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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Werkstückleviationsvorrichtung
zum Halten und Fördern
eines Werkstücks
in Form einer dünnen
Platte, wobei das Werkstück
in der Luft gehalten wird.
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Zum
Fördern
von Werkstücken
in Form von dünnen
Platten, bspw. einem Flüssigkristallglassubstrat
zur Verwendung in Flüssigkristalldisplayeinheiten,
einem Halbleiterwafer oder dgl., werden Levitationsvorrichtungen
verwendet, um das Werkstück durch
ein Fluid zu levitieren und zu halten. Nachdem das Werkstück durch
die Levitationsvorrichtung angehoben wurde, wird das Werkstück bewegt,
wobei es außer
Kontakt mit anderen Objekten gehalten wird.
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Eine
Levitationsvorrichtung nutzt einen porösen Körper mit einer Vielzahl von
Poren zum Levitieren eines Werkstücks in Form einer dünnen Platte, bspw.
einem Flüssigkristallglassubstrat,
einem Halbleiterwafer oder dgl., während das Werkstück gefördert wird.
Insbesondere wird Luft aus den Poren des porösen Körpers zu dem Werkstück gestrahlt,
um das Werkstück
durch die Kraft der ausgestrahlten Luft mit einem bestimmten Abstand
in der Luft zu halten (zu levitieren). Das durch die Levitationsvorrichtung
angehobene Werkstück
wird zu einer gewünschten
Position gefördert,
wobei es außer
Kontakt mit anderen Objekten und außerdem frei von Staub gehalten
wird. Zur näheren
Beschreibung wird bspw. auf die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
2000-62950 verwiesen.
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Derartige
Werkstücke
werden in einem Reinraum gefördert,
um das Anhaften von Staubpartikeln an der Oberfläche des Werkstücks zu vermeiden.
In dem Reinraum wird ein abwärts
gerichteter Luftstrom erzeugt, um zu verhindern, dass Staubpartikel,
die von Arbeitern, die oberhalb des Werkstücks arbeiten, erzeugt werden,
auf die Werkstücke
aufgebracht werden. Bei den Werkstücken handelt es sich üblicherweise
um Glassubstrate, Halbleiterwafer oder dgl.
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Bei
der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-62950
beschriebenen Levitationsvorrichtung ist es abhängig von der Form und dem Gewicht
des zu levitierenden und in der Luft zu haltenden Werkstücks notwendig,
eine erhöhte
Zahl von porösen
Körpern
zum Ausstrahlen von Luft mit verstärkter Rate einzusetzen. Dadurch
wird die Verbrauchsmenge der Luft, die ausgestrahlt wird, um die Werkstücke mit
der Levitationsvorrichtung anzuheben, erhöht, was zu höheren Betriebskosten
führt.
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Die
größere Luftmenge,
die von dem porösen
Körper
zu den Werkstücken
ausgestrahlt wird, stört
zudem den abwärts
gerichteten Luftstrom, der in dem Reinraum erzeugt wird. Als Folge
hiervon können
Staubpartikel von den Arbeitern möglicherweise auf die Werkstücke aufgebracht
werden.
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Da
die Werkstücke üblicherweise
in Form dünner
Platten vorliegen, darf die Levitationsvorrichtung die Werkstücke nicht
belasten oder biegen, wenn diese nach oben angehoben und in der
Luft gehalten werden. Die Kräfte
der ausgestrahlten Luft werden auf ein Werkstück nur in Bereichen oberhalb der
entsprechenden porösen
Körper
und benachbarter Regionen aufgebracht. Ist der Oberflächenbereich
des durch den Luftstrom angehobenen Werkstücks groß, haben die porösen Körper einen
großen Abstand
voneinander. Dementsprechend hat das Werkstück eine große Fläche zwischen den porösen Körpern, auf
die die Kräfte
der ausgestrahlten Luft nicht wirken. Diese Regionen des Werkstücks, auf welche
die Kräfte
der ausgestrahlten Luft nicht wirken, neigen dazu, durch die Schwerkraft
belastet oder gebogen zu werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkstücklevitationsvorrichtung
vorzuschlagen, die ein Werkstück
in stabilem Zustand levitieren und halten kann, wobei die Verbrauchsmenge der
Luft, die ausgestrahlt wird, um das Werkstück zu levitieren, gesteuert
oder reduziert wird.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung
näher erläutert. Dabei
bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich
oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht auf ein Werkstückfördersystem mit einer Werkstücklevitationsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Seitenansicht des Werkstückfördersystems
gemäß 1;
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3 ist
eine Draufsicht auf eine Einheit des Werkstückfördersystems gemäß 1;
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4 ist
ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3;
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5 ist
ein vergrößerter Schnitt,
der Bereiche von Ringnuten in einer Werkstückhaltefläche und ein Werkstück gemäß 4 darstellt;
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6 ist
ein vergrößerter Schnitt
durch eine Werkstücklevitationsvorrichtung
gemäß einem
Vergleichsbeispiel, bei dem keine Ringnuten in einer Werkstückhaltefläche vorgesehen
sind;
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7 ist
ein vergrößerter Schnitt
durch eine Werkstücklevitationsvorrichtung,
wobei eine Werkstückhaltefläche aufgeraut
ist, anstatt Ringnuten vorzusehen.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht auf eine Einheit der Werkstücklevitationsvorrichtung,
bei welcher ein Halbleiterwafer als Werkstück levitiert und gehalten wird;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer Werkstücklevitationsvorrichtung gemäß einer
ersten Abwandlung, die eine Vielzahl von Fluidausstrahlelementen
aufweist, die als gerade Folge auf einer länglichen Platte angebracht
sind;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht einer Werkstücklevitationsvorrichtung gemäß einer
zweiten Abwandlung, die zwei im Wesentlichen parallele gerade Anordnungen
von Fluidausstrahlelementen, die mit Abständen auf einer Platte angeordnet
sind aufweist;
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11 ist
eine perspektivische Ansicht einer Werkstücklevitationsvorrichtung gemäß einer
dritten Abwandlung ähnlich
der Werkstücklevitationsvorrichtung
gemäß 10,
jedoch mit zwei im Wesentlichen parallelen geraden Anordnungen von
Fluidausstrahlelementen, die in Längsrichtung einer Platte versetzt
sind;
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12 ist
eine perspektivische Ansicht einer Werkstücklevitationsvorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform
mit einer Vielzahl von Fluidausstrahlelementen, die mit Abständen auf
einer im Wesentlichen rechteckigen Platte angeordnet sind; und
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13 ist
eine perspektivische Ansicht einer Werkstücklevitationsvorrichtung gemäß einer
fünften Ausführungsform,
die der Werkstücklevitationsvorrichtung
gemäß 12 ähnelt, aber
eine Vielzahl von Fluidausstrahlelementen aufweist, die in Längsrichtung
einer Platte versetzt angeordnet sind.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 ein Werkstückfördersystem mit einer Werkstücklevitationsvorrichtung 12 (nachfolgend
als "Levitationsvorrichtung 12" bezeichnet) gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Das
Werkstückfördersystem 10 umfasst
ein Paar gerader Führungsschienen 14a, 14b,
die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken, einen Gleitmechanismus 16,
der gleitend entlang der Führungsschienen 14a, 14b in
deren axialer Richtung verschiebbar ist, und eine Vielzahl von Levitationsvorrichtungen
12 zum Anheben und Halten eines Werkstücks 18 in Form einer
dünnen
Platte, bspw. einem Flüssigkristallglassubstrat.
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Die
Führungsschienen 14a, 14b weisen
voneinander einen festgelegten Abstand auf, und der Gleitmechanismus 16 greift
gleitend an oberen Abschnitten der Führungsschienen 14a, 14b an.
Der Gleitmechanismus 16 umfasst zwei Paare von Führungsblöcken 20a, 20b,
die gleitend an den Führungsschienen 14a, 14b angreifen,
und einen im Wesentlichen horizontalen plattenförmigen Tisch 22, der die
Führungsblöcke 20a, 20b verbindet.
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Die
Führungsblöcke 20a, 20b haben
einen im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt und jeweils nach unten offene Aussparungen 24 einer
gegebenen Tiefe, die auf obere Abschnitte der Führungsschienen 14a, 14b aufgesetzt
sind. Wenn ein Förderer
(nicht dargestellt), der mit dem Gleitmechanismus gekoppelt ist,
betätigt
wird, wird der Tisch 22, der die Führungsblöcke 20a, 20b verbindet,
gemeinsam mit den Führungsblöcken 20a, 20b entlang
der Führungsschienen 14a, 14b verschoben.
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Eine
Vielzahl von bspw. sechs Levitationsvorrichtungen 12, die
in zwei im Wesentlichen parallelen Anordnungen, welche voneinander
einen festgelegten Abstand aufweisen, angeordnet sind, sind an einer
oberen Fläche
des Tisches 22 angebracht.
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Wie
in den 3 und 4 dargestellt ist, umfasst jede
der Levitationsvorrichtungen 12 einen Körper 28, der mit einem
unter Druck stehenden Fluid, bspw. Druckluft, über einen Zufuhranschluss 26 versorgt
wird, ein in eine Öffnung 30 in
dem Körper 28 eingesetztes
Fluidausstrahlelement 32 und eine Platte 34, die
das Fluidausstrahlelement 32 an dem Körper 28 hält. Der
Körper 28 und
die Platte 34 werden integral so miteinander verbunden,
dass sie als ein Vorrichtungsgrundkörper dienen.
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Der
Körper 28 hat
die Form eines Hohlzylinders mit Boden. Wie in 4 dargestellt
ist, ist der Zufuhranschluss 26 in einer Seitenwand des
Körpers 28 ausgebildet
und steht mit einer Verbindungskammer 36, die in dem Körper 28 ausgebildet
ist, in Verbindung. Eine Rohrleitung 38, die an eine Druckfluidzufuhrquelle
(nicht dargestellt) angeschlossen ist, ist über einen Verbindungsstopfen 40 mit dem
Zufuhranschluss 26 verbunden. Das unter Druck stehende Fluid,
das von der Druckfluidzufuhrquelle zugeführt wird, fließt durch
die Leitung 38 und wird von dem Zufuhranschluss 26 in
die Verbindungskammer 36 in dem Körper 28 eingeführt.
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Der
Körper 28 hat
einen Ringflansch 42, der von seinem oberen Bereich, auf
dem die Platte 34 angebracht ist, nach oben vorsteht. Der
Ringflansch 42 weist eine äußere Umfangsfläche auf,
die von einer unteren äußeren Umfangsfläche der
Körpers 28 radial
nach innen versetzt ist. Die Öffnung 30 ist
in dem Ende des Ringflansches 42 in Verbindung mit der
Verbindungskammer 36 ausgebildet. Eine ringförmige Dichtung 44 ist
in einer Ringnut angebracht, die in der Endfläche des Ringflansches 42 radial
außerhalb
der Öffnung 30 ausgebildet
ist.
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Eine
Bolzenöffnung 46 ist
in axialer Richtung durch einen unteren Bereich des Körpers 28 radial außerhalb
der Verbindungskammer 36 ausgebildet. Die Bodenfläche des
Körpers 28 ist
auf dem Tisch 22 angebracht (vgl. 2).
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Das
Fluidausstrahlelement 32 umfasst eine im Wesentlichen kreisförmige dünne Platte
aus einem porösen
Material, bspw. einer luftpermeablen Keramik, einem Sintermaterial
oder dgl., und ist an der Endfläche
des Ringflansches 42 des Körpers 28 angeordnet.
Das Fluidausstrahlelement 32 weist einen oberen Bereich
auf, der in ein Loch 50 (später beschrieben) in der Platte 34 eingesetzt
ist. Das Fluidausstrahlelement 32 weist auch einen Ringflansch 48 an
seinem unteren Bereich auf, der radial nach außen vorsteht. Das Fluidausstrahlelement 32 weist eine
Vielzahl von Poren auf, die jeweils einen Innendurchmesser von etwa
100 μm oder
größer aufweisen.
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Das
Fluidausstrahlelement 32 kann aus einem beliebigen porösen Material
hergestellt sein, soweit die Poren jeweils einen Innendurchmesser
von etwa 100 μm
oder mehr aufweisen.
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Die
Platte 34 hat eine Torusform mit dem zentral darin ausgebildeten
Loch 50. Wenn der obere Bereich des Fluidausstrahlelementes 32 in
das Loch 50 eingesetzt wird, greift der Flansch 48 an
einer Eingriffsstufe 52 der Platte 34 an, die
einen größeren Außendurchmesser
aufweist als das Loch 50. Hierbei fluchten die Werkstückhaltefläche (Haltefläche) 53 als
die obere Fläche
der Platte 34 und eine obere Fläche des Fluidausstrahlelementes 32,
welches in das Loch 50 eingesetzt ist und dem Werkstück 18 zugewandt
ist, im Wesentlichen.
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Die
Werkstückhaltefläche 53 der
Platte 34 weist eine Vielzahl von darin ausgebildeten Ringnuten 55a, 55b auf,
die radial außerhalb
des Loches 50 in der Platte 34 ausgebildet sind.
Die Zahl der Ringnuten 55a, 55b, die sich ringförmig um
das Loch 50 erstrecken, ist nicht beschränkt.
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Wie
in 7 dargestellt ist, kann die Werkstückhaltefläche 53 der
Platte 34 anstelle der Ringnuten 55a, 55b kleine
Oberflächenunebenheiten 57 aufweisen.
Die kleinen Oberflächenunebenheiten 57 können bspw.
durch Beaufschlagen der Werkstückhaltefläche 53 mit
Stahlkugeln in einem Kugelstrahlprozess ausgebildet werden.
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Die
Ringnuten 55a, 55b oder die Oberflächenunebenheiten 57 dienen
als Durchflussratenreduzierer an der Werkstückhaltefläche 53. Wenn das unter
Druck stehende Fluid von dem Fluidausstrahlelement 32 zu
der unteren Fläche
des Werkstücks 18 gestrahlt
wird, fließt
das Druckfluid zwischen dem Werkstück 18 und der Platte 34 von
einem zentralen Bereich der Platte 34 radial nach außen. Das
radial nach außen
fließende
Druckfluid wird teilweise in die Ringnu ten 55a, 55b oder
die Vertiefungen der kleinen Oberflächenunebenheiten 57 eingeführt.
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Die
Ringnuten 55a, 55b oder die Oberflächenunebenheit 57 reduzieren
die Rate des Druckfluides, das zwischen dem Werkstück 18 und
der Werkstückhaltefläche 53 fließt und nach
außen
abgeführt
wird. Daher wird die Rate des Druckfluides, das aus dem Bereich
zwischen dem Werkstück 18 und der
Platte 34 nach außen
abgeführt
wird, reduziert.
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Der
Durchflußratenreduzierer,
der an der Werkstückhaltefläche 53 vorgesehen
ist, um die Abflussrate des Druckfluides zu reduzieren, ist nicht
auf die Ringnuten 55a, 55b oder die Oberflächenunebenheit 57 beschränkt. Vielmehr
kann der Durchflussratenreduzierer beliebig ausgestaltet sein, bspw. als
von der Werkstückhaltefläche 53 zu
dem Werkstück 18 vorstehende
Vorsprünge,
die einen Fließwiderstand
auf das zwischen dem Werkstück 18 und der
Platte 34 fließende
Druckfluid ausüben
und die Rate des Druckfluides, das aus dem Bereich zwischen dem
Werkstück 18 und
der Platte 34 nach außen
abgeführt
wird, begrenzen.
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Die
Platte 34 weist eine ringförmige Aussparung 54 auf,
die in ihrem unteren Bereich ausgebildet ist und einen Durchmesser
aufweist, der größer ist als
der der Eingriffsstufe 52.
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Die
Platte 34 weist ein darin in vertikaler Ausrichtung zu
der Bolzenöffnung 46 in
dem Körper 28 ausgebildetes
Gewindeloch 56 auf. Wenn der Ringflansch 42 des
Körpers 28 in
die ringförmige
Aussparung 54 in der Platte 34 eingesetzt wird,
wird ein Verbindungsbolzen 58 durch die Bolzenöffnung 46 in
die Gewindeöffnung 56 eingesetzt.
Die Platte 34 und der Körper 28 werden
nun integral miteinander gekoppelt, wobei das Fluidausstrahlelement 32 sandwichartig
zwischen ihnen aufgenommen ist. Der Verbindungsbolzen 58 weist
einen Kopf 58a auf, der in einer Buchse 60, die
in der unteren Fläche
des Körpers 28 ausgebildet
ist; angeordnet wird. Dadurch steht der Kopf 58a des Verbindungsbolzens 58 nicht von
der unteren Fläche
des Körpers 28 vor.
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Wenn
die Platte 34 an dem oberen Bereich des Körpers 28 angebracht
wird, dichtet die Dichtung 44 den Spalt zwischen der oberen
Fläche
des Körpers 28 und
dem Fluidausstrahlelement 32 und der Platte 34 hermetisch
ab. Dementsprechend kann das Druckfluid, das in den Körper 28 eingeführt wird,
nicht aus dem Körper 28 lecken.
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Das
Werkstückfördersystem 10 mit
der Werkstücklevitationsvorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden die Betriebsweise und die Vorteile
des Werkstückfördersystems 10 erläutert. Hierbei
wird angenommen, dass das Werkstückfördersystem 10 ein
Werkstück 18 in
Form einer dünnen
Platte mit einer großen
Oberfläche,
bspw. ein Flüssigkristallglassubstrat
oder dgl. fördert.
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Zunächst wird
die Verbindungskammer 36 in dem Körper 28 jeder der
Levitationsvorrichtungen 12 durch die Leitung 38,
welche mit der nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle verbunden
ist, mit dem Druckfluid versorgt. Die Raten des Druckfluides, das jeweils
den Levitationsvorrichtungen 12 zugeführt wird, werden durch eine
Steuerung oder dgl. (nicht dargestellt) so gesteuert, dass sie ausgeglichen
sind.
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Das
den Levitationsvorrichtungen 12 zugeführte Druckfluid tritt von einer
ersten Durchtrittsfläche 62,
die der Verbindungskammer 36 zugewandt ist, in das Fluidausstrahlelement 32 ein
und fließt
von einer zweiten Durchtrittsfläche 64 des
Fluidausstrahlelementes 32, die der ersten Durchtrittsfläche 62 gegenüberliegt,
zu der Werkstückhaltefläche 53 der Platte 34.
Zu dieser Zeit werden die Raten des Druckfluides, das von den zweiten
Durchtrittsflächen 64 der jeweiligen
Fluidausstrahlelemente 32 fließt, so gesteuert, dass sie
im Wesentlichen gleich sind.
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Dann
wird das Werkstück 18 durch
einen Robotermechanismus oder dgl. (nicht dargestellt) im Wesentlichen
horizontal über
dem Werkstückfördersystem 10 angeordnet
(vgl. 1).
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Das
von den Fluidausstrahlelementen 32 der Levitationsvorrichtung 12 nach
oben gestrahlte Druckfluid wird auf das Werkstück 18 aufgebracht. Nachdem
das Druckfluid auf das Werkstück 18 aufgebracht
wurde, fließt
es zwischen dem Werkstück 18 und
der Werkstückhaltefläche 53 der
Platte 34 radial nach außen und wird dann in die Umgebung
abgeführt.
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Zu
dieser Zeit fließt
ein Teil des Druckfluides in die Ringnuten 55a, 55b,
die einen Durchflusswiderstand auf das Druckfluid ausüben. Die
Ringnuten 55a, 55b reduzieren daher die Rate des
Druckfluides, das zwischen dem Werkstück 18 und der Werkstückhaltefläche 53 fließt, so dass
die Rate des Druckfluides, das von dem Bereich zwischen dem Werkstück 18 und
der Werktückhaltefläche 53 in
die Umgebung abgeführt
wird, verringert wird.
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Der
Raum zwischen dem Werkstück 18 und der
Platte 34 wird von dem Fluidausstrahlelement 32 kontinuierlich
mit dem Druckfluid mit einer Rate versorgt, die größer ist
als die Menge des Druckfluides, die zwischen dem Werkstück 18 und
der Platte 34 fließt.
Daher wird das Druckfluid kontinuierlich in den Zwischenraum zwischen
dem Werkstück 18 und
der Platte 34 gepresst, wodurch der Druck P1 des Fluides
zwischen dem Werkstück 18 und
der Platte 34 erhöht
wird.
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6 zeigt
einen vergrößerten Teilschnitt
einer Werkstücklevitationsvorrichtung
gemäß einem Vergleichsbeispiel,
bei dem keine Ringnuten an der Werkstückhaltefläche 53 einer Platte 34a vorgesehen
sind. Bei der Werkstücklevitationsvorrichtung
gemäß 6 fließt das Druckfluid,
das von dem Fluidausstrahlelement 32 in den Zwischenraum
zwischen dem Werkstück 18 und
der Werkstückhaltefläche 53 fließt, mit
unverringerter Rate und wird aus dem Raum zwischen dem Werkstück 18 und
der Werkstückhaltefläche 53 in
die Umgebung abgeführt.
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Wenn
das Druckfluid, das aus den Fluidausstrahlelementen 32 ausgestrahlt
wird, zwischen der Platte 34 und dem Werkstück 18 radial
nach außen fließt, wird
aber der Druck des Fluides allmählich
von dem Druck P zu der Zeit, bei der das Fluid aus dem Fluidausstrahlelement 32 ausgestrahlt
wird, auf einen Druck P2 abgesenkt (P > P2). Dementsprechend muss die Rate des
Druckfluides erhöht
werden, um das Werkstück 18 mit
gewünschter
Höhe oberhalb der
Levitationsvorrichtung 12 schweben zu lassen und zu halten.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform fließt, wie
in 5 gezeigt, ein Teil des Druckfluides in die Ringnuten 55a, 55b,
die in der Werkstückhaltefläche 53 ausgebildet
sind, oder in die Vertiefungen der Oberflächenunebenheiten 57 (vgl. 7),
wodurch die Rate des Druckfluides, das zwischen dem Werkstück 18 und
der Werkstückhaltefläche 53 fließt und dann
in die Umgebung abgegeben wird, reduziert wird. Dementsprechend
nimmt der Druck P1 des Fluides zwischen dem Werkstück 18 und
der Platte 34 auf ein Niveau zu, das im Wesentlichen der
gleiche ist wie der Druck P beim Ausstrahlen des Fluides aus dem
Fluidausstrahlelement 32 (P1 ≈ P). Auch wenn die Rate des Druckfluides,
das aus dem Fluidausstrahlelement 32 ausgestrahlt wird,
reduziert wird, kann dementsprechend das Werkstück 18 mit einer gewünschten
Höhe über der
Levitationsvorrichtung 12 levitiert und im Wesentlichen
parallel zu der Endfläche
der Platte 34 gehalten werden.
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Zu
dieser Zeit wird das Werkstück 18 in
der Luft an einer Position gehalten, an welcher der Oberflächenbereich
und das Gewicht des Werkstücks 18, das
den Druck des von der zweiten Durchtrittsfläche 64 ausgestrahlten
Fluides aufnimmt, und die Druckkraft, die durch das Druckfluid aufgebracht
wird und das Werkstück 18 nach
oben drücken
will, im Gleichgewicht gehalten werden. Als Folge hiervon wird das Werkstück 18 durch
den Druck des Fluides, das aus dem Fluidausstrahlelement 32 der
Levitationsvorrichtung 12 ausgestrahlt wird, mit einem
bestimmten Abstand über
der Werkstückhaltefläche 53 der
Platte 34 und im Wesentlichen parallel zu der Werkstückhaltefläche 53 der
Platte 34 gehalten (vgl. 2).
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Der
Abstand, um den das in der Luft gehaltene Werkstück 18 durch das Druckfluid
von der Platte 34 beabstandet ist, wird durch den Druck
des aus dem Fluidausstrahlelement 32 ausgestrahlten Fluides,
die Form und das Gewicht des Werkstücks 18, den Innendurchmesser
der Poren des Fluidausstrahlelementes 32 und die Position
und Form der Ringnuten 55a, 55b bestimmt.
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Während das
Werkstück 18 durch
den Druck des Fluides über
der Levitationsvorrichtung 12 gehalten wird, wird, wie
in 2 gezeigt, der Gleitmechanismus 16, der
die Levitationsvorrichtungen 12 trägt, durch den Förderer,
bspw. ein Stellglied, in der durch den Pfeil A angezeigten Richtung
verschoben. Der Tisch 22 des Gleitmechanismus 16 wird
nun in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung verschoben, wobei
sich die Führungsblöcke 20a, 20b entlang der
Führungsschienen 14a, 14b bewegen.
Das Werkstück 18 wird
somit durch den Gleitmechanismus 16 gefördert, wobei es in der Luft
schwebend gehalten wird. Das Werkstück 18 wird durch einen Stoppmechanismus
(nicht dargestellt), der an jeder der Levitationsvorrichtungen 12 angeordnet
ist, daran gehindert, im Wesentlichen horizontal verschoben zu werden.
Wenn die Levitationsvorrichtungen 12 in axialer Richtung
durch den Gleitmechanismus 16 verschoben werden, wird daher
das Werkstück 18 daran
gehindert, gegenüber
den Levitationsvorrichtungen 12 verschoben zu werden.
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Daher
kann das Werkstück 18 gefördert werden,
wobei es außer
Kontakt mit dem Werkstückfördersystem 10 einschließlich der
Levitationsvorrichtungen 12 bleibt, so dass Staubpartikel
und dgl. nicht an dem Werkstück 18 anhaften
können.
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Nachdem
das Werkstück 18 durch
den Gleitmechanismus 16 in der Richtung des Pfeils A gefördert wurde
und der Fördervorgang
des Werkstücks 18 abgeschlossen
ist, wird das Werkstück 18 von dem
Werkstückfördersystem 10 entladen,
und dann wird der Gleitmechanismus 16 durch den Förderer (nicht
dargestellt) in Richtung des Pfeils B verschoben. Die Levitationsvorrichtungen 12 an
dem Gleitmechanismus 16 werden nun zu ihrer Ursprungsposition
zurückgeführt.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
sind die Levitationsvorrichtungen 12 mit Abständen an
dem Gleitmechanismus 16 vorgesehen und fördern das
Werkstück 18,
bspw. ein Flüssigkristallglassubstrat
oder dgl., mit einer großen
Oberfläche, wobei
sie das Werkstück 18 in
der Luft halten. Wie in 8 dargestellt ist, kann das
Werkstück 66,
bspw. ein scheibenförmiger
Halbleiterwafer oder dgl., aber auch durch eine einzelne Levitationsvorrichtung 12a levitiert
und durch ein Fördersystem
(nicht dargestellt) gefördert
werden.
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Bei
der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird das Fluidausstrahlelement 32, das
aus einem porösen
Material hergestellt ist, in das Loch 50 in der Platte 34 eingesetzt,
und die Werkstückhaltefläche 53 der
Platte 34, die dem Werkstück 18, 66 zugewandt
ist, weist die Ringnuten 55a, 55b oder die kleinen
Oberflächenunebenheiten 57 auf.
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Wenn
das von dem Körper 28 zugeführte und
aus dem Fluidausstrahlelement 32 ausgestrahlte Druckfluid
zwischen dem Werkstück 18, 66 und
der Werkstückhaltefläche 53 fließt und dann
in die Umgebung abgeführt
wird, fließt
ein Teil des Druckfluides in die Ringnuten 55a, 55b oder
die Vertiefungen der kleinen Oberflächenunebenheit 57.
Die Ringnuten 55a, 55b oder die Vertiefungen der
kleinen Oberflächenunebenheit 57 liefern
einen Durchflusswiderstand gegenüber
dem Druckfluid, das zwischen dem Werkstück 18, 66 und
der Werkstückhaltefläche 53 fließt, wodurch
die Rate des Druckfluides, das an die Umgebung abgegeben wird, begrenzt
wird.
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Daher
wird der Druck P1 des Fluides zwischen dem Werkstück 18, 66 und
der Platte 34 erhöht
und bleibt im Wesentlichen gleich dem Druck P zu der Zeit, wenn
das Fluid aus dem Fluidausstrahlelement 32 ausgestrahlt
wird (P1 ≈ P).
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Als
Folge hiervon dienen die Ringnuten 55a, 55b oder
die kleine Oberflächenunebenheit 57 der Werkstückhaltefläche 53 dem
Levitieren des Werkstücks 18, 66 in
die Luft mit reduzierter Rate an Druckfluid, so dass die Menge des
verbrauchten Druckfluides reduziert wird.
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Das
Werkstück 18, 66 wird
durch das Druckfluid nicht nur über
das Fluidausstrahlelement 32 sondern auch über die
Werkstückhaltefläche 53,
die im Wesentlichen mit der zweiten Durchtrittsfläche 64 des
Fluidausstrahlelementes 32 fluchtet, nach oben gedrückt. Daher
wird eine Druckkraft auf einen großen Bereich des Werkstücks 18, 66 aufgebracht,
so dass dessen Belastung oder Biegung durch die Schwerkraft verhindert
wird. Das Werkstück 18, 66 kann
somit stabil im Wesentlichen parallel zu der Werkstückhaltefläche 53 gehalten
werden.
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Staubpartikel,
die in dem Druckfluid, das durch das Fluidausstrahlelement 32 fließt, enthalten sind,
können
sich bei längerer
Nutzung möglicherweise
in den Poren des Fluidausstrahlelementes 32 ablagern. Wenn
das Fluidausstrahlelement 32 durch solche Staubpartikel
verstopft wird, wird das Fluidausstrahlelement 32 von der
Levitationsvorrichtung 12 abgenommen und gereinigt, um
die abgelagerten Staubpartikel aus den Poren zu entfernen. Da die
Poren einen Innendurchmesser von etwa 100 μm oder mehr aufweisen, können die
abgelagerten Staubpartikel einfach aus dem Fluidausstrahlelement 32 entfernt
werden.
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Werkstücklevitationsvorrichtungen 100, 110, 130, 140, 150 gemäß ersten
bis fünften
abgewandelten Ausführungsformen
weisen jeweils eine Vielzahl von Fluidausstrahlelementen auf, die
auf einer einzelnen Platte angebracht sind. Diejenigen Teile der Werkstücklevitationsvorrichtungen 100, 110, 130, 140, 150,
die denen der Werkstücklevitationsvorrichtung 12 gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
entsprechen, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf die
obige Beschreibung wird verwiesen.
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Wie
in 9 dargestellt ist, weist die Werkstücklevitationsvorrichtung 100 gemäß der ersten
abgewandelten Ausführungsform
eine Vielzahl von, bspw. fünf
Fluidausstrahlelementen 102a bis 102e auf, die
in einer geraden Anordnung auf einer länglichen Platte 104,
welche auf einem oberen Bereich eines Körpers 106 angebracht
ist, vorgesehen sind. Die Fluidausstrahlelemente 102a bis 102e weisen
in Längsrichtung
der Platte 104 jeweils einen festgelegten Abstand voneinander
auf.
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Der
Körper 106 hat
eine Anschlussöffnung (nicht
dargestellt), die in seiner einen Seitenwand ausgebildet ist und
mit einer Verbindungskammer in dem Körper 106 in Verbindung
steht, um ein Druckfluid den Fluidausstrahlelementen 102a bis 102e zuzuführen. Die
Leitung 38, die an die Druckfluidzufuhrquelle (nicht dargestellt)
angeschlossen ist, ist über den
Verbindungsstopfen 40 mit dem Zufuhranschluss verbunden.
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Die
Platte 104 weist eine Werkstückhaltefläche 104a mit Ringnuten
oder kleinen Oberflächenunebenheiten
(nicht dargestellt) wie bei der Werkstücklevitationsvorrichtung 12 gemäß der oben
beschriebenen ersten Ausführungsform
auf. Die Ringnuten oder kleinen Oberflächenunebenheiten liefern einen
Durchflusswiderstand gegenüber
dem Druckfluid, das entlang der Werkstückhaltefläche 104a fließt.
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Der
Zufuhranschluss, die Leitung 38 und der Verbindungsstopfen 40 für die Zufuhr
des Druckfluides müssen
nicht an einer Endfläche
des Körpers 106 angeordnet
sein, sondern können
auch an beiden Endflächen
des Körpers 106 vorgesehen
sein, wie es durch die gestrichelten Linien in 9 angedeutet
ist.
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Bei
der Werkstücklevitationsvorrichtung 100 gemäß der ersten
Abwandlung wird das Druckfluid von der nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle durch
die Leitung 38 und den Zufuhranschluss (nicht dargestellt)
in den Körper 106 eingeführt. Das
Druckfluid wird dann aus den Fluidausstrahlelementen 102a bis 102e auf
der Platte 104 zu der Werkstückhaltefläche 104a der Platte 104 gestrahlt.
Zu dieser Zeit werden die Raten des Druckfluides, das jeweils aus
den Fluidausstrahlelementen 102a bis 102e ausgestrahlt
wird, in dem Körper 106 so
gesteuert, dass sie im Wesentlichen ausgeglichen sind.
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Das
Werkstück 108 wird
durch die Fluidausstrahlelemente 102a bis 102e oberhalb
der Werkstückhaltefläche 104a der
Platte 104 gehalten.
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Da
die Fluidausstrahlelemente 102a bis 102e auf der
einzelnen Platte 104 angebracht sind und das Werkstück 108 durch
das von der einzelnen Leitung 138 und dem Zufuhranschluss
zugeführte Druckfluid
angehoben und gehalten wird, kann das Werkstück 108, das eine größere Oberfläche aufweist,
wirksam levitiert und gehalten werden.
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Wie
in 10 dargestellt ist, weist die Werkstücklevitationsvorrichtung 110 gemäß der zweiten abgewandelten
Ausführungsform
eine gerade Nut 114 auf, die im Wesentlichen zentral in
einer Platte 112 ausgebildet ist und sich in der Längsrichtung
der Platte 112 erstreckt, sowie eine Vielzahl von ersten Fluidausstrahlelementen 116a bis 116e und
zweiten Fluidausstrahlelementen 118a bis 118e,
die im Wesentlichen symmetrisch zu der geraden Nut 114 angeordnet
sind. Die ersten Fluidausstrahlelemente 116a bis 116 und
die zweiten Fluidausstrahlelemente 118a bis 118e liegen
im Wesentlichen parallel zueinander.
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Die
Platte 112 ist an einem oberen Bereich eines Körpers 120 angebracht,
und die Leitung 38, die mit der nicht dargestellten Druckfluidzufuhr
verbunden ist, und der Verbindungsstopfen 40 sind mit dem
Körper 120 gekoppelt.
Die Platte 112 weist eine Werkstückhaltefläche 112a mit Ringnuten
oder kleinen Oberflächenunebenheiten
(nicht dargestellt) wie bei der Werkstücklevitationsvorrichtung 12 gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
auf. Die Ringnuten oder kleinen Oberflächenunebenheiten sorgen für einen
Durchflusswiderstand gegenüber dem
Druckfluid, das entlang der Werkstückhaltefläche 112a fließt.
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Wie
oben beschrieben wurde, sind die ersten Fluidausstrahlelemente 116a bis 116e und
die zweiten Fluidausstrahlelemente 118a bis 118e auf
der einzelnen Platte 112 angebracht und im Wesentlichen
parallel zueinander angeordnet. Da ein Bereich zum Levitieren eines
Werkstücks 22 mit
der Werkstücklevitationsvorrichtung 110 in
Querrichtung erweitert ist, kann die Werkstücklevitationsvorrichtung 110 das
Werkstück 122,
das eine wesentlich größere Oberfläche aufweist,
wirksam anheben und halten.
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Wie
in 11 dargestellt ist, unterscheidet sich die Werkstücklevitationsvorrichtung 130 gemäß der dritten
abgewandelten Ausführungsform
von der Werkstücklevitationsvorrichtung 110 gemäß der zweiten
Abwandlung, wie sie in 10 gezeigt ist, dahingehend,
dass die ersten Fluidausstrahlelemente 116a bis 116e und
die zweiten Fluidausstrahlelemente 118a bis 118e mit
einem festgelegten Abstand in Längsrichtung
der Platte 112 versetzt angeordnet sind.
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Wie
in 12 dargestellt ist, hat die Werkstücklevitationsvorrichtung 140 gemäß der vierten abgewandelten
Ausführungsform
eine Vielzahl von bspw. zwanzig Fluidausstrahlelementen 144a bis 144t,
die mit festgelegten Abständen
vorgesehen und auf einer im Wesentlichen rechteckigen Platte 142 angebracht
sind.
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Die
Platte 142 ist an einem oberen Bereich eines Körpers 146 angebracht.
Der Körper 146 hat einen
Zufuhranschluss (nicht dargestellt), der im Wesentlichen zentral
in seiner einen Seitenwand ausgebildet ist und mit dem Inneren des
Körpers 146 kommuniziert,
um das Druckfluid den Fluidausstrahlelementen 144a bis 144t zuzuführen. Die
Platte 142 weist eine Werkstückhaltefläche 142a mit Ringnuten oder
kleinen Oberflächenunebenheiten
(nicht dargestellt) wie bei der Werkstücklevitationsvorrichtung 12 gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform auf.
Die Ringnuten oder kleinen Oberflächenunebenheiten bilden einen
Durchflusswiderstand gegenüber dem
Druckfluid, das entlang der Werkstückhaltefläche 142a fließt.
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Die
Leitung 38, die an die nicht dargestellte Druckfluidzufuhrquelle
angeschlossen ist, ist über den
Verbindungsstopfen 40 mit dem Zufuhranschluss verbunden.
Das Druckfluid wird von der nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle
durch die Leitung 38 und den Zufuhranschluss (nicht dargestellt) in
den Körper 146 eingeführt.
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Das
Druckfluid wird aus den Fluidausstrahlelementen 144a bis 144t zu
der Werkstückhaltefläche 142a der
Platte 142 gestrahlt. Zu dieser Zeit werden die Raten des
Druckfluides, die jeweils aus den Fluidausstrahlelementen 144a bis 144t gestrahlt
werden, durch eine Steuerung oder dgl. (nicht dargestellt) so gesteuert,
dass sie ausgeglichen sind.
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Als
Folge hiervon wird das Werkstück 148 durch
die Fluidausstrahlelemente 144a bis 144t oberhalb
der Werkstückhaltefläche 142a der
Platte 142 gehalten.
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Die
Platte 142 hat eine Breite, die größer ist als die der Platten 104, 112 der
Werkstücklevitationsvorrichtungen 100, 110 der
ersten und zweiten Abwandlungen. Wenn das Druckfluid aus den Fluidausstrahlelementen 144a bis 144t,
die auf der Platte 142 angebracht sind, ausgestrahlt wird,
kann die Werkstücklevitationsvorrichtung 140 ein
Werkstück 148 mit
einer wesentlich größeren Oberfläche levitieren und
halten.
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Wie
in 13 dargestellt ist, unterscheidet sich die Werstücklevitationsvorrichtung 150 gemäß der fünften Abwandlung
von der Werkstücklevitationsvorrichtung 140 gemäß der vierten
Abwandlung, wie sie in 12 gezeigt ist, dahingehend,
dass benachbarte Fluidausstrahlelemente der Vielzahl von Fluidausstrahlelementen 144a bis 144w,
die auf einer Platte 152 angebracht sind, versetzt zueinander angeordnet
sind. Die Platte 152 hat eine Werkstückhaltefläche 152a mit Ringnuten
oder kleinen Oberflächenunebenheiten
(nicht dargestellt) wie bei der Werkstücklevitationsvorrichtung 12 gemäß der oben beschriebenen
Ausführungsform.
Die Ringnuten oder kleinen Oberflächenunebenheiten bilden einen Durchflusswiderstand
gegenüber
dem Druckfluid, das entlang der Werkstückhaltefläche 152a fließt.