fig. 1 bei abgenommener Seitenwand,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Container nach Linie V-V in Fig. 4 und

Fig. 6 einen horizontalen Längsschnitt durch den Container unmittelbar unter der Decke gemäß Linie VI-VI in Fig. 4.

[0013] Der in den Fig. 1 und 2 von außen gezeigte Container unterscheidet sich von den üblichen Containerausführungen rein äußerlich nur dadurch, daß er an seiner einen Frontseite 1o eine abschließbare Tür 12 und an einer Längsseite 14 ein von Klappläden 16 abdeckbares Fenster 18 aufweist. Außerdem kann, beispielsweise neben dem Fenster 18, eine Tafel 2o angebracht sein, die den Namen des Eigentumers angibt und/oder als Werbeträger dient.

[0014] Wie Fig. 3 zeigt, ist das Innere des Containers durch zwei Querwände 22 und 24 in einen verhältnismäßig kurzen Vorraum, einen Arbeitsraum 28, der den größten Teil der Länge des Containers einnimmt, sowie einen Reinraum 3o aufgeteilt. Der Vorratsraum 26 ist mit dem Arbeitsraum 28 durch eine Durchtrittsöffnung 32 verbunden, die von einem Vorhang 34 abgedeckt ist. Der Vorhang 34 besteht zweckmäßig aus einander seitlich überlappenden Kunststoffstreifen, die im normalen Hängezustand den Durchtritt von Luft bis auf einen bestimmten Spalt am unteren Ende weitgehend verhindern.

[0015] Die Querwand 24 zwischen dem Arbeitsraum 28 und dem Reinraum 3o ist durch eine Tür 36 hermetisch verschließbar, vor der sich innerhalb des Arbeitsraums 28 eine von einer Wand 38 und einem weiteren Vorhang 4o abgetrennte Schleuse 42 befindet. Die Schleuse 42 (und damit auch die Tür 36) schließt unmittelbar an die Seitenwand 14 des Containers an und öffnet sich über den Vorhang 4o in Richtung zur gegenüberliegenden Seite des Containers.

[0016] In die Querwand 24 ist außerdem ein Fenster 44 dichtend eingesetzt, das einen Sichtkontakt zwischen Arbeitsraum 28 und Reinraum 3o gestattet.

[0017] Wie die Figuren 4 und 6 veranschaulichen, befindet sich an der der Seitenwand 16 gegenüberliegenden Seitenwand 46 des Containers unterhalb seiner Decke ein in seiner Gesamtheit mit 5o bezeichnetes Luftumwälzgerät, das über einen Lufteinlaß 52 an der Stirnseite 1o des Containers angeschlossen ist und sich über rund die Hälfte der Länge des Arbeitsraums erstreckt. Das Luftumwälzgerät 5o enthält in dieser Erstreckungsrichtung hintereinander

- ein Vorfilter 54 der Typenklasse EU 3 als Filter für die Außenluft,

- eine Mischkammer 56 für Außenluft und Umluft mit einer Eintrittsöffnung 58 am Boden für die letztere,

- eine Elektrolufterhitzer 6o,

- ein elektromotorisch antreibbares Gebläse 62,

- ein Feinstfilter 64 der Typklasse EU 5 sowie einen Schalldampfer 66.

[0018] An den sich verjüngenden Ausgang des Luftumwälzgerätes 5o schließt unmittelbar unter der Decke des Containers ein Kanal 68 an, der zu einem Filterkasten 7o im Reinraum 3o führt. Der Filterkasten 7o befindet sich an der dortigen Frontwand 72 des Containers und enthält in seinem Boden einen großflächigen Schwebstoffilter 74, der die vom Luftumwälzgerät 5o geförderte Luft laminar nach unten gegen einen darunter befindlichen Arbeitstisch 76 ausströmen läßt.

[0019] Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist die Decke des Arbeitsraumes ebenso wie die der Schleuse bei 78 bzw. 8o unter Bildung eines Zwischenraums zur Decke des Containers abgehängt und schafft zwei an die Querwand 24 anschließende getrennte Kammern, die über mit Filtern versehene Öffnungen 82 bzw. 84 in der Querwand 24 oberhalb des Fensters 44 bzw. der Tür 36 zum Reinraum 3o offen sind. Die abgehängte Decke 78 über dem Arbeitsraum 28 enthält mit Längsabstand zwei Öffnungen 86, 88, die gleichfalls von Filtern abgedeckt sind. Dadurch vermag ein Teil der Reinluft aus dem Reinraum 3o über die Öffnung 82, die Kammer über der abgehängten Decke 78 und die Öffnungen 86, 88 in den Arbeitsraum zu strömen.

[0020] In ähnlicher Weise enthält die abgehängte Decke 8o der Schleuse 42 eine von einem Filter abgedeckte Öffnung 9o, aus der die übrige Luft aus dem Reinraum 3o in die Schleuse einströmt und dadurch eine darin befindliche Person, die den Reinraum betreten will, zuvor mit Reinluft "duscht". Diese Luft tritt anschließend unter dem Vorhang 4o hindurch in den Arbeitsraum 28 und wird dort zum größten Teil durch die Öffnung 58 im Boden der Mischkammer 56 vom Gebläse 62 wieder angesaugt.

[0021] Ein Teil der Luft aus dem Arbeitsraum 28 strömt demgegenüber unter dem Vorhang 34 hindurch in den Vorraum 26 und verläßt diesen durch einen dem Lufteinlaß 52 in Bezug auf die Tür 12 gegenüberliegenden Auslaß 92, der ebenso wie der Lufteinlaß mit einer motorisch verstellbaren Klappe zur Bestimmung des wirksamen Durchlaßquerschnitts versehen ist.

[0022] Ansonsten sind an der Decke des Reinraums 3o Leuchten 94, an der abgehängten Decke des Arbeitsraums Leuchten 96 und an der Decke des Vorraums Leuchten 98 zur Ausleuchtung dieser Räume angeordnet.

[0023] Unterhalb der Öffnung 58 der Mischkammer 56 ist an der Querwand 32 ein vertikal von der Luft im Arbeitsraum durchströmbares Kühlaggegat 1oo angeordnet, dessen Kondensator 1o2 bei der Benutzung des Containers an der Frontseite 1o oberhalb der Tür angebracht und durch (nicht gezeigte) flexible Leitungen mit entsprechenden abgedichteten Durchführungen in der Containerwand an das Kühlaggregat 1oo anschließbar ist.

[0024] Beim Transport des Containers wird der Kondensator 1o2 abgenommen und im Container aufbewahrt.

[0025] An der Frontwand 1o des Containers sind außerdem unterhalb des Lufteinlasses 12 diverse gekapselte Steuer- und Kontrollgeräte 1o4, 1o6 für das Luftumwälzgerät 5o, das Kühlaggregat 1oo sowie diverse Steckdosen für 22o V Wechselstrom und 38o V Drehstrom an geeigneten Stellen innerhalb des Arbeitsraums 28 und des Reinraums 3o angeordnet, zu denen die elektrische Energie durch einen Hauptanschluß 1o8 an der Frontseite 1o des Behälters zugeführt wird.

Ansprüche

1. Transportable Reinraumanlage zur Aufstellung an beliebigen Einsatzorten wie Baustellen u. dgl., gekennzeichnet durch einen herkömmlichen Großcontainer, der in Längsrichtung in einen von der einen Frontseite (1o) abschließbar begehbaren Vorraum (26), einen mit diesem durch einen Durchlaß (32) mit Vorhang (34) verbundenen Arbeitsraum (28) und einen Reinraum (3o) unterteilt ist, welcher vom Arbeitsraum (28) durch eine Schleuse (42) mit hermetisch verschließbarer Tür (36) zum Reinraum (3o) und Vorhang (4o) zum Arbeitsraum (28) begehbar ist, wobei an einer Längsseite (46) des Containers unter dessen Decke hauptsächlich innerhalb des Arbeitsraums (28) ein an einen steuerbaren Frischlufteinlaß (52) angeschlossenes, Filter (54, 64), eine Mischkammer (56), eine Heizung (6o) sowie ein Gebläse (62) enthaltendes Luftumwälzgerät (5o) vorgesehen ist, von welchem durch ein unter der Decke des Containers angeordnetes Kanalsystem hochrein gefilterte Luft zunächst über einen großflächigen Schwebstoffilter (74) von oben laminar in den Reinraum (3o) einleitbar, von dort über weitere Filter zum größeren Teil unmittelbar in den Arbeitsraum (28) und zum kleineren Teil von oben in die Schleuse (42) als Duschluft beförderbar und schließlich aus dem Arbeitsraum (28) in die Mischkammer (56) zur erneuten Umwälzung unter Hinzumischung von Frischluft bei gleichzeitig entsprechender Ableitung des Luftüberschusses aus dem Vorraum durch einen steuerbaren Auslaß (92) rückführbar ist.

2. Reinraumanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse (42) im Arbeitsraum (28) an der diesen vom Reinraum (3o) trennenden Querwand (24) angeordnet ist und zusammen mit dem Arbeitsraum (28) eine abgehängte Decke (78, 8o) mit abgeteilten Kammern oberhalb des Arbeitsraums (28) bzw. oberhalb der Schleuse (42) aufweist, durch welche Reinluft aus dem Reinraum (3o) über mit Filtern ausgestattete Öffnungen (82, 84) in der Querwand (24) zu mit weiteren Filtern versehenen Auslaßöffnungen (86, 88, 9o) der abgehängten Decke (78, 8o) über dem Arbeitsraum (28) bzw. der Schleuse (42) beförderbar ist.

3. Reinraumanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse (42) an die dem Luftumwälzgerät (5o) gegenüberliegenden Längswand (14) des Containers anschließt und daß vom Luftumwälzgerät (5o) entlang der dortigen Längswand (46) oberhalb der abgehängten Decke (78) ein gesonderter Kanal (68) zu der den Reinraum (3o) begrenzenden Frontwand (72) des Containers verläuft und dort in einen den großflächigen Schwebstoffilter (74) an der Unterseite oberhalb eines Arbeitstisches (76) enthaltenden Filterkasten (7o) mündet.

4. Reinraumanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einlaß (58) für die rückgeführte Luft in das Umwälzgerät (5o) an der Unterseite der Mischkammer (56) befindet und darunter im Arbeitsraum (28) ein vertikal durchströmbares Kühlaggregat (1oo) angeordnet ist, dessen Kondensator (1o2) an der Außenseite des Containers anbringbar und durch flexible Leitungen für das Kältemittel über abgedichtete Durchführungen in der Containerwand an das Kühlaggregat (1oo) anschließbar ist.

5. Reinraumanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Frisschlufteinlaß (52) und der Auslaß (92) für den Luftüberschuß an der den Vorraum begrenzenden Frontseite (1o) des Containers angeordnet sind.

6. Reinraumanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischlufteinlaß (52) und der Auslaß (92) für die Überschußluft mit motorisch verstellbaren Klappen zur Bestimmung des wirksamen Durchlaßquerschnitts versehen sind.

7. Reinraumanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhänge (34, 4o) von Schürzen aus einander seitlich überlappenden Kunststoffstreifen gebildet sind.

8. Reinraumanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche elektrischen Überwachungsgeräte (1o4, 1o6) für das Luftumwälzgerät (5o) und ggf. das Kühlaggregat (1oo) sowie die elektrische Beleuchtung und Stromversorgung der Räume (26, 28, 3o) im Vorraum (26) angeordnet sind.

Zeichnung