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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Rollenbahn für Reinräume
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Es
sind Rollenbahnen bekannt, deren Rollenbahnen achsenseitlich in
Lagern gehalten werden. Aus der deutschen Patentschrift
DE 3017942 ist beispielsweise
eine Friktionsrollenbahn bekannt, deren Antrieb sich seitlich der
Rolle befindet. Im Betrieb erzeugen die Antriebe und die Rollen
selbst durch Abrieb Partikel, die in Reinräumen beispielsweise
bei der Halbleiterfertigung nicht zulässig sind.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 3811503 A1 ist eine Rollenbahn bekannt,
bei der die Rollen seitlich in geschlossenen Profilen gelagert sind.
Die Lager und die Antriebe sind in den kastenförmigen Profilen
angeordnet. Die Profile sind über Leitungen mit einer Absaugvorrichtung
verbunden, die die Profile gegenüber der Umgebungsatmosphäre
mit Unterdruck beauf schlagt. Unterhalb der Rollen ist eine Wanne
angeordnet, die ebenfalls mit der Absaugvorrichtung verbunden ist
und die an der Rollenoberfläche entstehenden Kleinstpartikel
absaugt.
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Bei
dieser Rollenbahn ist es vorgesehen, beide Hohlprofile, die zur
Halterung und Lagerung der Rollen dienen, mit der Absaugvorrichtung
zu verbinden. Weiter sind die Rollen selbst nicht mit einer rein
zylindrischen Mantelfläche versehen, sondern zu den Lagern
hin verjüngt, um dem Innenbereich der Rollen kapseln zu
können. Diese Rollenbahn zeichnet sich durch eine äußerst
geringe Partikelemission im Betrieb aus. Sie ist aber in der Konstruktion
aufwändig.
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Andere
Ausführungsformen von Rollenbahnen für Reinräume
weisen rein zylindrische Rollen auf, die mit einer durchgehenden
Lagerachse versehen sind und bei denen die Lager im Innern des Rollenmantels
angeordnet sind. Für Reinraumanwendungen wird der Rollenmantel
durch einen Durchbruch in das seitliche Hohlprofil geführt,
in dem dann die Achse und der Antrieb befestigt sind. Die sich im Betrieb
drehende Rolle wird im Bereich des Rollenmantels durch eine in das
Hohlprofil eingesetzte Labyrinthdichtung abgedichtet. Die Labyrinthdichtung ist
im Betrieb ruhend ausgebildet. Der Rollenmantel dreht sich innerhalb
der Labyrinthdichtung. Die Hohlprofile sind mit Unterdruck beaufschlagt,
so dass die Labyrinthdichtung in Richtung des Hohlprofils durchströmt
wird.
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Diese
Ausführungsform ist in der Herstellung aufwändig,
weil die Positionierung der Labyrinthdichtung gegenüber
dem Rollenmantel sehr präzise erfolgen muss. Die Labyrinthdichtung
soll den Rollenmantel nicht berühren, aber nur einen minimalen, über
dem Umfang gleichmäßig großen Spalt bilden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Rollenbahn für Reinräume zu schaffen, die
weniger aufwändig zu fertigen ist.
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Diese
Aufgabe wird von einer Rollenbahn mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Weil
die Rollen jeweils an zumindest einem Ende mit einer Dichtungsscheibe
versehen sind, die innerhalb des Hohlprofils auf dem Rollenmantel
angeordnet ist und die drehfest mit der Rolle verbunden ist, wird
ein Dichtungsspalt erzeugt, der zwischen der Dichtscheibe und der
inneren Oberfläche des Hohlprofils angeordnet ist und der
zumindest abschnittsweise in einer Ebene verläuft, die
radial zu der Rolle orientiert ist. Bei gleichbleibender Spaltbreite
vergrößert sich deshalb der offene Querschnitt
des Dichtungsspalts in Radialrichtung von innen nach außen. Er
ist in der Nähe der Rolle besonders klein und vergrößert
sich zu seinem innerhalb des Hohlprofils liegenden Außenumfang
hin. Allein deshalb ist es wahrscheinlich, dass Partikel innerhalb
des Spaltes zu dem größeren freien Querschnitt
hin wandern und folglich in das Hohlprofil und nicht auf die Reinraumseite
gelangen.
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Wenn
die Rolle sich im Betrieb dreht, wird innerhalb des Spaltes eine
Zentrifugalkraft erzeugt, die dort vorhandene Partikel aktiv radial
nach außen befördert. Je nach geforderter Güte
kann diese Funktion schon ausreichen, um die angestrebte geringe Partikelemission
zu erreichen. Zusätzlich kann die Rollenbahn mit dem Hohlprofil
an eine Absaugvorrichtung angeschlossen werden.
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Wenn
weiter die Dichtscheibe an ihrer der Innenseite des Hohlprofils
zugewandten Oberfläche mit umlaufenden Nuten versehen ist,
wird hier die Funktion einer Labyrinthdichtung realisiert. Die Dichtscheibe
kann auch mit radial verlaufenden Nuten versehen sein, die eine
weitere Förderung von Luft und Partikeln in den Innenraum
des Hohlprofils bewirken, wenn die Rolle sich im Betrieb dreht.
Es entsteht dann eine Pumpwirkung nach Art einer Kreiselpumpe.
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Eine
besonders einfache Ausführungsform sieht vor, dass das
gegenüberliegende Ende des Rollenmantels vor dem Hohlprofil endet
und in einem innerhalb der Rolle angeordneten Kugellager gelagert ist.
Das Kugellager kann dabei mit seinem Außenring in einen
mit achsparallel verlaufenden Durchbrüche versehenen Lagersitz
eingesetzt sein, wodurch bei Absaugung im Bereich des gegenüber
angeordneten Hohlprofils eine Durchströmung der Rolleninnenseite in
achsparalleler Richtung ermöglicht wird. Im Bereich des
nicht in einem Hohlprofil endenden Rollenendes wird dann eine aktive
Absaugung der dort entstehenden Partikel durch den Rollenmantel
hindurch bewirkt. So wird es ermöglicht, dass nur ein Hohlprofil
mit der Absaugvorrichtung verbunden sein muss. Zwischen dem freien
Ende des Rollenmantels, der nicht in ein Hohlprofil hinein reicht,
und der Rollenachse kann eine Labyrinthdichtung vorgesehen sein,
die bei Absaugung durch den Rollenmantel hindurch den Strömungsquerschnitt
minimiert und damit die Leckrate gering hält. Die Absaugung
kann in unter Überdruck stehenden Reinräumen in
einer einfachen Verbindung mit der Außenatmosphäre
bestehen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführung, bei der der Antrieb einer
Rolle oder einer Gruppe von Rollen über einen innerhalb
der Rolle angeordneten Rohrmotor erfolgt. Die durch den Rollenmantel
hindurch verlaufende Absaugung kann dann auch die in dem Motor entstehenden
Partikel mit erfassen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine Rollenbahn in einem Schnitt parallel zu einer Rollenachse;
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2:
das in dem Hohlprofil laufende Ende der Rolle aus 1 in
einer vergrößerten Schnittdarstellung; sowie
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3:
die Abdichtung des nicht in dem Hohlprofil liegenden Endes der Rolle
in einem Längsschnitt.
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Die 1 zeigt
einen Querschnitt durch eine Rollenbahn parallel zu einer Drehachse 1 einer Transportrolle 2.
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Die
Rollenbahn weist ein erstes Hohlprofil 3 auf, dass im wesentlichen
c-förmig ausgebildet ist und sich senkrecht zu der Zeichenebene
erstreckt. Ein weiteres Hohlprofil 4 ist ebenfalls c-förmig
ausgebildet und an dem gegenüberliegenden Ende der Rolle 2 angeordnet.
Die Rolle 2 weist einen rein kreiszylindrischen Mantel
auf, der das Hohlprofil 3 im Bereich einer kreisrunden Öffnung
durchsetzt. Ein auf den Rollenmantel aufgesetzter Dichtring 5 ist
innerhalb des Hohlprofils 3 angeordnet und verschließt
im wesentlichen die Öffnung, durch die die Rolle 2 in
das Hohlprofil 3 ragt. Die Rolle 2 trägt
weiter ein drehfest mit dem Rollenmantel verbundenes Treibrad 6,
das hier beispielsweise als Riemenscheibe für mehrere Treibriemen
ausgebildet ist, die im Förderstrom vor und hinter der
Rolle 2 angeordnete baugleiche Rollen dienen. Die Rolle 2 ist
auf einer Rollenachse 7 gelagert, die in einer Stütze 8 gegenüber
dem Hohlprofil 3 befestigt ist. Das Hohlprofil 3 weist
eine der Rolle 2 abwandte Montageöffnung auf,
die durch einen Kunststoffdeckel 9 verschlossen ist. Die
Montageöffnung ermöglicht die Montage der Rolle 2 und
der übrigen Komponenten in dem Hohlprofil 3.
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Das
gegenüberliegende Ende der Rolle 2 ist in dem
Hohlprofil 4 befestigt. Im Einzelnen ist die Rollenachse 7 mit
einer Mutter 29 in dem Hohlprofil 4 undrehbar
befestigt. Die Lagerung der Rolle 2 auf der Rollenachse 7 erfolgt über
ein innerhalb des Rollenmantels angeordnetes Kugellager. In dem
Hohlprofil 4 verläuft weiter eine Anschlussleitung 10 für
einen innerhalb der Rolle 2 angeordneten, hier nicht dargestellten
Rohrmotor, der die Rolle 2 zur Drehung um die Rollenachse 7 antreibt.
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Die 2 zeigt
das in der 1 rechte Rollenende in einer
vergrößerten, aber schematisierten Darstellung.
Das Hohlprofil 3 ist aus einem Blech c-förmig
gekantet, wobei die offene Seite des Profils dem Deckel 9 zugewandt
ist. Die geschlossene Seite des Profils ist mit kreisrunden Löchern 11 versehen, durch
die die Rolle 2 in den Innenraum des Hohlprofils 3 ragt.
Der Überstand des Rollenmantels in dem Hohlprofil 3 trägt
die Dichtscheibe 5. Die Dichtscheibe 5 ist drehfest
auf dem Rollenmantel der Rolle 2 angebracht. Sie sitzt
mit einem kleinen Spalt in der Öffnung 11 und
ist im Durchmesser gestuft, so dass in einem Bereich 12 kleineren
Durchmessers ein axialer Ringspalt 13 gegenüber
der inneren Umfangsfläche der Öffnung 11 gebildet
wird. Auf der Innenseite des Hohlprofils 3 vergrößert
sich der Durchmesser der Dichtscheibe 12 in radialer Richtung.
Eine senkrecht zur Drehachse 2 verlaufende Seite 14 begrenzt mit
der Innenwandung des Hohlprofils 3 einen radialen, scheibenförmigen
Spalt 15. Der Spalt 15 steht mit dem Spalt 13 in
Verbindung. Über die Spalte 13 und 15 ist
eine Verbindung zwischen dem Außenraum und dem Innenraum
des Hohlprofils 3 hergestellt.
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Ein
Unterdruckanschluss 16 führt zu einer nicht dargestellten
Absaugvorrichtung, wodurch der Druck innerhalb des Hohlprofils 3 geringer
gehalten werden kann als der umgebende Atmosphärendruck. Es
stellt sich folglich eine Luftströmung durch die Spalte 13 und 15 zwischen
dem Hohlprofil 3 und der Dichtscheibe 5 ein. Innerhalb
des Hohlprofils 3 und durch eventuelle Berührung
der Dichtscheibe 5 an dem Hohlprofil entstehende Partikel
können somit nicht aus dem Spalt 13 in den Außenraum
austreten, da diese Richtung entgegen der durch die Absaugvorrichtung
erzwungenen Luftströmung verläuft.
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Die
Rolle 2 ist in einem Wälzlager 17 gegenüber
der feststehenden Rollenachse 7 gelagert. Der Außenring
des staubdichten Wälzlagers 17 sitzt in einem
Lagersitzring 18, der zu dem Rollenmantel hin mit Durchbrüchen 19 versehen
ist. Das Kugellager 17 selbst ist staubdicht ausgeführt.
Unter dem Unterdruck, der im Betrieb in dem Hohlprofil 3 herrscht, wird
auch Luft aus dem Inneren der Rolle 2 durch die Durchbrüche 19 abgesaugt,
so dass eventuell in der Lagerung entstehende Partikel ebenfalls
nicht in den Außenraum gelangen können.
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Die 3 zeigt
das gegenüberliegende Ende der Rolle 2 aus 1.
Die Darstellung ist ebenfalls vergrößert und schematisiert.
Sie soll nur die Lagerung der Rolle 2 auf der Rollenachse 7 veranschaulichen.
Der Rollenmantel der Rolle 2 ist wiederum mit einem staubdichten
Kugellager 20 in einen mit Durchbrüchen 21 versehenen
Lagersitzring 22 eingesetzt. Das Lager 20 und
der Lagersitzring 22 sind innerhalb der Rolle 2 in
einem Abstand von einem freien Ende 23 der Rolle 2 angeordnet.
Unmittelbar an dem freien Ende 23 ist eine Labyrinthdichtung 24 in
den Rollenmantel eingesetzt, so dass sie drehfest mit dem Rollenmantel
der Rolle 2 verbunden ist und mit ihrer Labyrinthstruktur
in einem geringen Abstand von der Rollenachse 7 angeordnet
ist. Der Innenraum der Rolle 2 ist durchgehend verbunden
mit dem gegenüberliegenden Ende der Rolle 2, das
in der 2 veranschaulicht ist. Dort anliegender Unterdruck
aufgrund der Absaugvorrichtung, die über den Anschluss 16 wirkt,
steht auch an dem Lagersitzring 22 aus 3 an.
Dort herrscht ein geringerer Druck als in der umgebenden Atmosphäre.
Es entsteht folglich ein Luftstrom, der mit den Pfeilen 25 veranschaulicht
ist. Der Luftstrom 25 geht von dem Außenraum durch
den Spalt zwischen der Labyrinthdichtung 24 der Rollenachse 7 sowie
durch die Durchbrüche 21 des Lagersitzringes 22 in
den Innenraum der Rolle 2 und von dort aus weiter durch
die Durchbrüche 19 aus 2 in das
Innere des Hohlprofils 3. Auf diese Weise ist sichergestellt,
dass in der Lagerung oder der Abdichtung der Rolle 2 entstehende
Partikel nicht in den Außenraum gelangen können.
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Der
Antrieb der Rolle 2, wie er in der 1 links
dargestellt ist, ist in der Darstellung der 3 zur besseren Übersichtlichkeit
weggelassen worden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist im Inneren der Rolle 2 zwischen den Lagern 17 und 20 ein Rohrmotor
angebracht, der die Drehung der Rolle 2 im Betrieb bewirkt. Über
die Riemenscheibe 6 werden über diesen Motor auch
stromaufwärts und stromabwärts liegende motorlose,
aber ansonsten gleich aufgebaute Rollen angetrieben.
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Die
Dichtscheibe 5 kann mit glatten Oberflächen versehen
sein. Sie kann aber auch an der Flachseite 14 mit einem
Profil versehen sein. Das Profil kann aus umlaufenden ringförmigen
Nuten bestehen, zwischen denen Stege ausgebildet sind. Die Stege
weisen dann auf die Innenseite des Hohlprofils 3 in den
Spalt 15. Bezogen auf die Strömungsrichtung der
Luft durch die Spalte 13 und 15 wirkt diese Struktur
wie eine Labyrinthdichtung, die den Strömungsquerschnitt
verringert und damit Leckrate verringert, aber im Bereich der Rippen
die Strömungsgeschwindigkeit der Luft erhöht und
damit die Wirkung der Abdichtung verstärkt.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Ringfläche 14 mit
radial ausgebildeten Nuten versehen ist. Solche Nuten würden
in Betrieb zu einer radial in den Innenraum des Hohlprofils 3 führenden Strömung
führen. Da sie aufgrund der Zentrifugalkraft wie eine Kreiselpumpe
für die in dem Spalt 13 und 15 anstehende
Luft wirken. Wenn keine besonders hohen Anforderungen an die Partikelfreiheit
in dem Reinraum gestellt werden, kann aufgrund dieses Effekts die
dargestellte Rollenbahn sogar ohne Inbetriebnahme der Absaugvorrichtung
ausreichende Ergebnisse liefern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3017942 [0002]
- - DE 3811503 A1 [0003]