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„Es ist ein Wettbewerbsvorteil, wenn Sie an den Diskussionen über die Bewerbung auf hohem Niveau teilnehmen können.“

Um die Technologie und die Anwendungen seiner Kunden besser zu verstehen, hat Ralf Noijen, Systemingenieur bei AAE, den Kurs „Angewandte Optik“ am High Tech Institute besucht. „Wir nehmen gerne an den Diskussionen auf hohem Niveau teil“, sagt er.
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In Helmond produziert AAE die C-Falle für LUMICKS aus Amsterdam. Mit diesem Instrument können Forscher u.a. die Bindung von Proteinen an DNA-Stränge untersuchen. Das Verständnis dieser molekularen Interaktion ist wichtig, um die Mechanismen bestimmter Krankheiten zu klären.

Für diese Forschung ist es notwendig, die DNA-Stränge zu manipulieren. Zu diesem Zweck werden sie an den Enden mit kleinen Polystyrolkügelchen verbunden. Diese Kombination wird dann in einer Flüssigkeit in Kontakt mit markierten spezifischen Proteinen gebracht. Mit der C-Falle können Forscher DNA-Stränge mit gebundenen Proteinen mit optischen Techniken untersuchen.

Das Instrument ist in der Lage, die Perlen mit Laserstrahlen zu manipulieren. „Sie können es sich wie eine optische Pinzette vorstellen“, erklärt Noijen. „Die Laserstrahlen fangen kleine Kügelchen aus Polystyrol ein, die durch einen Glaskanal fließen. Zwischen zwei Kügelchen befindet sich ein einzelner DNA-Strang, der Proteine enthält, die mit fluoreszierenden Substanzen markiert sind. Indem zwei Kügelchen mit einer optischen Pinzette auseinandergezogen werden, kann die Steifigkeit des DNA-Strangs und damit der Einfluss der gebundenen Proteine gemessen werden. Mit diesem System können Kräfte im Sub-Pico-Newton-Bereich gemessen werden.“

Das Gerät dient hauptsächlich der Erforschung von Krankheiten wie Krebs. „Die Hauptkunden dieser Geräte sind Universitäten und Forschungsinstitute“, so Noijen.

 

Ralf Noijen: „Die theoretischen Teile des Kurses wurden mit einer gesunden Dosis an Experimenten ausgeglichen.“

Kleines Mikroskop mit Durchflusszelle

Ein weiteres Projekt, das AAE für LUMICKS entwickelt, ist die z-Movi-Plattform. „Das ist im Grunde ein kleines Mikroskop mit einer Durchflusszelle, in der Tumorzellen gezüchtet werden können“, sagt Noijen. „Das Mikroskop wird verwendet, um die Bindung zwischen Krebszellen und Immunzellen zu untersuchen. Diese Krebszellen werden in der Durchflusszelle mit dem Wirkstoff einer spezifischen Immuntherapie in Kontakt gebracht. Oben auf dieser Durchflusszelle ist ein Piezoelement angebracht. Das Piezoelement versetzt die Flüssigkeit im Kanal in Schwingung und erzeugt eine stehende akustische Welle. Die Immunzellen werden von dem Knotenpunkt der stehenden Welle angezogen. Wenn Sie die Amplitude erhöhen, lösen sich die angehefteten Immunzellen an einem bestimmten Punkt, was uns etwas über die Stärke der Bindung verrät. Die Cell Avidity-Plattform misst den Zeitpunkt der Freisetzung optisch. Dies gibt uns Aufschluss über die Bindung und damit über die Wirksamkeit der Immuntherapie.“

''Throughout the course, we learned about the latest updates in all the areas covered. We were taught by real experts.''

Empfindlichkeiten verstehen

Die große Bedeutung optischer Phänomene veranlasste Noijen, den Kurs Angewandte Optik am High Tech Institute zu belegen, hauptsächlich als Grundlage für die Arbeit mit Kunden. Noijen: „Bei AAE konzentrieren wir uns auf Herstellbarkeit, Testbarkeit und Montage. Aber wir denken gerne im Entwicklungsprozess mit, so dass wir uns um alle Aspekte kümmern können. Im Laufe der Jahre haben wir bereits eine Menge Anwendungswissen aufgebaut und wir überwachen immer mehr Teile der Entwicklung. Genau aus diesem Grund ist ein Kurs wie dieser sehr nützlich. Die Optik ist bei den LUMICKS-Systemen sehr wichtig. Je besser wir ihre Empfindlichkeiten verstehen, desto besser können wir beurteilen, ob unsere Vorschläge funktionieren werden.“ Noijen hatte bereits Erfahrung mit den Schulungen des High Tech Institute. „Als ich die Kursbeschreibung für Angewandte Optik sah, dachte ich: ‚Hey, das passt gut zu den Plattformen, die wir für LUMICKS bauen.'“

Sich Zeit nehmen

Der Kurs war intensiv, bemerkt Noijen. Er umfasste insgesamt 13 halbtägige Sitzungen über sechs Monate. Dazwischen musste er fünf Hausaufgaben machen. Das war hart, aber Noijen zieht dennoch eine positive Bilanz. „Ich fand es einfach sehr interessant und hatte keine Probleme, mir die Zeit dafür zu nehmen“, lacht er. „Man muss es natürlich einplanen, denn das Leben ist sehr geschäftig.“

Über die Struktur und den Inhalt: „Es begann mit den Grundlagen des Lichts: Was ist Licht? Von dort aus ging es weiter zur Modellierung und wann man es einsetzen kann. Welche Aspekte sind wichtig? Wann können Sie zum Beispiel Raytracing verwenden? Mir gefiel der Aufbau von den Grundlagen zu den Anwendungen. Dann wurden auch Beleuchtung und Sensoren behandelt. In den letzten Sitzungen wurde die Lithographie von ASML näher erläutert. Das fand ich sehr aufschlussreich. Ich habe bei ASML gearbeitet, so dass die Thematik für mich nicht völlig neu war, aber dennoch gab es viele Dinge, die ich zum ersten Mal gesehen habe. Während des gesamten Kurses wurden wir über die neuesten Entwicklungen in allen behandelten Bereichen informiert. Wir wurden von echten Experten unterrichtet.“

Die theoretischen Teile des Kurses wurden durch eine gesunde Dosis an Experimenten ausgeglichen. „Es geht tief in die Theorie, aber dann fangen Sie an zu experimentieren. Wenn Sie erleben, wie alles wirklich funktioniert, bleibt die Theorie besser haften. Man lernt leichter, wenn man etwas selbst in der Hand hatte. Das war das Einzigartige an diesem Kurs.“

''If I had done this course earlier, I would have been better able to spar with the opticians in previous projects''

Diskussionen

Für Noijen war der Optikkurs besonders wichtig, um eine bessere Verbindung zu seinen Kunden aufzubauen. Tiefere technische Kenntnisse ermöglichen es ihm, besser mit Experten und Unternehmen zu kommunizieren. „Ich denke, wir können jetzt auf einem höheren Niveau mitarbeiten“, sagt er. „Das ist wirklich schön. Man lernt, die gleiche Sprache über eine Maschine zu sprechen. Wenn ich diesen Kurs früher gemacht hätte, wäre ich besser in der Lage gewesen, mit den Optikern in früheren Projekten zu sparren. Das hilft übrigens auch AAE. Unser Hauptangebot, vor allem für Start-ups, ist, dass wir ihre Maschinen bauen. Aber darüber hinaus haben Sie noch einen Wettbewerbsvorteil, wenn Sie auf hohem Niveau über die Anwendung sprechen können. Wenn Sie zeigen können, dass Sie die Empfindlichkeiten verstehen, schafft das Vertrauen.“

Dieser Artikel wurde von Tom Cassauwers, freier Mitarbeiter von High-Tech Systems, geschrieben.

Recommendation by former participants

By the end of the training participants are asked to fill out an evaluation form. To the question: 'Would you recommend this training to others?' they responded with a 8.9 out of 10.

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Lager tragen zur Genauigkeit und zum Systemverhalten bei

Beim Entwurf eines mechatronischen Systems wird der Betätigung oft die meiste Aufmerksamkeit geschenkt. Aber das Lager ist genauso entscheidend für die Genauigkeit und das Systemverhalten. Hans van de Rijdt und Marc Vermeulen entwickeln daher eine neue Schulung für die Mechatronics Academy, die im März 2024 am High Tech Institute stattfinden soll: ‚Bearing principles for precision motion‚.
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Im Maschinenbau gibt es eine große Auswahl an Lagern, von Gleit-, Rollen- und Luftlagern bis hin zu hydraulischen, elastischen und magnetischen Lagern. Die Qual der Wahl lauert also. Das hat jedoch nicht verhindert, dass die Lagertechnik in den letzten Jahrzehnten in der High-Tech-Welt etwas vernachlässigt wurde.

Marc Vermeulen, der als Principal Mechanical System Architect bei ASML arbeitet, hat dafür eine Erklärung. „In der Mechatronik sprechen wir oft von der Betätigungsrichtung, bei der man mit einem Antrieb und einem Messsystem eine bestimmte Genauigkeit erreichen muss.“

Die Richtung senkrecht zur Antriebsrichtung ist jedoch ebenso wichtig. „Dann geht es um die Freiheitsgrade, die Sie nicht betätigen. Diese müssen Sie also einschränken und wie machen Sie das? Denn das bestimmt letztendlich die Genauigkeit und das gesamte Systemverhalten in hohem Maße. Die Lager sind in der Tat wichtig dafür.“

Mindestens drei Fehler

Bei seiner Arbeit als unabhängiger Berater in der High-Tech-Industrie stößt Hans van de Rijdt regelmäßig darauf, dass bestimmte Lagerprinzipien übersehen oder Fallstricke nicht vermieden werden. Gemeinsam mit Vermeulen hat er den Schulungskurs Bearing Solutions entwickelt, der demnächst am High Tech Institute beginnen wird. Van de Rijdt: „Das passierte kürzlich bei der Überprüfung eines großen Projekts, an dem 140 Personen arbeiteten. Da würde man erwarten, dass es genug von ihnen gibt, die etwas über Lager wissen. Trotzdem habe ich mindestens drei Fehler bei der Anwendung von Lagern gesehen.“

Es handelte sich um eine Konstruktion, bei der das Lager eine sehr kleine Winkelbewegung macht. „Dieses Lager kann klemmen, weil das Schmiermittel nicht richtig verteilt wird. Das war nicht berücksichtigt worden. Außerdem wurde ein falscher Kugelkäfig verwendet, so dass die erforderliche Anzahl von Hüben nicht erreicht werden konnte. Die Lieferanten von Lagern sagen Ihnen so etwas oft nicht. Wenn Sie anrufen, bekommen Sie den Verkäufer, der es auch nicht weiß, und es ist sehr schwierig, den Ingenieur zu erreichen.“

Hans van de Rijdt (links) und Marc Vermeulen (rechts).

Von Leistung und Lebensdauer bis hin zu Lärmbelästigung und Lieferzeiten

Bei der Wahl eines bestimmten Lagertyps spielen viele Faktoren eine Rolle. An erster Stelle stehen die Leistung – denken Sie an Genauigkeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung – und die Lebensdauer, die durch Reibung und Verschleiß negativ beeinflusst werden kann. Ein Luftlager punktet bei beidem, aber weniger bei den Kosten. So muss beispielsweise eine Luftversorgung in das Systemdesign integriert werden.

Je nach Anwendung können auch andere Faktoren ins Spiel kommen. Ein gutes Beispiel ist das Wohlbefinden des Patienten. Das ist zum Beispiel bei CT-Scannern der Fall, bei denen sich eine gelagerte Röntgenröhre in einer kreisförmigen Gantry um den Patienten dreht. Bei Philips war ein solcher Scanner immer mit einem Rollenlager ausgestattet, erinnert sich Van de Rijdt, aber irgendwann stellte man auf ein großes Luftlager um. „Das war der Leistung zuliebe, aber vor allem, um die Lärmbelästigung durch das Lager zu reduzieren.“

Bei groben Anwendungen kann auch die Wahl des Lagers entscheidend sein. Van de Rijdt erzählt von einem großen Offshore-Kran mit einem Ringlager von 8 Metern Durchmesser. „Die Vorlaufzeit für die Herstellung dieses großen Ringlagers betrug anderthalb Jahre, weil es im Werk natürlich nicht vorrätig war. Deshalb haben sie ein Gleitlager als Alternative in Betracht gezogen, das in Bezug auf die Vorlaufzeit viel günstiger wäre. Ich habe dann eine vollständige Studie darüber erstellt. Am Ende wurde diese Alternative verworfen, weil das Stick-Slip-Verhalten des Gleitlagers mit einem so großen Durchmesser zu große Auswirkungen auf die Bedienung durch den Kranführer hatte.“

''For some applications, the performance of ball bearings is sufficient and then their application is more cost-effective.''

Eingefahrene Muster und neue Kompetenzen

Neben der rationalen Begründung geht es bei der Wahl der Lager oft auch um eingefahrene Muster, sagt Vermeulen. In Bestückungsmaschinen werden beispielsweise aus Kostengründen Rollenlager und keine Luftlager verwendet. Wälzlager hingegen werden in Lithografiemaschinen nicht verwendet, da Schmierung und Verschleiß zu Verunreinigungen führen könnten. „Das ist für viele Hersteller eine Art Dogma, das in einer Halbleiterfabrik nicht angebracht ist. Die Frage, ob Luftlager aus Kostengründen nicht doch durch Rollenlager ersetzt werden können, stellt sich jedoch regelmäßig.

Van de Rijdt wurde vor kurzem wieder damit konfrontiert. „Ich konnte nur auf meinen Bericht von vor zwölf Jahren verweisen. Für manche Anwendungen ist die Leistung von Kugellagern ausreichend und dann ist ihr Einsatz kostengünstiger. Ich habe einfach getestet, wovor die Leute Angst hatten. Man kann die Verschmutzung gut in den Griff bekommen, indem man dafür sorgt, dass sich die Lager in einem Abwärtsstrom unter dem Wafer befinden.“

In der Zwischenzeit sind die Dinge in Bewegung, sieht Vermeulen bei ASML. „Alle Arten von Tests mit Schmiermitteln und Messungen von Steifigkeit und Reibung sind jetzt im Gange, zum Beispiel für Rollenlager. Natürlich hatten wir bereits die Kompetenzen für Luftlager, Magnetlager und auch elastische Lager (Blattfederführungen sind eine beliebte Lagerlösung für Tische mit kurzen Hüben, weil sie genau, spielfrei und reibungslos sind, Anm. d. Red.) Jetzt bauen wir also auch eine gewisse Kompetenz für Rollenlager auf.“

Vermeiden Sie Überdimensionierung

Dieses breite Spektrum an Kompetenzen ist wichtig, sagt Vermeulen. „Blattfederführungen sind für uns eine Art Selbstverständlichkeit geworden. Man kann sie in einem Stück, monolithisch, mit Drahterodieren herstellen. Ab einem bestimmten Punkt kann man einfach nicht mehr aufhören, die Komplexität und die Kosten zu erhöhen. Die Devise lautet dann: „Auf Nummer sicher gehen, dann wissen wir genau, dass es richtig ist“. Aber Sie müssen auch den Kostenaspekt berücksichtigen; das wird immer wichtiger.“

Van de Rijdt stimmt dem zu: „Wenn etwas auf den Nanometer genau sein muss, dann ist monolithisches und Drahterodieren genau richtig. Sobald man diesen Bereich verlässt und nur noch von Mikrometern spricht, muss es nicht mehr monolithisch sein. Ich habe z.B. Fokusmodule für verschiedene Anwendungen entwickelt, die exakt die gleichen Spezifikationen hatten. Es gab einen Preisunterschied um den Faktor zehn, der allein auf das gewählte Design für die Führung zurückzuführen war.“ Vermeulen: „Es fängt also schon bei den Annahmen an, unter denen Sie ein Gerät entwerfen. Das Gleiche gilt für die Lager. Überdimensionierung und deren Vermeidung sollte hier ein roter Faden sein.“ Auf diese Weise kann mehr Aufmerksamkeit für die Lager zu weniger Komplexität und Kosten führen.

Lösungen und Anwendungen

Das neue Training wird den Namen Bearing principles for precision motion tragen. Das ist eine bewusste Entscheidung, sagt Hans van de Rijdt. „Es geht um Lösungen für konkrete Lagerprobleme, um Anwendungen von verschiedenen Lagertypen. Wir tauchen nicht sehr tief in z.B. die tribologischen Aspekte ein, sondern es geht viel mehr darum, wann Sie welchen Typ verwenden können und was Sie dabei beachten müssen. Am besten ist es, wenn Sie aus Ihrer eigenen Erfahrung berichten.“

Es wird ein Einblick in die Funktionsweise eines Lagers gegeben, sagt Marc Vermeulen. „Viele Menschen wissen zum Beispiel nicht, dass man ein Luftlager ziehen kann, wenn man es vorspannt. So wird zum Beispiel die grundsätzliche Frage behandelt, was einem Lager Steifigkeit verleiht. Aber wir werden tatsächlich nicht die Differentialgleichungen diskutieren, die die Bewegungen in einem Lager beschreiben.“

''We want to provide the designer and the architect with insight into bearing selection and applications.''

Denn da liegt das Problem in der Praxis meist nicht, fügt Van de Rijdt hinzu. „Viele Menschen sind analytisch sehr stark, aber sie müssen einen Entwurf haben, um Berechnungen anzustellen. Nicht nur bei Lagern, sondern im gesamten Systembereich stelle ich oft fest, dass Designer und Architekten Schwierigkeiten haben, die ersten Zeilen eines Entwurfs auf Papier zu bringen. Wenn Sie eine erste Schätzung für ein Lager vornehmen wollen, um festzustellen, ob es die erforderliche Leistung und Lebensdauer erreichen kann, müssen Sie zunächst einen Entwurf dafür erstellen. Ich möchte den Menschen dabei helfen, diese Iterationen zu durchlaufen.

Die Schulung richtet sich an Konstrukteure und Architekten, die in ihren Entwürfen regelmäßig einen Lagertyp auswählen müssen. Sie müssen dann einen Kompromiss eingehen und die Anwendung des gewählten Lagers optimieren. Hier kommt auch die Steuerungstechnik ins Spiel, zum Beispiel bei Magnetlagern. Denken Sie an die ‚fliegenden Teppiche‘ in den ASML-Maschinen, die einen Wafer kontinuierlich und blitzschnell positionieren müssen. Vermeulen: „Sie müssen in der Tat sorgfältig gesteuert werden, aber das ist nicht Gegenstand unserer Ausbildung; sie ist nicht für Steuerungsingenieure gedacht.“ Es werden jedoch einige „grundlegende Berechnungen“ durchgeführt, um die Bandbreite und Steifigkeit der Steuerung zu bestimmen, fügt Van de Rijdt hinzu. „Wir wollen dem Konstrukteur und dem Systemarchitekten einen Einblick in diese Dinge geben.“

Die Architekten Vermeulen und Van de Rijdt bilden ein Lehrerduo

Hans van de Rijdt und Marc Vermeulen studierten beide Maschinenbau in Eindhoven, an der Fachhochschule bzw. der Technischen Universität (TUE). Sie haben beide einen Auftrag ausgeführt, der der niederländischen Schule der Designprinzipien für präzise Bewegung und Positionierung entsprach. Sie waren Kollegen bei der illustren Philips CFT und arbeiteten gemeinsam bei ASML an Wafertischen, Van de Rijdt auf Zeit und Vermeulen als Angestellter. In diesem Jahr haben sie auf Wunsch der Mechatronics Academy begonnen, gemeinsam eine Schulung zum Thema Lagertechnik zu entwickeln. Ab dem nächsten Jahr werden sie diesen Kurs zusammen mit dem ASML-Mitarbeiter und TUE-Teilzeitprofessor Hans Vermeulen (in der Tat der Bruder von) anbieten.

Van de Rijdt hat lange Zeit für Philips CFT gearbeitet und ist nun seit fünfzehn Jahren als Selbständiger für die bekannten Akteure der niederländischen High-Tech-Branche tätig, von Philips über ASML bis Nexperia. Er bekleidete Funktionen als Entwicklungsingenieur, leitender Entwicklungsingenieur, Gruppenleiter und Abteilungsleiter. „Am Ende habe ich beschlossen, dass die Arbeit als Ingenieur am meisten Spaß macht und dass die Rolle des Systemarchitekten zu mir passt.“ Im Jahr 2019 erhielt er den Rien Koster Award der DSPE (Dutch Society for Precision Engineering) für seine Leistungen als Entwickler multidisziplinärer, einfacher Konzepte für komplexe Hightech-Systeme, die in Bezug auf Herstellbarkeit und Kosten gut abschneiden.

Vermeulen promovierte an der TUE über die Entwicklung einer 3D-Koordinatenmessmaschine, die später von Zeiss vermarktet wurde. Danach ging er zu Philips CFT. Er wollte zunächst für verschiedene Kunden und Anwendungen arbeiten, bevor er sich aufgrund seiner Faszination für den Betrieb von Lithografiemaschinen auf ASML konzentrierte. Im Jahr 2007 kam er als Architekt für Module von DUV-Systemen zum Unternehmen in Veldhoven. Seit kurzem ist er der mechanische Architekt für das System, das Hochdruck-Zinntröpfchen für die Erzeugung von EUV-Licht liefert.

Van de Rijdt sammelte seine ersten Lehrerfahrungen vor 25 Jahren, als die führenden Unternehmen der Branche mit einem Mechatronik-Meisterkurs begannen. „Ich habe dann eine Broschüre dazu geschrieben, Constructeursweetjes (Dinge, die ein Konstrukteur wissen muss). Dinge, die ich in meinen ersten zehn Berufsjahren erlebt hatte, die man normalerweise nicht in der Schule lernt, die aber für einen Designer sehr nützlich sind. Zum Beispiel, was Sie in Bezug auf Toleranzen beim Fräsen beachten müssen. Oder was Sie erwarten können, wenn Sie mit dem Schweißen eines Materials beginnen. Also nicht die Konstruktionsprinzipien, sondern hauptsächlich praktische Aspekte der Herstellbarkeit. Das habe ich in der Meisterklasse gelehrt, und Wälzlager war eines der Module, die darin enthalten waren.“

Vermeulen hat auch eine lange Erfahrung in der Lehre, insbesondere bei TUE und Philips, und zwar im Bereich Designprinzipien. „Und ich trage schon seit einigen Jahren zur Ausbildung von Architekten bei ASML bei. Als Systemarchitekt müssen Sie ohnehin eine Art Lehrer sein. Sie müssen Ihre Mitarbeiter in die Entscheidungsfindung einbeziehen und diese so erklären, dass sie sie verstehen.“ Seit kurzem trägt er auch zu den Schulungen Mechatronics System Design und Design Principles for Precision Engineering der Mechatronics Academy bei. Lagerungsprinzipien für Präzisionsbewegungen ist die erste, die er selbst zusammen mit Van de Rijdt entwickelt. „Unsere bisherige Zusammenarbeit hat immer Spaß gemacht; wir ergänzen uns gut.“

Dieser Artikel wurde von Hans van Eerden, freier Mitarbeiter bei High-Tech Systems, verfasst.

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Aufschlussreicher Kurs über Feinmechanik, gespickt mit praktischen Beispielen.

Die Entwicklung von Werkzeugen für ein Elektronenmikroskop mit einer Präzision im Mikrometerbereich war eine Herausforderung für den Südafrikaner Rosca de Waal, System Designer Mechanics bei Sioux Technologies. Aus diesem Grund belegte er den Kurs Designprinzipien für die Feinmechanik am High Tech Institute. All diese Glühbirnen begannen in meinem Kopf zu leuchten.
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Bevor ich hierher kam, war mir nie bewusst, wie sehr ich ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Arbeit und Privatleben brauche“, sagt Rosca de Waal, als er nach seinem Umzug von seiner Heimat Südafrika nach Eindhoven gefragt wird. Natürlich ist er begeistert, als System Designer Mechanics bei Sioux Technologies zu arbeiten. Doch was ihn am meisten beeindruckt hat, sind die besseren Arbeitsbedingungen.

Der Absolvent der Universität Stellenbosch arbeitet jetzt an einem Elektronenmikroskop für Thermo Fisher. In Südafrika baute er für das Unternehmen Simera Sense Teleskope zur Erdbeobachtung, doch sein neues Projekt bei Sioux erforderte ein höheres Maß an Präzisionstechnik, als er es gewohnt war. Deshalb belegte er den Kurs Designprinzipien für Feinmechanik am High Tech Institute.

Es ist eine ziemlich beängstigende und einschüchternde Aufgabe, wenn man etwas auf den Mikrometer genau einstellen muss“, sagt er. Es ist nicht nur der kleine Maßstab, in dem wir arbeiten. Es ist die Umgebung im Inneren des Mikroskops, die es so viel schwieriger macht. Der Platz im Inneren des Mikroskops ist sehr begrenzt, und obendrein arbeiten Sie unter Hochvakuum. Die Umgebung im Inneren muss außerdem sehr sauber sein und die Präzision muss bei unterschiedlichen Temperaturen aufrechterhalten werden.

Sioux ist Mitentwickler von energiedispersiven Röntgendetektoren für Thermo Fisher Elektronenmikroskope. Elektronen, die auf die Probe treffen, erzeugen direkt und indirekt ein Bild, aber diese Elektronen erzeugen auch Röntgenstrahlen. Der EDX-Detektor detektiert die Röntgenstrahlen, die von der Probe kommen, und wandelt sie in eine Materialanalyse um. Dies stellt eine Reihe von Herausforderungen an das Design. Der Detektor muss auf den Strahlengang der Röntgenstrahlen ausgerichtet sein, und er muss sich in einer präzisen Orientierung in Bezug auf die Probe und die Polschuhe befinden.

Je näher der Detektor an den Polschuhen ist, desto mehr Röntgenstrahlen werden Sie sammeln und desto schneller werden Sie genügend Daten erhalten, bevor die Elektronen die Probe beschädigen“, sagt de Waal. Aber das birgt ein Risiko, denn Sie wollen weder die Probe noch das Polstück berühren. Das ist ein sehr großes Risiko. Sie wollen so nah wie möglich dran sein, aber dennoch einen gewissen Spielraum für Fehler lassen. All das müssen wir im Mikromaßstab machen.

''But this training really helped me open my mind. Something can be quite simple once you just grasp all the basic concepts underlying it.''

Multidisziplinär

Sioux ist ein Unternehmen, das an der Entwicklung komplexer multidisziplinärer Systeme arbeitet. Durch die Übernahme von Sioux CCM vor zehn Jahren konnte das Unternehmen sein Know-how im Bereich Maschinenbau ausbauen. Heute baut die Arbeit von de Waal auf diesem multidisziplinären Team auf.

Für den EDX-Detektor war ich an der Werkzeugherstellung und der mechanischen Ausrichtung der Sensoren beteiligt“, sagt er. Wir haben unser Elektroteam, das die Elektronik entworfen hat. Sioux hat auch die Software entwickelt. Dies war ein multidisziplinäres Projekt. Wir haben sogar eine Mathware-Abteilung, die aus einem Team von promovierten Physikern und Mathematikern besteht, die uns bei der Berechnung von Steifigkeit und Festigkeit geholfen haben. Das war wichtig, denn wir durften zum Beispiel beim Einsetzen der Sensoren nicht zu viel Druck ausüben. Wir hatten ein Toleranzbudget, das wir einhalten mussten. Wenn nicht, könnte das zu einem Worst-Case-Szenario führen. Wir haben bei diesem Projekt alle Fähigkeiten von Sioux genutzt.‘

Um zu lernen, wie man mit diesen Herausforderungen umgeht, belegte de Waal den Kurs Designprinzipien für die Feinmechanik am High Tech Institute. Natürlich gaben mir meine Kollegen Ratschläge. Aber dieser Kurs hat mir wirklich geholfen, meinen Geist zu öffnen. Etwas kann ganz einfach sein, wenn man nur die grundlegenden Konzepte begreift, die ihm zugrunde liegen.

Präzision

Eine ganz neue Welt eröffnete sich für mich“, Rosca de Waal

Flexures

Ein Element, das im Kurs einen wichtigen Platz einnahm, waren die Flexuren. Ich hatte schon früher mit Flexuren zu tun“, sagt de Waal. ‚Aber ich musste sie nie mit so hoher Präzision verwenden. In meinem früheren Unternehmen mussten wir natürlich auch mit einem hohen Maß an Präzision konstruieren. Dort haben wir Flexures verwendet, um Dinge wie Stick-Slip zu beseitigen. Wir benutzten sie, um unsere Einstellung zu glätten, aber nicht, um die Einstellung zu begrenzen und so genau zu machen. Bei dem Elektronenmikroskop-Projekt mussten die Biegungen jedoch in dieses komplizierte System passen, bei dem mehrere Faktoren wie Temperatur, Position, Justiergenauigkeit und Auflösung berücksichtigt werden mussten.

Sie können unter diesen Bedingungen mit Biegeelementen und Blattfedern ein hohes Maß an Präzision erreichen, wenn Sie wissen, wie man sie einsetzt. Wir verwenden hier oft verschiedene Metalle in Kombination mit thermischer Ausdehnung, um zu versuchen, die Verschiebung zu berücksichtigen. Wenn Sie die Biegeelemente richtig einsetzen, können Sie dies innerhalb der von Ihnen benötigten Anforderungen berücksichtigen.

Das war eine ganz neue Welt, die sich für mich eröffnete. Diese sehr einfachen Dinge können in kleinem Maßstab entworfen werden, damit sie in kleine Räume passen. Außerdem funktionieren sie perfekt in einer Vakuumumgebung, weil sie nur aus Metall bestehen. Sie brauchen zum Beispiel kein spezielles Schmierfett für Kugellager.‘

''I didn't know up to what resolution and thinness of metal they could machine these parts. But by giving us a range of practical examples, we learned this information very quickly.''

Fünf Dozenten und mehrere externe Experten

Der Kurs hat mir sehr praktische Kenntnisse über Biegungen vermittelt“, fährt de Waal fort. Bevor ich den Kurs belegte, wusste ich zum Beispiel nicht, bis zu welcher Auflösung und Dicke des Metalls man diese Teile bearbeiten kann. Aber dadurch, dass wir eine Reihe von praktischen Beispielen bekamen, lernten wir diese Informationen sehr schnell.

Der Kurs dauerte eine Woche, jeden Tag gab es eine Morgen- und eine Abendsitzung. Fünf Dozenten unterrichteten die Studenten. Außerdem nahmen externe Experten an bestimmten Kursen teil, um die Theorie mit Beispielen aus ihren jeweiligen Bereichen und Branchen zu veranschaulichen. Das bedeutete, dass die Sitzungen mit praktischen Beispielen gespickt waren.

Es hilft Ihnen, Verbindungen herzustellen“, sagt de Waal. Plötzlich merkt man: „Oh wow, das kann man auch dort anwenden.“ Eine Person erklärte, wie sie eine einfache Biegung zum Sortieren von elektronischen Bauteilen in einer Fabrik verwendete, und dann kam eine andere Person und erklärte, wie sie ähnliche Prinzipien zum Bau eines voll funktionsfähigen Roboterarms verwendete. Das war sehr aufschlussreich. Auch die Dozenten selbst waren auf ihrem Gebiet sehr versiert.

''...all these light bulbs started going off in my head. I suddenly started understanding the project I was working on a deeper level''

Visitenkarten

Neben praktischen Beispielen haben die Studenten auch viele Übungen gemacht. Sie gaben uns Visitenkarten mit diesen Blöcken mit Stecknadeln“, sagt de Waal. Man konnte damit herumspielen, um ein Gefühl für die Idee zu bekommen. Es ist etwas so Einfaches, nur etwas Papier und ein paar Blöcke. Aber mit diesen Blöcken können Sie besser verstehen, wie zum Beispiel Blattfedern funktionieren. Das hat mir wirklich geholfen, ein Gefühl und Verständnis für bestimmte Konzepte zu bekommen. Es hilft, wenn man physisch fühlen kann, wie etwas funktioniert. Die Dozenten haben auch einige Beispiele für die Klasse in 3D gedruckt. In der zweiten Hälfte des fünften Tages mussten wir auch etwas entwerfen. Es ist eine Sache, die Theorie zu lernen, aber eine andere, auf der Grundlage der Theorie tatsächlich etwas zu entwerfen. In diesen paar Stunden konnten wir versuchen, all das Gelernte anzuwenden. Die Dozenten gaben Ihnen Hilfestellung, wenn Sie nicht weiterkamen oder stellten Ihre Denkweise in Frage. Die gesamte Struktur des Kurses war gut durchdacht.‘

 


Rosca de Waal – Sioux Technologies.

De Waals Klasse bestand hauptsächlich aus Leuten aus der High-Tech-Industrie rund um Eindhoven, aber auch internationale Teilnehmer waren dabei, darunter Studenten aus Frankreich, Italien und sogar Saudi-Arabien. Viele von ihnen kamen aus der biomedizinischen Industrie.

Seit der Teilnahme an dem Kurs im September letzten Jahres ist de Waal von den Auswirkungen auf ihn und seine Karriere überzeugt. Bevor ich den Kurs belegte, hatte ich kein richtiges, tieferes Verständnis für diese Prinzipien“, sagt er. Aber als ich es dann tat, gingen in meinem Kopf all diese Glühbirnen an. Ich begann plötzlich, das Projekt, an dem ich arbeitete, auf einer tieferen Ebene zu verstehen.

Dieser Artikel wurde von Tom Cassauwers, freier Mitarbeiter von High-Tech Systems, geschrieben.

Recommendation by former participants

By the end of the training participants are asked to fill out an evaluation form. To the question: 'Would you recommend this training to others?' they responded with a 9.5 out of 10.