Titelgeschichte Bei der Fertigung von Silizium-Wafern kommt es auf Genauigkeiten von wenigen Mikrometern an. Bild: I‘m Thongchai/Fotolia ■■■■■■ Der Anteil des durch Sonnenlicht gewonnenen Stroms wird in den kommenden Jahren deutlich steigen. Das zeigt ein Leitfaden des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) aus dem vergangenen Jahr, in dem die Experten der Photovoltaik (PV) eine „bedeutende Rolle in unserer nachhaltigen Energiezukunft“ zuweisen. Um das Ziel zu erreichen, den Energiebedarf in Deutschland vollständig aus erneuerbaren Energien zu decken, müssen allerdings noch viele PV- Anlagen installiert werden: Dazu ist laut ISE Leistung von 150 bis 200 GW nötig. Derzeit sind in der Bundesrepublik PV-Anlagen mit einer Nennleistung von 43 GW am Netz, 2017 kamen gerade einmal 1,7 GW hinzu. Module für Photovoltaik-Anlagen bestehen aus hochfeinen Silizium-Wafern Für die Hersteller von Photovoltaik-Modulen und deren Zulieferer eröffnet sich damit ein großer Markt. Die Basis der Module sind sogenannte Wafer aus mono- oder polykristallinem Silizium. Um sie zu fertigen, wird Quarzsand geschmolzen, gereinigt und dann zu Halbleiter-Barren (ingots) gegossen. Diese Barren werden mit einer Diamant-Drahtsäge in gleichmäßige Blöcke zerteilt, bevor eine Schleifmaschine die Feinarbeiten übernimmt. Sie trägt Schicht für Schicht von der Oberfläche der Blöcke ab, bis nur noch eine 200 – 400 μm dünne Siliziumscheibe übrigbleibt. Einer der weltweit führenden Hersteller dieser Schleifmaschinen ist die Firma Abwood Machine Tools aus Großbritannien. Das in den 1920er Jahren gegründete Unternehmen hat sich zunächst mit der Konstruktion von Rundtisch-Schleifmaschinen für die Getriebefertigung und Schleichgangschleifmaschinen für die Glasindustrie einen Namen gemacht. Seit der Jahrtausendwende konzentriert sich Abwood auf die Konstruktion von Schleifmaschinen für die Photovoltaik-Industrie und Sondermaschinen. Die ein-, zwei- und vierspindligen Anlagen zeichnen sich durch eine sehr hohe Abtragsleistung von bis zu 1000 mm 3 /s aus (CM 12H) und werden zum Flachschleifen und zur Kantenbearbeitung ebenso eingesetzt wie zum Ober- und Rückseitenschleifen. Sicherheit steht beim Schleifen an oberster Stelle Bei seinen Schleifmaschinen legt Abwood großen Wert auf eine hohe Betriebssicherheit. Deshalb kontaktierte man vor gut 15 Jahren die lokale Vertretung der Hema Maschinen- und Apparateschutz GmbH, denn man hatte schon viel von den Produkten aus dem hessischen Seligenstadt gehört. Die Entscheidung, sämtliche Maschinen mit Hema-Komponenten auszustatten, fiel schnell: „Der britische Wettbewerb ist zwar preisgünstiger als wir, die Produkte haben aber nicht dieselbe Qualität wie unsere“, erklärt Andreas Seifert von Hema die Hintergründe. Der Regional Sales Manager betreut den Kunden und hat auch das neueste Projekt von Abwood begleitet: Die Konstruktion der Schleichgang-Schleifmaschine CM1500H. Die Maschine wurde speziell für das Schleifen unregelmäßig geformter Silizium-Blöcke entwickelt und verfügt über vier Achsen mit Verfahrwegen von bis zu 2500 mm (X-Achse), 800 mm (Y-Achse) und 600 mm (Z-Achse). Die Drehachse C ist mit einem Drehtisch Mit den Schleifmaschinen von Abwood werden die Silizium-Wafer für die Solarmodule in Photovoltaik-Anlagen gefertigt. Bild: Hema 8 Januar/Februar 2019
Mit der Rotoclamp und der Linclamp bietet Hema Konstrukteuren zwei leistungsfähige, ausfallsichere Klemmsysteme. Bild: Hema ausgerüstet, auf dem der zu bearbeitende Silizium-Block zwecks Vermessung platziert wird. Dabei kommt auch ein 2D-Laser zum Einsatz, dessen Daten mit den Posi - tionsangaben der X-Achse kombiniert werden und damit ein vollständiges 3D-Bild des Blocks ergeben. Im Anschluss erstellt die Maschine ein individuelles Profil für jeden Schleifhub – so ist gewährleistet, dass gleichmäßig dicke Schichten vom Block abgetragen werden. Diese Aufgabe übernimmt ein Schleifrad mit einer hochabrasiven Diamant-Beschichtung. Um besonders hohe Abtragsraten zu erzielen, hat Abwood ein Kühlsystem entwickelt, welches Wasser mit einem Druck von bis zu 30 bar auf den Maschinentisch pumpt. Drehtisch darf sich während des Scanvorgangs nicht bewegen Damit der Drehtisch immer exakt in seiner Position gehalten wird, setzt Abwood die rotatorische Positionsklemmung Rotoclamp von Hema ein. Dieses Klemmsystem wurde speziell für sich drehende Führungen oder Antriebe konzipiert und ist in einer innenklemmenden und einer außenklemmenden Variante erhältlich. Konstrukteure können zudem zwischen zwei verschiedenen Ausführungen wählen: 1. Klemmung durch Beaufschlagung mit Luft oder 2. automatische Klemmung. Das Besondere am Klemmsystem Rotoclamp ist, dass es selbst bei einem Ausfall der Pneumatik schnell und mit großer Kraft klemmt. Da es pneumatisch betrieben wird, ist das System zudem sehr sauber in der Anwendung und außerdem vergleichsweise kostengünstig. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Montage: Es lässt sich sofort einsetzen, weil es nicht erst umständlich auf die jeweilige Umgebung abgestimmt werden muss. Die innenklemmende Version der Rotoclamp ist in zahlreichen Größen lieferbar und eignet sich für nahezu alle drehenden Anwendungen. Sie kann wie bei Abwood an einem Drehtisch verbaut werden, aber ebensogut an Schwenkköpfen, die mit einem Torquemotor betrieben werden. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, ist die Beaufschlagung mit zusätzlicher Druckluft möglich (so - genannte „Booster-Funktion“). Die Klemmkraft lässt sich so mit geringem Aufwand noch steigern. Zuverlässige Fixierung der Blöcke ist Voraussetzung für die präzise Bearbeitung Nach der Vermessung müssen die Silizium-Blöcke für die Bearbeitung in ihrer Position fixiert werden. Dies übernehmen die Linclamp-Klemmsysteme von Hema. Diese wurden für den Einsatz auf Linearführungen und zum Klemmen von Linearantrieben entwickelt. Sie eignen sich speziell für übersetzende Anwendungen, bei de- Der Zwischenraum zwischen den drei Klemm- Supporten der Linclamp wird durch Elastic- Faltenbälge von Hema vor der Verschmutzung durch Späne geschützt. Bild: Hema Januar/Februar 2019 9
