DE102015004582B4 - Vorrichtung zum Halten, Positionieren und Bewegen eines Objekts - Google Patents

Vorrichtung zum Halten, Positionieren und Bewegen eines Objekts Download PDF

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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 einem Magnetlager (10, 100, 200) zur Erzeugung einer Lager- oder Haltekraft (Hv, Hh) zwischen der Basis (30) und dem Träger (50), wobei der Träger (50) mittels des Magnetlagers (10, 100, 200) berührungslos an der Basis (30) gelagert ist, – zumindest einem zwischen Basis (30) und Träger (50) berührungslos wirkenden Antrieb (40; 140) zum Verschieben des Trägers (50) entlang der Basis (30) in zumindest einer Transportrichtung (T), – wobei der Antrieb (40; 140) einen Linearmotor (38) mit zumindest einem Läufer (41; 141) und einem Stator (43; 143) aufweist, wobei der Läufer (41; 141) am Träger (50) und der Stator (43; 143) an der Basis (30) angeordnet ist und wobei der Läufer (41; 141) und der Stator (43; 143) neben einer entlang der Transportrichtung (T) wirkenden Verschiebekraft (V) zur Ausbildung einer weiteren, der Lager- oder Haltekraft (Hv, Hh) entgegenwirkenden Gegenkraft (G) zwischen Basis (30) und Träger (50) ausgebildet sind, und – wobei der Läufer (41; 141) eine regelmäßige Anordnung alternierend gepolter Permanentmagnete (42a, 42b) am Träger (50) aufweist, die unter einem Neigungswinkel zu einer Querrichtung (Q) ausgerichtet sind, die sich senkrecht zur Transportrichtung (T) erstreckt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts, insbesondere von Substraten.
  • Hintergrund
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Wafer Stage ist zum Beispiel aus der Druckschrift US 7 868 488 B2 bekannt.
  • Weiterhin wird zum Stand der Technik auf die Druckschrift DE 10 2014 003 882 A1 verwiesen.
  • Die Implementierung von aktiv geregelten und dementsprechend elektrisch ansteuerbaren Magnetlagern insbesondere in einer Vakuumumgebung erweist sich als überaus komplex.
  • Bekannte Lösungen für die berührungslose Lagerung eines entlang einer stationären Basis zu bewegenden Trägers zur Aufnahme eines Objekts, beispielsweise eines Substrats, können mehrere in einer Transportrichtung voneinander beabstandete einzelne bzw. diskrete Magnetlager aufweisen. Für das Bewegen des Trägers entlang einer Reihe von Magnetlagern ist es erforderlich, dass im Zuge der Transportbewegung des Trägers die stationär an der Basis angeordneten Magnetlager je nach momentaner Position des Trägers mit dem Träger mechanisch wechselwirken.
  • Ein in Transportrichtung vorn mit dem Träger in Wirkverbindung tretendes Magnetlager ist zu aktivieren, während ein in Transportrichtung an einem hinteren Ende des Trägers liegendes Magnetlager entsprechend zu deaktivieren ist. Trotz einer geeigneten elektrischen Ansteuerung zum wahlweisen Aktivieren und Deaktivieren einzelner in den Wirkungsbereich des bewegten Trägers gelangender Magnetlager, ist die Entstehung von Schwingungs- oder Resonanzphänomenen am Träger nicht auszuschließen. Darüber hinaus ist ferner denkbar, dass auch die Basis etwaigen extern bedingten mechanischen Störeinflüssen unterliegt, oder dass die berührungslose Lagerung des Trägers an der Basis zur Schwingungsanregung der Basis führt.
  • Darüber hinaus sind für die berührungslose Lagerung und für den berührungslosen Transport eines Trägers eines Trägers entlang einer von der Basis vorgegebenen Verfahrstrecke auch seitliche oder transversale Führungsmittel vorzusehen. Diese können gleichermaßen mittels entsprechend konfigurierter Magnetlager implementiert sein. Insoweit sind entlang einer von der Basis vorgegebene Verfahrstrecke oftmals zumindest zwei Typen von Magnetlager vorzusehen, nämlich solche Magnetlager, die in Vertikalrichtung mit dem Träger wechselwirken, um die Gewichtskraft des Trägers zu kompensieren und weitere Magnetlager, die als sogenannte horizontale Magnetlager fungieren, mittels welchen eine Seitenstabilisierung bzw. eine seitliche Führung senkrecht zur Transportrichtung des Trägers bereitgestellt werden kann.
  • Für den berührungslosen Transport und für die berührungslose Bewegung des Trägers entlang der Basis ist ferner ein Antrieb vorzusehen. Dieser kann typischerweise in Form eines Linearmotors ausgestaltet sein.
  • Es ist eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum berührungslosen Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts bereitzustellen, welche regelungstechnisch vorteilhaft ist und welche eine verbesserte Seitenstabilisierung für die Bewegung des Trägers bereitstellt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine vorteilhafte und verbesserte Anordnung von seitenstabilisierenden Magnetlagern bereitzustellen, die außerhalb eines Randbereichs des in Transportrichtung bewegbaren Trägers liegen, sodass eine zweidimensionale Bewegung des Trägers an der Basis prinzipiell ermöglicht werden kann. Die Vorrichtung soll sich ferner durch einen besonders kompakten Aufbau auszeichnen. Zudem sollen die für den berührungslosen Transport des Trägers vorgesehenen Magnetlager besonders effektiv und multifunktional einsetzbar sein.
  • Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen
  • Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
  • Die insoweit vorgesehene Vorrichtung ist zum berührungslosen Halten, Positionieren sowie zum Bewegen eines Objekts geeignet. Die Vorrichtung weist eine stationäre bzw. ortsfeste Basis und zumindest einen relativ zur Basis beweglichen Träger für das Objekt auf. Für die berührungslose Lagerung bzw. für den berührungslosen Transport und die Bewegung des Trägers entlang der Basis ist zumindest ein Magnetlager zur Erzeugung einer Lager- oder Haltekraft zwischen der Basis und dem Träger vorgesehen. Der Träger ist dabei mittels des Magnetlagers berührungslos an der Basis gelagert. Zudem ist ein zwischen Basis und Träger berührungslos wirkender Antrieb zum Verschieben des Trägers entlang der Basis in zumindest einer Transportrichtung vorgesehen.
  • Der Antrieb weist insbesondere einen Linearmotor mit zumindest einem Stator und Läufer auf, die an der Basis und am Träger angeordnet sind, und welche neben einer entlang der Transportrichtung wirkenden Verschiebekraft zur Ausbildung einer weiteren, der Lager- oder Haltekraft entgegenwirkenden Gegenkraft zwischen Basis und Träger ausgebildet sind. Der Linearmotor zum Bewegen des Trägers entlang der Basis, erzeugt folglich nicht nur eine Verschiebekraft in Bewegungs- oder in Transportrichtung, sondern zusätzlich auch noch eine Gegenkraft, welche dem zumindest einen Magnetlager entgegenwirkt.
  • Ist das Magnetlager beispielsweise als vertikales Magnetlager zur Gewichtskraftkompensation und zum schwebenden berührungslosen Halten des Trägers ausgestaltet, so erzeugt der Antrieb bzw. dessen Linearmotor eine in Richtung der Gewichtskraft des Trägers gerichtete Gegenkraft. Auf diese Art und Weise kann eine verbesserte Querstabilisierung für den Träger erreicht werden. Indem die vom Antrieb ausgehende Kraft zusätzlich zur Gewichtskraft auf den Träger einwirkt, muss für eine berührungslose Lagerung eine vom Magnetlager ausgehende Lager- oder Haltekraft entsprechend vergrößert werden. Für eine berührungslose Lagerung bezüglich der Vertikalrichtung ist dafür Sorge zu tragen, dass die vom Magnetlager ausgehende Haltekraft betragsmäßig etwa genauso groß wie die Summe der Gewichtskraft des Trägers und der vom Antrieb ausgehende Gegenkraft ist.
  • Eine Erhöhung von Gegenkraft und Haltekraft mag zwar auf den ersten Blick unsinnig erscheinen. Jedoch kann hierdurch eine verbesserte Querstabilisierung des Trägers am Halter erreicht werden. Resonanzfrequenzen der Lagerung des Trägers an der Basis, können auf diese Art und Weise derart verändert, insbesondere erhöht und in einen Frequenzbereich verlagert werden, welcher außerhalb eines praxisrelevanten Bereichs liegt. Mittels der Gegenkraft kann ferner die Dynamik der Lagerung gesteigert werden. Durch Bereitstellen und Erzeugen einer Gegenkraft etwa in Richtung der Gewichtskraft können Lager- oder Haltekräfte auf den Träger einwirken, welche deutlich größer sind als die Erdbeschleunigung.
  • Infolge hiervon können zur Lagerung des Trägers vergleichsweise große Beschleunigungskräfte, d. h. größer als 1 g, auf den Träger einwirken. Derartige Beschleunigungskräfte führen zu einer besonders direkten und in hohem Maße dynamischen Lagerung und Lagestabilisierung des Trägers an der Basis. Die Störanfälligkeit der berührungslosen Lagerung des Trägers an der Basis bezüglich einer Querrichtung kann insoweit verbessert werden, ohne dass hierfür ein gesondertes oder zusätzliches horizontal wirkendes Magnetlager erforderlich wäre.
  • Insoweit kann durch die vom Antrieb ausgehende Gegenkraft das Anforderungsprofil für eine Querstabilisierung oder seitliche Führung für den Träger an der Basis weitaus einfacher erfüllt werden. Es ist zum Beispiel denkbar, die Anzahl von für die Seitenstabilisierung vorzusehender horizontal wirkender Magnetlager zu reduzieren oder gänzlich auf Lager zur Seitenstabilisierung zu verzichten. Zumindest aber kann der Ansteuerungsaufwand für z. B. horizontal wirkende und für die Seitenstabilisierung oder seitliche Führung des Trägers vorgesehene Magnetlager vereinfacht werden. Hierdurch können Herstellungs- und Betriebskosten derartiger Vorrichtungen gesenkt werden.
  • Die vom Antrieb ausgehende Gegenkraft bewirkt eine erhöhte Steifigkeit der Lagerung oder Führung des Trägers an der Basis in Querrichtung, das heißt senkrecht zu der von der Basis vorgegebenen Transportrichtung als auch senkrecht zur Richtung der vom Magnetlager ausgehenden Haltekraft. Die Erhöhung der Steifigkeit durch Aufbringen einer Gegenkraft kann ansatzweise mit einer Federlagerung verglichen werden, wobei die das Lager im Wesentlichen bereitstellende Feder nunmehr mit einer höheren Federkonstante versehen wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist das zumindest eine Magnetlager als aktiv regelbares Magnetlager ausgestaltet. Es weist einen elektrisch ansteuerbaren und mit einem Gegenstück magnetisch wechselwirkenden Elektromagnet sowie einen Abstandssensor und eine hiermit gekoppelte Elektronikeinheit auf. Mittels der Elektronikeinheit, dem Abstandssensor und dem Elektromagnet ist eine vorgegebene Relativposition von Basis und Träger gezielt einstellbar. Typischerweise ist das Magnetlager mit einem eigenen Regelkreis versehen, welcher, ausgehend von den vom Abstandssensor ermittelten Abstandsmesssignalen den Elektromagnet derart ansteuert, dass der Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem Gegenstück weitreichend konstant bzw. innerhalb eines vorgegebenen Bereichs verbleibt.
  • Führt die vom Elektromagnet ausgehende Anziehungskraft auf das Gegenstück zu einer Annäherung von Elektromagnet und Gegenstück, so wird dies vom Abstandssensor detektiert. Die mit dem Abstandssensor und dem Elektromagnet gekoppelte Elektronikeinheit kann alsdann den Stromfluss durch den Elektromagnet schrittweise oder kontinuierlich reduzieren, dass sich ein geforderter Abstand zwischen Abstandssensor und Gegenstück einstellt und aufgrund der Regelung beibehalten wird.
  • Der Abstandssensor ist bevorzugt in unmittelbarer Nähe zum Elektromagnet angeordnet. Eine Minimierung des Abstands zwischen Abstandssensor und dem Elektromagnet ist insbesondere zur Erhöhung eines Grads an Kollokation von Vorteil. Typischerweise weist jedes Magnetlager einen eigenen Regelkreis, umfassend einen Elektromagnet, einen Abstandssensor und eine eigene Elektronikeinheit auf. Auf diese Art und Weise können lokale Abstandsänderungen zwischen Basis und Träger im Bereich des jeweiligen Magnetlagers präzise erfasst und für eine entsprechende Ansteuerung der jeweils betroffenen Elektromagnete selektiv ausgewertet und individuell verwendet werden.
  • Das Vorsehen eines eigenen Regelkreises für jedes einer Vielzahl von Magnetlagern ermöglicht es ferner, dass Steuerströme oder Steuersignale für den Elektromagnet lokal im Bereich des jeweiligen Magnetlagers erzeugt und verarbeitet werden können. Ein Verkabelungsaufwand zwischen Abstandssensor und Elektronikeinheit als auch zwischen Elektronikeinheit und dem jeweils zugeordneten Elektromagnet, kann auf diese Art und Weise verringert werden. Dies kann sich vorteilhaft auf die Vakuumtauglichkeit der gesamten Vorrichtung auswirken. Ohnehin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Positionier- und Verschiebegenauigkeit des Trägers relativ zur Basis im Bereich einiger Mikrometer oder sogar im Submikrometerbereich bereitstellen. Typischerweise ist die Vorrichtung vakuumtauglich ausgestaltet; das heißt, sie ist für den Betrieb unter Vakuumbedingungen, etwa unter Vakuum oder besonders geringem Druck stattfindende Vakuumprozesse, wie zum Beispiel für das Beschichten von Substraten, geeignet.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere Magnetlager auf, die typischerweise in Transportrichtung oder senkrecht hierzu voneinander beabstandet sind. Zumindest eines oder einige der Magnetlager ist oder sind dabei als vertikale Magnetlager zur Erzeugung einer der Gewichtskraft des Trägers entgegenwirkenden vertikalen Haltekraft ausgebildet. Mittels zumindest einen, typischerweise mittels zumindest zweier oder dreier über der Fläche des Trägers verteilt angeordneter Magnetlager, kann die Gewichtskraft des Trägers kompensiert und somit der Träger schwebend und berührungslos an der Basis gehalten werden.
  • Die Anordnung von Magnetlager und Gegenstück kann unterschiedlich auf den Träger und die Basis verteilt sein. Für Vakuumanwendungen ist es von Vorteil, das mit dem Elektromagnet ausgestattete Magnetlager basisseitig und ein magnetisch hiermit wechselwirkendes Gegenstück am Träger vorzusehen. Für eine vertikale Lagerung des Trägers in Transportrichtung ist es dann erforderlich, an der Basis mehrere in Transportrichtung voneinander beabstandete Magnetlager bereitzustellen, wobei der Abstand jener Magnetlager in Transportrichtung kleiner sein muss als die entsprechende Erstreckung des Trägers oder seines Gegenstücks in Transportrichtung.
  • Der Abstand der vertikalen und in Transportrichtung voneinander beabstandeten Magnetlager ist typischerweise derart gewählt, dass sich stets zumindest zwei in Transportrichtung aufeinander folgende vertikale Magnetlager im Wirkungsbereich mit dem Träger befinden.
  • So kann eine Reihe diskreter Magnetlager in Transportrichtung an der Basis angeordnet sein. Es kann hierbei eine einzige, sich in Transportrichtung erstreckende Reihe von vertikalen Magnetlagern vorgesehen und ausreichend sein. Dies ist insbesondere für eine hängende Lagerung des Trägers an der Basis vorgesehen. Alternativ können auch mehrere, so z. B. zwei typischerweise parallele Reihen von Magnetlagern in Transportrichtung vorgesehen sein, wobei die Magnetlagerreihen dann einen Abstand in Querrichtung aufweisen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest ein Magnetlager oder sind zumindest mehrere der Magnetlager als horizontale Magnetlager zur Erzeugung einer horizontal wirkenden Haltekraft zwischen Basis und Träger ausgebildet. Horizontale als auch vertikale Magnetlager können jeweils einen eigenen Regelkreis jeweils mit einem Elektromagnet, einem Abstandssensor und einer Elektronikeinheit, aufweisen. Die Wirkrichtungen von horizontalen und vertikalen Magnetlagern sind jedoch unterschiedlich. Dies kann durch die entsprechende Anordnung und Ausrichtung von Elektromagneten und hiermit magnetisch in Eingriff bringbaren Gegenstücken erreicht werden.
  • Es ist prinzipiell denkbar, dass das horizontale Magnetlager entlang einer den Träger seitlich einfassenden Führung angeordnet ist, und dass insbesondere mehrere in Transportrichtung voneinander beabstandete horizontale Magnetlager an jener seitlichen Führung angeordnet sind und ähnlich wie auch die vertikalen Magnetlager im Zuge einer Verschiebebewegung des Trägers in Transportrichtung sukzessive mit dem Träger magnetisch in und außer Eingriff gelangen.
  • Da der zwischen Basis und Träger wirkende Antrieb zur Ausbildung einer dem Magnetlager entgegenwirkenden Gegenkraft ausgebildet ist und insoweit eine erhöhte Steifigkeit der Lagerung bspw. in Querrichtung bereitstellt, können die Anforderungen an horizontale Magnetlager für die seitliche Führung oder Querstabilisierung des Trägers in vorteilhafter Weise herabgesetzt werden. Insoweit kann der Antrieb in gewissem Maße zur Wirkungsweise der horizontalen Magnetlager beitragen.
  • Die vom Antrieb ausgehende Gegenkraft muss nicht zwingend in Vertikalrichtung wirken. Dies wäre stets dann der Fall, wenn der Antrieb der vertikal wirkenden Haltekraft eines vertikalen Magnetlagers entgegenwirkt. Nach einer alternativen Ausgestaltung ist ferner denkbar, dass die vom Antrieb ausgehende Gegenkraft einer horizontal wirkenden Haltekraft eines horizontalen Magnetlagers entgegenwirkt. In diesem Fall könnte der Antrieb zur Vertikalstabilisierung der magnetischen Lagerung des Trägers beitragen oder es könnte ein horizontales Magnetlager oder eine Reihe horizontaler Magnetlager auf einer Seite des Trägers durch die Wirkungsweise des Antriebs ersetzt werden. Das der Erfindung zugrundeliegende Wirkungsprinzip bleibt dasselbe. Die vom Antrieb ausgehende Gegenkraft würde lediglich in Horizontalrichtung, folglich senkrecht zur Gewichtskraft des Trägers und eines daran angeordneten Objekts wirken.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist das horizontale Magnetlager zumindest einen an der Basis oder am Träger angeordneten Elektromagnet auf, welcher mit dem am Träger oder an der Basis angeordneten Gegenstück zur Verschiebung des Trägers in einer Querrichtung zusammenwirkt. Die Querrichtung erstreckt sich hierbei, bezogen auf die Transportrichtung, transversal, typischerweise senkrecht zur Transportrichtung als auch senkrecht zur Vertikalrichtung. Für Vakuumanwendungen ist auch hier insbesondere vorgesehen, dass der Elektromagnet des horizontalen Magnetlagers basisseitig angeordnet ist, während das mit dem Elektromagnet magnetisch wechselwirkende Gegenstück am Träger angeordnet ist. Naturgemäß sind der Elektromagnet und das hiermit wechselwirkende Gegenstück einander zugewandt an der Basis respektive am Träger angeordnet, sodass eine ungehinderte magnetische Wechselwirkung hierzwischen möglich ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des horizontalen Magnetlagers weist das Gegenstück am Träger oder an der Basis zumindest eine Reihe alternierend gepolter Permanentmagnete auf, die in Querrichtung schräg oder senkrecht zur Transportrichtung voneinander beabstandet sind. Die Permanentmagnete können beispielsweise als Stabmagnete ausgestaltet sein, die mit ihrer Längsachse beispielsweise in Querrichtung ausgerichtet sind. Der Elektromagnet des horizontalen Magnetlagers kann einen von einer Spule umwickelten Eisenkern mit mehreren Schenkeln aufweisen, von denen sich einer durch die Spule erstreckt.
  • Der Abstand der Schenkel in Querrichtung ist hierbei typischerweise etwas geringer als der Abstand der in Querrichtung voneinander beabstandeten Permanentmagnete. Die freien Enden der mit zumindest einer Spule umwickelten Schenkel des Eisenkerns sind auf die in Querrichtung nebeneinander angeordneten Permanentmagnete hin ausgerichtet. Aufgrund der Wechselwirkung des von der Spule erzeugbaren Magnetfeldes mit dem Magnetfeld der Permanentmagnete entsteht eine resultierende Lorentzkraft mit einer Kraftkomponente in Querrichtung. Durch Veränderung der Bestromung des Elektromagneten des horizontalen Magnetlagers kann die Kraftkomponente in Querrichtung bzw. die vom Horizontallager ausgehende Querkraft betragsmäßig und in ihrer Richtung verändert werden.
  • Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, dass das mit dem horizontalen Magnetlager zusammenwirkende Gegenstück in Vertikalrichtung beabstandet zum Elektromagnet des Magnetlagers angeordnet ist. Dies ermöglicht ferner eine vertikal beabstandete Anordnung des Elektromagnets und des hiermit magnetisch wechselwirkenden Gegenstücks an der Basis und am Träger. Auf diese Art und Weise kann ein horizontales Magnetlager verwirklicht werden, ohne dass hierfür eine sich seitlich entlang einer Verfahrstrecke des Trägers angeordnete Schiene oder Halterung für eine seitliche Führung oder berührungslose Lagerung bereitgestellt werden muss. Insbesondere kann der in Querrichtung neben dem Träger liegende Bereich der Basis weitreichend barrierefrei ausgestaltet sein.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das horizontale Magnetlager mit einer Oberseite oder mit einer Unterseite des Trägers magnetisch wechselwirkt. Von Vorteil ist das zumindest ein oder sind mehrere horizontale Magnetlager basisseitig entlang einer Transportrichtung an der Basis angeordnet. Sie befinden sich typischerweise oberhalb des Trägers oder unterhalb des Trägers. Insbesondere weist die Oberseite oder die Unterseite des Trägers zumindest ein mit dem horizontalen Magnetlager magnetisch wechselwirkendes Gegenstück auf. Dieses ist dementsprechend an der Oberseite oder an der Unterseite des Trägers angeordnet. Auf diese Art und Weise und aufgrund der besonderen Ausgestaltung und wechselseitigen Anordnung von Gegenstück und horizontalem Magnetlager, wird es ermöglicht, den Seitenbereich, das heißt denjenigen Bereich horizontal und senkrecht zur Transportrichtung des Trägers weitreichend barrierefreie auszugestalten. Auf seitliche Führungsschienen, wie sie für gattungsgemäße berührungslose Transportsysteme üblicherweise vorgesehen sind, kann in vorteilhafter Weise verzichtet werden.
  • Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass sämtliche horizontalen und sämtliche vertikalen Magnetlager gemeinsam an ein und derselben Basis angeordnet sind, welche sich beispielsweise oberhalb des Trägers befindet. Der Träger kann insoweit schwebend und allein durch die magnetische Wechselwirkung der horizontalen und der vertikalen Magnetlager hängend an der Basis entlanggeführt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist generell vorgesehen, dass das zumindest eine Magnetlager und der Antrieb mit zueinander gegenüberliegenden Seiten des Trägers magnetisch wechselwirken. Bei jener ist vorgesehen, dass der Antrieb an einer den horizontalen oder vertikalen Magnetlagern gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordnet ist. Soll der Antrieb beispielsweise eine der vertikalen Haltekraft entgegenwirkende vertikale Gegenkraft erzeugen, ist von Vorteil vorgesehen, dass der Antrieb mit einer Unterseite des Trägers wechselwirkt, und dass das vertikale Magnetlager mit einer Oberseite des Trägers in magnetische Wirkverbindung tritt. Dementsprechend kann aber auch vorgesehen sein, dass der Antrieb mit einem linken Seiten- oder Außenrand des Trägers wechselwirkt, während ein horizontales Magnetlager mit einem gegenüberliegenden rechten Seitenrand des Trägers in magnetische Wechselwirkung tritt.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Basis mehrere in Transportrichtung oder in Querrichtung voneinander beabstandete Magnetlager auf, die zur Bewegung des Trägers entlang der Basis in Transportrichtung oder in Querrichtung sukzessive mit zumindest einem am Träger angeordneten Gegenstück magnetisch in Wirkverbindung treten.
  • Die Anordnung mehrerer Magnetlager an der Basis ist für die Vakuumtauglichkeit der Vorrichtung von Vorteil. Die durch die Bestromung der Spulen der Magnetlager entstehende Abwärme kann über die stationäre und ortsfeste Basis vergleichsweise gut abgeleitet werden. Die Wärmeleitung bei stationär angeordneten Magnetlagern ist auf jeden Fall einfacher und besser zu realisieren, als dies bei trägerseitig angeordneten Magnetlagern der Fall wäre. Der Wärmetransport eines im Vakuum befindlichen berührungslos gelagerten Trägers ist vergleichsweise aufwendig und komplex.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass Paare von horizontalen und vertikalen Magnetlagern in Transportrichtung beabstandet an der Basis angeordnet sind. Gleichermaßen ist denkbar, dass vertikale Magnetlager und/oder horizontale Magnetlager in Querrichtung voneinander beabstandet an der Basis angeordnet sind. Auf diese Art und Weise wird es prinzipiell ermöglicht, den Träger sowohl in Transportrichtung als auch in Querrichtung relativ zur Basis berührungslos zu bewegen.
  • In Weiterbildung hiervon ist ferner vorgesehen, dass die Basis zwei senkrecht oder schräg zueinander in Transportrichtung und in Querrichtung verlaufende Transportpfade, mit jeweils mehreren Magnetlagern, aufweist, wobei die Transportpfade in einem Kreuzungsbereich aneinander angrenzen. In den Kreuzungsbereichen kann insbesondere die Hauptbewegungsrichtung des Trägers relativ zur Basis verändert werden. Je nach Ausgestaltung des Kreuzungsbereichs kann ein, beispielsweise in Transportrichtung verlaufender Transportpfad, in einen weiteren in Querrichtung verlaufenden Transportpfad münden.
  • Es ist aber auch denkbar, dass einer der Transportpfade zur Bildung einer T-Kreuzung stumpf an einen anderen Transportpfad angrenzt, oder dass sich zwei durchgehende Transportpfade im Kreuzungsbereich lediglich schneiden. Je nach konkreter Ausgestaltung des Kreuzungsbereichs ist denkbar, dass ein entlang der Transportrichtung entlang eines ersten Transportpfads bewegter Träger im Kreuzungsbereich eine Richtungsänderung erfährt, somit zunächst bis zum Erreichen des Kreuzungsbereichs dem ersten Transportpfad in Transportrichtung folgt und alsdann in Querrichtung entlang eines zweiten Transportpfads weiterbewegt wird. Die Realisierung mehrerer unterschiedlich in der horizontalen Ebene verlaufender Transportpfade und die Verwirklichung von Kreuzungsbereichen zur Kopplung unterschiedlicher Transportpfade, ermöglicht eine nahezu beliebige zweidimensionale Verfahrbarkeit des Trägers entlang unterschiedlicher Pfade. So können beispielsweise mehrere Träger kollisionsfrei in unterschiedlichen Richtungen einander vorbeigeführt werden, was sich für die Prozessschritte und Produktionsabläufe zu behandelnder und an den Trägern anordenbarer Objekte als überaus vorteilhaft erweisen kann.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass am Träger zumindest zwei unterschiedlich ausgerichtete Läufer oder Statoren von zwei Linearantrieben angeordnet sind, von denen einer zum Bewegen des Trägers relativ zur Basis in Transportrichtung und von denen der andere zum Bewegen des Trägers relativ zur Basis in Querrichtung ausgebildet ist. Die trägerseitig vorzusehende Komponente des Antriebs, beispielsweise die als passive Elemente ausgebildeten Läufer, können entsprechend der Richtungen der jeweils infrage kommenden Transportpfade ausgerichtet sein.
  • So weist der Träger beispielsweise einen Läufer eines ersten Antriebs auf, welcher dazu ausgebildet ist, den Träger entlang der Transportrichtung und entlang eines ersten Transportpfads zu bewegen. Gleichermaßen kann der Träger mit einem weiteren Läufer eines zweiten Antriebs versehen sein, der ausschließlich dazu ausgebildet ist, den Träger in Querrichtung, das heißt entlang eines hiermit zusammenfallenden zweiten Transportpfads zu bewegen.
  • Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass lediglich diejenigen am Träger angeordneten Läufer oder Statoren eines der beiden Antriebe gleichzeitig aktiviert sind. Befindet sich der Träger in einem Kreuzungsbereich, welcher auch basisseitig mit zwei unterschiedlich ausgerichteten Statoren oder Läufern zweier Antriebe versehen ist, so ist zum Verändern der Bewegungsrichtung des Trägers vorgesehen, die Statoren des einen Antriebs zugunsten der Statoren des anderen Antriebs zu deaktivieren, bzw. die Rolle von aktiven Statoren der beiden Antriebe zu vertauschen.
  • Hiermit einhergehend ist natürlich auch eine entsprechende Aktivierung und Deaktivierung der jeweiligen Magnetlager der unterschiedlichen und an den Kreuzungsbereich angrenzenden Transportpfade vorzusehen.
  • Ähnlich den Magnetlagern gilt auch für den Antrieb, dass zur Verbesserung der Vakuumtauglichkeit der Vorrichtung sämtliche aktiven Komponenten des Antriebs, vorliegend der oder die Statoren, ortsfest an der Basis angeordnet sind, und dass der hiermit magnetisch wechselwirkende Läufer am Träger angeordnet ist. Für andere Nicht-Vakuumanwendungen können beliebige Anordnungen aktiver und passiver Komponenten der Magnetlager, d. h. von Elektromagneten und Gegenstücken an der Basis und am Träger vorgesehen sein. Selbiges gilt für die passiven und aktiven Komponenten des Antriebs, Läufer und Stator.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung sind am Träger zumindest zwei parallel zueinander ausgerichtete Läufer oder Statoren und Transportrichtung oder in Querrichtung in einem vorgegebenen Mindestabstand zueinander angeordnet. Die Komponenten des Antriebs, das heißt die Statoren oder Läufer sind insoweit in Transportrichtung oder in Querrichtung unterbrochen am Träger angeordnet. Durch Bereitstellen zweier parallel zueinander ausgerichteter, aber in Transportrichtung oder in Querrichtung in einem Mindestabstand zueinander angeordneter Komponenten des Antriebs am Träger kann erreicht werden, dass hiermit korrespondierende Komponenten des Antriebs aufseiten der Basis in Transportrichtung oder in Querrichtung nicht durchgehend, sondern beabstandet zueinander angeordnet sind.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass an der Basis mehrere diskrete, in Transportrichtung voneinander beabstandete Statoren, für die Verschiebung des Trägers in Transportrichtung angeordnet sind, und dass am Träger hiermit in Wirkverbindung bringbare Läufer angeordnet sind. Die basisseitigen Statoren als auch die trägerseitigen Läufer können, in Transportrichtung betrachtet, jeweils einen gewissen Mindestabstand zueinander aufweisen. Die Abstände sind hierbei derart zu wählen, dass zumindest ein Läufer des Trägers jeweils mit zumindest einem Stator der Basis in Wirkverbindung ist. Die Erstreckung von Läufer und Statoren an dem Träger und an der Basis als auch deren Abstände in Transportrichtung muss derart gewählt sein, dass stets zumindest ein Läufer des Trägers mit jeweils mindestens einem Stator der Basis in Wirkverbindung ist. Jene Anordnung kann auch gleichermaßen für eine alternative Ausgestaltung vorgesehen sein, bei welcher die Statoren oder der zumindest eine Stator trägerseitig und die Läufer oder der zumindest eine Läufer basisseitig angeordnet sind.
  • Das Vorsehen eines vorgegebenen Mindestabstands der am Träger angeordneten Läufer oder Statoren des Antriebs, entweder in Transportrichtung oder Querrichtung, ermöglicht die Realisierung eines Kreuzungsbereichs zweier aneinander angrenzender Transportpfade.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist jeder der Transportpfade in Transportrichtung oder in Querrichtung voneinander beabstandete Statoren oder Läufer auf. Die Läufer oder Statoren eines Transportpfads sind dabei in Höhe der Zwischenräume zwischen den Läufer oder Statoren des jeweils anderen Transportpfads angeordnet. Weist beispielsweise ein erster basisseitig vorgesehener und sich in Transportrichtung erstreckter erster Transportpfad eine Reihe von in Transportrichtung etwa regelmäßig beabstandete Statoren auf, so kann der zweite basisseitig vorgesehene Transportpfad gleichermaßen mehrere in Querrichtung voneinander beabstandete Statoren aufweisen. Eine gedachte Verbindungslinie sämtlicher Statoren des zweiten Transportpfads schneidet den ersten Transportpfad in einem Zwischenraum zwischen den Statoren des ersten Transportpfads und umgekehrt. Auf diese Art und Weise können die Statoren von erstem und zweitem Transportpfad in ein und derselben Ebene kollisionsfrei sowie berührungslos zueinander angeordnet werden.
  • In einem Kreuzungsbereich zweier aneinander angrenzender oder sich überschneidender Transportpfade kann vorgesehen sein, dass die Zwischenräume zwischen den Läufer oder Statoren eines ersten und eines zweiten Transportpfades im Wesentlichen überdeckend zueinander zu liegen kommen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Kreuzungsbereich zweier Transportpfade ein miteinander korrespondierendes Paar von am Träger und an der Basis angeordneten Läufer und Statoren beider Antriebe, welches zu einem der Transportpfade gehört, im Wechsel mit einem hiermit korrespondierenden Paar von Läufer und Statoren des jeweils anderen Transportpfads aktivierbar ist. Mit anderen Worten weist jeder der Transportpfade einen eigenen Antrieb auf. Insoweit befinden sich im Kreuzungsbereich jeweils zwei Antriebe, die für den Transport des Trägers in unterschiedlichen Richtungen ausgebildet sind. Befindet sich der Träger im Kreuzungsbereich, ist jeweils nur einer der beiden in unterschiedliche horizontale Richtungen wirkenden Antriebe aktiviert, während der jeweils andere Antrieb deaktiviert ist.
  • In Weiterbildung hiervon und nach einer weiteren Ausgestaltung sind zumindest zwei Magnetlager, welche einem der beiden Transportpfade zugeordnet sind, im Kreuzungsbereich aktivierbar, während zwei weitere, einem anderen Transportpfad zugeordnete Magnetlager entsprechend kontinuierlich deaktivierbar sind. Dies gilt insbesondere für die vertikalen Magnetlager. Weisen der erste und der zweite Transportpfad unterschiedliche vertikale Magnetlager auf und befinden sich beide unterschiedliche Arten von vertikalen Magnetlager im Kreuzungsbereich, so ist es für eine Richtungsänderung des Trägers im Kreuzungsbereich erforderlich, beispielsweise die vertikalen Magnetlager eines Transportpfads zugunsten der vertikalen Magnetlager des anderen Transportpfads zu deaktivieren. Das Deaktivieren und Aktivieren von im Kreuzungsbereich liegender vertikaler Magnetlager erfolgt jeweils kontinuierlich und entgegengesetzt, sodass der Träger während des Umschaltens von vertikalen Magnetlagern eines Transportpfads auf die vertikalen Magnetlager eines andere Transportpfades keine Positionsänderung erfährt.
  • Ein derartiges Umschalten von vertikalen Magnetlagern eines ersten Transportpfads zu denjenigen vertikalen Magnetlagern eines zweiten Transportpfads, erfolgt typischerweise bei einem sich in Ruhe befindlichen Träger. Eine analoge Umschaltung von horizontalen Magnetlagern eines Transportpfads auf die horizontalen Magnetlager eines anderen und an den Kreuzungsbereich angrenzenden Transportpfads kann in analoger Art und Weise erfolgen. Das Umschalten der vertikalen Magnetlager kann zeitlich und synchron, aber auch zeitlich versetzt zum Umschalten der horizontalen Magnetlager im Kreuzungsbereich erfolgen.
  • Ferner ist denkbar, dass die im Kreuzungsbereich angeordneten vertikalen Magnetlager gleichermaßen zu beiden angrenzen Transportpfaden gehören. Alsdann sind für eine Richtungsänderung des Trägers im Kreuzungsbereich keine gesonderten Vorkehrungen für die vertikalen Magnetlager zu treffen. Lediglich beim Verlassen des Kreuzungsbereichs sind diejenigen vertikalen Magnetlager desjenigen Transportpfads zu aktivieren entlang welchem sich der Träger gerade entlang bewegt.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines mit einem Regelkreis versehenen Magnetlagers,
  • 2 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Antrieb, welcher neben einer Antriebskraft ferner eine der Lager- oder Haltekraft des Magnetlagers entgegenwirkenden Gegenkraft erzeugt,
  • 3 eine Weiterbildung des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels mit zwei horizontalen Magnetlagern,
  • 4 eine weitere Ausgestaltung mit zwei vertikalen und horizontal beabstandeten Magnetlagern, einem horizontalem Magnetlager und mit einem dem horizontalen Magnetlager gegenüberliegend angeordneten Antrieb,
  • 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher das horizontale Magnetlager oberhalb des Trägers angeordnet ist,
  • 6 eine schematische Querschnittsdarstellung des als Linearmotor ausgestalteten Antriebs,
  • 7 eine Draufsicht auf einen Läufer eines horizontalen Magnetlagers,
  • 8 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines horizontalen Magnetlagers,
  • 9 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer in Transportrichtung längserstreckten Basis,
  • 10 eine schematische Darstellung der an der Unterseite des Trägers angeordneten Läufer zweier in unterschiedlicher Richtungen wirkender Antriebe,
  • 11 eine Draufsicht auf zwei unterschiedliche Arten von Gegenstücken an der Oberseite des Trägers, welche mit in unterschiedlichen horizontalen Richtungen wirkenden horizontalen Magnetlagern zusammenwirken,
  • 12 eine schematische Darstellung zweier rechtwinklig zueinander verlaufender Transportpfade mit einem in einem Kreuzungsbereich befindlichen Träger,
  • 13 eine schematische Darstellung einer Konfiguration von Transportpfaden und sich hiermit ergebende Verfahr- oder Verschieberichtungen für den Träger und
  • 14 eine weitere Ausgestaltung unterschiedlicher Transportpfade zusammen mit sich hieraus ergebenden Verfahr- oder Verschiebemöglichkeiten für den berührungslos an der Basis gelagerten Träger.
  • Detaillierte Beschreibung
  • In den 4 und 9 ist in vereinfachter und schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Halten, Positionieren und/oder Bewegen eines Objekts 52 gezeigt, welches an einem Träger 50 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 kann z. B. als eine Wafer stage oder als Transportsystem für die Vakuumbeschichtung von Displays ausgestaltet sein. Die Vorrichtung 1 weist eine ortsfeste Basis 30, vorliegend in Form von zumindest zwei Führungsschienen auf, die sich in der Darstellung gemäß 9 in Transportrichtung (T) bzw. in z-Richtung erstrecken.
  • Zur berührungslosen Lagerung und zum berührungslosen Transport des Trägers 50 an der Basis 30 sind in Transportrichtung (T) an der Basis 30 mehrere in Transportrichtung voneinander beabstandete sowie in Transportrichtung fluchtend und in Reihe hintereinanderliegende Magnetlager 10 vorgesehen. Die vorliegend an den, bezogen auf die Transportrichtung (T), linken und rechten Seitenrändern des Trägers 50 vorgesehenen Magnetlager 10 dienen der berührungslosen Lagerung des Trägers 50 an der stationären oder ortsfesten Basis 30.
  • Ferner sind an der Basis 30 ebenfalls in Transportrichtung (T) mehrere diskrete Statoren 43 eines Antriebs 40 angeordnet, welche mit zumindest einem hiermit korrespondieren Läufer 41 am Träger 50 nach Art eines Linearmotors 38 berührungsfrei zusammenwirken. Mittels basisseitiger Statoren 43 und zumindest einem oder mehreren trägerseitigen Läufern 41 kann ein Linearmotor 38 gebildet werden, welcher im Betrieb der Vorrichtung 1 eine in Transportrichtung gerichtete Verschiebekraft (V) auf den Träger 50 ausübt. Auf diese Art und Weise kann der Träger 50 berührungslos an der Basis 30 gelagert und ebenso berührungslos entlang der Basis bewegt werden.
  • Im Querschnitt der 2 ist der prinzipielle Aufbau eines Magnetlagers 10 gezeigt. Das Magnetlager 10 ist basisseitig, das heißt an der stationären Basis 30 angeordnet. Es weist zumindest einen Elektromagnet 12 mit einer Spule 16 und mit einem Eisenkern 14 oder Ferritkern auf. Die freien Enden der Schenkel des hufeisenförmig ausgestalteten Eisenkerns 14 sind dem Träger 50 zugewandt. Am Träger 50 ist dem Magnetlager 10 zugewandt ein magnetisch mit dem Elektromagnet 12 wechselwirkendes Gegenstück 18 angeordnet. Das Magnetlager 10 weist ferner einen Abstandssensor 20 auf, welcher einen Abstand 26 zwischen dem Träger 50 und dem basisseitig angeordneten Magnetlager 10 misst. Das Gegenstück 18 kann ferromagnetisch, dauer- oder permanentmagnetisch ausgestaltet sein. Es erstreckt sich typischerweise parallel zu der Basis 30 bzw. parallel zu nicht explizit gezeigten Führungsschienen der Basis 30, entlang welcher der Träger 50 berührungslos verschiebbar ist.
  • Der Abstandssensor 20, der Elektromagnet 12 und eine Elektronikeinheit 15 bildet einen Regelkreis 11, welcher in 1 gesondert und etwas detailliert gezeigt ist. Neben dem Abstandssensor 26 weist der Regelkreis 11 ferner einen Sollwertgeber 25, einen Regler 22, einen Verstärker 24 sowie den als elektromagnetischen Stator wirkenden Elektromagneten 12 auf. Grundsätzlich können für sämtliche Magnetlager 10, 100, 200 anstelle eines Elektromagnets 12 auch andere elektromagnetische Statoren, beispielsweise bidirektional wirkende Lorenz- oder TauchspulenStatoren verwendet werden.
  • Vom Regler 22 erzeugbare Steuersignale werden mittels des Verstärkers 24 verstärkt und werden dementsprechend der Spule 16 zur Erzeugung einer auf das Gegenstück 18 einwirkenden Haltekraft (H) zugeführt. Bevorzugt ist in unmittelbarer Nähe zum Elektromagnet 12 oder zum elektromagnetischen Stator der Abstandssensor 20 angeordnet, welcher permanent einen Abstand 26 zum Gegenstück 18 bzw. zum Träger 50 misst. Der vom Abstandssensor 20 ermittelte Abstand 26 wird in Form eines Abstandssignals dem Sollwertgeber 25 zugeführt. Im Sollwertgeber 25 werden Sollwert und Istwert miteinander verglichen. Entsprechend der Abweichung von Sollwert und Istwert wird ein dementsprechendes Vergleichssignal dem Regler 22 zugeführt, der hieraus ein zur Ansteuerung des Elektromagnets 12 vorgesehenes Steuersignal erzeugt und dem Verstärker 24 zuführt.
  • Das der Spule 16 zugeführte 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 die vom elektromagnetischen Stator bzw. vom Elektromagnet 12 ausgehende Kraft zur Einhaltung des Abstands 26 dynamisch angepasst wird.
  • Die elektronischen Bauteile des Magnetlagers 10 sind typischerweise in einer einzigen Elektronikeinheit 15 zusammengefasst. Zumindest können sämtliche Elektronikbauteile, wie beispielsweise der Verstärker 24, der Regler 22 und der Sollwertgeber 25 auf einer gemeinsamen Platine, beispielsweise in Form eines einzigen integrierten Schaltkreises, untergebracht sein. Der Platzbedarf für die Elektronikeinheit und ein hiermit einhergehender Verkabelungsaufwand kann insoweit auf ein Minimum reduziert werden.
  • Optional kann der Regelkreis 11 noch mit einem Beschleunigungs- oder Bewegungssensor 28 versehen sein, mittels welchem Schwingungsanregungen der Basis 30 ermittelbar sind. Die vom Bewegungssensor 28 erzeugbaren Signale werden typischerweise einer Schwingungsdämpfung 23 zugeführt, die beispielsweise in den Regler 22 integriert sein kann. Mittels einer mit dem Sollwertgeber 25 gekoppelten Steuerung 29 können unterschiedliche geforderte Abstände 26 zwischen der Basis 30 und dem Träger 50 gezielt und bedarfsgerecht eingestellt werden.
  • Am Träger 50 kann ferner ein Referenzabschnitt 19 angeordnet sein, der dem Abstandssensor 20 zugewandt ist, und welcher, etwa bezogen auf die Querrichtung (Q), annähernd überlappend, aber in einem vertikalen Abstand zum Abstandssensor 20 am Träger 50 angeordnet ist.
  • Das in den 1 und 2 schematisch dargestellte Magnetlager 10 ist als vertikales Magnetlager ausgestaltet. Es erzeugt eine Haltekraft (H), insbesondere eine vertikale Haltekraft (Hv), welche zumindest die Gewichtskraft des Trägers 50 und eines daran angeordneten Objekts 52 kompensiert oder aufbringt.
  • Im in den 2, 3 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Unterseite des Trägers 50 ein Antrieb 40 in Form eines Linearmotors 38 vorgesehen. Der Linearmotor 38 weist hierbei zumindest einen oder mehrere am Träger 50 angeordnete Läufer 41 auf, die mit hierzu korrespondierenden Statoren 43, welche an der Basis 30 angeordnet sind, zum Bewegen des Trägers 50 in Transportrichtung (T) zusammenwirken. Die konkrete geometrische Form der Basis 30 ist vorliegend nicht gezeigt. Es versteht sich von selbst, dass die basisseitige angeordneten Komponenten des Antriebs, mithin die Statoren 43 als auch die Magnetlager 10, stationär und unbeweglich zueinander entlang eines von der Basis 30 vorgegebenen Transportpfads 31 angeordnet sind.
  • Der Aufbau des Antriebs 40 ist in den 6 und 7 schematisch gezeigt. Der nach Art eines Linearmotors 38 ausgestaltete Antrieb 40 weist an dem Träger 50 in Transportrichtung (T) in regelmäßigen Abständen angeordnete Permanentmagnete 42a, 42b mit alternierender Polung auf. Der Permanentmagnet 42a ist gegensinnig zum benachbarten Permanentmagnet 42b gepolt. Der hierauf in Transportrichtung folgende Permanentmagnet 42a ist gleichsinnig wie der vorvorherige Permanentmagnet 42a gepolt. Die regelmäßige Anordnung alternierend gepolter Magnete 42a, 42b am Träger 50 bildet einen längserstreckten Läufer 41, welcher mit einem elektrisch ansteuerbaren Stator 43, welcher an der Basis 30 angeordnet ist, zusammenwirken kann.
  • Der Stator 43 weist einen mit mehreren Schenkeln versehenen Eisen- oder Ferritkern 44 auf, wobei in Transportrichtung (T) jeder zweite oder übernächste Schenkel mit einer Spule 45, 46, 47 umwickelt ist. Die Spulen 45, 46, 47 bilden die drei Phasen des Stators 43 und sind alternierend mit elektrischem Strom beaufschlagbar. Die Periodizität bzw. der Mittenabstand der einzelnen äquidistant angeordneten Schenkel 44.1, 44.2, 44.3, 44.4, 44.5, 44.6 und 44.7 des Eisenkerns 44 ist etwas geringer als der Mittenabstand oder die Periodizität der alternierend in Transportrichtung (T) angeordneten Permanentmagnete 42a, 42b, 42a, 42b. Durch alternierende Beaufschlagung der einzelnen Spulen 45, 46, 47 mit elektrischem Strom, kann somit eine in Transportrichtung (T) wirkende Verschiebekraft (V) auf den Träger 50 relativ zur Basis 30 ausgeübt werden.
  • Die Verwendung von Permanentmagneten 42a, 42b, die typischerweise auf einer Stahlplatte des Trägers 50 angeordnet sind, führen in Kombination mit dem Läufer 43 dazu, dass neben einer Verschiebekraft (V) in Transportrichtung (T) auch noch eine attraktive Gegenkraft (G) auf den Träger 50 ausgeübt wird, welche in den Ausführungsbeispielen der 2, 3 und 5 vertikal nach unten weist. Der Antrieb 40 erfüllt somit eine Doppelfunktion. Zum einen erzeugt er eine Verschiebekraft (V) zum Bewegen des Trägers 50 in Transportrichtung (T). Zum anderen erzeugt er eine der Haltekraft (H) des Magnetlagers 10 entgegenwirkende Gegenkraft (G). Auf diese Art und Weise kann der Antrieb 40 zu einer verbesserten Querstabilisierung des Trägers 50 bezüglich einer Querrichtung (Q) beitragen, nämlich insbesondere dann, wenn die Gegenkraft (G) senkrecht oder schräg zur Haltekraft (H) des Magnetlagers 10 wirkt.
  • In der Draufsicht gemäß der 7 ist ersichtlich, dass die Permanentmagnete 42a, 42b des Läufers 41 des Linearmotors 38, bezogen auf die Transportrichtung (T) nicht exakt senkrecht, also in x-Richtung, sondern unter einem gewissen Neigungswinkel zur x-Richtung bzw. zur Querrichtung (Q) ausgerichtet sind. Der Läufer 43, mithin dessen Eisenkern 44, kann hingegen entsprechend einer von den Permanentmagneten 42a, 42b gebildeten rechteckigen gedachten Außenkontur 60 ausgerichtet sein. Die geringfügig gegenüber der Querrichtung (Q) geneigte Ausrichtung der Permanentmagnete 42a, 42b sorgt dafür, dass bei einer Translationsbewegung des Läufers 41 gegenüber dem Stator 43 eine möglichst homogene und gleichbleibende Gegenkraft (G) erzeugt wird. Dies erweist sich regelungstechnisch für das oder die dem Antrieb 40 gegenüberliegenden Magnetlager 10, 100 bei einer Bewegung des Trägers 50 in Transportrichtung (T) als vorteilhaft.
  • Des Weiteren und unabhängig von der konkreten Ausgestaltung von Läufer 41 und Stator 43 des Antriebs 40 kann der Antrieb 40 ferner, wie in 5 gezeigt, mit einem Positionssensor 48 und mit einer hiermit korrespondierenden Codierung 49 an der Basis und am Träger 50 versehen sein. Die Codierung 49 erstreckt sich in Transportrichtung (T). Sie ist bevorzugt am Träger 50 unmittelbar gegenüber einem hiermit korrespondierenden Positionssensor 48 angeordnet, welcher sich typischerweise in unmittelbarer Nähe zu den Statoren 43 des Antriebs 40 befindet. Mittels Codierung 49 und Positionssensor 48 ist die jeweilige Ist-Position des Trägers 50 in Transportrichtung (T) ermittelbar.
  • Etwaige Störungen oder seitlich auf den Träger einwirkende Störkräfte können durch die beispielsweise nach unten in Vertikalrichtung auf den Träger 50 einwirkende Gegenkraft (G) weitaus einfacher kompensiert werden. Durch Vorsehen einer vom Antrieb 40 ausgehenden Gegenkraft (G) haben etwaige in Horizontal- und in Querrichtung (Q) auftretende Störeinflüsse weitaus geringere Auswirkungen auf eine ungewollte Bewegung des Trägers 50 in Querrichtung (Q).
  • Dies hat ferner den Vorteil, als dass der Aufwand für eine Seiten- oder Querstabilisierung für den berührungslos an der Basis 30 gelagerten Träger 50 verringert werden kann. Dies ermöglicht eine weitaus kompaktere Bauform und womöglich auch eine kostengünstigere Realisierung der Vorrichtung 1.
  • In 3 sind ergänzend zur 2 zwei an den linken und rechten Seitenrändern des Trägers 50 angeordnete Magnetlager 100 vorgesehen. Auch jene Magnetlager 100 sind an der Basis 30 ortsfest angeordnet. Sie wirken jeweils mit einem ihnen zugewandten seitlichen Gegenstück 118 zusammen, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Trägers 50 dem jeweiligen Magnetlager 100 zugewandt angeordnet sind. Die Wirkungsweise und der Aufbau des Magnetlagers 100 können im Wesentlichen identisch oder ähnlich dem des Magnetlagers 10 sein. Analog zur Vertikallagerung des Trägers 50 mittels des oberhalb des Trägers 50 angeordneten Magnetlagers 10 kann mittels der an gegenüberliegenden Seiten des Trägers 50 angeordneten Magnetlager 100 eine seitliche Führung bzw. eine Querstabilisierung des Trägers 50 in Querrichtung (Q) erfolgen. Wenngleich eine zur Seitenstabilisierung vorgesehene Reihe horizontaler Magnetlager 100 in 9 nicht explizit gezeigt ist, so erstrecken sie diese in etwa analog den dort dargestellten vertikalen Magnetlagern 100.
  • Für eine seitliche Führung des Trägers 50 sind an beiden gegenüberliegenden Seiten, vorliegend sowohl an der linken Seite 55 als auch an der rechten Seite 57 des Trägers 50 mehrere in Transportrichtung (T) voneinander beabstandete horizontale Magnetlager 100 vorgesehen. Bei der hier vorliegend gezeigten Ausgestaltung mit Elektromagneten 12, welche lediglich eine attraktive Kraft auf den Träger 50 bzw. auf dessen Gegenstücke 118 ausüben können erfordert eine Führung des Trägers 50 in Querrichtung (Q) daher beidseits des Trägers 50 angeordnete horizontale Magnetlager 100.
  • In der weiteren Ausgestaltung gemäß 4 ist lediglich an der rechten Seite 57 des Trägers 50 ein horizontales Magnetlager 100 vorgesehen, während an der gegenüberliegenden linken Seite 55 der Antrieb 40 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind ferner zwei in Querrichtung (Q) voneinander beabstandete vertikale Magnetlager 10 oberhalb des Trägers 50 vorgesehen. Das am Träger zu haltende Objekt 52 befindet sich an der Unterseite 53 des Trägers 50. In diesem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 erzeugt der Antrieb 40 eine in Horizontalrichtung wirkende Gegenkraft (G), welche der seitlichen Haltekraft (Hh) des gegenüberliegenden horizontalen Magnetlagers 100 entgegenwirkt.
  • Auf diese Art und Weise kann beispielsweise die Wirkungsweise des in 3 an der linken Seite 55 des Trägers 50 angeordneten horizontalen Magnetlagers 100 vollständig durch den Antrieb 40 ersetzt werden. Im Endeffekt ergibt sich durch die in 4 gezeigte Anordnung und durch die Doppelfunktion des Antriebs 40 die Einsparung eines der horizontalen Magnetlager 100. Das Ersetzen eines horizontalen Magnetlagers 100 durch den seitlich entlang des Trägers 50 angeordneten Antriebs 40, birgt ein erhebliches Einsparpotenzial.
  • Es ist hierbei ferner zu berücksichtigen, dass die 2, 3, 4 und 5 lediglich beispielhaft einen Querschnitt durch die schematisch in 9 gezeigte Vorrichtung wiedergeben können, und dass sämtliche im Querschnitt gezeigten Magnetlager 10, 100 sowie die Antriebskomponenten Läufer 41 und Stator 43 in Transportrichtung (T), also senkrecht zur Papierebene der 2, 3, 4 und regelmäßig bzw. äquidistant wiederkehrend angeordnet sind.
  • Die Anordnung von zwei parallel verlaufenden und in Querrichtung (Q) voneinander beabstandeten Reihen einzelner Magnetlager 10, wie in 9 und 12 dargestellt, ist nicht zwingend vorzusehen. Für eine vertikale Magnetlagerung ist es prinzipiell ausreichend, wenn in Querrichtung (Q) lediglich ein einziges vertikales Magnetlager 10 vorgesehen ist und wenn in Transportrichtung (T) mehrere solcher Magnetlager 10 in einer Reihe angeordnet sind, wie dies z. B. in den 2 und 3 schematisch gezeigt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Träger 50 quasi nur punktuell an der Basis 30 hängend gelagert. Etwaige Schwingungen oder Pendelbewegungen des Trägers 50 in Querrichtung (Q) können mittels der vom Linearantrieb 38 ausgehenden Gegenkraft (G) kompensiert oder zumindest gedämpft werden.
  • In den 5 und 8 ist eine weitere Ausgestaltung eines horizontalen Magnetlagers 100 gezeigt. Dieses weist, ähnlich wie der Linearantrieb 38, einen mit mehreren Schenkeln 144.1, 144.2 und 144.3 versehenen Eisen- oder Ferritkern 114 auf. Ein zentraler Schenkel 144.2 ist hierbei von einer Spule 116 umwickelt. Der Eisenkern 114 und die Spule 116 bilden insoweit einen Elektromagnet 112, welcher ähnlich dem Stator 43 des Linearmotors 38 mit einem Gegenstück 118 zusammenwirkt. Das Gegenstück 118 weist, ähnlich wie der Läufer 41, mehrere, vorliegend zumindest zwei oder zumindest drei alternierend gepolte Permanentmagnete 118a, 118b, 118a auf, die in der in den 5 und 8 gezeigten Ausführungsform in Querrichtung (Q) voneinander beabstandet am Träger 50 angeordnet sind.
  • Ähnlich wie zuvor zum Linearmotor 38 beschrieben, kann durch Bestromung der Spule 116 eine in Querrichtung (Q) gerichtete Kraft von der Basis 30 auf den Träger 50 ausgeübt werden. Das in 8 gezeigte horizontale Magnetlager 100 unterscheidet sich insoweit nicht nur hinsichtlich seiner Anordnung und Wirkungsweise, sondern auch hinsichtlich seines Aufbaus vom vertikalen Magnetlager 10.
  • Die in den 5 und 8 gezeigte Ausführungsvariante eines horizontalen Magnetlagers 100 ist insoweit von Vorteil, als dass auch das in Horizontalrichtung bzw. in Querrichtung (Q) wirkende Magnetlager 100 außerhalb des Seitenbereichs des Trägers 50 und somit beispielsweise oberhalb des Trägers 50 anordenbar ist. Beispielsweise kann das horizontale Magnetlager 100 zwischen zwei in Querrichtung (Q) voneinander beabstandeten vertikalen Magnetlagern 10 an der Basis angeordnet sein. Das horizontale Magnetlager 100 kann ferner mit einem Positionssensor 120 versehen sein, welcher mit einem gegenüberliegend am Träger 50 angeordneten Referenzabschnitt 119 zur Bestimmung der Position in Querrichtung (Q) zusammenwirken kann. Der Positionssensor 120 als auch die in Vertikalrichtung messenden Abstandssensoren 20 können optisch, kapazitiv oder aber auch magnetisch implementiert sein.
  • Die Ausgestaltung des in 8 gezeigten horizontalen Magnetlagers 100 kann zwar nur einen vergleichsweise geringen Hub oder eine vergleichsweise geringe Bewegung des Trägers 50 in Querrichtung (Q) bewirken. Aufgrund der vom Antrieb 40 ausgehenden Gegenkraft (G), welche im Ausführungsbeispiel gemäß der 5 entgegen der vertikalen Haltekraft (Hv) der beiden vertikalen Magnetlager 10 wirkt, kann eine derart geringe Verschiebung des Trägers 50 in Querrichtung (Q) mittels des horizontalen Magnetlagers 100 bereits ausreichend sein.
  • Die Ausgestaltung gemäß der 5 ist insoweit von Vorteil, als dass für die Querstabilisierung und für die seitliche Führung des Trägers 50 in Bezug auf die Querrichtung (Q) keinerlei bauliche Vorkehrungen seitlich des Trägers 50 vorzusehen sind. Links und rechts des Trägers 50 herrscht sozusagen Barrierefreiheit, sodass durch die hier vorgeschlagene Lagerung die prinzipiellen Möglichkeiten für eine Verfahrbarkeit des Trägers (T) sowohl in Transportrichtung als auch in Querrichtung (Q) nunmehr prinzipiell gegeben sind.
  • So kann die Basis letztlich mehrere unterschiedlich ausgerichtete Transportpfade 31, 131 bereitstellen, entlang welcher für die entsprechende Bewegung des Trägers 50 vorgesehene Magnetlager 10, 100 angeordnet sind. Beispielsweise sind unterschiedlichste Transportpfade 31 und 131, wie in den 13 und 14 gezeigt denkbar, wobei sich die Transportpfade 31 in Transportrichtung (T) und die Transportpfade 131 in Querrichtung (Q) erstrecken. Die Transportpfade 31, 131 sind in der horizontalen Ebene typischerweise senkrecht zueinander ausgerichtet. Insoweit zeigen die 13 und 14 eine Draufsicht von oben.
  • Die einzelnen Transportpfade 31, 131 müssen nicht zwangsläufig zwei parallele Reihen von in Transportrichtung (T) oder Querrichtung (Q) beabstandeten Magnetlagern 10 aufweisen, wie dies z. B. in 9 gezeigt ist. Ein Transportpfad 31 kann grundsätzlich auch von einer einzelnen Lagerschiene mit nur einer einzigen Reihe von in Transportrichtung (T) oder Querrichtung (Q) voneinander beabstandeten diskreten Magnetlagern 10 gebildet sein, wie dies etwa in 2 oder 3 angedeutet ist. Eine einreihige vertikale Lagerung eignet sich insbesondere für eine hängende Anordnung und Lagerung des Trägers 50 an der Basis 30.
  • In 13 ist ein linker Transportpfad 31a gezeigt, welcher sich in Transportrichtung (T) erstreckt, und welcher in einem Kreuzungsbereich 32a an einen hierzu senkrecht verlaufenden weiteren Transportpfad 131 angrenzt. An einem dem Kreuzungsbereich 32a abgewandten Ende des Transportpfads 131 befindet sich ein weiterer Kreuzungsbereich 32b, in welchem der Transportpfad 131 wieder in einen weiteren sich in Transportrichtung (T) erstreckenden Transportpfad 31b übergeht.
  • In der Ausgestaltung gemäß 14 sind die beiden parallel und in Querrichtung (Q) voneinander beabstandeten Transportpfade 31a, 31b mit zwei in Transportrichtung (T) voneinander beabstandeten Transportpfaden 131a, 131b miteinander verbunden. Es ergeben sich insgesamt vier Kreuzungsbereiche 32a, 32b, 32c, 32d. Demgemäß kann ein Träger 50 nahezu beliebig zwischen den Kreuzungsbereichen 32a, 32b, 32c, 32d entlang jeweils eines der Transportpfade 31a, 31b, 131a, 131b bewegt werden.
  • In 12 ist einer der Kreuzungsbereiche 32 etwas vergrößert, aber vereinfacht schematisch dargestellt. So sind an der Basis 30 entlang eines sich in Transportrichtung (T) erstreckenden Transportpfads 31, mehrere in Transportrichtung (T) voneinander beabstandete Statoren 43 des Antriebs 40 angeordnet, welche jeweils mit dementsprechend an der Unterseite 53 des Trägers 50 vorgesehenen Läufer 41 des Trägers 50 zusammenwirken. Zwischen den einzelnen basisseitig angeordneten Statoren 43 sind Zwischenräume 3 vorgesehen. Im Kreuzungsbereich 32 schneiden sich zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Transportpfade 31, 131, wobei der zweite Transportpfad 131 in Querrichtung (Q) verläuft.
  • Jener Transportpfad 131 ist trägerseitig ebenfalls mit Statoren 143 eines weiteren Antriebs 140 ausgestattet. Zwischen den in Querrichtung (Q) versetzt und beabstandet angeordneten Statoren 143 des weiteren Antriebs 140, sind ebenfalls Zwischenräume 103 vorgesehen. Im Kreuzungsbereich 32 sind die einzelnen Statoren 43, 143 der beiden Antriebe 40, 140 derart angeordnet, dass eine gedachte Verbindungslinie sämtliche Statoren 43 des ersten Transportpfads 31 in einem Zwischenraum 103 zwischen zwei in Querrichtung (Q) aufeinanderfolgenden Statoren 143 des Antriebs 140 verläuft.
  • Umgekehrt ist ebenfalls vorgesehen, dass eine gedachte Verbindungslinie sämtlicher Statoren 143 des Antriebs 140 durch einen Zwischenraum 3 zwischen in Transportrichtung (T) benachbarten Statoren 43 des Antriebs 40 verläuft.
  • Im Zentrum des Kreuzungsbereichs 32 kommen die Zwischenräume 3, 103 der beiden Transportpfade 31, 131 womöglich zumindest bereichsweise überdeckend zu liegen.
  • An der Unterseite des Trägers 50 sind entsprechend der Ausrichtung und Anordnung der Statoren 43, 143 der beiden Antriebe 40, 140 entsprechende Läufer 41, 141 vorgesehen, welche jeweils zuvor beschriebenen alternierend angeordneten Permanentmagnete 42a, 42b bzw. 142a, 142b aufweisen. Die Ausrichtung der Permanentmagnete 42a, 42b des Läufers 41 ist um 90° zur Ausrichtung der Permanentmagnete 142a, 142b des Läufers 141 des Antriebs 140 gedreht. Zudem sind die Läufer 41, 141 nebeneinander und überlappungsfrei an der Unterseite 53 des Trägers 50 angeordnet.
  • An der Unterseite 53 des Trägers 50 sind zumindest zwei Läufer 41 eines Antriebs 40 in einem Abstand voneinander anzuordnen. Zwei Läufer 141 des einen Antriebs 140 sind hierbei in Querrichtung (Q) in einem Mindestabstand DQ voneinander beabstandet am Träger 50 angeordnet. Selbiges gilt für die zueinander parallel ausgerichtete Läufer 41 des anderen Antriebs 40. Diese sind in Transportrichtung (T) um einen Mindestabstand DT voneinander beabstandet am Träger 50 angeordnet.
  • Auf diese Art und Weise kann eine in 12 schematisch angedeutete Konfiguration im Kreuzungsbereich 32 erreicht werden, bei welcher die Läufer und Statoren 41, 43 eines Antriebs 40 als auch die Statoren und Läufer 141, 143 des anderen Antriebs 140 geometrisch überdeckend zueinander zu liegen kommen. Damit der Träger 50 beispielsweise von links aus der Querrichtung (Q) kommend in den Kreuzungsbereich 32 gelangt, ist eine Aktivierung der Statoren 143 des Antriebs 140 erforderlich, welcher entlang des zweiten Transportpfads 131 verläuft. Mit Erreichen einer Position im Kreuzungsbereich 32 kann jener Antrieb 140 gestoppt werden. Alsdann können die Statoren 143 des Antriebs 140 deaktiviert und die Statoren 43 des anderen Antriebs 40 aktiviert werden. Somit kann der Träger 50, ausgehend vom Kreuzungsbereich 32, entlang des ersten Transportpfads 31 bewegt werden.
  • Es versteht sich von selbst, dass entsprechend der 9 die Transportpfade 31, 131 jeweils auch mit einer Reihe von vertikalen Magnetlagern 10 versehen sind, die regelmäßig entlang der jeweiligen Transportpfade 31, 131 an der Basis angeordnet und entsprechend der Bewegung des Trägers 50 relativ zur Basis bedarfsgerecht aktiviert werden.
  • In 11 ist schließlich noch beispielhaft gezeigt, dass an der Oberseite 51 des Trägers 50 einzelne Gegenstücke 118, 218 zweier unterschiedlicher horizontaler Magnetlager 100, 200 angeordnet sind. Die in Transportrichtung (T) voneinander am Träger 50 beabstandeten Gegenstücke 118 weisen jeweils zwei oder mehrere Permanentmagnete 118a, 118b auf, die in Querrichtung (Q) voneinander beabstandet sind und deren Längsausrichtung im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung (T) verläuft. Die beiden in Transportrichtung (T) vorn und hinten am Träger 50 angeordneten Gegenstücke 118 wirken jeweils mit horizontalen Magnetlagern 100 zusammen, die in Transportrichtung (T) in regelmäßigen Abständen an der Basis 30 angeordnet sind, und welche eine in Querrichtung (Q) auf den Träger 50 ausübende horizontale Haltekraft (Hh) bereitstellen können.
  • Die beiden weiteren in Querrichtung (Q) vorn und hinten am Träger 50 angeordneten Gegenstücke 218 wirken hingegen mit horizontalen Magnetlagern 200 zusammen, die in Querrichtung (Q) entlang des Transportpfads 131 regelmäßig beabstandet an der Basis 30 angeordnet sind, und welche eine in Transportrichtung (T) auf den Träger einwirkende Haltekraft (Hh) bereitstellen können. Demgemäß sind die Permanentmagnete 118a, 118b auch um 90° gegenüber den Permanentmagneten 218a, 218b der Gegenstücke 218 gedreht am Träger 50 angeordnet. Die Gegenstücke 118, 218, welche vorliegend an der Oberseite 51 des Trägers angeordnet sind, können ähnlich wie auch die an der Unterseite vorgesehenen Läufer 41, 141 geometrisch überlappend mit jeweils korrespondierenden horizontalen Magnetlagern 100, 200 im Kreuzungsbereich zweier Transportpfade 31, 131 zu liegen kommen.
  • Sofern eine Richtungsänderung für den Träger 50 vorgesehen ist, sind beispielsweise die dem Transportpfad 31 zugeordneten horizontalen Magnetlager 100 zu deaktivieren, während die dem anderen Transportpfad 131 zugeordneten horizontalen Magnetlager 200 zu aktivieren sind.
  • Selbiges ist natürlich auch für die vertikalen Magnetlager 10 vorzusehen. Sofern die vertikalen Magnetlager 10 des einen Transportpfads 31 weitgehend identisch zu denjenigen des anderen Transportpfads 131 ausgebildet sind, kann es jedoch ausreichend sein, wenn im Kreuzungsbereich 32 selbst keine doppelte Anzahl vertikaler Magnetlager 10 der beiden Transportpfade 31, 131 vorgesehen ist. Im Zuge einer Richtungsänderung der Bewegung des Trägers im Kreuzungsbereich 52 kann es ausreichend sein, wenn stets lediglich diejenigen vertikalen Magnetlager 10 von erstem und/oder zweitem Transportpfad 31, 131 bedarfsgerecht aktiviert werden, sobald der Träger 50 in den Kreuzungsbereich 32 verlässt und in den Wirkungsbereich von Magnetlagern 10 gelangt, welche ausschließlich zu einem der Transportpfade 31, 131 gehören.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halte-, Positionier- und Transportvorrichtung
    3
    Zwischenraum
    10
    Vertikales Magnetlager
    11
    Regelkreis
    12
    Elektromagnet
    14
    Eisenkern
    15
    Elektronikeinheit
    16
    Spule
    18
    Gegenstück
    19
    Referenzabschnitt
    20
    Abstandssensor
    22
    Regler
    23
    Schwingungsdämpfung
    24
    Verstärker
    25
    Sollwertgeber
    26
    Abstand
    28
    Bewegungssensor
    29
    Steuerung
    30
    Basis
    31
    Transportpfad
    32
    Kreuzungsbereich
    38
    Linearmotor
    40
    Antrieb
    41
    Läufer
    42a
    Permanentmagnet
    42b
    Permanentmagnet
    43
    Stator
    44
    Eisenkern
    44.1, 44.2, 44.3, 44.4, 44.5, 44.6, 44.7
    Schenkel
    45
    Spule
    46
    Spule
    47
    Spule
    48
    Positionssensor
    49
    Codierung
    50
    Träger
    51
    Oberseite
    52
    Objekt
    53
    Unterseite
    55
    Linke Seite
    57
    Rechte Seite
    60
    Außenkontur
    100
    Horizontallager
    111
    Regelkreis
    112
    Elektromagnet
    114
    Eisenkern
    114.1, 114.2, 114.3
    Schenkel
    116
    Spule
    118
    Gegenstück
    118a
    Permanentmagnet
    118b
    Permanentmagnet
    119
    Referenzabschnitt
    120
    Positionssensor
    131
    Transportpfad
    140
    Antrieb
    141
    Läufer
    142a
    Permanentmagnet
    142b
    Permanentmagnet
    143
    Stator
    200
    Horizontallager
    218
    Gegenstück
    218a
    Permanentmagnet
    218b
    Permanentmagnet

Claims (15)

  1. 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 einem Magnetlager (10, 100, 200) zur Erzeugung einer Lager- oder Haltekraft (Hv, Hh) zwischen der Basis (30) und dem Träger (50), wobei der Träger (50) mittels des Magnetlagers (10, 100, 200) berührungslos an der Basis (30) gelagert ist, – zumindest einem zwischen Basis (30) und Träger (50) berührungslos wirkenden Antrieb (40; 140) zum Verschieben des Trägers (50) entlang der Basis (30) in zumindest einer Transportrichtung (T), – wobei der Antrieb (40; 140) einen Linearmotor (38) mit zumindest einem Läufer (41; 141) und einem Stator (43; 143) aufweist, wobei der Läufer (41; 141) am Träger (50) und der Stator (43; 143) an der Basis (30) angeordnet ist und wobei der Läufer (41; 141) und der Stator (43; 143) neben einer entlang der Transportrichtung (T) wirkenden Verschiebekraft (V) zur Ausbildung einer weiteren, der Lager- oder Haltekraft (Hv, Hh) entgegenwirkenden Gegenkraft (G) zwischen Basis (30) und Träger (50) ausgebildet sind, und – wobei der Läufer (41; 141) eine regelmäßige Anordnung alternierend gepolter Permanentmagnete (42a, 42b) am Träger (50) aufweist, die unter einem Neigungswinkel zu einer Querrichtung (Q) ausgerichtet sind, die sich senkrecht zur Transportrichtung (T) erstreckt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Magnetlager (10, 100, 200) als aktiv regelbares Magnetlager (10, 100, 200) ausgestaltet ist und einen elektrisch ansteuerbaren und mit einem Gegenstück (18; 118) magnetisch wechselwirkenden Elektromagnet (12; 112) sowie einen Abstandssensor (20; 120) und eine hiermit gekoppelte Elektronikeinheit (15; 115) aufweist, mittels welcher eine vorgegebene Relativposition von Basis (30) und Träger (50) einstellbar ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Magnetlager (10) als vertikales Magnetlager (10) zur Erzeugung einer der Gewichtskraft des Trägers (50) entgegenwirkenden vertikalen Haltekraft (Hv) ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Magnetlager (100, 200) als horizontales Magnetlager zur Erzeugung einer horizontal wirkenden Haltekraft (Hh) zwischen Basis (30) und Träger (50) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das horizontale Magnetlager (100) zumindest einen an der Basis (30) oder am Träger (50) angeordneten Elektromagnet (112) aufweist, welcher mit dem am Träger (50) oder an der Basis (30) angeordneten Gegenstück (118) zur Verschiebung des Trägers (50) in Querrichtung (Q) zusammenwirkt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein mit dem horizontalen Magnetlager (100) zusammenwirkendes Gegenstück (118) zumindest eine Reihe am Träger (50) oder an der Basis (30) angeordneter alternierend gepolter Permanentmagnete (118a, 118b) aufweist, die in einer Querrichtung (Q) schräg oder senkrecht zur Transportrichtung (T) voneinander beabstandet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, wobei das horizontale Magnetlager (100, 200) mit einer Oberseite (51) oder mit einer Unterseite (53) des Trägers (50) magnetisch wechselwirkt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Magnetlager (10, 100, 200) und der Antrieb (40; 140) mit zueinander gegenüberliegenden Seiten (51, 53, 55, 57) des Trägers (50) magnetisch wechselwirken.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basis (30) mehrere in Transportrichtung (T) oder in Querrichtung (Q) voneinander beabstandete Magnetlager (10, 100, 200) aufweist, die zur Bewegung des Trägers (50) entlang der Basis (30) in Transportrichtung (T) oder in Querrichtung (Q) sukzessive mit zumindest einem am Träger (50) angeordneten Gegenstück (18; 118; 218) magnetisch in Wirkverbindung treten.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basis (30) zumindest zwei senkrecht oder schräg zueinander in Transportrichtung (T) und in Querrichtung (Q) verlaufende Transportpfade (31; 131) mit jeweils mehreren Magnetlagern (10, 100, 200) aufweist, wobei die Transportpfade (31; 131) in einem Kreuzungsbereich (32) aneinander angrenzen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei am Träger (50) zumindest zwei unterschiedlich ausgerichtete Läufer (41; 141) oder Statoren (43; 143) von zwei Antrieben (40; 140) angeordnet sind, von denen einer zum Bewegen des Trägers (50) relativ zur Basis (30) in Transportrichtung (T) und von denen der andere zum Bewegen des Trägers (50) relativ zur Basis (30) in Querrichtung (Q) ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, wobei am Träger (50) zumindest zwei parallel zueinander ausgerichtete Läufer (41, 141) oder Statoren (43, 143) in Transportrichtung (T) oder in Querrichtung (Q) in einem vorgegebenen Mindestabstand (DT, DQ) zueinander angeordnet sind.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei jeder der Transportpfade (31, 131) in Transportrichtung (T) oder in Querrichtung (Q) voneinander beabstandete Statoren (43; 143) oder Läufer (41; 141) aufweist, wobei die Läufer (41; 141) oder Statoren (43; 143) eines Transportpfades (31) in Höhe der Zwischenräume (3, 103) zwischen den Läufer (41; 141) oder Statoren (43; 143) des jeweils anderen Transportpfades (131) angeordnet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, wobei im Kreuzungsbereich (32) ein miteinander korrespondierendes Paar von am Träger (50) und an der Basis (30) angeordneten Läufer (41; 141) und Statoren (43; 143) beider Antriebe (40, 140), welches zu einem der Transportpfade (31) gehört im Wechsel mit einem Paar von Läufer und Statoren (41; 141, 43, 143) des jeweils anderen Transportpfades (131) aktivierbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, wobei im Kreuzungsbereich (32) zumindest zwei, einem der beiden Transportpfade (31) zugeordnete Magnetlager (10, 100) aktivierbar sind während zwei weitere, dem jeweils anderen Transportpfad (131) zugeordnete Magnetlager (10, 200) entsprechend deaktivierbar sind.
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