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.

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.

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.

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.‘

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.

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.