AT515951A1 - Positioniereinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinheit für einen mit einem Linerantrieb (1) verstellbaren Schlitten (3) und einer Basis (16), wobei der Linearantrieb (1), insbesondere Spindelantrieb oder Linearmotor, einen länglichen Teil und einen kurzen Teil aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Positioniereinheit (10) zumindest zwei Kompensationsstäbe (4a, 4b) aufweist, wobei jeweils zwei benachbarte Kompensationsstäbe (4a, 4b) an einem Ende über ein Gelenk (6) miteinander verbunden sind und an dem jeweils anderen Ende mit dem länglichen Teil des Linearantriebs (1) über eine von zwei jeweils am Ende des länglichen Teils des Linearantriebs (1) angeordneten Gelenksanordnungen (5a, 5b) verbunden sind, wobei die Kompensationsstäbe (4a, 4b) und der längliche Teil des Linearantriebs (1) in Form eines Dreiecks angeordnet sind und der Winkel zwischen den Kompensationsstäben (4a, 4b) an dem Gelenk (6) durch eine thermische Längenänderung des länglichen Teils des Linearantriebs (1) veränderbar ist und wobei der Schlitten (3) mit dem Gelenk (6) und der kurze Teil des Linearantriebs (1) mit der Basis (16) verbunden ist oder der Schlitten (3) mit dem kurzen Teil des Linearantriebs (1) und die Basis (16) mit dem Gelenk (6) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positioniereinheit für einen mit einem Linerantriebverstellbaren Schlitten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Linearantriebe umfassen im Allgemeinen einen länglichen Teil und einen kurzen Teil,beispielsweise bei Spindeltrieben eine Spindel und eine Mutter, die zueinander bewegbarsind und eines dieser Teile mit einem Schlitten verbunden ist oder wird. Weiters sind ausdem Stand der Technik Linearantriebe mit hydraulischen oder pneumatischenVerstellvorrichtungen mit einem Zylinder und einem Kolben mit oder ohne Kolbenstangeoder Linearmotoren bekannt. Die Positioniereinheiten mit einem Linearantrieb werdenbeispielsweise zur Positionierung von Schlitten verwendet, auf denen Werkstücke oderProben zur Untersuchung aufgebracht oder befestigt sind. Derartige Positioniereinheitenwerden im Stand der Technik auch in zwei oder drei orthogonal zueinander stehendenBewegungsrichtungen angeordnet und kombiniert, um eine 2- oder 3-dimensionalePositionierung zu ermöglichen.

Beim Betrieb von Linearantrieben, beispielsweise von Spindeltrieben, durchElektromotoren oder andere Antriebe kommt es durch die Reibung der Komponenten, dieErwärmung des Antriebes oder durch externe Einflüsse zu einer Erwärmung desLinearantriebs. Die Komponenten unterliegen folglich ebenso einer Erwärmung undunterliegen entsprechend der Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendetenWerkstoffe einer Ausdehnung bzw. Längenänderung. Um diese Längenänderungaufnehmen oder zulassen zu können wird im Stand der Technik beispielsweise beiSpindelantrieben diesem Umstand in der Lagerung der Spindel Rechnung getragen. Sowird die Spindel an einem Ende mit einem Loslager, am anderen Ende mit einemFestlager versehen. Das Festlager bestimmt die Position der Spindel entlang derDrehachse, das Loslager erlaubt die Ausdehnung der Spindel. Das vorrangig damitverbundene Problem ist, dass auf diesem Weg bei einer Erwärmung der Spindel der mitder Spindel verbundene Schlitten um einen Fehlerweg aus seiner Soll-Lage bewegt wird.Die Größe des Fehlerwegs und die damit verbundene abweichende Positionierung ist vonder Lage der Mutter des Spindeltriebes in Bezug zu dem Festlager abhängig (mitsteigendem Abstand zum Festlager steigt auch der Betrag des Fehlerwegs).Beispielsweise beträgt der Positionsfehler einer Spindelmutter auf einer Spindel mit derLänge von 150 mm bis zu 2,4 pm/°C. Eine derartige Fehlpositionierung führtbeispielsweise bei der hochpräzisen Untersuchung in einem Rastersondenmikroskop oderbei der Fertigung von Elektro-Platinen zu einem inakzeptablen Fehler.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur Kompensation vontemperaturbedingten Positionsfehlern in Linearantrieben bekannt. In aus dem Stand der

Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren wird dabei meist die Erwärmung desLinearantriebs gemessen und mittels eines zuvor bestimmten Models der Linearantriebnachpositioniert. Alternativ kann, wie in NC- gesteuerten Bearbeitungsmaschinen üblich,ein temperaturunempfindliches Längenmesssystem, beispielsweise ein Glasmaßstabeingesetzt werden, um die tatsächliche Lage des Schlittens zu ermitteln. In dem Fall kannüber einen geschlossenen Regelkreis der Linearantrieb so positioniert werden, dass einethermische Drift kompensiert wird.

Aus der EP1170647 ist bekannt, einen Korrekturbetrag für die thermische Verschiebungaufgrund der Wärmeerzeugung und der Wärmeleitung in einem Spindelantrieb einerWerkzeugmaschine zu ermitteln und die Werkzeugposition auf der Grundlage desKorrekturbetrags zu korrigieren.

Weiters ist beispielsweise aus der JPH05208342 ein Vorschubmotor mit einemPositionsdetektor für eine Förderschnecke bekannt. Mit Hilfe eines Spaltsensors wird eineSpalt-Menge erfasst und mit einer Detektionsvorrichtung gemessen. Die thermischeVerschiebung der Längsrichtung der Förderschnecke wird basierend auf der gemessenenVerschiebungsgröße, einer mechanischen Konstante und dergleichen berechnet und derKorrekturwert für den Positionsfehler ermittelt und die Position der Förderschnecke miteiner NC-Steuereinrichtung korrigiert.

Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren oder Vorrichtungen benötigte"Nachpositionierung" wird jedoch die Positioniereinheit oder Teile davon erneut erwärmt,was eine weitere "Nachpositionierung" erfordert und die Positioniereinheit erneut erwärmtusw.. Ebenso wird bei einer anschließenden Abkühlung des Systems der Positionsfehlerdurch die Verkürzung der Komponenten wieder hergestellt, wodurch eine erneute"Nachpositionierung" des Schlittens mit einer daraus folgenden neuerlichen Erwärmungbenötigt wird. Dieser Umstand bewirkt eine ständige Regulierung und "Nachpositionierung" des Schlittens der Positioniereinheit, wodurch eine vor allem exaktePositionierung der Komponenten erschwert, wenn nicht sogar unmöglich, wird.

Weitere aus dem Stand der Technik bekannte Methoden sind die Verschiebung der Probeaufgrund thermischer Ausdehnung/Kontraktion des Linearantriebs - etwa durch einenmodellbasierten Ansatz, der die Temperaturverteilung in der Struktur auf dieLängenänderung zurückrechnet oder durch den Einsatz eines geeigneten Längenmesssystems beispielsweise teure Glasmaßstäbe - zu bestimmen und denSchlitten mit Hilfe des Linearantriebs wieder annähernd korrekt zu positionieren.

Abgesehen vom hohen Aufwand an Sensorik, der notwendig ist, um Lagefehler oderTemperaturprofile zu erfassen, bedeutet die Aktivierung des Antriebs einen dynamischenEingriff in das System mit vielfältigen negativen Folgen, wie Erschütterungen,Vibrationsanregung oder Positionierfehler durch Stickslip-Effekte. Solch ein Eingriff kannsich im Falle eines Messsystems als Artefakt im Messergebnis, im Fall einerBearbeitungsmaschine als ungewollte Oberflächenstruktur, niederschlagen. Außerdem isteine thermische Drift auf diesem Weg erst zu beheben, wenn die Abweichung in derGrößenordnung der Auflösung des Linearantriebs liegt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangserwähnten Art zu schaffen, die Positionsfehler aufgrund der thermischen Ausdehnungeiner Linearantriebs minimiert oder ganz vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Positioniereinheit zumindest zweiKompensationsstäbe aufweist, wobei jeweils zwei benachbarte Kompensationsstäbe anihrem einem Ende über ein Gelenk miteinander verbunden sind und an ihrem jeweilsanderen Ende an dem länglichen Teil des Linearantriebs über eine von zwei jeweils amEnde des länglichen Teils des Linearantriebs angeordneten Gelenksanordnungenverbunden sind, wobei die Kompensationsstäbe und der längliche Teil des Linearantriebsin Form eines Dreiecks angeordnet sind und der Winkel zwischen denKompensationsstäben an dem Gelenk durch eine thermische Längenänderung deslänglichen Teils des Linearantriebs veränderbar ist und wobei der Schlitten mit demGelenk und der kurze Teil des Linearantriebs mit der Basis verbunden ist oder derSchlitten mit dem kurzen Teil des Linearantriebs und die Basis mit dem Gelenk verbundenist.

Durch den Aufbau der Vorrichtung mit Kompensationsstäben und den Gelenken sowieden Gelenksanordnungen führt eine Längenänderung des Linearantriebs zurVeränderung des Winkels zwischen den benachbarten über das Gelenk verbundenenKompensationsstäben. Der Winkel wird kleiner bei einer Abkühlung und einer damitverbundenen Verkürzung des länglichen Teils des Linearantriebs und der Winkel wirdgrößer bei einer Erwärmung bzw. Temperaturerhöhung und einer damit verbundenenVerlängerung des länglichen Teils des Linearantriebs. So werden die durch diethermische Ausdehnung bedingten Spannungen in dem Linearantrieb verhindert undgleichzeitig der Positionsfehler eines an dem Linearantrieb befestigten Schlittensausgeglichen. Die Kompensation wird im Optimalfall, bei Positionierung in der Mitte derSpindel, vollständig und unmittelbar bei Auftreten ausgeglichen, ohne dass der Schlitten nachpositioniert werden muss. So ist eine Messung von auf dem Schlitten angeordnetenProben störungsfrei möglich oder eine Fertigung unterbrechungsfrei durchführbar undohne einen Einschwingvorgang - Positionierung, Erwärmung NachpositionierungAbkühlung, erneute Nachpositionierung - nach einer Positionierung abwarten zu müssen.

Weiters wird eine neue, kompakte und temperaturstabile, motorisierte Positioniereinheiterstellt, die eine thermische Längenänderung der Komponenten in einer Positioniereinheitkompensiert und eine schnelle und zuverlässige Positionierung ermöglicht. Damit sindEinsatzmöglichkeiten der motorisierten Positioniereinheit in Umgebungen mit großenTemperatursprüngen möglich, ohne dass sich durch die Temperaturänderungeninakzeptable Driftbewegungen ergeben. Es wird eine erfindungsgemäße Positioniereinheitzur genauen Positionierung von Werkstücken oder zur Probenpositionierung fürMikroskope, Rastersondenmikroskope, Rasterkraftmikroskope, Elektronenmikroskopeund dergleichen bereitgestellt.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung werden durch die Merkmaleder abhängigen Ansprüche näher definiert:

Um zu verhindern, dass der Linearantrieb selbst andere als längs der Spindelachsegerichtete Lasten, beispielsweise Drehmomente um Achsen quer zur Spindelachse,aufnehmen muss, ist ein symmetrischer Aufbau vorteilhaft. Dabei ist vorgesehen, dassvier Kompensationsstäbe verwendet werden, wobei jeweils zwei benachbarteKompensationsstäbe an einem Ende jeweils über ein Gelenk verbunden sind und an demjeweils anderen Ende an dem länglichen Teil des Linearantriebs über eine der zweijeweils am Ende des länglichen Teils des Linearantriebs angeordnetenGelenksanordnungen verbunden sind, wobei jeweils die zwei über die Gelenkeverbundenen Kompensationsstäbe und der längliche Teil des Linearantriebs in Formeines Dreiecks angeordnet sind und jeweils der Winkel zwischen den zwei an denGelenken verbundenen Kompensationsstäben an den Gelenken durch eine thermischeLängenänderung des länglichen Teils des Linearantriebs veränderbar ist, wobei die vierKompensationsstäbe in Form eines Parallelogramms angeordnet sind und wobei derSchlitten mit den Gelenken und der kurze Teil des Linearantriebs mit der Basis verbundenist oder der Schlitten mit dem kurzen Teil des Linearantriebs und die Basis mit denGelenken verbunden ist.

So wird der längliche Teil des Linearantriebs nicht auf Biegung beansprucht und derLeichtlauf des Linearantriebs wird garantiert sowie ein Verkippen des Schlittensverhindert.

Eine besonders günstige Anordnung und Kraftverteilung in den Kompensationsstäbenwird erreicht, indem die zwei, insbesondere vier, Kompensationsstäbe die gleiche Längeaufweisen und jeweils die zwei über das Gelenk verbundenen Kompensationsstäbe mitdem länglichen Teil des Linerantriebs in Form eines gleichschenkliges Dreiecksangeordnet sind und insbesondere die vier Kompensationsstäbe in Form einesParallelogramms angeordnet sind.

Eine alternative Ausführungsform wird bereitgestellt, indem die zwei, insbesondere vier,Kompensationsstäbe, vorzugsweise paarweise, unterschiedliche Längen aufweisen undjeweils die zwei über das Gelenk verbundenen Kompensationsstäbe mit dem länglichenTeil des Linerantriebs in Form eines allgemeinen Dreiecks angeordnet sind und/oderinsbesondere die vier Kompensationsstäbe in Form eines allgemeinen Vierecksangeordnet sind.

Der Aufbau der Gelenksanordnung wird vereinfacht und so die Kosten einererfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert, wenn die Gelenksanordnungen jeweilszumindest zwei Teilgelenke aufweisen, wobei jeweils jedes Teilgelenk dieGelenksanordnungen mit jeweils einem Kompensationsstab verbindet.

Die Größe der Vorrichtung wird reduziert, indem die Gelenke, die Gelenksanordnungenund/oder die Teilgelenke als Festkörpergelenke ausgebildet sind.

Die Verwendung von Festkörpergelenken bietet deutliche Vorteile gegenüber diskretenGelenken. So sind sie spielfrei, reibungsfrei also weitestgehend linear in ihrem Verhalten,preiswert und in geringerem Bauraum zu realisieren.

Die Vorrichtung kann besonders flach ausgeführt werden und die Spannungen werdenbesonders effektiv in der Vorrichtung verteilt, wenn die Gelenke, die Gelenksanordnungenund der Linearantrieb in einer Ebene angeordnet sind, wobei die Gelenke in dieser Ebeneverschiebbar sind.

Die Steifigkeit der Positioniereinheit wird erhöht, wenn die Kompensationsstäbe, dieGelenke und/oder die Gelenksanordnungen zur steiferen Ausführung doppelt ausgeführtsind und jeweils in je zwei insbesondere parallel zueinander angeordneten Ebenen ineinem Abstand zur Bewegungsebene des Linerantriebes, insbesondere in gespiegelterAnordnung um den Linearantrieb, angeordnet sind.

Der Schlitten wird gegen Verdrehung und Verklemmung geschützt, wenn der Schlitten inzumindest einer Führung, insbesondere einer Kreuzrollenführung, geführt ist. DesWeiteren sind alternativ Linearkugelführungen, aerostatische oder hydrostatischeLinearführungen verwendbar.

Eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung wird erreicht, wenn der Linearantrieb alsSpindelantrieb ausgebildet ist, wobei das längliche Teil als Spindel und das kurze Teil alseine auf der Spindel laufende Mutter ausgebildet ist, wobei die Kompensationsstäbejeweils mit einem der Enden der Spindel über die Gelenkanordnung, insbesondere mitTeilgelenken, verbunden sind und wobei der Schlitten mit der Mutter und die Basis mitdem Gelenk, insbesondere den zwei Gelenken, verbunden ist oder der Schlitten mit demGelenk, insbesondere den zwei Gelenken, und die Basis mit der Mutter verbunden ist.

Die Längenänderung der Spindel wird besonders gut in der Vorrichtung aufgenommen,wenn die Spindel jeweils in einem Lager, insbesondere einem festen Lager, an denGelenksanordnungen gelagert ist.

Im Falle der Verwendung eines einseitigen eingespannten Lagers muss eineVorspannung im System verwirklicht werden, die dafür sorgt, dass ein konstruktiveinseitiges Lager dennoch als Festlager wirkt.

Die Anbindung an den Schlitten oder die Basis kann verbessert werden, wenn dieVorrichtung Federn aufweist, wobei jeweils eine Feder jeweils ein Gelenk mit demSchlitten oder der Basis verbindet und/oder die Gelenke jeweils durch Federnvorspannbar sind.

Die Vorspannung erlaubt weiters eine Einstellung des Initialzuges bzw. Initialdrucks andem länglichen Teil des Linerantriebes und den Winkel zwischen den über das Gelenkverbundenen Kompensationsstäben zu verändern.

Eine einfache Ausführung der Positioniereinheit wird erreicht, indem die

Kompensationsstäbe und/oder die Gelenksanordnungen in einer, vorzugsweise ebenen,Platte, insbesondere einem Blech, integriert und als diese Platte ausgebildet sind, wobeidie Gelenke und/oder die Teilgelenke, vorzugsweise in der Platte, als Festkörpergelenke,insbesondere als die Kompensationsstäbe und/oder die Gelenksanordnungenverbindende Stege, ausgebildet sind.

Die Herstellung der Platte wird beispielsweise durch Stanzen, Erodieren oderHerausschneiden der Platte aus beispielsweise einem Blech mittels Laser oder anderergeeigneter Fertigungsmethoden erreicht.

Die Steifigkeit der Positioniereinheit kann weiter erhöht werden, wenn zumindest zwei,insbesondere vier, Platten vorgesehen sind, wobei die Positioniereinheit durch zweiparallel zueinander angeordnete Ebenen von Gelenkstrukturen mit jeweils zwei Lagenvon Platten gebildet wird.

Eine einfache und schmal-bauende Ausführung der Positioniereinheit kann erreichtwerden, indem die Federn als Parallelogramm-Struktur ausgebildet sind, wobei dieParallelogramm-Strukturen in den Kompensationsstäben, insbesondere in die Platten,integriert sind.

Die Verbindung der Gelenke bzw. der Kompensationsstäbe mit dem Schlitten oder derBasis kann erreicht werden, wenn die Kompensationsstäbe, insbesondere an derParallelogramm-Struktur angeordnete, vorzugsweise im Bereich der Gelenke,Anschlusspunkte aufweisen, wobei die Anschlusspunkte eines Kompensationsstabes mitden Anschlusspunkten des über das jeweilige Gelenk verbundenen Kompensationsstabesjeweils über ein Verbindungselement mit dem Schlitten oder der Basis verbunden sind.

Um den Wärmeeintrag in die Kompensationsstruktur gering zu halten und lokaleTemperaturgradienten zu vermeiden, ist vorgesehen, dass der Linearantrieb, dieGelenksanordnungen und die Kompensationsstäbe zueinander eine gute thermischeKopplung aufweisen, beispielsweise über geeignete Materialwahl, wie zum Beispielgleiche Materialien oder Materialien mit geeigneten Wärmeleitungskoeffizienten, und/odergroße Kontaktflächen zum Rest der Positioniereinheit, wie etwa dem Schlitten, der Basisund dem Motor, beispielsweise durch kleine Kontaktflächen und den gezielten Einsatz vonIsolierschichten, beispielsweise Kunststoffschichten oder Luftspalte, aber thermischweitestgehend entkoppelt sind. Außerdem wird die Kompensationsstruktur in ihrerthermischen Masse bewusst gering gehalten, während die thermische Masse der nichtlagebestimmenden Komponenten vergleichsweise groß ist. Durch das Zusammenspieldieser Charakteristika verteilt sich Wärme, die in die Positioniereinheit eingebracht wirdvorzugsweise in den nicht lagebestimmenden Teilen. Die geringe Wärmemenge, diedennoch über die thermische Entkopplung in die Kompensationsstruktur fließt, verteilt sichin der Kompensationsstruktur aufgrund der guten thermischen Kopplung und der geringenthermischen Masse schnell und lässt kaum Temperaturgradienten entstehen.

Eine Positioniereinheit mit einem 2-dimensional positionierbaren Schlitten wirdbereitgestellt, indem zwei Positioniereinheiten und jeweils ein den Positioniereinheiten zugeordneter Linearantrieb vorgesehen sind, wobei vorzugsweise dieBewegungsrichtungen der Schlitten der Linerantriebe orthogonal zueinander verlaufen,und wobei einer der Schlitten mit der Basis oder dem Schlitten der jeweils anderenPositioniereinheit verbindbar ist.

Eine Positioniereinheit mit einem 3-dimensional positionierbaren Schlitten wirdbereitgestellt, indem eine weitere Positioniereinheit zur 3-dimensionalen Positionierungvorgesehen ist, wobei vorzugsweise die weitere Positioniereinheit orthogonal zu den zweiPositioniereinheiten angeordnet ist, und mit der Basis oder dem Schlitten einer der zweiPositioniereinheiten verbindbar ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibungund den beiliegenden Zeichnungen.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nichteinschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematischdargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben:

Fig. 1a zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßenPositioniereinheit, Fig. 1b zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform dererfindungsgemäßen Positioniereinheit mit vier Kompensationsstäben, Fig. 2 zeigt eineschematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniereinheitmit am Bezugssystem bzw. einer an der Basis befestigten Mutter, Fig. 3 zeigt eineAusführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniereinheit mit Schlitten inperspektivischer Ansicht, Fig. 4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht gemäß Fig. 3,Fig. 5a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform derKompensationsstruktur der erfindungsgemäßen Positioniereinheit, Fig. 5b zeigt eineperspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Kompensationsstruktur dererfindungsgemäßen Positioniereinheit mit vier Platten, Fig. 6 und 7 zeigen eineDetailansicht einer Ausführungsform von Gelenken im unverformten und verformtenZustand, Fig. 8 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßenPositioniereinheit, Fig. 9 zeigt einen Grundriss einer Ausführungsform der Vorrichtung undFig. 10 eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei orthogonal zueinander positioniertenPositioniereinheiten.

Fig. 1a zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniereinheit 10 mit zweiKompensationsstäben 4a und 4b die über ein Gelenk 6 verbunden sind und in einem gleichschenkligen Dreieck mit einem langen Teil eines Lineantriebs 1 angeordnet sind.Diese Ausführungsform wird in der Figurenbeschreibung der Ausführungsform der Fig. 1banalog erläutert.

In Fig. 1b ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniereinheit 10 inschematischer Ansicht dargestellt. Die Positioniereinheit 10 weist einen Linearantrieb 1umfassend einen länglichen Teil und einen kurzen Teil auf. Der Linearantrieb 1 ist beidieser Ausführungsform als Spindelantrieb ausgebildet, wobei der längliche Teil eineSpindel 2 und der kurze Teil eine Mutter 7 ist. Die Mutter 7 sitzt auf der Spindel 2 und istan einem Schlitten 3 befestigt. Bei Rotation der Spindel 2 wird der Schlitten 3 durch dieMutter 7 entlang der Spindelachse translatorisch bewegt. Die Spindel 2 ist an ihren Endenmittels zweier Lager 15a und 15b, bei dieser Ausführungsform mittels als Festlagerausgeführter Wälzlager, drehbar gelagert und an den Lagern 15a und 15b jeweils miteiner Gelenksanordnung 5a und 5b verbunden. Die Positioniereinheit 10 weist eineKompensationsstruktur 11 mit vier Kompensationsstäben 4a, 4b, 4c und 4d auf. Zwei derbenachbarten Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c und 4d, nämlich die Kompensationsstäbe4a und 4b, sind an einem ihrer Enden jeweils über ein Gelenk 6a, bei dieserAusführungsform beispielsweise ein Scharniergelenk, miteinander verbunden und anihrem anderen Ende jeweils über die Gelenksanordnung 5a und 5b mit der Spindel 2 desLinearantriebs 1 verbunden. Die beiden weiteren Kompensationsstäbe 4c und 4d sindanalog zu den Kompensationsstäben 4a, 4b ebenfalls über ein Gelenk 6b an einem ihrerEnden, dem benachbarten, miteinander verbunden und mit dem jeweils anderen Endeebenfalls an der Gelenksanordnung 5a und 5b befestigt. Jeweils die Kompensationsstäbe4a und 4b und die Kompensationsstäbe 4c und 4d bilden zusammen ein Parallelogramm.Die Kompensationsstäbe 4a und 4b sowie die Kompensationsstäbe 4c und 4d bilden überdas Gelenk 6a bzw. 6b mit der Spindel 2 des Linearantriebs 1 jeweils eingleichschenkliges Dreieck. Die Gelenke 6a und 6b sind jeweils über eine Feder 9a, 9b mitder Basis 16, also dem Rahmen der Positioniereinheit 10, verbunden. DieKompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d sind an den Gelenken 6a und 6b mittelsschwenkbarer Scharniergelenke drehbar miteinander verbunden und an derGelenksanordnung 5a, 5b jeweils an einem Teilgelenk 13a, 13b und 14a, 14b, bei dieserAusführungsform ebenfalls über ein Scharniergelenk, schwenkbar gelagert. NebenScharniergelenken sind ebenso Kugelgelenke oder andere drehbare Gelenke für dieGelenke 6a, 6b und die Teilgelenke 13a, 13b und 14a, 14b geeignet und können analogverwendet werden.

Bei einer thermisch bedingten Längenänderung der Spindel 2 wird der Abstand zwischenden beiden Gelenksanordnungen 5a und 5b vergrößert. Die Kompensationsstäbe 4a, 4b,4c 4d werden über die Gelenksanordnungen 5a und 5b und die Teilgelenke 13a, 13b und14a, 14b geneigt und die Gelenke 6a, 6b werden orthogonal zur Spindelachse in Richtungder Spindel 2 verschoben. Dies bewirkt weiters eine Vergrößerung, des Winkels zwischenden Kompensationsstäbe 4a und 4b bzw. 4c und 4d. Durch die Befestigung der Gelenke6a und 6b an der Basis 16, wird die Längenänderung der Spindel 2, durch dieVeränderung des Winkels zwischen den Kompensationsstäben 4a und 4b bzw. 4c und 4dund der Verschiebung der Gelenke 6a, 6b in Richtung der Spindel 2, nicht auf denSchlitten 3 übertragen und der Schlitten 3 verharrt an seinem Ort. Die Federn 9a und 9b,die die Gelenke 6a, 6b mit der Basis 16 verbinden, können zur besseren Einstellung desAbstands zwischen den Gelenken 6a, 6b oder zur Vermeidung eines Lagerspiels in denGelenksanordnungen 5a und 5b, eine Vorspannung aufweisen oder aufbringen. DieFedern 9a, 9b können äquivalent auch durch pneumatische oder geregelte hydraulischeZylinder oder durch andere Federarten ersetzt werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform weist einen analogen Aufbau derPositioniereinheit 10 zu der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform auf. Jedoch ist dieMutter 7 fest mit der Basis 16, also dem Rahmen der Positioniereinheit 10 und demBezugsystem, verbunden. Der Schlitten 3 ist bei dieser Ausführungsform mit denGelenken 6a, 6b über die Federn 9a und 9b verbunden. Bei dieser Anordnung werden beiRotation der Spindel 2, die Spindel 2, durch die feststehende Mutter 7, dieKompensationsstäbe 4a, 4b, 4c 4d, die Gelenksanordnungen 5a, 5b, die Gelenke 6a, 6bund der an den Gelenken 6a, 6b verbundene Schlitten 3 translatorisch bewegt. DerSchlitten 3 ist zur besseren Führung auf den beiden Längsseiten jeweils über eineFührung 8a, 8b, z.B. Kreuzrollenführungen, geführt und gelagert.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Positioniereinheit 10 mit dem Schlitten 3und dem Linearantrieb 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Fig. 4 zeigt dazudie Schnittansicht dieser Ausführungsform. Die Spindel 2 wird durch einen Motor 23 (Fig.8) rotiert und bewegt die Spindel 2 relativ zu der an der Basis 16 bzw. dem Rahmenbefestigten Mutter 7. Die Lagerung der Spindel 2 erfolgt über Wälzlager 18a, 18b, die anbeiden Enden der Spindel 2 angebracht sind. Der Innenring der Wälzlager 18a, 18b wirdan einer Wellenschulter der Spindel 2 und der Außenring jeweils in einer Lagerschale17a, 17b geklemmt. An der Ober- und Unterseite der Lagerschalen 17a, 17b greifen dieGelenksanordnungen 5a, 5b an.

In Fig. 5a ist die Kompensationsstruktur 11 der Positioniereinheit 10 der in Fig. 3 und 4beschriebenen Anordnung dargestellt. Die Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d sind inzwei Platten 20a und 20b, z.B. dünne Metall-Bleche, gemeinsam mit denGelenksanordnungen 5a, 5b ausgebildet bzw. integriert. Die Lagerschalen 17a, 17b sindmit den Gelenksanordnungen 5a, 5b verbunden. Die gesamte Kompensationsstruktur 11wird durch zwei parallel zueinander angeordnete Ebenen von Gelenkstrukturen mit einerder Platten 20a und 20b gebildet, wobei die beiden Ebenen der Gelenkstrukturengespiegelt um die Achse der Spindel 2 bzw. gespiegelt zu dem Linearantrieb 1angeordnet sind. Dies erhöht die Steifigkeit zwischen Schlitten 3 und Basis 16. Außerdembleibt die Konstruktion so symmetrisch, ohne dass die Kompensationsstruktur 11 auf derHöhe der Spindel liegen muss.

Fig. 5b zeigt eine weiter Ausführungsform der Kompensationsstruktur 11 derPositioniereinheit 10 mit vier Platten 20a, 20b, 20c, 20d. Die gesamte

Kompensationsstruktur 11 wird durch zwei parallel zueinander angeordnete Ebenen vonGelenkstrukturen mit jeweils zwei Lagen von aneinander anliegenden Platten 20a, 20b,20c, 20d gebildet, wobei die beiden Ebenen der Gelenkstrukturen gespiegelt um dieAchse der Spindel 2 bzw. gespiegelt zu dem Linearantrieb 1 angeordnet sind. Die Platten20a, 20b, 20c, 20d sind ident ausgebildet und liegen deckend übereinander. Die Gelenke6a, 6b und die Teilgelenke 13a, 13b, 14a, 14b sind in den Platten 20a, 20b, 20c, 20d, alsFestkörpergelenke ausgebildet (Fig. 9). Die Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d und dieGelenksanordnungen 5a, 5b werden durch die als Festkörpergelenke ausgebildetenGelenke 6a, 6b und Teilgelenke 13a, 13b, 14a, 14b, bei dieser Ausführungsform in denPlatten 20a, 20b, 20c, 20d ausgebildete Stege, gelenkig verbunden.

Die Platten 20a, 20b, 20c, 20d sind in sich geschlossen und mit der Basis 16 über dieMutter 7 verbunden. Die Platten 20a, 20b, 20c, 20d sind mit dem Schlitten 3 über vierPaare von Anschlusspunkten 19a, 19b, 19c, 19d verbunden. Wie in Fig. 5a und 5bdargestellt, können die Anschlusspunkte 19a, 19b, 19c, 19d mittels

Verbindungselementen 21a, 21b, 21c, 21 d paarweise über Schrauben verbunden werdenund erst diese Verbindungselemente 21a, 21b, 21c, 21 d werden dann mit dem Schlitten 3verbunden. Alternativ können die Anschlusspunkte 19a, 19b, 19c, 19d direkt mit demSchlitten 3 verbunden sein.

Bei einer Ausdehnung der Spindel 2 bewegen sich die Lagerungen der Spindel 2 mit derSpindel 2 mit, der Schlitten 3 bleibt jedoch ortsfest. Die Gelenke 6a, 6b und dieTeilgelenke 13a, 13b und 14a, 14b kompensieren analog zu der in Fig. 2 beschriebenen

Ausführungsform die Ausdehnung der Spindel 2 und somit bleibt der Schlitten 3 und eineetwaige auf dem Schlitten 3 die zu untersuchende Probe auf der Positioniereinheit 10ebenfalls ortsfest. Alternativ ist der Aufbau auch in umgekehrte Funktionsrichtung miteiner bewegten Mutter 7 und fester Spindel 2 möglich.

Die Anschlusspunkte 19a, 19b, 19c, 19d und die Federn 9a, 9b, 9c, 9d werden ebenfallsals Festkörpergelenke ausgeführt bzw. an die Festkörpergelenke angepasst. EineDetailansicht der Anschlusspunkte 19a, 19b wird in Fig.6 im unverformten und in Fig. 7 imverformten Zustand dargestellt. Das als Festkörpergelenk ausgebildete Gelenk 6aermöglicht die relative Verkippung der beiden Kompensationsstäbe 4a, 4b zueinander undlegt den Drehpunkt der Verkippung weitestgehend fest. Die Lage des Drehpunkts inorthogonaler Richtung zur Spindelachse wird an jedem der beiden Kompensationsstäbe4a, 4b über jeweils eine Parallelogramm-Struktur 22a definiert, die in der Einbaulage eineweitestgehend reine Bewegung quer zur Spindelachse erlauben, eine Translation derGelenke 6a, 6b längs der Spindelachse aber verhindern. Die Parallelogramm-Strukturen22a selbst sind über die Anschlusspunkte 19a mit dem Schlitten 3 verbunden. Ist eineVorspannung der Spindel 2 über die Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d derPositioniereinheit 10 gewünscht, können die Anschlusspunkte 19a, 19b, 19c, 19d imLaufe der Montage in Richtung der Spindel 2 oder von der Spindel 2 weg gespanntwerden und so einen Initial-Zug oder -Druck auf die Spindel 2 bewirken.

Bestehen der Schlitten 3 und Kompensationsstruktur 11 der Positioniereinheit 10 ausMaterialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ist es möglich, jeweilsdie Anschlusspunkte 19a, 19b, 19c, 19d zweier Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d zuerstüber Verbindungselemente 21a, 21b, 21c, 21d zu verbinden, die den gleichenWärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen wie die Kompensationsstruktur 11 derPositioniereinheit 10 und diese Verbindungselemente 21a, 21b, 21c, 21d mit demSchlitten 3 zu verbinden. Auf diese Weise können temperaturinduzierte Spannungenzwischen den Anschlusspunkten 19a, 19b, 19c, 19d in den Parallelogramm-Strukturen22a, 22b, 22c, 22d verhindert werden. Fig. 7 zeigt eine Detailansicht derKompensationsstäbe 4a, 4b in verformten Zustand und die dadurch bewirkte Verformungder Parallelogramm-Strukturen 22a. Die Anschlusspunkte 19a bzw. das Gelenk 6awerden dabei in orthogonaler Richtung zur Achse der Spindel 2 verschoben, eineBewegung längs der Spindelachse wird unterbunden.

In Fig. 8 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniereinheit 10 mitLinearantrieb 1 und Schlitten 3 dargestellt. An einem Ende der Spindel 2 ist ein Antrieb, hier ein Schrittmotor 23, befestigt, der die Rotation der Spindel 2 erzeugt. Die Mutter 7 istfest mit der Basis 16 verbunden. Eine Rotation der Spindel 2 bewirkt die Verschiebungder Spindel 2 entlang der Spindelachse und somit die Translation des Schlittens 3 inRichtung der Spindelachse.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht einer in Fig. 5 beschriebenen Platte 20 mit den in der Platte 20bzw. dem Blech integrierten Kompensationsstäben 4a, 4b, 4c, 4d, Anschlusspunkten 19a,19b, Gelenken 6a, 6b, Gelenksanordnungen 5a, 5b mit Teilgelenken 13a, 13b und 14a,14b und Parallelogramm-Strukturen 22a, 22b.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung beinhaltet vier Kompensationsstäbe 4a,4b, 4c, 4d welche paarweise unterschiedliche Längenmaße aufweisen, beispielsweisekönnen die Kompensationsstäbe 4a und 4c bzw. 4b und 4d jeweils unterschiedlicheLängen aufweisen und in Form eines allgemeinen Vierecks angeordnet sein.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Es wird die Kombination zweierPositioniereinheiten 10a, 10b mit je einem Schlitten 3a, 3b und jeweils einem Linerantrieb1a, 1b zur Kompensation von temperaturbedingten Positionsfehlern dargestellt. DieseKombination erlaubt es, nicht nur lineare Verstellvorgänge zu bewerkstelligen, sondernauch 2-dimensionlae Bewegungen und gleichzeitige temperaturbedingte Positionsfehlerzu vermeiden. Eine zusätzliche Positioniereinheit orthogonal zu den beidenPositioniereinheiten 10a und 10b und somit eine 3-dimensionale Bewegung undgleichzeitige temperaturbedingte Positionsfehlerkompensation ist ebenso realisierbar.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, ein geeignetes Temperaturmanagement fürerfindungsgemäße Positioniereinheit 10 bereitzustellen. Die zuvor beschriebenen Aspekteder Erfindung gehen bisher alle von einem quasi-stationären Zustand aus, unterstellenalso, dass alle Komponenten die gleiche Temperatur besitzen. Bildet sich aberbeispielsweise in der Spindel 2 ein Temperaturgradient aus, der beispielsweise durch dieAnbringung des Antriebes an einem Ende wahrscheinlicher ist, dann kommt es zu einerungleichförmigen Ausdehnung der Spindel 2.

Bei den in Fig. 3 bis 10 dargestellten Ausführungsformen wird neben der Bereitstellungeiner Kompensationsstruktur 11 dem Effekt der inhomogenen Temperaturverteilung inden Komponenten der gezielte Aspekt von thermischer Isolation und thermischeKopplung entgegengesetzt. Die Komponenten die für die Lage des Schlittens 3 entlangseiner Verfahrrichtung verantwortlich sind, also die Spindel 2, die Mutter 7, die Lager 18a, 18b, die Gelenksanordnungen 5a, 5b und die Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4dund/oder die Platten 20a, 20b, 20c, 20d, werden zueinander thermisch gut gekoppelt undin ihrer thermischen Masse bewusst gering gehalten. Dies bewirkt, dass Wärme, die biszu diesen Komponenten vordringt sich schnell und gleichmäßig verteilt und dieTemperaturgradienten werden auf diesem Weg klein gehalten. Zu den umliegendenKomponenten wie etwa dem Schlitten 3 und dem Motor 23 wird eine hohe thermischeIsolation angestrebt. Außerdem wird eine hohe thermische Masse dieser Teile angestrebt.Dadurch findet Wärme aus diversen Quellen wie etwa dem Motor 23 ihren Weg eher indie nicht lagebestimmenden Komponenten, also den Schlitten 3, die Basis 16 und andereStrukturelemente. Außerdem ist der Wärmestrom über die Grenzen in denlagebestimmenden Bereich, Linearantrieb 1, Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d Gelenke6a, 6b usw., hinein klein im Vergleich zum Wärmestrom der im Inneren dieses Bereichsfür eine gleichmäßige Verteilung sorgt. Bei einer realistischen Temperaturerhöhung (z.B.durch den Motorantrieb) von 1-2°C dehnt sich die Spindel 2 um etwa 5pm aus.

Der Rahmen des Schrittmotors 23 ist in der Ausführungsform der Fig.8 und 10 mit demSchlitten 3 verbunden. Ebenso ist es auch denkbar, den Motor 23 an einer derLagerschalen 17a oder 17b anzuordnen. Diese Herangehensweise hat den Vorteil, dasssich der Motor 23 direkt im Antriebsstrang abstützt und das Torsionsmoment nicht überdie Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d abgestützt wird.

Die Gelenke 6a, 6b und die Gelenksanordnungen 5a, 5b in der dargestelltenAusführungsform werden als Festkörpergelenken realisiert. Die Verwendung vonFestkörpergelenken bietet deutliche Vorteile gegenüber diskreten Gelenken. So sind siespielfrei, reibungsfrei also weitestgehend linear in ihrem Verhalten und in geringeremBauraum zu realisieren. Alternativ dazu können auch diskrete Gelenke mit Gleit- undWälzlagern (z.B. Kugel- Zylinder- oder Nadellager) verwendet werden.

Wie bereits in der Figurenbeschreibung erwähnt, ist eine Anordnung, in der dietemperaturkompensierenden Komponenten der Positioniereinheit 10 zurTemperaturkompensation nicht Teil des Schlittens 3, sondern Teil der Basis 16 ist,ebenfalls denkbar.

Die oben beschriebene Erfindung kann analog auch an andern Linerantrieben eingesetztwerden. Beispiele dafür sind:

Spindeltriebe, Kugelgewindetriebe, zum Beispiel Kugelumlaufspindel,Rollengewindetriebe mit Rollenrückführung, Planetenrollengewindetriebe,

Trapezgewindetriebe, Steilgewindetriebe, Hydrostatische Gewindetriebe; Linearmotoren;Elektromechanische Zylinder, zum Beispiel Elektromotor mit Spindeltrieb;Pneumatikzylinder; Hydraulikzylinder; Gasdruckfedern; Zahnstangenantriebe; Scotch-Yoke-Kurbeltriebe, zum Beispiel Kurbelschlaufe; oder Zahnriemenantriebe.

Eine weitere Äquivalent-Ausführung der Positioniereinheit 10 zur Kompensation vontemperaturbedingten Längenänderungen in Linerantrieben ist auch mittels Biegestäbenmöglich. Die Biegestäbe können dabei die Kompensationsstäbe 4a, 4b, 4c, 4d und/oderdie Gelenke 6a, 6b sowie die Gelenksanordnungen 5a, 5b ersetzen. Die Biegestäbekönnten in gekrümmter Form oder in dreieckiger Anordnung ausgeführt sein. DieLängenänderung des Linearantriebs 1 würde sodann die Biegestäbe verformen und dieKrümmung der Biegestäbe oder den Winkel der Biegestäbe zueinander verändern undauf diese Weise das erfindungsgemäße Prinzip der Längenänderungs-Kompensationverwirklichen.

Claims (19)

1. Patentansprüche 1. Positioniereinheit für einen mit einem Linerantrieb (1) verstellbaren Schlitten (3)und einer Basis (16), wobei der Linearantrieb (1), insbesondere Spindelantrieb oderLinearmotor, einen länglichen Teil und einen kurzen Teil aufweist dadurchgekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (10) zumindest zwei Kompensationsstäbe(4a, 4b) aufweist, wobei jeweils zwei benachbarte Kompensationsstäbe (4a, 4b) an einemEnde über ein Gelenk (6) miteinander verbunden sind und an dem jeweils anderen Endemit dem länglichen Teil des Linearantriebs (1) über eine von zwei jeweils am Ende deslänglichen Teils des Linearantriebs (1) angeordneten Gelenksanordnungen (5a, 5b)verbunden sind, wobei die Kompensationsstäbe (4a, 4b) und der längliche Teil desLinearantriebs (1) in Form eines Dreiecks angeordnet sind und der Winkel zwischen denKompensationsstäben (4a, 4b) an dem Gelenk (6) durch eine thermischeLängenänderung des länglichen Teils des Linearantriebs (1) veränderbar ist und wobeider Schlitten (3) mit dem Gelenk (6) und der kurze Teil des Linearantriebs (1) mit derBasis (16) verbunden ist oder der Schlitten (3) mit dem kurzen Teil des Linearantriebs (1)und die Basis (16) mit dem Gelenk (6) verbunden ist.
2. 2. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vierKompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) vorgesehen sind, wobei jeweils zwei benachbarteKompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) an einem Ende jeweils über ein Gelenk (6a, 6b)verbunden sind und an dem jeweils anderen Ende an dem länglichen Teil desLinearantriebs (1) über eine der zwei jeweils am Ende des länglichen Teils desLinearantriebs (1) angeordneten Gelenksanordnungen (5a, 5b) verbunden sind, wobeijeweils die zwei über die Gelenke (6a, 6b) verbundenen Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c,4d) und der längliche Teil des Linearantriebs (1) in Form eines Dreiecks angeordnet sindund jeweils der Winkel zwischen den zwei an den Gelenken (6a, 6b) verbundenenKompensationsstäben (4a, 4b) an den Gelenken (6a, 6b) durch eine thermischeLängenänderung des länglichen Teils des Linearantriebs (1) veränderbar ist, wobei dievier Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) in Form eines Parallelogramms angeordnet sindund wobei der Schlitten (3) mit den Gelenken (6a, 6b) und der kurze Teil desLinearantriebs (1) mit der Basis (16) verbunden ist oder der Schlitten (3) mit dem kurzenTeil des Linearantriebs (1) und die Basis (16) mit den Gelenken (6a, 6b) verbunden ist.
3. 3. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die zwei, insbesondere vier, Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) die gleiche Längeaufweisen und jeweils die zwei über das Gelenk (6) verbundenen Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) mit dem länglichen Teil des Linerantriebs (1) in Form einesgleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind und insbesondere die vierKompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) in Form eines Parallelogramms angeordnet sind.
4. 4. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die zwei, insbesondere vier, Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d), vorzugsweisepaarweise, unterschiedliche Längen aufweisen und jeweils die zwei über das Gelenk (6)verbundenen Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) mit dem länglichen Teil desLinerantriebs (1) in Form eines allgemeinen Dreiecks angeordnet sind und/oderinsbesondere die vier Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) in Form eines allgemeinenVierecks angeordnet sind.
5. 5. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Gelenksanordnungen (5a, 5b) jeweils zumindest zwei Teilgelenke (13a, 13b,14a, 14b) aufweisen, wobei jeweils jedes Teilgelenk (13a, 13b, 14a, 14b) dieGelenksanordnungen (5a,5b) mit jeweils einem Kompensationsstab (4a, 4b, 4,c 4,d)verbindet.
6. 6. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Gelenke (6a, 6b), die Gelenksanordnungen (5a, 5b) und/oder die Teilgelenke(13a, 13b, 14a, 14b) als Festkörpergelenke ausgebildet sind.
7. 7. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Gelenke (6a, 6b), die Gelenksanordnungen (5a, 5b) und der Linearantrieb (1) ineiner Ebene angeordnet sind und die Gelenke (6a, 6b) in dieser Ebene verschiebbar sind.
8. 8. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Kompensationsstäbe, die Gelenke und/oder die Gelenksanordnungen zursteiferen Ausführung doppelt ausgeführt sind und jeweils in je zwei insbesondere parallelzueinander angeordneten Ebenen in einem Abstand zur Bewegungsebene desLinerantriebes (1), insbesondere in gespiegelter Anordnung um den Linearantrieb (1),angeordnet sind.
9. 9. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass der Schlitten (3) in zumindest einer Führung (8), insbesondere einerKreuzrollenführung, geführt ist.
10. 10. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Linearantrieb (1) als Spindelantrieb ausgebildet ist, wobei daslängliche Teil als Spindel (2) und das kurze Teil als eine auf der Spindel (2) laufendeMutter (7) ausgebildet ist, wobei die Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) jeweils miteinem der Enden der Spindel (2) über die Gelenkanordnung (5a, 5b), insbesondere mitTeilgelenken (13a, 13b, 14a, 14b), verbunden sind und wobei der Schlitten (3) mit derMutter (7) und die Basis (16) mit dem Gelenk (6), insbesondere den zwei Gelenken (6a,6b), verbunden ist oder der Schlitten (3) mit dem Gelenk (6), insbesondere den zweiGelenken (6a, 6b), und die Basis (16) mit der Mutter (7) verbunden ist.
11. 11. Positioniereinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (2)jeweils in einem Lager (18a, 18b), insbesondere einem Festlager, an denGelenksanordnungen (5a, 5b) gelagert ist.
12. 12. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Vorrichtung Federn (9a, 9b) aufweist, wobei jeweils eine Feder(9a, 9b) jeweils ein Gelenk (6a,6b) mit dem Schlitten (3) oder der Basis (16) verbindetund/oder die Gelenke (6a, 6b) jeweils durch Federn (9a, 9b) vorspannbar sind.
13. 13. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) und/oder dieGelenksanordnungen (5a, 5b) in einer, vorzugsweise ebenen, Platte (20), insbesondereeinem Blech, integriert und als diese Platte (20) ausgebildet sind, wobei die Gelenke (6a,6b) und/oder die Teilgelenke (13a, 13b, 14a, 14b), vorzugsweise in der Platte (20), alsFestkörpergelenke, insbesondere als die Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) und/oderdie Gelenksanordnungen (5a, 5b) verbindebene Stege, ausgebildet sind.
14. 14. Positioniereinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, insbesondere vier, Platten (20a, 20b, 20c, 20d) vorgesehen sind, wobei die Positioniereinheit (10) durch zwei parallel zueinander angeordnete Ebenen vonGelenkstrukturen mit jeweils zwei Lagen von Platten (20a, 20b, 20c, 20d) gebildet ist.
15. 15. Positioniereinheit nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (9a, 9b) als Parallelogramm-Struktur (22a, 22b) ausgebildet sind, wobei die Parallelogramm-Strukturen (22a, 22b) in den Kompensationsstäben (4a, 4b, 4c, 4d),insbesondere in die Platten (20a, 20b, 20c, 20d), integriert sind.
16. 16. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d), insbesondere an derParallelogramm-Struktur (22a, 22b) angeordnete, vorzugsweise im Bereich der Gelenke(6a, 6b), Anschlusspunkte (19a, 19b) aufweisen, wobei die Anschlusspunkte (19a, 19b)eines Kompensationsstabes (4a, 4b, 4c, 4d) mit den Anschlusspunkten (19a, 19b) desüber das jeweilige Gelenk (6a, 6b) verbundenen Kompensationsstabes (4a, 4b, 4c, 4d)jeweils über ein Verbindungselement (21a, 21b) mit dem Schlitten (3) oder der Basis (16)verbunden sind.
17. 17. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (1), die Gelenksanordnungen (5a, 5b) und dieKompensationsstäbe (4a, 4b, 4c, 4d) eine gute thermische Kopplung zueinander undgeringe thermische Massen aufweisen und/oder der Schlitten (3), die Basis (16) und derMotor (23) zu dem Linearantrieb (1), den Gelenkanordnungen (5a, 5b) und denKompensationsstäben (4a,4b,4c,4d) thermisch entkoppelt sind und eine große thermischeMasse in Verhältnis zu den Massen des Linearantriebs (1), der Gelenksanordnungen (5a,5b) und der Kompensationsstäbe (4a, 4b, 4c 4d) aufweisen.
18. 18. Positioniereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Positioniereinheiten (10a, 10b) und jeweils eine denPositioniereinheiten (10a, 10b) zugeordneten Lineareinheit (1a, 1b) vorgesehen sind,wobei vorzugsweise die Bewegungsrichtungen der Schlitten (3a, 3b) der Linerantriebe(1a, 1b) orthogonal zueinander verläuft, und wobei einer der Schlitten (3a, 3b) mit derBasis (16) oder dem Schlitten (3a, 3b) der jeweils anderen Positioniereinheit (10a, 10b)verbindbar ist.
19. 19. Positioniereinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine weiterePositioniereinheit, zur 3-dimensionalen Positionierung, vorgesehen ist, wobeivorzugsweise die weitere Positioniereinheit orthogonal zu den zwei Positioniereinheiten(10a und 10b) angeordnet ist, und mit der Basis (16a, 16b) oder dem Schlitten (3a, 3b)einer der zwei Positioniereinheiten (10a, 10b) verbindbar ist.