DE102014005897B3 - Device for holding, positioning and / or moving an object - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts (52), mit:
– einer Basis (30) und mit einem relativ zur Basis (30) beweglichen Träger (50),
– zumindest drei Magnetlagern (10, 100), mittels welchen der Träger (50) berührungslos an der Basis (30) gelagert ist,
– wobei zumindest zwei der Magnetlager (10, 100) als aktive regelbare Magnetlager (10, 100) ausgestaltet sind und jeweils einen elektrisch ansteuerbaren, mit einem Gegenstück (18) magnetisch wechselwirkenden elektromagnetischen Aktor (12) aufweisen, welcher zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes zwischen Basis (30) und Träger (50) mittels einer Elektronikeinheit (15) aktiv regelbar ist, und
– wobei die zumindest zwei elektromagnetischen Aktoren (12) der Magnetlager (10, 100) und die Elektronikeinheit (15) am Träger (50) angeordnet sind.Device for holding, positioning and / or moving an object (52), comprising:
A base (30) and a support (50) movable relative to the base (30),
At least three magnetic bearings (10, 100), by means of which the carrier (50) is mounted non-contact on the base (30),
- Wherein at least two of the magnetic bearings (10, 100) as active controllable magnetic bearings (10, 100) are designed and each having an electrically controllable, with a counterpart (18) magnetically interacting electromagnetic actuator (12), which for maintaining a predetermined distance between Base (30) and support (50) by means of an electronic unit (15) is actively controlled, and
- Wherein the at least two electromagnetic actuators (12) of the magnetic bearing (10, 100) and the electronic unit (15) are arranged on the carrier (50).

Figure DE102014005897B3_0001
Figure DE102014005897B3_0001

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts, insbesondere von Substraten.The present invention relates to a device for holding, positioning and / or moving an object, in particular of substrates.

Hintergrundbackground

Für die Bearbeitung von Substraten zur Fertigung von Halbleiterbauelementen, so etwa für Displayanwendungen, sind vergleichsweise großflächige Substrate diversen Oberflächenbehandlungsprozessen zu unterziehen. Beispielsweise sind die Oberflächen derartiger Substrate mechanisch oder chemisch zu behandeln, um zum Beispiel Beschichtungen oder Oberflächenstrukturen auf dem betreffenden Substrat zu bilden. Etliche Oberflächenbehandlungsprozesse sind hierbei unter Reinraumbedingungen oder sogar im Vakuum durchzuführen, insbesondere, wenn Oberflächenbehandlungsschritte, wie zum Beispiel Sputtern, physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung, ggf. auch plasmaunterstützt, durchzuführen sind.For the processing of substrates for the production of semiconductor devices, such as for display applications, relatively large-area substrates are subjected to various surface treatment processes. For example, the surfaces of such substrates are mechanically or chemically treated to form, for example, coatings or surface structures on the substrate in question. Several surface treatment processes are to be carried out under clean-room conditions or even under reduced pressure, in particular if surface treatment steps, such as, for example, sputtering, physical vapor deposition or chemical vapor deposition, possibly also plasma-assisted, are to be carried out.

Da auf den Substraten mitunter Strukturen im Mikro- oder sogar Nanometerbereich auszubilden sind ist eine äußerst präzise Positionierung jener Substrate sowohl in der Substratebene, als auch senkrecht hierzu erforderlich.Since structures are sometimes to be formed on the substrates in the micrometer or even nanometer range, extremely precise positioning of those substrates both in the substrate plane and perpendicular thereto is required.

Die Anforderungen hinsichtlich Partikelfreiheit der Substratumgebung macht die Implementierung einer berührungsfreien Lagerung des Substrats sowie eines entsprechenden Halte-, Bewegungs- oder Verfahrantriebs erforderlich. Luftlager sind für hochreine Fertigungsumgebungen nur bedingt geeignet, da hierdurch ungewollten Luftströmungen in der Nähe des Substrats entstehen können, die unter Umständen der Einhaltung geforderter Genauigkeiten bei der Substratbehandlung zuwiderlaufen können.The requirements for particle freedom of the substrate environment requires the implementation of a non-contact mounting of the substrate and a corresponding holding, motion or traversing drive required. Air bearings are only of limited suitability for high-purity production environments, as this can result in unwanted air currents in the vicinity of the substrate, which under certain circumstances can run counter to the required accuracy in the substrate treatment.

Es existieren ferner sogenannte magnetische Wafer Stages bzw. magnetische Halte- oder Positioniervorrichtungen mit einer Basis und einem ein Objekt tragenden Träger. Zur berührungslosen Lagerung des Trägers an der Basis sind typischerweise mehrere Magnetlager mit jeweils einem Abstandssensor und einem Regelkreis vorgesehen, die den Träger in einem vorgegebenen Abstand zur Basis in einem Schwebezustand halten.There are also so-called magnetic wafer stages or magnetic holding or positioning devices with a base and a support carrying an object. For non-contact mounting of the carrier to the base, a plurality of magnetic bearings, each with a distance sensor and a control loop are typically provided, which hold the carrier in a predetermined distance from the base in a floating state.

Eine gattungsgemäße Wafer Stage ist zum Beispiel aus der US 7 868 488 B2 bekannt. Ferner beschreibt die US 5 347 190 A ein Magnetlagersystem mit einem drehbar gelagerten Rotor mit einer Reihe hufeisenförmiger Elektromagnete, die jeweils eine Spule aufweisen und die ortsfest an einem Gehäuse angeordnet sind.A generic wafer stage is for example from the US Pat. No. 7,868,488 B2 known. Furthermore, the describes US 5,347,190 A. a magnetic bearing system with a rotatably mounted rotor with a series of horseshoe-shaped electromagnets, each having a coil and which are fixedly arranged on a housing.

Die Implementierung von aktiv geregelten und dementsprechend elektrisch ansteuerbaren Magnetlagern insbesondere in einer Vakuumumgebung erweist sich als überaus komplex.The implementation of actively controlled and accordingly electrically controllable magnetic bearings, especially in a vacuum environment proves to be extremely complex.

Für Anwendungen in der Vakuumtechnik sind hinreichend vakuumtaugliche Materialien, insbesondere Metalle, als Bauteile und für Gehäusekomponenten zu verwenden. Die magnetische Wirkungsweise einzelner Magnetlager kann hierdurch jedoch beeinträchtigt sein. Das elektrische Ansteuern von elektromagnetischen Aktoren kann zur Bildung von Wirbelströmen in entsprechenden Metallkomponenten führen, die die Wirkungsweise eines oder mehrerer Magnetlager beeinträchtigen können. Zudem erweist sich die elektrische Signalerzeugung und Signalverarbeitung in einer Vakuumumgebung in prozesstechnischer Hinsicht als schwierig. Kunststoffe oder Gießharze, welche gemeinhin als elektrisches Isolationsmaterial fungieren, neigen in einer Vakuumumgebung dazu, auszugasen, was sich für die Einhaltung geforderter Vakuumstandards und entsprechender Reinraumbedingungen als hinderlich erweisen kann.For applications in vacuum technology, sufficiently vacuum-compatible materials, in particular metals, are to be used as components and for housing components. However, the magnetic effect of individual magnetic bearings can be affected by this. The electrical actuation of electromagnetic actuators can lead to the formation of eddy currents in corresponding metal components, which can impair the operation of one or more magnetic bearings. In addition, the electrical signal generation and signal processing in a vacuum environment proves difficult in terms of process technology. Plastics or casting resins, which commonly function as electrical insulation material, tend to leach out in a vacuum environment, which can be a hindrance to meeting required vacuum standards and clean room conditions.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder zum Bewegen eines Objekts, insbesondere eines Substrats bereitzustellen, die einen möglichst kompakten Aufbau aufweist, und die insbesondere für Anwendungen im Vakuumbereich einsetzbar ist.It is therefore the object of the present invention to provide a device for holding, positioning and / or moving an object, in particular a substrate, which has the most compact possible construction, and which can be used in particular for applications in the vacuum area.

Erfindung und vorteilhafte AusgestaltungenInvention and advantageous embodiments

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche sind.This object is achieved with a device according to claim 1, wherein advantageous embodiments are each the subject of dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts, typischerweise eines oder mehrerer Substrate vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Basis und einen relativ zur Basis beweglichen Träger auf. Die Basis ist typischerweise ortsfest installierbar und der Träger ist mittels zumindest dreier Magnetlager berührungslos an der Basis gelagert. Mittels der zumindest drei Magnetlager ist der Träger berührungslos an der Basis in einem Schwebezustand haltbar. Die Magnetlager sind dabei räumlich voneinander beabstandet, um den Träger lagestabil an der Basis zu halten.According to the invention, a device is provided for holding, positioning and / or moving an object, typically one or more substrates. The device has a base and a support movable relative to the base. The base is typically fixed to install and the carrier is mounted by means of at least three magnetic bearing contactlessly at the base. By means of the at least three magnetic bearings, the carrier is contactless at the base in a floating state preserved. The magnetic bearings are spatially spaced from each other to keep the carrier stable in position at the base.

Zumindest zwei der drei Magnetlager sind dabei als aktive regelbare Magnetlager ausgestaltet. Sie weisen jeweils einen elektrisch ansteuerbaren und mit einem magnetischen Gegenstück magnetisch wechselwirkenden elektromagnetischen Aktor auf. Der Aktor ist zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstands zwischen Basis und Träger mittels einer Elektronikeinheit aktiv regelbar. Störungen auf das Lagergleichgewicht, gleich welcher Art, können durch die aktive Ansteuerung der zumindest zwei aktiven Magnetlager stets ausgeglichen werden. Bei Implementierung von zwei aktiven Magnetlagern kann das dritte Magnetlager auch als passives Magnetlager, ausgestaltet sein. Dieses kann z. B. einen oder mehrere Dauermagnete aufweisen, mittels welchem oder welchen eine konstante Abstützkraft zwischen Basis und Träger im Bereich des betreffenden Lagers erzeugbar ist. Es können aber auch sämtliche Magnetlager als aktive, d. h. elektrisch regelbare Magnetlager ausgestaltet sein.At least two of the three magnetic bearings are designed as active controllable magnetic bearings. They each have an electrically controllable and with a magnetic counterpart magnetically interacting electromagnetic actuator. The actuator is actively controlled to maintain a predetermined distance between the base and the carrier by means of an electronic unit. Disturbances on the bearing equilibrium, of whatever kind, can always be compensated by actively activating the at least two active magnetic bearings. When implementing two active magnetic bearings, the third magnetic bearing can also be designed as a passive magnetic bearing. This can be z. B. one or more permanent magnets, by means of which or which a constant supporting force between the base and the carrier in the region of the respective bearing can be generated. But it can also be designed as active, ie electrically adjustable magnetic bearings all magnetic bearings.

Der elektromagnetische Aktor wird etwa bei einem sich verändernden Abstand zwischen Aktor und Gegenstück mit einem dementsprechend größeren oder kleineren, veränderten Steuerstrom beaufschlagt, sodass zur Einhaltung eines geforderten Abstandes zwischen Träger und Basis der betreffende Aktor zumindest temporär eine höhere oder niedrigere, mithin veränderte Kraft auf das Gegenstück ausübt. Es ist hierbei ferner vorgesehen, dass die zumindest zwei elektromagnetischen Aktoren der Magnetlager als auch die Elektronikeinheit am Träger angeordnet sind. Hierdurch können vergleichsweise kurze Signalwege realisiert werden, sodass die Vakuumtauglichkeit des Trägers im Vergleich zu anderweitigen Ausgestaltungen mit weitreichend verteilt am Träger und an der Basis angeordneten elektrischen Komponenten erhöht werden kann.The electromagnetic actuator is acted upon at a changing distance between the actuator and counterpart with a correspondingly greater or lesser, changed control current, so that at least temporarily a higher or lower, thus changed force to comply with a required distance between the carrier and base of the actuator concerned Counterpart exercises. It is further provided that the at least two electromagnetic actuators of the magnetic bearing and the electronic unit are arranged on the carrier. As a result, comparatively short signal paths can be realized, so that the vacuum capability of the carrier can be increased in comparison to other embodiments with widely distributed on the carrier and the base arranged electrical components.

Das Anordnen der Elektronikeinheit und der hiermit elektrisch gekoppelten elektromagnetischen Aktoren am Träger verringert zudem den Verkabelungsaufwand. Die Anzahl an Kabelverbindungen als auch die Gesamtlänge der notwendigerweise vorzusehenden Kabelverbindungen kann somit auf ein Minimum reduziert werden.The arrangement of the electronic unit and the electrically coupled thereto electromagnetic actuators on the carrier also reduces the cabling effort. The number of cable connections as well as the total length of the necessarily provided cable connections can thus be reduced to a minimum.

Während die elektromagnetischen Aktoren der zumindest zwei regelbaren Magnetlager am Träger angeordnet sind, befinden sich die hiermit magnetisch in Wirkverbindung bringbaren Gegenstücke an der Basis. Die Gegenstücke sind typischerweise dauermagnetisch oder ferromagnetisch ausgestaltet. Auch ist die Anzahl der vorzusehenden Magnetlager keinesfalls auf lediglich drei Magnetlager beschränkt. Die Anzahl der Magnetlager kann insbesondere mit der Anzahl der zu realisierenden Bewegungsfreiheitsgrade variieren. Mittels zumindest dreier räumlich voneinander beabstandeter Magnetlager kann der Träger entgegen seiner Gewichtskraft an der Basis lagestabil gehalten werden. Die schwebende und berührungsfreie Lagerung des Trägers an der Basis kann insbesondere zu Transportzwecken, etwa für eine Linearbewegung des Trägers relativ zur Basis vorgesehen sein. In diesem Fall kann zumindest ein weiteres, vorzugsweise können mehrere weitere Magnetlager zur seitlichen Stabilisierung des Trägers an der Basis vorgesehen sein. Mittels jener weiteren Magnetlager ist beispielsweise eine berührungsfreie Magnetlagerung in der Ebene senkrecht zur Gewichtskraft bzw. senkrecht zur Gewichtskraft und senkrecht zur Transportrichtung implementierbar.While the electromagnetic actuators of the at least two controllable magnetic bearings are arranged on the carrier, the counterparts which can be magnetically brought into operative connection with them are located on the base. The counterparts are typically designed permanent magnetic or ferromagnetic. Also, the number of magnetic bearings to be provided is by no means limited to only three magnetic bearings. The number of magnetic bearings can vary in particular with the number of degrees of freedom of movement to be realized. By means of at least three spatially spaced apart magnetic bearings, the carrier can be kept stable against the position of its weight against the base. The floating and non-contact mounting of the carrier to the base may be provided in particular for transport purposes, such as for a linear movement of the carrier relative to the base. In this case, at least one further, preferably a plurality of further magnetic bearings for lateral stabilization of the carrier may be provided on the base. By means of those other magnetic bearings, for example, a non-contact magnetic bearing in the plane perpendicular to the weight or perpendicular to the weight and perpendicular to the transport direction can be implemented.

Auch für eine derartige Seiten- oder Querstabilisierung des Trägers an der Basis können ein oder mehrere aktiv regelbare Magnetlager vorgesehen sein, deren elektromagnetische Aktoren gleichermaßen am Träger angeordnet sind.Also for such lateral or lateral stabilization of the carrier at the base, one or more actively controllable magnetic bearings may be provided, the electromagnetic actuators of which are likewise arranged on the carrier.

Die Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts weist insbesondere einen am Träger angeordneten Substrathalter auf. Durch eine Bewegung des Trägers relativ zur Basis kann ein trägerseitig angeordnetes Substrat in vorgegebener Art und Weise in den Arbeits- oder Prozessbereich einer Behandlungseinrichtung, typischerweise einer Oberflächenbehandlungseinrichtung, gebracht werden. Die Positioniergenauigkeit des Trägers relativ zur Basis kann hierbei im Bereich einiger Mikrometer oder sogar im Submikrometerbereich, d. h. im Nanometerbereich liegen. Es ist ferner denkbar, dass anstelle oder ergänzend zu einem Substrathalter eine Prozessstation, bspw. ein Verdampfer oder eine hiermit vergleichbare Oberflächenbearbeitungseinrichtung am Träger angeordnet ist.The device for holding, positioning and / or moving an object has, in particular, a substrate holder arranged on the carrier. By a movement of the carrier relative to the base, a substrate arranged on the carrier side can be brought in a predetermined manner into the working or process region of a treatment device, typically a surface treatment device. The positioning accuracy of the carrier relative to the base can be in the range of a few microns or even submicrometer, d. H. lie in the nanometer range. It is also conceivable that, instead of or in addition to a substrate holder, a process station, for example an evaporator or a surface treatment device comparable thereto, is arranged on the carrier.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die aktiv regelbaren Magnetlager am Träger jeweils einen Abstandssensor zur Messung eines Abstandes zwischen der Basis und dem Träger aufweisen. Insoweit ist jedem Magnetlager zumindest ein Abstandssensor zugeordnet, mittels welchem der Abstand zwischen dem betreffenden Magnetlager zu einem hiermit unmittelbar gegenüberliegenden Abschnitt der Basis ermittelbar ist. Der Abstandssensor ist hierbei bevorzugt in unmittelbarer Nähe zum elektromagnetischen Aktor des jeweiligen Magnetlagers am Träger angeordnet. Die hiermit einhergehende Minimierung eines Abstandes zwischen Abstandssensor und elektromagnetischen Aktor ist insbesondere zur Verringerung eines Grads an Kollokation von Vorteil. Der Abstandssensor kann aber auch beabstandet vom elektromagnetischen Aktor und insoweit außerhalb des Magnetlagers am Träger angeordnet sein.According to a development, it is provided that the actively controllable magnetic bearings on the carrier each have a distance sensor for measuring a distance between the base and the carrier. In that regard, each magnetic bearing is associated with at least one distance sensor, by means of which the distance between the respective magnetic bearing can be determined to a hereby directly opposite portion of the base. The distance sensor is preferably arranged in the immediate vicinity of the electromagnetic actuator of the respective magnetic bearing on the carrier. The associated minimization of a distance between distance sensor and electromagnetic actuator is particularly advantageous for reducing a degree of collocation. However, the distance sensor can also be arranged at a distance from the electromagnetic actuator and, to that extent, outside the magnetic bearing on the carrier.

Der Abstandssensor misst den Abstand möglichst an der Stelle des Trägers, die mit einem elektromagnetischen Aktor versehen ist. Eine Veränderung des Steuerstroms des elektromagnetischen Aktors und eine hiermit einhergehende Kraft oder Wirkungsänderung des Aktors hat insoweit unmittelbare Auswirkungen auf den Abstand zwischen dem Aktor und dem basisseitig angeordneten Gegenstücks. Eine derartige Abstandsänderung ist durch die unmittelbar benachbarte Anordnung des Abstandssensors zum elektromagnetischen Aktor direkt messbar.The distance sensor measures the distance as possible at the location of the carrier, which is provided with an electromagnetic actuator. A change in the control current of the electromagnetic actuator and a force or change in the action of the actuator associated therewith is immediate Effects on the distance between the actuator and the base-side arranged counterpart. Such a change in distance is directly measurable by the immediately adjacent arrangement of the distance sensor to the electromagnetic actuator.

In dem jedes aktiv regelbare Magnetlager mit einem eigenen Abstandssensor versehen ist, können lokale Abstandsänderungen zwischen Basis und Träger im Bereich der jeweiligen Magnetlager präzise erfasst und zur entsprechenden Ansteuerung der jeweils betroffenen Magnetlager selektiv verwendet werden.In which each actively controllable magnetic bearing is provided with its own distance sensor, local distance changes between the base and the carrier in the region of the respective magnetic bearings can be precisely detected and selectively used for the corresponding control of the respective magnetic bearing concerned.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weisen die aktiv regelbaren Magnetlager am Träger jeweils eine Elektronikeinheit auf. Diese dient der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors des betreffenden Magnetlagers in Abhängigkeit des vom Abstandssensor jeweils ermittelbaren Abstands. Indem jedes Magnetlager mit einer eigenen Elektronikeinheit und mit einem eigenen Abstandssensor versehen ist, können die vom Abstandssensor gemessenen Abstandssignale lokal von der jeweiligen magnetlagerinhärenten Elektronikeinheit verarbeitet werden. Entsprechende Steuerströme oder Steuersignale für den elektromagnetischen Aktor eines jeden Magnetlagers können lokal im Bereich des Magnetlagers bzw. von der ihm jeweils zugeordneten Elektronikeinheit erzeugt werden. Auf diese Art und Weise kann der Verkabelungsaufwand zwischen Abstandssensor und Elektronikeinheit als auch zwischen Elektronikeinheit und elektromagnetischem Aktor weiter verringert werden. Die Vakuumtauglichkeit der gesamten Vorrichtung, insbesondere ihres Trägers kann hierdurch weiter verbessert und erhöht werden.According to a further embodiment, the actively controllable magnetic bearings on the carrier each have an electronic unit. This serves to control the electromagnetic actuator of the respective magnetic bearing as a function of the distance sensor each detectable distance. By providing each magnetic bearing with its own electronic unit and with its own distance sensor, the distance signals measured by the distance sensor can be processed locally by the respective magnetic bearing-inherent electronic unit. Corresponding control currents or control signals for the electromagnetic actuator of each magnetic bearing can be generated locally in the region of the magnetic bearing or of the electronic unit assigned to it. In this way, the cabling between the distance sensor and electronic unit and between electronic unit and electromagnetic actuator can be further reduced. The vacuum capability of the entire device, in particular its carrier can thereby be further improved and increased.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Elektronikeinheit mit zumindest zwei Magnetlagern gekoppelt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Elektronikeinheit auch als zentrale Steuerung ausgestaltet sein. Bei einer Ausgestaltung in Form einer zentralen Steuerung kann die Elektronikeinheit mit sämtlichen aktiven Magnetlagern des Trägers elektrisch gekoppelt sein. Eine derartige Ausgestaltung erfordert zwar die elektrische Verbindung eines jeden Magnetlagers mit einer außerhalb des Magnetlagers angeordneten, am Träger vorgesehenen Elektronikeinheit. Bei dieser Bauform kann eine zentrale Signalverarbeitung stattfinden, wobei beispielsweise die Signale mehrerer oder sämtlicher Abstandssensoren der einzelnen Magnetlager von der zentralen Elektronikeinheit oder Steuerung gleichzeitig auswertbar sind.According to a further embodiment, the electronics unit is coupled to at least two magnetic bearings. Alternatively or additionally, the electronic unit can also be designed as a central controller. In an embodiment in the form of a central controller, the electronics unit can be electrically coupled to all active magnetic bearings of the carrier. Although such an embodiment requires the electrical connection of each magnetic bearing with an outside of the magnetic bearing arranged, provided on the carrier electronics unit. In this design, a central signal processing can take place, wherein, for example, the signals of several or all distance sensors of the individual magnetic bearings of the central electronic unit or control can be evaluated simultaneously.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist ferner denkbar, dass jedes der Magnetlager eine eigene lokale, unmittelbar in Nähe des elektromagnetischen Aktors angeordnete Elektronikeinheit aufweist, und dass der Träger insgesamt in Ergänzung zu den lokalen Elektronikeinheiten mit einer weiteren zentralen Steuerung ausgestattet ist, die beispielsweise mit sämtlichen oder zumindest mit einigen der lokal an den Magnetlagern implementierten Elektronikeinheiten signalübertragend gekoppelt ist.Alternatively or additionally, it is also conceivable that each of the magnetic bearing has its own local, arranged directly in the vicinity of the electromagnetic actuator electronic unit, and that the carrier is equipped in total in addition to the local electronic units with a further central control, for example, with all or at least with some of the locally implemented on the magnetic bearings electronic units signal-transmitting coupled.

Das gleichzeitige und zentrale Auswerten beispielsweise von Signalen mehrerer Abstandssensoren kann für eine präzise Erfassung von Bewegungszuständen des Trägers an oder entlang der Basis von Vorteil sein. Insbesondere kann hierdurch etwaigen Resonanz- oder Schwingungsphänomenen entgegengewirkt werden.Simultaneously and centrally evaluating, for example, signals from multiple proximity sensors may be advantageous for accurately detecting motion conditions of the wearer at or along the base. In particular, this can counteract any resonance or vibration phenomena.

Eine am oder im Magnetlager angeordnete Elektronikeinheit kann insbesondere als Regelkreis ausgestaltet sein oder zusammen mit dem elektromagnetischen Aktor des Magnetlagers einen Regelkreis bilden. Der Regelkreis weist zumindest den bereits beschriebenen Abstandssensor zur qualitativen und quantitativen Ermittlung eines Abstandes zwischen dem Träger und der Basis auf. Das Signal des Abstandssensors kann einem Sollwertgeber zugeführt werden, welcher wobei einen Vergleich zwischen dem gemessenen Istwert und einem voreingestellten Sollwert durchführbar ist. Aus dem Vergleich von Istwert und Sollwert kann der mit dem Sollwertgeber gekoppelter Regler ein Steuersignal erzeugen, welches über einen Verstärker dem elektromagnetischen Aktor zuführbar ist.An electronic unit arranged on or in the magnetic bearing can, in particular, be designed as a control loop or form a control loop together with the electromagnetic actuator of the magnetic bearing. The control circuit has at least the distance sensor already described for the qualitative and quantitative determination of a distance between the carrier and the base. The signal of the distance sensor can be fed to a setpoint generator, which is feasible wherein a comparison between the measured actual value and a preset setpoint. From the comparison of actual value and setpoint value, the controller coupled to the setpoint generator can generate a control signal which can be fed to the electromagnetic actuator via an amplifier.

Der Regler ist hierbei dazu ausgelegt, ein derartiges Steuersignal zu erzeugen, so dass sich der vom Abstandssensor ermittelbare Abstand innerhalb eines vorgegebenen Abstandsintervalls bzw. unterhalb eines vorgegebenen Maximalabstands, aber oberhalb eines geforderten Mindestabstands befindet. Der elektromagnetische Aktor kann beispielsweise in Form eines Elektromagneten ausgestaltet sein, der stets attraktiv mit dem Gegenstück wechselwirkt. Es ist aber auch denkbar, dass der elektromagnetische Aktor zum Beispiel in Form eines Lorenz-Aktors oder eines Tauchspulen-Aktors ausgestaltet ist, der sowohl zur Erzeugung attraktiver als auch repulsiver Kräfte auf das Gegenstück ausgestaltet sein kann.In this case, the controller is designed to generate such a control signal, so that the distance which can be determined by the distance sensor is within a predetermined distance interval or below a predetermined maximum distance, but above a required minimum distance. The electromagnetic actuator can be configured, for example, in the form of an electromagnet which always interacts with the counterpart in an attractive manner. However, it is also conceivable that the electromagnetic actuator is designed, for example, in the form of a Lorenz actuator or a plunger coil actuator, which can be designed to produce attractive as well as repulsive forces on the counterpart.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist an der Basis zumindest eine, sich entlang einer Transportrichtung erstreckende Führungsschiene mit zumindest einem Gegenstück angeordnet, welches mit dem elektromagnetischen Aktor des Trägers magnetisch wechselwirkt. Das Gegenstück kann beispielsweise eine ferromagnetische oder dauermagnetische Schiene aufweisen, die an der längserstreckten Führungsschiene der Basis angeordnet oder in diese eingelassen ist. Ferner ist denkbar, dass die Führungsschiene der Basis selbst aus einem ferromagnetischen oder dauermagnetischen Material gefertigt ist bzw. aus einem derartigen Material besteht. Die Führungsschiene kann einen profilierten Querschnitt aufweisen, der mit einer entsprechenden Profilgeometrie des Trägers korrespondieren oder hiermit wechselwirken kann. Bei einem beispielsweise hängend an der Basis gelagerten Träger ist mittels ineinandergreifender Profilabschnitte von Basis und Träger eine Absturzsicherung für den Träger an der Basis bereitgestellt. Bei abgeschalteten oder deaktivierten elektromagnetischen Aktoren kann somit ein Herunterfallen des Trägers verhindert werden.According to a further embodiment, at least one, along a transport direction extending guide rail with at least one counterpart is arranged on the base, which interacts magnetically with the electromagnetic actuator of the carrier. The counterpart may comprise, for example, a ferromagnetic or permanent-magnetic rail which is arranged on the longitudinally extended guide rail of the base or inserted into it. Furthermore, it is conceivable that the guide rail of the base itself is made of a ferromagnetic or permanent magnetic material or consists of such a material. The guide rail can have a profiled cross section have, which correspond to a corresponding profile geometry of the carrier or can interact with it. For example, in the case of a support suspended from the base, by means of interlocking profile sections of the base and support, a fall protection for the support on the base is provided. With switched off or deactivated electromagnetic actuators thus falling of the carrier can be prevented.

Von Vorteil weist die Basis zwei sich parallel zueinander erstreckende Führungsschienen auf, an denen jeweils ein mit den elektromagnetischen Aktoren des Trägers magnetisch wechselwirkende Gegenstücke angeordnet sind. Hierdurch kann der Träger eine mehrfache Abstützung an der Basis erhalten. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass am Träger jeweils mehrere in Längsrichtung der Führungsschiene voneinander beabstandete elektromagnetische Aktoren und somit auch mehrere Magnetlager angeordnet sind.Advantageously, the base on two mutually parallel guide rails, on each of which a magnetically interacting with the electromagnetic actuators of the carrier counterparts are arranged. This allows the wearer to receive multiple support at the base. In particular, it may be provided that a plurality of electromagnetic actuators spaced apart from one another in the longitudinal direction of the guide rail and thus also a plurality of magnetic bearings are arranged on the support.

Die Magnetlager können hierbei sowohl eine entgegen der Gewichtskraft ausgerichtete Wirkrichtung aufweisen als auch zur Quer- und Seitenstabilisierung ausgebildet sein. Einzelne Magnetlager können mit ihren elektromagnetischen Aktoren oberhalb oder unterhalb der Führungsschienen der Basis angeordnet sein. Einige der Magnetlager können beispielsweise die Gewichtskraft des Trägers kompensieren. Weitere Magnetlager können seitlich der zumindest einen Führungsschiene am Träger angeordnet sein. Mittels derartiger Magnetlager ist insbesondere eine Quer- oder Seitenstabilisierung des Trägers senkrecht zur Längsrichtung der Führungsschiene, das heißt senkrecht zur Transportrichtung möglich.In this case, the magnetic bearings can both have a direction of action oriented counter to the weight force and can also be designed for lateral and lateral stabilization. Individual magnetic bearings can be arranged with their electromagnetic actuators above or below the guide rails of the base. For example, some of the magnetic bearings may compensate for the weight of the carrier. Further magnetic bearings may be arranged laterally of the at least one guide rail on the carrier. By means of such magnetic bearings is in particular a lateral or lateral stabilization of the carrier perpendicular to the longitudinal direction of the guide rail, that is perpendicular to the transport direction possible.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen ferner einen Antrieb zum Bewegen des Trägers relativ zur Basis entlang zumindest einer Transportrichtung auf. Der Antrieb weist dabei zumindest eine an der Basis angeordnete Dauermagnetanordnung und eine am Träger angeordnete, mit der Dauermagnetanordnung wechselwirkende Spulenanordnung auf. Der Antrieb kann dabei insbesondere als Linearantrieb ausgebildet sein, der sich typischerweise parallel zu der zumindest einen Führungsschiene der Basis erstreckt.According to a further embodiment, the device for holding, positioning and / or moving further comprises a drive for moving the carrier relative to the base along at least one transport direction. The drive has at least one permanent magnet arrangement arranged on the base and a coil arrangement arranged on the carrier and interacting with the permanent magnet arrangement. The drive can be designed in particular as a linear drive, which typically extends parallel to the at least one guide rail of the base.

Auch hier kann insbesondere vorgesehen sein, dass sämtliche elektrisch zu aktivierenden bzw. mit elektrischen Signalen zu beaufschlagenden Komponenten des Antriebs am Träger angeordnet sind. Insoweit kann auch hier ein Verkabelungsaufwand reduziert werden. Die Vakuumverträglichkeit bzw. Vakuumtauglichkeit der Vorrichtung kann auf diese Art und Weise weiter verbessert werden.Here, too, it may be provided in particular that all components of the drive which are to be electrically activated or to be acted upon by electrical signals are arranged on the carrier. In that regard, a cabling effort can be reduced here as well. The vacuum compatibility or vacuum capability of the device can be further improved in this way.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist an der Basis eine sich entlang zumindest eine Transportrichtung erstreckende räumliche Codierung angeordnet. Diese ist von einem am Träger angeordneten Positionssensor auslesbar. Der Positionssensor kann hierbei in den Antrieb integriert oder separat vom Antrieb am Träger angeordnet sein. Die räumliche Codierung kann optisch oder magnetisch sein. Der zugehörige Positionssensor ist dann dementsprechend als optischer oder magnetischer Sensor ausgestaltet.According to a further embodiment, a spatial coding extending along at least one transport direction is arranged on the base. This can be read by a position sensor arranged on the carrier. The position sensor can in this case be integrated into the drive or arranged separately from the drive on the carrier. The spatial coding can be optical or magnetic. The associated position sensor is then configured accordingly as an optical or magnetic sensor.

Mittels der sich in Transportrichtung erstreckenden räumlichen Codierung und dem Positionssensor am Träger wird eine autarke Positionsbestimmung für den Träger an der Basis bereitgestellt. Der die räumliche Codierung auslesende Positionssensor ist mit der Elektronikeinheit, insbesondere mit einer zentralen Steuerung gekoppelt, sodass der Träger bzw. seine zentrale Steuerung in die Lage versetzt wird, eine Position des Trägers in Transportrichtung entlang der Basis selbsttätig zu bestimmen.By means of the spatial coding extending in the transport direction and the position sensor on the carrier, a self-sufficient position determination for the carrier on the base is provided. The spatial encoding reading position sensor is coupled to the electronic unit, in particular to a central controller, so that the carrier or its central control is enabled to automatically determine a position of the carrier in the transport direction along the base.

Nach einer weiteren Ausgestaltung weist zumindest eines der Magnetlager eine Dauermagneteinheit und einen mit der Dauermagneteinheit wechselwirkenden elektrisch ansteuerbaren elektromagnetischen Aktor auf. Mittels der Dauermagneteinheit ist eine auf den Träger einwirkende Stützkraft S erzeugbar, die der Gewichtskraft G des Trägers entgegenwirkt und die betragsmäßig sogar größer als die Gewichtskraft des Trägers sein kann. Mittels der Dauermagneteinheit kann der Träger sozusagen entgegen der Gewichtskraft von der Basis weggestoßen werden. Die Dauermagneteinheit kann insoweit die Gewichtskraft des Trägers überkompensieren, d. h. die von der Dauermagneteinheit ausgehende Stützkraft kann betragsmäßig größer als die Gewichtskraft des Trägers sein.According to a further embodiment, at least one of the magnetic bearings on a permanent magnet unit and interacting with the permanent magnet unit electrically controllable electromagnetic actuator. By means of the permanent magnet unit, a supporting force S acting on the carrier can be generated, which counteracts the weight G of the carrier and which can be even greater in magnitude than the weight force of the carrier. By means of the permanent magnet unit, the carrier can be pushed away against the weight of the base, so to speak. The permanent magnet unit can overcompensate the weight of the wearer in this respect, d. H. The outgoing from the permanent magnet unit supporting force may be greater in magnitude than the weight of the wearer.

Durch Vorsehen eines mit der Dauermagneteinheit bzw. mit der Basis wechselwirkenden elektrisch ansteuerbar elektromagnetischen Aktors kann jene Überkompensation der Gewichtskraft egalisiert werden.By providing an interacting with the permanent magnet unit or with the base electrically controllable electromagnetic actuator that overcompensation of the weight can be equalized.

Insoweit ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Dauermagneteinheit zumindest eines Magnetlagers zur Erzeugung einer auf den Träger einwirkenden Stützkraft ausgebildet ist, die größer als die Gewichtskraft des Trägers ist und wobei der elektromagnetische Aktor des Magnetlagers zur Erzeugung einer der Stützkraft entgegenwirkenden Regulierkraft ausgebildet ist.In that regard, it is provided according to a development that the permanent magnet unit is formed at least one magnetic bearing for generating a supporting force acting on the carrier, which is greater than the weight of the carrier and wherein the electromagnetic actuator of the magnetic bearing is designed to generate a control force counteracting the supporting force.

Der elektromagnetische Aktor kann der Dauermagneteinheit entgegenwirken und für eine lagestabile schwebende und berührungslose Anordnung des Trägers an der Basis sorgen.The electromagnetic actuator can counteract the permanent magnet unit and provide a position-stable floating and non-contact arrangement of the carrier at the base.

Alternativ hierzu können die Dauermagneteinheit und der elektromagnetischer Aktor aber auch zusammenwirken und anteilig eine der Gewichtskraft des Trägers entgegenwirkende Halte- oder Stützkraft aufbringen. Insgesamt kann durch Vorsehen zumindest einer oder mehrerer Dauermagneteinheiten den elektromagnetischen Aktoren der aktiven Magnetlager bereitzustellende Kraft zur Lagerung des Trägers an der Basis reduziert werden. Alternatively, however, the permanent magnet unit and the electromagnetic actuator can also interact and proportionately apply a holding or supporting force counteracting the weight of the carrier. Overall, by providing at least one or more permanent magnet units, the force to be provided to the electromagnetic actuators of the active magnetic bearings for supporting the carrier at the base can be reduced.

Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass die Dauermagneteinheit lediglich einen Teil der Gewichtskraft des Trägers kompensiert, sodass der elektromagnetische Aktor auch mit der Dauermagneteinheit zusammenwirken kann. Von Vorteil kann durch die Kombination einer Gewichtskraft kompensierenden Dauermagneteinheit mit zumindest einem elektromagnetischen Aktor ein aktives Magnetlager gebildet werden, dessen Aktor lediglich eine Regulierkraft auf das basisseitige Gegenstück aufbringen muss, die zumindest betragsmäßig kleiner als die von der Dauermagneteinheit ausgehende Stützkraft ist.In principle, it is also conceivable that the permanent magnet unit compensates only part of the weight force of the carrier, so that the electromagnetic actuator can also interact with the permanent magnet unit. Advantageously, an active magnetic bearing can be formed by the combination of a weight force compensating permanent magnet unit with at least one electromagnetic actuator whose actuator only has to apply a regulatory force on the base-side counterpart, which is at least smaller in magnitude than the outgoing from the permanent magnet unit supporting force.

Mittels einer oder mehrerer an mehreren Magnetlagern vorgesehenen Dauermagneteinheit kann die maximal von den elektromagnetischen Aktoren aufzubringende Kraft reduziert werden. Größe und Gewicht der elektromagnetischen Aktoren kann von daher weiter verringert werden, was die kompakte Bauform und die Reduzierung des Gewichts des Trägers weiter begünstigt. Durch jene Minimierung können ferner auch die Anforderungen an eine Kühlung der elektromagnetischen Aktoren gesenkt werden.By means of one or more provided on a plurality of magnetic bearings permanent magnet unit, the maximum applied by the electromagnetic actuators force can be reduced. The size and weight of the electromagnetic actuators can therefore be further reduced, which further favors the compact design and the reduction of the weight of the wearer. By minimizing the requirements for cooling the electromagnetic actuators can be further reduced.

Mit der Dauermagneteinrichtung ist es ferner möglich, eine repulsiv oder attraktiv auf den Träger wirkende Stützkraft zu erzeugen, die größer als die Gewichtskraft des Trägers ist. Hierbei kann eine schwebende Anordnung des Trägers oberhalb der Basis realisiert werden, wobei als elektromagnetische Aktoren fungierende Elektromagnete ausschließlich am Träger angeordnet sind, welche dann eine nach unten und stets attraktiv auf die Basis wirkende Regulierkraft erzeugen, mittels welcher der Träger lagestabil an der Basis gehalten werden kann. Eine derartige Ausgestaltung vereinfach die wechselseitige Anordnung miteinander in Wirkverbindung tretender elektromagnetischer Aktoren und Gegenstücke an Träger und Basis.With the permanent magnet device, it is also possible to produce a repulsive or attractive acting on the carrier supporting force, which is greater than the weight of the wearer. In this case, a floating arrangement of the carrier can be realized above the base, acting as electromagnetic actuators electromagnets are arranged exclusively on the carrier, which then produce a downward and always attractive acting on the base Regulierkraft, by means of which the carrier are held in a stable position at the base can. Such a configuration simplifies the mutual arrangement with each other in active connection passing electromagnetic actuators and counterparts to the carrier and base.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist am Träger zumindest ein mit der Elektronikeinheit gekoppelter Bewegungssensor angeordnet. Mittels des Bewegungssensors lassen sich vielfältigste Bewegungszustände, etwas Schwingungs- oder Resonanzphänomene des Trägers, aber auch anderweitige mechanische Störungen, die auf die Vorrichtung einwirken, erfassen. Diese können ferner zur Ansteuerung zumindest eines oder mehrere Magnetlager verwendet werden.According to a further embodiment, at least one motion sensor coupled to the electronic unit is arranged on the carrier. By means of the motion sensor, the most diverse states of motion, some vibration or resonance phenomena of the wearer, but also other mechanical disturbances acting on the device can be detected. These can also be used to control at least one or more magnetic bearings.

Der zumindest eine Bewegungssensor ist typischerweise ebenfalls in unmittelbarer Nähe des elektromagnetischen Aktors angeordnet. Er kann insbesondere unabhängig und separat zum bereits vorhandenen Abstandssensor ausgestaltet sein. Der Bewegungssensor kann als Beschleunigungs- und/oder als Geschwindigkeitssensor implementiert sein. Mittels Auswertung der Signale des Bewegungssensors kann gezielt Schwingungs- oder Resonanzphänomenen entgegengewirkt werden. Im Endeffekt kann hierdurch die Positionier- und Bewegungsgenauigkeit als auch die Stabilität und die Dämpfung der magnetischen Lagerung verbessert werden.The at least one motion sensor is typically also arranged in the immediate vicinity of the electromagnetic actuator. In particular, it can be designed independently and separately from the already existing distance sensor. The motion sensor may be implemented as an acceleration and / or as a speed sensor. By evaluating the signals of the motion sensor can be counteracted specifically vibration or resonance phenomena. As a result, the positioning and movement accuracy as well as the stability and the damping of the magnetic bearing can be improved.

Nach einer weiteren Ausgestaltung sind sämtliche elektrisch ansteuerbare, elektrisch signalverarbeitende oder elektrisch signalerzeugende Komponenten der aktiven Magnetlager und/oder des Antriebs für den Träger am Träger selbst angeordnet. Insoweit kann die Basis frei von elektrisch ansteuerbaren Komponenten ausgestaltet werden.According to a further embodiment, all electrically controllable, electrically signal processing or electrical signal generating components of the active magnetic bearing and / or the drive for the carrier are arranged on the carrier itself. In that regard, the base can be configured freely of electrically controllable components.

Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Fertigung und Implementierung der Basis, die somit vergleichsweise kostengünstig und großräumig, so z. B. mit vergleichsweise langen Führungsschienen ausgestaltet werden kann. indem sämtliche elektrische Komponenten der Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts im Träger angeordnet sind, kann, eine entsprechende Normung vorausgesetzt, ein Träger auch mit unterschiedlichen, jeweils identisch ausgestalteten Basen verwendet werden. Anschaffungs- und Wartungskosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung können insoweit in vorteilhafter Weise gesenkt werden. Die elektronikfreie Ausgestaltung der Basis ist zudem vergleichsweise robust und wartungsfrei, zumindest aber wartungsarm.This allows a particularly cost-effective production and implementation of the base, which thus comparatively inexpensive and large-scale, such. B. can be configured with comparatively long guide rails. by all the electrical components of the device for holding, positioning and / or moving an object are arranged in the carrier, a corresponding standardization provided, a carrier can also be used with different, each identically designed bases. Acquisition and maintenance costs for the device according to the invention can be reduced in this respect advantageously. The electronics-free design of the base is also relatively robust and maintenance-free, but at least low maintenance.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Träger mit einer positionsveränderlichen Energieversorgungseinrichtung gekoppelt. Der Träger ist insbesondere mit einer zentralen Energieversorgungseinrichtung versehen, sodass sämtliche zum Betrieb der Vorrichtung erforderliche elektrische Energie über eine einzige Schnittstelle dem Träger zuführbar ist. Dies erweist sich in konstruktiver Hinsicht als vorteilhaft. Die positionsveränderliche Energieversorgungseinrichtung ist insbesondere dazu geeignet, mit dem Träger mitbewegt zu werden. Sie kann, muss aber nicht mechanisch mit dem Träger gekoppelt sein.According to a further embodiment, the carrier is coupled to a position-variable power supply device. The carrier is in particular provided with a central power supply device, so that all the electrical energy required for operating the device can be fed to the carrier via a single interface. This proves to be advantageous in terms of design. The position variable power supply device is particularly suitable for being moved with the carrier. It may, but does not have to, be mechanically coupled to the carrier.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Energieversorgungseinrichtung als Kabelschleppe oder als flexibles, längenveränderliches Spiralkabel ausgebildet sein. Anderweitige Ausbildungen einer Energieversorgungseinrichtung sehen eine induktive Energieeinspeisung vor. Je nach Anwendungs- und Einsatzzweck der Vorrichtung kann die konkrete Implementierung der Energieversorgungseinrichtung variieren. Für Anwendungen im Vakuumumfeld kommen Kabelverbindungen bevorzugt infrage. Eine Kabelschleppe kann einen Ends mit dem Träger und anderen Ends mit der Basis verbunden sein. Aufgrund ihrer Beweglichkeit und ihrer flexiblen mehrgliedrigen Ausgestaltung stellt sie jedoch keine starre mechanische Verbindung zwischen Basis und Träger her, sodass nach wie vor von einer berührungslosen schwebenden Lagerung des Trägers an der Basis gesprochen werden kann.According to a further embodiment, the power supply device may be formed as cable tow or flexible, variable-length coiled cable. Other embodiments of a power supply device provide an inductive energy supply. Depending on the application and purpose of the device, the concrete implementation of the power supply device vary. For applications in a vacuum environment cable connections are preferred. A cable tow may have one end connected to the carrier and other ends connected to the base. However, due to its mobility and its flexible multi-unit design, it does not produce a rigid mechanical connection between the base and the carrier, so that it is still possible to speak of a non-contact, floating mounting of the carrier on the base.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Energieversorgungseinrichtung ferner und zusätzlich eine Datenübertragungseinrichtung und/oder eine Kühlmittelzufuhr aufweisen. Die Kabelschleppe oder aber auch das flexible längenveränderliche Spiralkabel bzw. ein dementsprechender Kabelstrang kann nicht nur für die Energieversorgung fungieren, sondern gleichermaßen auch eine Datenübertragung zwischen Träger und Basis oder zwischen Träger und anderweitigen Steuerungs- oder Signalverarbeitungsvorrichtungen bereitstellen.According to a further embodiment, the energy supply device may further and additionally comprise a data transmission device and / or a coolant supply. The Kabelschleppe or even the flexible variable-length coiled cable or a corresponding wire harness can not only act for the power supply, but equally provide a data transfer between the carrier and base or between carrier and other control or signal processing devices.

Indem die Energieversorgungseinrichtung ferner eine Kühlmittelzufuhr, beispielsweise einen Zu- und/oder einen Ablauf für einen Kühlmittelkreislauf bereitstellt, kann durch die Kopplung der Energieversorgungseinrichtung mit dem Träger der Träger gleichzeitig auch eine aktive oder passive Kühlung erfahren. Das Vorsehen einer Kühlung oder eines Kühlkreislaufs ist insbesondere bei Anwendungen im Vakuumumfeld von Bedeutung, da die von den elektromagnetischen Aktoren oder anderweitigen elektronischen Bauteilen entstehende Abwärme mittels eines entsprechenden Kühlkreislaufs besonders gut abführbar ist.By the power supply device further provides a coolant supply, for example, a supply and / or a flow for a coolant circuit, can be experienced by the coupling of the power supply device with the carrier of the carrier at the same time also an active or passive cooling. The provision of a cooling or a cooling circuit is particularly important in applications in a vacuum environment, since the heat generated by the electromagnetic actuators or other electronic components waste heat by means of a corresponding cooling circuit is particularly good drainable.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Träger weitgehend vakuumdicht ausgebildet. Der Träger kann insbesondere ein weitgehend geschlossenes Gehäuse aufweisen, wobei lediglich die Energieversorgungseinrichtung, die Datenübertragungseinrichtung und/oder die Kühlmittelzufuhr über zumindest einen oder mehrere vakuumdicht ausgeführte Leitungseinführungen oder Leitungsdurchführungen von außen in das Gehäuse des Trägers verlegt werden können.According to a further embodiment, the carrier is largely vacuum-tight. The carrier may in particular have a largely closed housing, wherein only the power supply device, the data transmission device and / or the coolant supply via at least one or more vacuum-tight cable entries or cable bushings can be installed from the outside into the housing of the wearer.

Das Gehäuse des Trägers kann insbesondere als metallisches Gehäuse ausgestaltet sein. Das Gehäuse kann ferner als ein weitgehend monolithisches Gehäuse gefertigt sein. Dieses kann beispielsweise aus einem Aluminiumblock gefräst sein. Im Bereich der elektromagnetischen Aktoren, insbesondere im Wirkbereich der elektromagnetischen Aktoren, hin zu dem zumindest einen basisseitigen Gegenstück kann das Gehäuse des Trägers auch mit anderweitigen metallischen Materialien versehen sein, die eine im Vergleich zu Aluminium geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Beispielsweise kann das Gehäuse des Trägers im Wirkbereich der elektromagnetischen Aktoren gasdicht mit Edelstahl oder vergleichbaren metallischen Materialien versehen sein.The housing of the carrier can be designed in particular as a metallic housing. The housing may also be made as a substantially monolithic housing. This can for example be milled from an aluminum block. In the field of electromagnetic actuators, in particular in the effective range of the electromagnetic actuators, towards the at least one base-side counterpart, the housing of the carrier may also be provided with other metallic materials which have a lower electrical conductivity compared to aluminum. For example, the housing of the carrier in the effective range of the electromagnetic actuators gas-tight be provided with stainless steel or similar metallic materials.

Auch die Sensoren, insbesondere der Abstandssensor eines jeden Magnetlagers als auch die optional vorzusehenden Bewegungssensoren können innerhalb des Trägergehäuses angeordnet sein. Von Vorteil ist das Trägergehäuse insbesondere im Bereich der für die Magnetlager vorgesehenen Abstandssensoren für die Wirkung der betreffenden Sensoren weitgehend permeabel. Die Abstandssensoren als auch der zumindest eine Positionssensor zur Ermittlung der räumlichen Codierung können beispielsweise als magnetische oder induktive Sensoren ausgestaltet sein.Also, the sensors, in particular the distance sensor of each magnetic bearing as well as the optionally provided motion sensors can be arranged within the carrier housing. It is advantageous for the carrier housing to be largely permeable, in particular in the region of the distance sensors provided for the magnetic bearings, for the effect of the relevant sensors. The distance sensors as well as the at least one position sensor for determining the spatial coding can be designed, for example, as magnetic or inductive sensors.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:Other objects, features and advantageous embodiments of the invention will be explained in the following description with reference to the figures. Hereby show:

1 eine schematische perspektivische Darstellung der Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts, 1 a schematic perspective view of the device for holding, positioning and / or moving an object,

2 eine schematische Darstellung eines Magnetlagers mit einem eine Elektronikeinheit aufweisenden Regelkreis, 2 a schematic representation of a magnetic bearing with a control unit having an electronic unit,

3 eine schematische Querschnittsdarstellung durch die Vorrichtung mit insgesamt vier in einer Ebene senkrecht zur Transportrichtung angeordneten Magnetlagern, 3 a schematic cross-sectional view through the device with a total of four arranged in a plane perpendicular to the transport direction magnetic bearings,

4 eine zu 3 alternative Ausgestaltung der Vorrichtung ferner mit einer Dauermagneteinrichtung und 4 one too 3 Alternative embodiment of the device further with a permanent magnet device and

5 eine weitere schematische Darstellung eines Trägers. 5 another schematic representation of a carrier.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

In 1 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist eine typischerweise ortsfest angeordnete Basis 30 auf, an welcher zwei Führungsschienen 32, 34 parallel zueinander angeordnet sind. Die Führungsschienen geben eine Transportrichtung 2 für die Vorrichtung 1 vor. An den Führungsschienen 32, 34 ist ein Träger 50 mittels mehrerer aktiv ansteuerbarer Magnetlager 10 berührungslos gelagert. In 2 ist ein prinzipieller Aufbau eines derartigen Magnetlagers 10 gezeigt.In 1 is a perspective view of the device for holding, positioning and / or moving an object 1 shown. The device 1 has a typically fixed base 30 on, on which two guide rails 32 . 34 are arranged parallel to each other. The guide rails give a transport direction 2 for the device 1 in front. At the guide rails 32 . 34 is a carrier 50 by means of several actively controllable magnetic bearings 10 stored without contact. In 2 is a basic structure of such a magnetic bearing 10 shown.

Das Magnetlager 10 weist vorliegend einen Regelkreis 11 auf, der einen Abstandssensor 20, einen Sollwertgeber 25, einen Regler 22, einen Verstärker 24 sowie einen elektromagnetischen Aktor 12 miteinander koppelt. Der vorliegend in Form eines Elektromagnets ausgestaltete elektromagnetische Aktor 12 weist einen mit elektrischen Signalen beaufschlagbare Spule 16 sowie einen Ferrit- oder Eisenkern 14 auf. Anstelle eines Elektromagnets kann der elektromagnetische Aktor 12 auch als bidirektional wirkender Lorentz- oder Tauchspulenaktor ausgestaltet sein. Die vom Regler 22 erzeugbaren Steuersignale werden mittels des Verstärkers 24 verstärkt und werden dementsprechend der Spule 16 zur Erzeugung einer auf ein Gegenstück 18 einwirkenden Kraft zugeführt. Das Gegenstück 18 kann entlang oder an den Führungsschienen 32, 34 an der Basis 30 angeordnet sein. Das Gegenstück 18 kann ferromagnetisch oder dauer- oder permanentmagnetisch ausgebildet sein. Es erstreckt sich typischerweise parallel zu den Führungsschienen 32, 34 an der Basis 30. The magnetic bearing 10 here has a control loop 11 on that a distance sensor 20 , a setpoint generator 25 , a regulator 22 , an amplifier 24 as well as an electromagnetic actuator 12 coupled with each other. The present in the form of an electromagnet designed electromagnetic actuator 12 has a coil acted upon by electrical signals 16 and a ferrite or iron core 14 on. Instead of an electromagnet, the electromagnetic actuator 12 be configured as a bidirectional acting Lorentz or Tauchspulenaktor. The regulator 22 can be generated control signals by means of the amplifier 24 amplified and accordingly the coil 16 for generating one on a counterpart 18 supplied acting force. The counterpart 18 can along or on the guide rails 32 . 34 at the base 30 be arranged. The counterpart 18 can be ferromagnetic or permanently or permanently magnetic. It typically extends parallel to the guide rails 32 . 34 at the base 30 ,

Der typischerweise in unmittelbarer Nähe zum elektromagnetischen Aktor 12 angeordnete Abstandssensor 20 misst permanent einen Abstand 26 zum Gegenstück 18 bzw. zum Träger 50. Der vom Abstandssensor 20 gemessene Abstand 26 wird in Form eines Abstandssignals dem Sollwertgeber 25 zugeführt. Dieser kann beispielsweise mit einem in 1 angedeuteten zentralen Steuerung 29 gekoppelt sein, die beispielsweise einen Sollwert für den einzuhaltenden Abstand 26 zwischen Basis 30 und Träger 50 vorgibt. Soll- und Istwert werden im Sollwertgeber 25 miteinander verglichen und ein entsprechendes Vergleichssignal wird dem Regler 22 zugeführt, der hieraus ein zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 12 vorgesehenes Steuersignal erzeugt und dem Verstärker 24 zuführt.The typically in close proximity to the electromagnetic actuator 12 arranged distance sensor 20 permanently measures a distance 26 to the counterpart 18 or to the carrier 50 , The distance sensor 20 measured distance 26 is in the form of a distance signal the setpoint generator 25 fed. This can, for example, with an in 1 indicated central control 29 be coupled, for example, a target value for the distance to be maintained 26 between base 30 and carriers 50 pretends. Setpoint and actual value are in the setpoint generator 25 compared with each other and a corresponding comparison signal is the controller 22 supplied, the one for controlling the electromagnetic actuator 12 provided control signal generated and the amplifier 24 supplies.

Das letztlich der Spule 16 zuführbare verstärkte Steuersignal ist derart berechnet und bestimmt, dass ein vorgegebener Abstand 26 zwischen Träger 50 und Basis 30 eingehalten wird, und dass bei Abweichungen vom geforderten Abstand 26 die vom elektromagnetischen Aktor 12 ausgehende Kraft zur Einhaltung des Abstands 26 dynamisch angepasst wird.That ultimately the coil 16 A feedable amplified control signal is calculated and determined such that a predetermined distance 26 between carriers 50 and base 30 is complied with, and that deviations from the required distance 26 that of the electromagnetic actuator 12 outgoing force to maintain the distance 26 is dynamically adjusted.

Die elektronischen Bauteile des Magnetlagers 10 sind vorliegend in einer Elektronikeinheit 15 zumindest logisch zusammengefasst. Es können sämtliche Elektronikbauteile, wie beispielsweise der Verstärker 24, der Regler 22, der Sollwertgeber 25, aber auch der Abstandssensor 20 auf einer gemeinsamen Platine, beispielsweise in Form eines einzigen integrierten Schaltkreises untergebracht sein. Der Platzbedarf für die Elektronikeinheit 15 und ein hiermit einhergehender Verkabelungsaufwand kann insoweit minimiert werden.The electronic components of the magnetic bearing 10 are present in an electronics unit 15 at least logically summarized. It can all electronic components, such as the amplifier 24 , the regulator 22 , the setpoint generator 25 , but also the distance sensor 20 be housed on a common board, for example in the form of a single integrated circuit. The space required for the electronics unit 15 and a concomitant cabling effort can be minimized in this respect.

In der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist ferner ein Bewegungssensor 28 am Träger 50, typischerweise in unmittelbarer Nähe zum elektromagnetischen Aktor 12 vorgesehen. Auch der Bewegungssensor 28 kann in die Elektronikeinheit 15 und in den Regelkreis 11 integriert sein. Der Bewegungssensor 28 ist insbesondere als Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssensor ausgestaltet. Mittels des Beschleunigungssensors 28 ist ein Bewegungszustand, insbesondere ein Schwingungs- oder Resonanzverhalten des Trägers 50 messbar bzw. ermittelbar.In the in 2 The embodiment shown is also a motion sensor 28 on the carrier 50 typically in close proximity to the electromagnetic actuator 12 intended. Also the motion sensor 28 can in the electronics unit 15 and in the control loop 11 be integrated. The motion sensor 28 is designed in particular as an acceleration and / or speed sensor. By means of the acceleration sensor 28 is a state of motion, in particular a vibration or resonance behavior of the wearer 50 measurable or ascertainable.

Mittels des am Träger 50 angeordneten Beschleunigungssensors 28 ist ferner auch ein etwaiges Schwingungs- oder Resonanzverhalten der Basis 30 bestimmbar, und zwar insbesondere durch Kombination der vom Beschleunigungssensor 28 und von den Abstandssensoren 20 ermittelbaren Signale. Stellt der Abstandsensor 20 etwa einen zeitlich variierenden Abstand zwischen Basis 30 und Träger 50 fest und werden vom Bewegungssensor 28 keinerlei oder nur vernachlässigbar kleine Bewegung detektiert ist dies ein Indiz dafür, dass die Basis 30 zu Schwingungen angeregt oder anderweitig mechanisch gestört, bspw. erschüttert wurde. Die Kombination von Bewegungssensor 28 und Abstandssensor 20 ermöglicht somit ein Erkennen von Störungen und Schwingungen des Systems, sodass die Magnetlager 10 zur Dämpfung derartiger Störungen oder Schwingungen gezielt ansteuerbar sind. Das vom Bewegungssensor 28 erzeugbare Bewegungssignal kann gleichermaßen dem Regler 22 des Regelkreises 11 zugeführt werden. Es kann einer Dämpfung bzw. Schwingungsdämpfung der Lagerung des Trägers 50 an der Basis 30 dienen. Der Regler 22 kann insoweit mit einer Schwingungsdämpfung 23 versehen sein, die die Signale des Bewegungssensors 28 schwingungsdämpfend verarbeitet.By means of the carrier 50 arranged acceleration sensor 28 is also a possible vibration or resonance behavior of the base 30 determinable, in particular by combination of the acceleration sensor 28 and from the distance sensors 20 detectable signals. Represents the distance sensor 20 about a time-varying distance between base 30 and carriers 50 stuck and are from the motion sensor 28 detected no or only negligible movement, this is an indication that the base 30 was excited to vibrate or otherwise mechanically disturbed, for example, was shaken. The combination of motion sensor 28 and distance sensor 20 thus allows detection of disturbances and vibrations of the system, so that the magnetic bearings 10 For the damping of such disturbances or vibrations are specifically controlled. That of the motion sensor 28 Generable motion signal can equally be the controller 22 of the control loop 11 be supplied. It may be a damping or vibration damping of the storage of the wearer 50 at the base 30 serve. The regulator 22 can in this respect with a vibration damping 23 Be provided with the signals of the motion sensor 28 processed vibration damping.

Wie in 1 schematisch dargestellt, sind über den Träger 50 mehrere Magnetlager 10 verteilt angeordnet. Jedes dieser Magnetlager 10 kann einen eigenen Regelkreis 11 und somit auch eine eigene Elektronikeinheit 15 aufweisen. Hierdurch kann jedes der Magnetlager 10 quasi autark einen vorgegebenen Abstand 26 zwischen Basis 30 und Träger 50 einhalten. Des Weiteren kann die Vorrichtung 1 mit einem Antrieb 38 versehen sein, der zumindest eine berührungslose Linearbewegung des Trägers 50 relativ zur Basis 30 bereitstellen kann. Der Antrieb 38 ist insbesondere als Linearmotor ausgestaltet. Er weist z. B. eine sich im Ausführungsbeispiel der 1 zwischen seitlichen Führungsschienen 32, 34 erstreckende Antriebsschiene 36 auf. Die Antriebsschiene 36 kann mit einer Dauermagnetanordnung 42 oder mit einem ferromagnetischen Materialversehen sein, mit welcher eine am Träger 50 angeordnete Spulenanordnung 40 magnetisch wechselwirken kann. Auch hier ist vorgesehen, dass die elektrisch beaufschlagbaren Komponenten des Antriebs 38 sämtlichst am Träger 50 angeordnet sind.As in 1 shown schematically are over the carrier 50 several magnetic bearings 10 arranged distributed. Each of these magnetic bearings 10 can have its own control loop 11 and thus also a separate electronic unit 15 exhibit. This allows each of the magnetic bearings 10 virtually self-sufficient a given distance 26 between base 30 and carriers 50 comply. Furthermore, the device 1 with a drive 38 be provided, the at least one non-contact linear movement of the carrier 50 relative to the base 30 can provide. The drive 38 is designed in particular as a linear motor. He points z. B. in the embodiment of the 1 between lateral guide rails 32 . 34 extending drive rail 36 on. The drive rail 36 can with a permanent magnet arrangement 42 or with a ferromagnetic material, with which one on the carrier 50 arranged coil arrangement 40 can interact magnetically. Again, it is envisaged that the electric acted upon components of the drive 38 all on the carrier 50 are arranged.

Der Antrieb kann auch in Form eines Asynchronmotors oder in Form eines Reluktanzantriebs ausgestaltet sein. Je nach Implementierung des Antriebs kann die Antriebsschiene 36 aus dauermagnetischem oder ferromagnetischem Material gefertigt sein oder derartige Materialien aufweisen. Bei Implementierung eines Asynchronmotors kann die Antriebsschiene auch Aluminium oder ein anderes Metall aufweisen oder aus einem solchen gefertigt sein. In 1 ist ferner eine zentrale Energieversorgungseinrichtung 52 für den Träger 50 angedeutet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Energieversorgungseinrichtung 52 als Kabelschleppe implementiert, die anderen Ends beispielsweise an der Basis 30 angeordnet ist. Die flexibel ausgestaltete Kabelschleppe ermöglicht eine berührungsfreie Bewegung bzw. ein berührungsfreies Entlanggleiten des Trägers 50 entlang der Führungsschienen 32, 34 der Basis 30.The drive can also be designed in the form of an asynchronous motor or in the form of a reluctance drive. Depending on the implementation of the drive, the drive rail 36 be made of permanent magnetic or ferromagnetic material or have such materials. When implementing an asynchronous motor, the drive rail may also comprise or be made of aluminum or another metal. In 1 is also a central power supply device 52 for the wearer 50 indicated. In the embodiment shown, the power supply device 52 implemented as cable tow, the other ends, for example, at the base 30 is arranged. The flexibly designed cable tow allows a non-contact movement or a contact-free sliding along the carrier 50 along the guide rails 32 . 34 the base 30 ,

Auch wenn jedes der Magnetlager 10 eine eigene Elektronikeinheit 15 aufweisen kann, ist ferner denkbar, dass der Träger 50 eine zentrale Steuerung 29 aufweist, die beispielsweise mit sämtlichen Magnetlagern 10, insbesondere mit deren Elektronikeinheiten 15 datentechnisch gekoppelt ist.Even though each of the magnetic bearings 10 a separate electronics unit 15 It is also conceivable that the carrier 50 a central control 29 which, for example, with all magnetic bearings 10 , in particular with their electronic units 15 data technology is coupled.

In der schematischen und stark vereinfachten Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts gemäß 3 ist eine obenliegende Basis 30 vorgesehen, an welcher der Träger 50 hängend gelagert ist. Typischerweise sind hierbei an der Basis 30 und dem Träger 50 korrespondierend miteinander ausgestaltete Profilabschnitte, beispielsweise L- oder T-förmige Profilabschnitte vorgesehen, mittels derer der Träger 50 absturzsicher an der Basis 30 gelagert werden kann.In the schematic and highly simplified cross-sectional representation of an apparatus for holding, positioning and / or moving an object according to 3 is an overhead base 30 provided on which the carrier 50 is stored hanging. Typically, these are at the base 30 and the carrier 50 Correspondingly configured profile sections, for example, L-shaped or T-shaped profile sections provided by means of which the carrier 50 crash-proof at the base 30 can be stored.

In der Ausgestaltung gemäß 3 sind oben, der Basis 30 zugewandt, zwei horizontal, quer oder senkrecht zur Transportrichtung 2 angeordnete Magnetlager 10 vorgesehen. Deren elektromagnetische Aktoren 12 sind insbesondere zur Ausbildung einer attraktiven Wechselwirkung mit der Basis, insbesondere mit daran angeordneten Gegenstücken 18 ausgebildet. Die beiden weiteren, in 3 etwas unterhalb dargestellten Magnetlager 10 dienen einer Quer- oder Seitenstabilisierung 50 an der Basis 30. Vorliegend ist eine zentrale Führungsschiene 35 gezeigt, die Bestandteil der Basis 30 ist und welche gegebenenfalls integral oder einstückig mit der Basis 30 ausgebildet ist. Mittels der Führungsschiene 35 können zwei hierzu gegenüberliegend am Träger 50 angeordnete Magnetlager 100 jeweils attraktiv wechselwirken. Jedes der in Horizontalrichtung (x) wirkenden Magnetlager 100 dient der Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes 26 in Querrichtung (x), folglich senkrecht zur Transportrichtung 2 (z) als auch senkrecht zur Vertikalen (y), das heißt senkrecht zur Gewichtskraft.In the embodiment according to 3 are up, the base 30 facing, two horizontally, transversely or perpendicular to the transport direction 2 arranged magnetic bearings 10 intended. Their electromagnetic actuators 12 are in particular for the formation of an attractive interaction with the base, in particular with counterparts arranged thereon 18 educated. The other two, in 3 slightly below illustrated magnetic bearing 10 serve a lateral or lateral stabilization 50 at the base 30 , In the present case is a central guide rail 35 shown the component of the base 30 is and which, if appropriate, integral or integral with the base 30 is trained. By means of the guide rail 35 can two opposite to the carrier 50 arranged magnetic bearings 100 each attractive interaction. Each of the magnetic bearings acting in the horizontal direction (x) 100 serves to maintain a given distance 26 in the transverse direction (x), thus perpendicular to the transport direction 2 (Z) and perpendicular to the vertical (y), that is perpendicular to the weight.

In 3 ist ferner die am Träger 50 angeordnete Spulenanordnung 40 des Antriebs 38 gezeigt. Die Spulenanordnung ist zur Fortbewegung des Trägers 50 entlang der Dauermagnetanordnung 42 bzw. entlang der Antriebsschiene 36 ausgebildet.In 3 is also the on the carrier 50 arranged coil arrangement 40 of the drive 38 shown. The coil arrangement is for the movement of the carrier 50 along the permanent magnet arrangement 42 or along the drive rail 36 educated.

Des Weiteren ist an der Basis 30 eine räumliche Codierung 44 in Transportrichtung 2 angeordnet, die von einem trägerseitig angeordneten Positionssensor 46 auslesbar ist. Der Positionssensor 46 kann insbesondere mit der in 1 skizzierten zentralen Steuerung 29 gekoppelt sein und der Position des Trägers 50 entsprechende Positionssignale erzeugen. Auf diese Art und Weise kann der Träger 50 selbsttätig eine Position in Transportrichtung 2 (z) ermitteln.Furthermore, it is at the base 30 a spatial coding 44 in the transport direction 2 arranged, which from a carrier side arranged position sensor 46 is readable. The position sensor 46 especially with the in 1 sketched central control 29 be coupled and the position of the carrier 50 generate corresponding position signals. In this way, the wearer can 50 automatically a position in the transport direction 2 (z) determine.

Anstelle von zwei gegenüberliegend einer Führungsschiene 35 angeordneter und jeweils eine nur attraktive Kraft erzeugender Magnetlager 100 kann auch lediglich ein einziges Magnetlager mit einem bidirektional wirkenden elektromagnetischen Aktor, wie beispielsweise mit einem Lorentz- oder Tauchspulenaktor vorgesehen werden.Instead of two opposite a guide rail 35 arranged and in each case only an attractive force generating magnetic bearing 100 can also be provided only a single magnetic bearing with a bidirectional acting electromagnetic actuator, such as with a Lorentz or Tauchspulenaktor.

In 4 ist eine zur 3 variierende Ausgestaltung der Vorrichtung 1 gezeigt. Hierbei befindet sich die Basis 30 unterhalb des Trägers 50. Die die Gewichtskraft des Trägers 50 zumindest teilweise kompensierenden Magnetlager 10 sind hierbei entweder als Lorentz-Aktoren zur Ausübung einer repulsiven und nach unten wirkenden Kraft auf die Basis 30 oder als Elektromagnete zur Erzeugung einer attraktiven Kraft auf des Gegenstück bzw. auf die Basis 30 ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedes der Magnetlager 10 mit einer Dauermagneteinheit 54 versehen. Trägerseitig sind hier im Bereich der einzelnen Magnetlager 10 jeweils Dauermagnete 56 vorgesehen, die zum Beispiel mit den in 4 nur ausschnittsweise gezeigten Führungsschienen 32, 34 attraktiv in Wechselwirkung stehen.In 4 is one to 3 varying embodiment of the device 1 shown. Here is the base 30 below the carrier 50 , The weight of the wearer 50 at least partially compensating magnetic bearing 10 are here either as Lorentz actuators to exercise a repulsive and downward-acting force on the base 30 or as electromagnets for generating an attractive force on the counterpart or on the base 30 educated. In the embodiment shown, each of the magnetic bearings 10 with a permanent magnet unit 54 Mistake. The carrier side are here in the range of the individual magnetic bearings 10 each permanent magnet 56 provided, for example, with the in 4 only partially shown guide rails 32 . 34 interactively interact.

Für die Dauermagneteinrichtung 54 sind vielfältigste Implementierungen denkbar. Alternativ zur Darstellung gemäß 4 können die Führungsschienen 32, 34 oder Bereiche hiervon dauer- oder ferromagnetisch ausgestaltet sein, so dass am Träger 50 ein hiermit korrespondierendes ferro- oder dauermagnetisches Element 56 vorzusehen ist. Ferner ist die Implementierung einer Dauermagneteinrichtung 54 nicht auf die in 4 gezeigte Konfiguration von Träger 50 und Basis 30 beschränkt. Sie kann auch gleichermaßen für eine hängende Anordnung, wie in 3 gezeigt, vorgesehen werden.For the permanent magnet device 54 many different implementations are conceivable. Alternatively to the representation according to 4 can the guide rails 32 . 34 or areas thereof be permanently or ferromagnetically designed so that the carrier 50 a ferromagnetic or permanent magnetic element corresponding thereto 56 is to be provided. Furthermore, the implementation of a permanent magnet device 54 not on the in 4 shown configuration of carrier 50 and base 30 limited. It can also be used equally for a hanging arrangement, as in 3 be shown provided.

Die Führungsschienen 32, 34 weisen hierbei ein T-Profil auf, wobei der Dauermagnet 56 der betreffenden Magnetlager 10 zwischen dem T-Profilabschnitt der Führungsschienen 32, 34 und einer Oberseite der plattenartig ausgestalteten Basis 30 angeordnet sind. Mittels der Dauermagneteinheiten 54 kann zumindest ein Teil der Gewichtskraft des Trägers 50 kompensiert werden. Es ist sogar denkbar, dass die von den Dauermagneteinheiten 54 ausgehende und auf die Basis 30 einwirkende Stützkraft größer ist als die Gewichtskraft des Trägers 50. Insoweit können die elektromagnetischen Aktoren 12 der betreffenden Magnetlager 10 eine den Dauermagneteinheiten 54 entgegenwirkende Regulierkraft erzeugen, um den Träger 50 stabil und berührungsfrei an der Basis 30 zu lagern.The guide rails 32 . 34 in this case have a T-profile, wherein the permanent magnet 56 the magnetic bearing in question 10 between the T-profile section of the guide rails 32 . 34 and an upper surface of the plate-like base 30 are arranged. By means of the permanent magnet units 54 may be at least part of the weight of the wearer 50 be compensated. It is even conceivable that those of the permanent magnet units 54 outgoing and on the base 30 acting support force is greater than the weight of the wearer 50 , In that regard, the electromagnetic actuators 12 the magnetic bearing in question 10 one of the permanent magnet units 54 generate counteracting regulatory force to the wearer 50 stable and non-contact at the base 30 to store.

In den 3 und 4 ist ferner die energetische Versorgung des Trägers 50 mittels einer beispielsweise als Kabelschleppe ausgestalteten Energieversorgungseinrichtung 52 skizziert. Die Energieversorgungseinrichtung 52 ist hierbei mittels einer vakuumtauglichen Leitungsdurchführung 58 in das Innere des Gehäuses 60 des Trägers 50 geführt. Die Leitungsdurchführung 58 ist insbesondere weitgehend gasdicht ausgebildet, sodass im Inneren des Trägers 50 unweigerlich vorgesehene Hohlräume weitgehend vakuumdicht ausgeführt sein können. Auf diese Art und Weise kann eine Kontamination einer Vakuumumgebung, etwa durch in Hohlräumen des Trägers 50 befindliche Substanzen, weitgehend ausgeschlossen werden.In the 3 and 4 is also the energetic supply of the carrier 50 by means of an example designed as a cable traction power supply device 52 outlined. The power supply device 52 is here by means of a vacuum suitable cable bushing 58 in the interior of the case 60 of the carrier 50 guided. The cable feedthrough 58 is in particular largely gas-tight, so that inside the carrier 50 inevitably provided cavities can be made largely vacuum-tight. In this way, contamination of a vacuum environment, such as through cavities in the carrier, may occur 50 substances are largely excluded.

In der weiteren schematischen Darstellung gemäß 5 ist ein weitgehend geschlossenes Gehäuse 60 des Trägers 50 gezeigt. Der vorliegend senkrecht zur Transportrichtung 2 geschnittene Träger 50 weist in der Schnittebene vier Magnetlager 10, 100 auf. Die beiden oben dargestellten Magnetlager 10 wirken der Gewichtskraft entgegen, während die beiden darunter dargestellten Magnetlager jeweils für eine Quer- und Seitenstabilisierung ausgelegt sind. In Transportrichtung 2 oder in Längsrichtung der Führungsschienen 32, 34 der Basis 30 können mehrere solcher Magnetlageranordnungen vorgesehen sein, wie dies beispielsweise in 1 angedeutet ist.In the further schematic representation according to 5 is a largely closed housing 60 of the carrier 50 shown. The present case perpendicular to the transport direction 2 cut carriers 50 has four magnetic bearings in the cutting plane 10 . 100 on. The two magnetic bearings shown above 10 counteract the weight, while the two magnetic bearings shown below are each designed for a lateral and lateral stabilization. In transport direction 2 or in the longitudinal direction of the guide rails 32 . 34 the base 30 a plurality of such magnetic bearing arrangements may be provided, as for example in 1 is indicated.

Jedes der in 5 mit einem elektromagnetischen Aktor 12 bestückte Magnetlager 10 weist eine eigene Elektronikeinheit 15 auf, die jeweils in unmittelbarer Nähe zum elektromagnetischen Aktor 12 des betreffenden Magnetlagers 10, 100 angeordnet ist. Auch die Spulenanordnung 40 als auch der Positionssensor 46 sind innerhalb des weitgehend geschlossenen Gehäuses 60 des Trägers 50 angeordnet. Indem sämtliche elektrisch ansteuerbare, signalverarbeitende oder signalerzeugende Komponenten der Vorrichtung 1 am Träger 50 angeordnet sind, kann der Verkabelungsaufwand reduziert und somit die Vakuumtauglichkeit der Vorrichtung verbessert werden. Zudem ermöglicht diese Ausgestaltung eine elektronikfreie und damit kostengünstige sowie robuste Ausgestaltung der Basis 30.Each of the in 5 with an electromagnetic actuator 12 equipped magnetic bearings 10 has its own electronics unit 15 on, each in close proximity to the electromagnetic actuator 12 of the relevant magnetic bearing 10 . 100 is arranged. Also the coil arrangement 40 as well as the position sensor 46 are inside the largely closed housing 60 of the carrier 50 arranged. In that all electrically controllable, signal processing or signal generating components of the device 1 on the carrier 50 are arranged, the cabling can be reduced and thus the vacuum capability of the device can be improved. In addition, this embodiment allows an electronics-free and thus cost-effective and robust design of the base 30 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Halte-, Positionier- und/oder TransportvorrichtungHolding, positioning and / or transport device
22
Transportrichtungtransport direction
1010
Magnetlagermagnetic bearings
1111
Regelkreisloop
1212
Elektromagnetelectromagnet
1414
Eisenkerniron core
1515
Elektronikeinheitelectronics unit
1616
SpuleKitchen sink
1818
Gegenstückcounterpart
2020
Abstandssensordistance sensor
2222
Reglerregulator
2323
Schwingungsdämpfungvibration damping
2424
Verstärkeramplifier
2525
SollwertgeberSetpoint generator
2626
Abstanddistance
2828
Bewegungssensormotion sensor
2929
Zentrale SteuerungCentral control
3030
BasisBase
3232
Führungsschieneguide rail
3434
Führungsschieneguide rail
3535
Führungsschieneguide rail
3636
Antriebsschienedrive rail
3838
Antriebdrive
4040
Spulenanordnungcoil assembly
4242
DauermagnetanordnungPermanent magnet arrangement
4444
Codierungencoding
4646
Positionssensorposition sensor
5050
Trägercarrier
5252
EnergieversorgungseinrichtungPower supply means
5454
DauermagneteinrichtungPermanent magnet device
5656
Dauermagnetpermanent magnet
5858
LeitungsdurchführungCable bushing
6060
Gehäusecasing
100100
Magnetlagermagnetic bearings

Claims (15)

Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts (52), mit: – einer Basis (30) und mit einem relativ zur Basis (30) beweglichen Träger (50), – zumindest drei Magnetlagern (10, 100), mittels welchen der Träger (50) berührungslos an der Basis (30) gelagert ist, – wobei zumindest zwei der Magnetlager (10, 100) als aktive regelbare Magnetlager (10, 100) ausgestaltet sind und jeweils einen elektrisch ansteuerbaren, mit einem Gegenstück (18) magnetisch wechselwirkenden elektromagnetischen Aktor (12) aufweisen, welcher zur Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes zwischen Basis (30) und Träger (50) mittels einer Elektronikeinheit (15) aktiv regelbar ist, und – wobei die zumindest zwei elektromagnetischen Aktoren (12) der Magnetlager (10, 100) und die Elektronikeinheit (15) am Träger (50) angeordnet sind.Device for holding, positioning and / or moving an object ( 52 ), with: - a base ( 30 ) and with a relative to the base ( 30 ) movable support ( 50 ), - at least three magnetic bearings ( 10 . 100 ), by means of which the carrier ( 50 ) non-contact at the base ( 30 ), wherein at least two of the magnetic bearings ( 10 . 100 ) as active controllable magnetic bearings ( 10 . 100 ) are configured and each having an electrically controllable, with a counterpart ( 18 ) magnetically interacting electromagnetic actuator ( 12 ), which in order to maintain a predetermined distance between base ( 30 ) and supports ( 50 ) by means of an electronic unit ( 15 ) is actively controllable, and - wherein the at least two electromagnetic actuators ( 12 ) the magnetic bearing ( 10 . 100 ) and the electronics unit ( 15 ) on the carrier ( 50 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die aktiv regelbaren Magnetlager (10, 100) am Träger (50) jeweils einen Abstandssensor (20) zur Messung eines Abstandes (26) zwischen der Basis (30) und dem Träger (50) aufweisen.Device according to claim 1, wherein the actively controllable magnetic bearings ( 10 . 100 ) on the carrier ( 50 ) each have a distance sensor ( 20 ) for measuring a distance ( 26 ) between the base ( 30 ) and the carrier ( 50 ) exhibit. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die aktiv regelbaren Magnetlager (10, 100) am Träger (50) jeweils eine Elektronikeinheit (15) aufweisen, welcher zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors (12) in Abhängigkeit des vom Abstandssensor (20) ermittelbaren Abstands (26) ausgebildet ist.Device according to claim 2, wherein the actively controllable magnetic bearings ( 10 . 100 ) on the carrier ( 50 ) each an electronic unit ( 15 ), which for controlling the electromagnetic actuator ( 12 ) depending on the distance sensor ( 20 ) distance ( 26 ) is trained. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinheit (15) mit zumindest zwei Magnetlagern (10, 100) gekoppelt ist oder wobei die als zentrale Steuerung (29) ausgestaltete Elektronikeinheit (15) mit sämtlichen aktiven Magnetlagern (10, 100) gekoppelt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the electronic unit ( 15 ) with at least two magnetic bearings ( 10 . 100 ) or as central control ( 29 ) configured electronic unit ( 15 ) with all active magnetic bearings ( 10 . 100 ) is coupled. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Basis (30) zumindest eine, sich entlang einer Transportrichtung (2) erstreckende Führungsschiene (32, 34) mit zumindest einem Gegenstück (18) angeordnet ist, welches mit dem elektromagnetischen Aktor (12) magnetisch wechselwirkt.Device according to one of the preceding claims, wherein at the base ( 30 ) at least one, along a transport direction ( 2 ) extending guide rail ( 32 . 34 ) with at least one counterpart ( 18 ), which is connected to the electromagnetic actuator ( 12 ) interacts magnetically. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner einen Antrieb (38) zum Bewegen des Trägers (50) relativ zur Basis (30) entlang zumindest einer Transportrichtung (2) aufweist, wobei der Antrieb (38) eine an der Basis (30) angeordnete Dauermagnetanordnung (42) und eine am Träger (50) angeordnete, mit der Dauermagnetanordnung (42) wechselwirkende Spulenanordnung (40) aufweist.Device according to one of the preceding claims, which further comprises a drive ( 38 ) for moving the carrier ( 50 ) relative to the base ( 30 ) along at least one transport direction ( 2 ), wherein the drive ( 38 ) one at the base ( 30 ) arranged permanent magnet arrangement ( 42 ) and one on the carrier ( 50 ), with the permanent magnet arrangement ( 42 ) interacting coil arrangement ( 40 ) having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Basis (30) eine sich entlang zumindest einer Transportrichtung (2) erstreckende räumliche Codierung (44) angeordnet ist, die von einem am Träger (50) angeordneten Positionssensor (46) auslesbar ist.Device according to one of the preceding claims, wherein at the base ( 30 ) along at least one transport direction ( 2 ) extending spatial coding ( 44 ) arranged on the support ( 50 ) arranged position sensor ( 46 ) is readable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Magnetlager (10) eine Dauermagneteinheit (54) und einen mit der Dauermagneteinheit (54) wechselwirkenden elektrisch ansteuerbaren elektromagnetischen Aktor (12) aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein at least one of the magnetic bearings ( 10 ) a permanent magnet unit ( 54 ) and one with the permanent magnet unit ( 54 ) interacting electrically controllable electromagnetic actuator ( 12 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Dauermagneteinheit zumindest eines Magnetlagers (10) zur Erzeugung einer auf den Träger (50) einwirkenden Stützkraft (S) ausgebildet ist, die größer als die Gewichtskraft (G) des Trägers ist und wobei der elektromagnetische Aktor (12) zur Erzeugung einer der Stützkraft (S) entgegenwirkenden Regulierkraft ausgebildet ist.Apparatus according to claim 8, wherein the permanent magnet unit of at least one magnetic bearing ( 10 ) for producing one on the carrier ( 50 ) acting supporting force (S) is greater than the weight (G) of the carrier and wherein the electromagnetic actuator ( 12 ) is designed to generate a control force counteracting the support force (S). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Träger (50) zumindest ein mit der Elektronikeinheit (15) gekoppelter Bewegungssensor (28) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein on the carrier ( 50 ) at least one with the electronics unit ( 15 ) coupled motion sensor ( 28 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche elektrisch ansteuerbare, signalverarbeitende oder signalerzeugende Komponenten (15, 16, 20, 22, 24, 25, 28) der aktiven Magnetlager (10, 100) am Träger (50) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein all electrically controllable, signal-processing or signal-generating components ( 15 . 16 . 20 . 22 . 24 . 25 . 28 ) of the active magnetic bearings ( 10 . 100 ) on the carrier ( 50 ) are arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (50) mit einer positionsveränderlichen Energieversorgungseinrichtung (52) gekoppelt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the carrier ( 50 ) with a positionally variable energy supply device ( 52 ) is coupled. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Energieversorgungseinrichtung (52) als Kabelschleppe, als flexibles, längenveränderliches Spiralkabel oder als induktive Energieeinspeisung ausgebildet ist.Device according to claim 12, wherein the energy supply device ( 52 ) is designed as cable tow, as a flexible, variable-length coiled cable or as inductive energy supply. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, wobei die Energieversorgungseinrichtung (52) eine Datenübertragungseinrichtung und/oder eine Kühlmittelzufuhr aufweist.Device according to one of the preceding claims 12 or 13, wherein the energy supply device ( 52 ) has a data transmission device and / or a coolant supply. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (50) vakuumdicht ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the carrier ( 50 ) is formed vacuum-tight.
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