Vaikka usein puhumme siitä, kuinka tärkeää on pitää lineaariliikkeisiin tarkoitetut komponentit, kuten lineaarijohteet ja ruuvit, poissa kontaminaatiosta, puhdastiloissa käytettyjen järjestelmien tavoite on juuri päinvastainen – estää komponenttien pääsy kontaminaatioon ympäristöön.

Mikä puhdastila tarkalleen ottaen on?
Standardin ISO 14644-1:2015 mukaan ”Puhdastilat ja niihin liittyvät valvotut ympäristöt mahdollistavat ilman ja tarvittaessa pintojen kontaminaation hallinnan tasolle, joka on sopiva kontaminaatioherkkien toimintojen suorittamiseen.”

Puhdastilat yhdistetään yleisimmin puolijohde-, elektroniikka- ja lääkinnällisten laitteiden teollisuuden sovelluksiin, vaikka myös muut teollisuudenalat – kuten ilmailu- ja avaruusteollisuus, lääketeollisuus sekä elintarvike- ja juomateollisuus – käyttävät puhdastilaympäristöjä joissakin sovelluksissa.

ISO 14644-1 -standardi arvioi puhdastilan "puhtaustason" asteikolla 1 (paras) - 9 (huonoin) perustuen hiukkasten määrään – jaettuna kuuteen kokoluokkaan – joita on läsnä kuutiometrissä ilmaa.

Huomaa, että yllä mainittu puhdastilastandardi on peräisin Kansainväliseltä standardisoimisjärjestöltä (ISO). Joissakin kohdissa voidaan viitata myös Yhdysvaltain liittovaltion standardiin 209E, vaikka se kumottiin vuonna 2001. FS 209E -luokituksia voidaan verrata ISO-luokituksiin, mutta huomaa, että luokkanumerot eivät ole yhdenmukaisia. Esimerkiksi FS 209E:n mukaan luokaksi 1 luokiteltu puhdastila on luokiteltu luokaksi 3 standardin ISO 14644-1 mukaan.

Kitka on puhdastilan vihollinen
Lineaarisen liikkeen järjestelmän käytön yleisenä tavoitteena puhdastilassa on pitää hiukkasten muodostuminen minimissä. Lineaarisen liikkeen komponentit kuitenkin perustuvat liuku- tai vierintäliikkeisiin, jotka väistämättä tuottavat hiukkasia pintojen välisen kitkan ja kulumisen vuoksi. Siksi yksi tärkeimmistä painopistealueista tulisi olla kitkan vähentäminen mahdollisimman paljon.

Tämä tarkoittaa vierintäkosketuksen valitsemista liukuvan kosketuksen sijaan – mikä tekee lineaarikuulalaakerit ja kuularuuvit paremmaksi valinnaksi kuin liukulaakerit ja johtoruuvit useimmissa puhdastilasovelluksissa.

Lineaarikuulalaakereiden ja kuularuuvien vakiomalliset, täyskosketustiivisteet kuitenkin liukuvat ohjauskiskoon tai ruuviakseliin, joten pienikitkaiset tai kosketuksettomat tiivisteet ovat parempia kuin täyskosketusmallit. Ja viime aikoina jotkut valmistajat ovat tehneet hiukkaslaskentatestejä, jotka osoittavat, kuinka kuulavälikappaleet eli kuulaketjut – jotka erottavat kuulat toisistaan ​​ja estävät niitä törmäämästä toisiinsa niiden kiertäessä laakerin läpi – voivat vähentää hiukkasten muodostumista profiloiduissa kisko-ohjaimissa ja kuularuuveissa.

Voitelu on sekä ystävä että vihollinen
Voitelu on hyödyllistä paitsi kitkan vähentämiseksi ja oikean toiminnan varmistamiseksi, myös lineaarilaakerin tai ruuvin tuottamien hiukkasten "pyydystämiseksi" ja niiden pääsyn estämiseksi ympäristöön. Mutta itse voitelu voi olla saastumisen lähde, jos sitä vapautuu ilmakehään. Tämä on erityisen ongelmallista kuularuuveilla, jotka voivat "lingota pois" voitelun pyöriessään.

Tiivisteet auttavat pitämään voitelun lineaarilaakerin tai kuulamutterin sisällä, mutta pienikitkaiset ja kosketuksettomat tyypit – vaikka ne ovatkin ihanteellisia, koska ne eivät itsessään tuota merkittäviä hiukkasia – voivat antaa osan voiteluaineesta "livahtaa ohi" ja vapautua. Siksi monet puhdastilasovellukset vaativat puhdastilakäyttöön hyväksytyn voiteluaineen. Näissä erikoisformulaatioissa ei ole (tai on vähemmän) lisäaineita, jotka sisältävät kiinteitä hiukkasia, kuten alumiinia, piidioksidia ja PTFE:tä.

Puhdastilaystävälliset materiaalit ovat välttämättömiä
Puhdastilaympäristöjen suositeltavia materiaaleja ovat ruostumaton teräs ja PVC, mutta lineaariliikekomponenteissa käytetään pääasiassa alumiinia ja hiiliterästä. Alumiinista ja tavallisesta hiiliteräksestä voidaan kuitenkin tehdä puhdastilavaatimuksia vastaavia.

Esimerkiksi alumiinin anodisointi antaa sille hyvän korroosionkestävyyden. Ja hiiliteräskomponentit voidaan käsitellä puhdastilayhteensopivalla suojapinnoitteella, kuten mustalla kromilla tai nikkelillä, hapettumisen estämiseksi.

Saatavilla on laaja valikoima ruostumattomasta teräksestä valmistettuja miniatyyriohjaimia ja -ruuveja, mikä tekee niistä hyviä valintoja puhdastilasovelluksiin, joissa on lyhyemmät iskunpituudet ja kevyemmät kuormat. Miniatyyriversioita tarjotaan tyypillisesti vakiona pienikitkaisilla tiivisteillä ja pienellä esijännityksellä, joten niiden hiukkasten muodostuminen on luonnostaan ​​vähäisempää kuin täysikokoisissa vastineissaan.

Muista myös, että kiinnitysosat on usein päällystetty mustalla oksidipinnoitteella, jolla on korkea hiukkasirto, vaikka nämä komponentit ovat staattisia. Puhdastilasovelluksissa tulisi käyttää ruostumattomasta teräksestä valmistettuja osia aina kun mahdollista.

Järjestelmät, joissa on vähennetty kosketusta ja kitkaa

Yksi tapa poistaa tai vähentää monia edellä mainituista huolenaiheista on käyttää lineaariliikkeen komponentteja ja järjestelmiä, jotka ovat luonnostaan ​​"puhtaita". Näitä ovat ilmalaakerit ohjaukseen ja lineaarimoottorit käyttöön. Molemmat järjestelmät poistavat liukuvan tai vierivän kosketuksen, joten niissä ei ole käytännössä lainkaan kitkaa eikä hiukkasten muodostumista.

Esimerkiksi lineaarimoottorivaiheessa, jossa on ilmalaakeriohjaimia, ei teoriassa ole kitkaa eikä siten myöskään hiukkasten muodostumista. Käytännön tilanteissa kaapelien hallinta on kuitenkin edelleen huolenaihe, koska liikkuvat kaapelit ja kaapelikuljettimet voivat tuottaa hiukkasia. Tämä voidaan kuitenkin ratkaista käyttämällä erityisesti puhdastiloihin suunniteltuja kaapeleita ja kaapelien hallintajärjestelmiä.

Esimerkkinä mainittakoon, että jotkut kaapelivalmistajat tarjoavat tuotteita, joissa on erityiset kitkattomat pinnoitteet hiukkasten muodostumisen minimoimiseksi, ja jotkut kaapeliratojen valmistajat tarjoavat järjestelmiä, jotka vähentävät ketjun osien välistä kulumista kulutusta kestävien liitosten avulla. Lyhyemmillä kaapelipituuksilla litteät, itsekantavat "kiskottomat kaapelit" voivat jopa poistaa kaapeliradan tai -kannattimen tarpeen.