Warum torsionsfrei? Das Grundproblem:
Im Vakuum wird die Drehbewegung von außen über eine Durchführung auf die Prozessseite übertragen. Zwischen Antrieb und Bauteil sitzt eine Kupplung. Ist diese Kupplung torsionsweich, verdreht sie sich unter Last. Der Winkel am Motor stimmt dann nicht mehr mit dem Winkel am Bauteil überein – Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit gehen verloren.
Verdrehspiel = Positionsfehler
Schon geringe Torsion summiert sich über Getriebe und Hebelarme zu Abweichungen an der Probe.
Schwingungen & Regelkreis
Weiche Kupplungen erzeugen Resonanzen und machen hochdynamische Servoregelung instabil.
Kein Ausgleich = Lagerschaden
Ohne Ausgleich von Versatz belasten Zwangskräfte Lager und Drehdurchführung – im Vakuum kaum wartbar.
Was „torsionsfrei“ technisch bedeutet
Der dünnwandige Metallbalg überträgt das Drehmoment nahezu verdrehspielfrei – kein Elastomer, kein Losbrechspiel.
Axial, lateral und angular federt der Balg weich und gleicht Fertigungs- und Montagetoleranzen aus.
Klemmnaben oder Konusklemmung verbinden die Welle reibschlüssig – ohne Passfeder und ohne Umkehrspiel.
Keine Kunststoffe, keine Schmierstoffe: kompatibel mit HV/UHV, Ausheizen und Strahlung.
Die Zwischeneinheit im Vakuumantrieb
Die Kupplung ist das einzige Bauteil, das mechanische Fehler der gesamten Kette auffängt, bevor sie im Vakuum wirksam werden.
Entkoppeln
Fluchtungsfehler zwischen Außenantrieb und innenliegender Welle werden aufgenommen, statt in die Drehdurchführung eingeleitet zu werden.
Übertragen
Drehmoment und Winkelposition gelangen 1:1 auf die Prozessseite – Voraussetzung für Encoder- basierte Regelung.
Schützen
Wärmedehnung beim Ausheizen und Setzverhalten der Flanschverbindung werden axial ausgeglichen.
Funktionsprinzip der ALMA Metallbalgkupplungen
Ausgleich von Winkelversatz zweier Wellen
ALMA Metallbalgkupplungen verbinden Wellen absolut torsionssteif. Sie gleichen Fluchtungsfehler in lateraler, angularer und axialer Richtung aus.
Ausgleich von Parallelversatz zweier Wellen
In Umfangsrichtung wirken sie als starres Element, dadurch können sie Drehmomente absolut torsionssteif übertragen.
Ausgleich von Längenversatz zweier Wellen
Die durch die Fluchtungsfehler der Wellen auftretenden Lagerbelastungen werden durch den Einsatz von Metallbalgkupplungen minimiert. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der Lagerung.
Die häufigsten Anwendungen
Probenpositionierung in x-y-z-θ, Wobble-Sticks und Transferstangen.
Ankopplung magnetisch oder differentiell gepumpter Rotationsdurchführungen.
Substratdrehteller, Sputter- und PVD-Kammern mit gleichmäßiger Rotation.
Waferhandling, Load-Lock- Antriebe und Robotikachsen unter Reinraumbedingungen.
Monochromatoren, Blenden und Goniometer mit höchster Winkelauflösung.
UHV-Kammern, Kryostaten und Fusionsexperimente mit Ausheizzyklen.
Ihre Vorteile:
Präzision, die messbar bleibt: Verdrehspielfreie Übertragung sichert Wiederholgenauigkeit über tausende Zyklen.
Weniger Ausfälle im Vakuum: Geringere Querkräfte verlängern die Standzeit von Lagern und Durchführungen.
Kein Abrieb, keine Kontamination: Vollmetall ohne Schmierstoff; keine Partikel, keine zusätzliche Ausgasung.
Ausheizbar und strahlungsfest: Hohe Temperaturen und ionisierende Strahlung schaden dem Metallbalg nicht.
Montagetoleranzen erlaubt: Ausgleich von Versatz senkt Fertigungs- und Justageaufwand der Anlage.
Kompakt und leicht: Kleines Massenträgheitsmoment verbessert die Dynamik der Achse.
So wird richtig montiert:
Reinigen: Wellen, Bohrung und Kupplung fett- und partikelfrei reinigen; Handschuhe tragen.
Ausrichten: Wellen fluchtend ausrichten – der Balg ist Ausgleich, kein Ersatz für Ausrichtung.
Aufschieben: Kupplung spannungsfrei aufschieben, nie aufpressen oder auf den Balg schlagen.
Einstecktiefe: Volle Nabenlänge nutzen und den Balg axial in Nulllage belassen.
Drehmoment: Klemmschrauben über Kreuz mit Drehmomentschlüssel nach Herstellerangabe anziehen.
Probelauf: Vor dem Abpumpen langsam drehen, Rundlauf und Geräusch prüfen, dann Kammer schließen.
Werkstoffe für den Vakuumeinsatz
| Werkstoff | Einsatz | Eigenschaften / Hinweis |
|---|---|---|
| Edelstahl 1.4571 / 316Ti | Balg | Standard für HV und UHV, gut schweißbar, korrosionsbeständig, ausheizbar |
| Edelstahl 1.4404 / 316L / 316Ti | Naben & Balg | Niedrige magnetische Permeabilität, bevorzugt in magnetsensiblen Aufbauten |
| Hastelloy / Inconel | Balg | Für höhere Temperaturen, aggressive Medien und hohe Lastwechselzahlen |
| Aluminium | Naben (außen) | Nur atmosphärenseitig sinnvoll; im UHV kritisch wegen Festigkeit und Oxidschicht. |
| Im Vakuum vermeiden | – | Elastomere, Kunststoffe, geschmierte Passfedern, verzinkte oder vernickelte Teile. |
