DE102018006259A1 - Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers - Google Patents

Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beförderungsvorrichtung (10) zum Befördern mindestens eines Wafers (36), mit zumindest einem Transportkörper (200), wobei der Transportkörper (200) zumindest zum Tragen oder zum Halten eines Wafers (36) eingerichtet ist und wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) zumindest zweidimensional auf einer Beförderungsfläche (35) zu bewegen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers und ein Verfahren zum Betrieb derselben. Vorzugsweise kommt hierbei eine magnetische Levitation zum schwebenden Transport und/oder zur Positionierung und/oder Orientierung des mindestens einen Wafers zum Einsatz. Die hier vorgestellte Lösung kann dabei bevorzugt im Bereich der Halbleiterfertigung zur Anwendung gelangen.
  • Stand der Technik
  • Im Rahmen der Halbleiterfertigung müssen oftmals Objekte wie Wafer transportiert oder positioniert werden. Dazu werden herkömmlicherweise Transportsysteme eingesetzt, welche die Wafer auf festgelegten Fahrspuren oder Schienen bewegen. Entsprechend festgelegte Fahrspuren oder Schienen erlauben in der Regel nur eine auch als eindimensional bezeichnete Bewegung, welche insbesondere den Nachteil aufweist, dass die Wafer in festgelegter Reihenfolge befördert werden und insbesondere ein Vorziehen eines hinteren Wafers vor einen vorderen in der Regel nicht möglich ist.
  • Darüber hinaus ist es bekannt zum Wafertransport innerhalb eines sogenannten Cluster-Werkzeugs eine zentral angeordnete Handhabungseinrichtung zu verwenden, die die Wafer jeweils entlang einer radialen Richtung (eindimensional) hin zu in einem Kreis um die Handhabungseinrichtung angeordneten Bearbeitungsstationen des Cluster-Werkzeugs befördern kann. Diese bis dato übliche Art des Wafertransport innerhalb des Cluster-Werkzeugs führt jedoch zu Einschränkungen bei der Auslegung des Cluster-Werkzeugs.
  • Es ist daher wünschenswert, eine Beförderungsvorrichtung bereitzustellen, die eine flexiblere Beförderung mindestens eines Wafers insbesondere hin zu einer Bearbeitungsstation und/oder innerhalb einer Bearbeitungsstation ermöglicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 eine Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers, mit zumindest einem Transportkörper, wobei der Transportkörper zumindest zum Tragen oder zum Halten mindestens eines Wafers eingerichtet ist und wobei die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper zumindest zweidimensional auf einer Beförderungsfläche zu bewegen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Bei einem Wafer handelt es sich in der Regel um eine insbesondere in der Mikroelektronik, Photovoltaik und/oder Mikrosystemtechnik zur Anwendung kommende, beispielsweise kreisrunde oder quadratische, etwa ein Millimeter dicke Scheibe. Diese Wafer bzw. Scheiben werden regelmäßig aus ein- oder polykristallinen (Halbleiter-) Rohlingen, sogenannten Ingots, hergestellt und dienen in der Regel als Substrat (Grundplatte) für elektronische Bauelemente, unter anderem für integrierte Schaltkreise (IC, „Chip“), mikromechanische Bauelemente und/oder photoelektrische Beschichtungen.
  • Der Transportkörper ist zum Tragen und/oder zum Halten mindestens eines Wafers eingerichtet. In diesem Zusammenhang kann der mindestens eine Wafer (oben) auf dem Transportkörper, unterhalb des Transportkörpers oder neben dem Transportkörper positioniert werden. Darüber hinaus kann der Transportkörper auch zum Tragen und/oder zum Halten eines Stapels von mehreren Wafern eingerichtet sein. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn der Transportkörper weiterhin dazu eingerichtet ist, einzelne Wafer aus dem Stapel von Wafern heraus und ggf. wieder in den Stapel hinein zu bewegen. Der Transportkörper kann eine oder mehrere Gabeln aufweisen, die jeweils zum Halten oder Tragen mindestens eines Wafers oder eines Stapels von mehreren Wafern eingerichtet sind. Alternativ oder kumulativ kann der Transportkörper eine Ablage (in der Arte einer Platte) aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass darauf mindestens ein Wafer oder ein Stapel von mehreren Wafern ablegbar ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Ablage ein Fixierungselement aufweist, welches dazu eingerichtet ist einen oder mehrere auf der Ablage abgelegte Wafer (während des Transports) (lösbar) zu fixieren.
  • Die Beförderungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den zumindest einen Transportkörper zumindest zweidimensional (oder ggf. sogar dreidimensional) auf einer Beförderungsfläche zu bewegen. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper entlang eines zumindest zweidimensionalen oder sogar dreidimensionalen Beförderungsweges (auf der Beförderungsfläche) zu bewegen. Eine zweidimensionale Bewegung zeichnet sich hierbei insbesondere dadurch aus, dass sie in einer Ebene erfolgt. Darüber hinaus ist es (wie auch weiter unten erörtert) vorteilhaft, wenn der Transportkörper in sechs Freiheitsgraden bewegbar ist.
  • Die hier vorgeschlagene Lösung ermöglicht insbesondere ein besonders vorteilhaftes Transportsystem für die Halbleiterfertigung, bei dem ein oder mehrere Wafer frei auf einer Beförderungsfläche bzw. in einer Ebene befördert werden können. Diese hier auch als zweidimensional bezeichnete Bewegung erlaub in vorteilhafter Weise eine flexiblere Beförderung mindestens eines Wafers insbesondere hin zu einer Bearbeitungsstation und/oder innerhalb einer Bearbeitungsstation. Dies erlaubt auch den weiteren Vorteil, dass Halbleiterfertigungsanlagen, insbesondere sogenannte Cluster-Werkzeuge besser ausgelegt werden können.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper in kontrollierter Weise schwebend zu befördern. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere eine kontaktlose bzw. berührungslose Beförderung des Transportkörpers. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Beförderungsvorrichtung in der Art eines magnetischen Transportsystems gebildet bzw. die schwebende Beförderung magnetisch realisiert ist. Eine schwebende Beförderung ist insbesondere im Zusammenhang mit Reinräumen, wie diese auch in der Halbleiterfertigung zum Einsatz kommen, voreilhaft, da dadurch das Risiko einer möglichen Kontamination der Reinräume weiter reduziert werden kann. Hierbei ist eine magnetische Realisierung insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die Beförderung unter Vakuumbedingungen erfolgen soll. Insbesondere außerhalb solcher Vakuumbedingungen wären beispielsweise auch Druckluftsysteme einsetzbar, die beispielsweise ein Luftkissen unter dem Transportkörper bereitstellen.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Beförderungsvorrichtung weiterhin einen Stator auf, wobei die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper in kontrollierter Weise relativ zum Stator zu befördern. Hierbei kann der Stator mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten aufweisen, von denen jeder über ein Stellelement mit dem Stator verbunden ist, wobei das Stellelement dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten relativ zum Stator in kontrollierter Weise zu ändern; der zumindest eine Transportkörper zumindest zwei Stationärmagneten aufweisen, welche mit dem Transportkörper derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten relativ zum Transportkörper unbeweglich sind; der Stator und der zumindest eine Transportkörper mittels der zumindest zwei Stationärmagneten und der mehreren Stellmagneten magnetisch gekoppelt sein; und die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehreren Stellmagneten mittels der Stellelemente relativ zum Stator zu befördern. Alternativ kann hierbei der zumindest eine Transportkörper mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten aufweisen, von denen jeder über ein Stellelement mit dem Transportkörper verbunden ist, wobei das Stellelement dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten relativ zum Transportkörper in kontrollierter Weise zu ändern; der Stator zumindest zwei Stationärmagneten aufweisen, welche mit dem Stator derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten relativ zum Stator unbeweglich sind; der zumindest eine Transportkörper und der Stator mittels der zumindest zwei Stationärmagneten und der mehreren Stellmagneten magnetisch gekoppelt sein; und die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehreren Stellmagneten mittels des Stellelements relativ zum Stator zu befördern.
  • In diesem Zusammenhang wird insbesondere zur Bereitstellung eines schwebenden Transports eine Beförderungsvorrichtung mit einem Stator zur kontrollierten Beförderung eines Transportkörpers relativ zum Stator vorgeschlagen. Hierbei wird in vorteilhafter Weise eine kontrollierte Beförderung eines Transportkörpers relativ zu einem Stator ermöglicht, indem eines der beiden Elemente über eine Vielzahl zumindest teilweise beweglich angeordneter Stellmagneten verfügt, deren jeweilige Position und/oder Orientierung relativ zu diesem Element über Stellelemente in kontrollierter Weise vorgegeben werden kann, und das andere der beiden Elemente über zumindest zwei unbeweglich mit diesem Element verbundene Stationärmagneten verfügt, wobei die Stationärmagneten mit Stellmagneten magnetisch gekoppelt sind. Die Beförderungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Transportkörper relativ zum Stator durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung von Stellmagneten zu befördern. Dabei umfasst das Befördern insbesondere, den zumindest einen Transportkörper in eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator zu bringen.
  • Dies ermöglicht insbesondere eine vollständige magnetische Levitation des Transportkörpers in sechs Freiheitsgraden, d.h. in drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden relativ zum Stator. Dies hat den Vorteil, dass die Beförderung des Transportkörpers flexibler erfolgen kann, als bei herkömmlichen Systemen.
  • Ferner bietet dies den Vorteil, dass eine Levitation und/oder eine Vorwärtsbewegung des Transportkörpers relativ zum Stator durch eine entsprechende Positionierung und/oder Orientierung der Stellmagneten mittels der jeweiligen Stellelemente ermöglicht werden kann. Dadurch kann auf eine Bereitstellung einer komplexen Anordnung und Ansteuerung von Magnetspulen verzichtet werden. Dies reduziert nicht nur die Komplexität der Beförderungsvorrichtung und somit die Herstellungskosten, sondern erlaubt auch den Einsatz von Permanentmagneten, welche oftmals eine sehr viel größere Flussdichte bereitstellen können als für derartige Zwecke verwendbare Magnetspulen. Dies kann wiederum eine größere Hubhöhe bzw. einen größeren Luftspalt zwischen dem Stator und dem Transportkörper ermöglichen, wodurch sich ein größerer Bewegungsspielraum bei Bewegungen in Z-Richtung und oder im Nick- und Roll-Winkelbereich ergeben kann. Ferner bietet dies den Vorteil, dass auch eine Unterbrechung der Versorgung mit elektrischer Energie nicht zwangsläufig zu einer Fehlfunktion oder gar der Verursachung eines Schadens führen muss. Insbesondere führt eine Unterbrechung der Leistungsversorgung nicht zu einem Verlust des Magnetfelds bzw. der magnetischen Kopplung zwischen Stator und Transportkörper. Beispielsweise können im Falle einer Unterbrechung der Leistungsversorgung die Kopplungskräfte zwischen den Stellmagneten und den Stationärmagneten zunehmen, sobald die Position und/oder die Orientierung der Stellmagneten der anziehenden Kraftwirkung der Stationärmagneten nachgibt, woraufhin der Transportkörper auf den Stator gezogen wird und so gegen unkontrolliertes Herabfallen gesichert ist. Darüber hinaus bietet diese vorteilhafte Ausgestaltung den Vorteil, dass die magnetische Kopplung zwischen dem Stator und dem Transportkörper sowohl eine Levitation des Transportkörpers, d.h. einen Hub über dem Stator, bewirken kann, als auch eine Fortbewegung des Transportkörpers relativ zum Stator, d.h. Beförderung, ohne dass dafür noch weitere berührende oder berührungslose Systeme zwingend erforderlich wären. Dadurch kann ein berührungsloser Transport ermöglicht werden, so dass die Beförderungsvorrichtung auch in Umgebungen mit erhöhten Sauberkeitsanforderungen (wie etwa den oben erwähnten Reinräumen bei der Halbleiterfertigung) zum Einsatz gelangen kann. Beispielsweise kann der Transportkörper in einer Umgebung mit erhöhten Sauberkeitsanforderungen befördert werden, während der Stator außerhalb in einer Umgebung mit geringeren Sauberkeitsanforderungen angeordnet ist. Durch einen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Transportkörper können beispielsweise Trennelemente verlaufen, um die verschiedenen Sauberkeitsbereiche zu trennen. Somit eignet sich die Beförderungsvorrichtung auch zur Anwendung bei chemischen Verfahren, etwa im chemischen Bereich einer Halbleiterfertigung, sowie beispielsweise in gasdichten, flüssigkeitsdichten und/oder abgekapselten Bereichen.
  • Ferner kann der Vorteil ermöglicht werden, dass weder im Transportkörper noch im Stator zwingend Magnetspulen bereitgestellt werden müssen, so dass eine Erwärmung des Transportkörpers und/oder des Stators durch in solchen Spulen auftretende Ströme vermieden werden kann. Dies begünstigt einen Einsatz der Beförderungsvorrichtung in wärmekritischen Umgebungen oder zur Beförderung von wärmeempfindlichen Objekten und verbessert die Energieeffizienz der Beförderungsvorrichtung, da die Dissipation von elektrischer Energie reduziert werden kann.
  • Durch die vorteilhafte Levitation bzw. Beförderung mittels magnetischer Kopplung kann auch auf effiziente Weise eine Entkopplung des Transportkörpers bzw. der Beförderungsvorrichtung von Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder Körperschallwellen erreicht werden, wodurch die Beförderungsvorrichtung auch bei der Beförderung von empfindlichen Objekten, wie etwa Halbleiterprodukten, in besonders vorteilhafter Weisezum Einsatz kommen kann.
  • Vorzugsweise weist die Beförderungsvorrichtung eine Mehrzahl von Stellmagneten und/oder eine Mehrzahl von Stationärmagneten auf. Besonders bevorzugt sind die Stellmagneten und/oder die Stationärmagneten über eine Beförderungsfläche in oder am Stator bzw. in oder am Transportkörper angeordnet, so dass der Transportkörper entlang der Beförderungsfläche levitiert und/oder befördert werden kann. Auf diese Weise lässt sich ein größerer Bereich erzeugen, in welchem der Transportkörper befördert werden kann. Besonders bevorzugt weisen die Stellmagneten insgesamt eine Anzahl von Freiheitsgraden auf, welche mindestens so groß ist wie die Anzahl der Freiheitsgrade des Transportkörpers, in welchen der Transportkörper kontrolliert befördert bzw. positioniert werden soll. Soll beispielsweise der Transportköper in sechs Freiheitsgraden befördert und/oder positioniert werden, ist es vorteilhaft, mehrere Stellmagneten bereitzustellen, welche insgesamt sechs oder mehr Freiheitsgrade aufweisen. Beispielsweise können dazu die Stellmagneten derart eingerichtet sein, dass zu jedem Zeitpunkt der Transportköper mit zumindest sechs Stellmagneten wechselwirkt.
  • Vorzugsweise ist das Magnetfeld der Stellmagneten und/oder das Magnetfeld der zumindest zwei Stationärmagneten der Beförderungsfläche zugewandt, d.h. ein Magnetpol ist der Beförderungsfläche zugewandt. Die Beförderungsfläche ist dabei die Fläche, entlang welcher der Transportkörper in kontrollierter Weise relativ zum Stator befördert wird. Insbesondere kann die Beförderungsfläche mit einer Statorebene und/oder einer Wirkfläche des Stators zusammenfallen. Besonders bevorzugt liegt die Beförderungsfläche in einer (Transport)Ebene. Darüber hinaus kann die Beförderungsfläche aber auch gekrümmt und/oder mit mindestens einen Knick bzw. unstetig verlaufen. Beispielsweise kann eine zwischen dem Stator und einem von dem Stator levitierten Transportkörper liegende Fläche die Beförderungsfläche darstellen. Eine derartige Anordnung bietet den Vorteil, dass die magnetische Kopplung zwischen den Stellmagneten und den Stationärmagneten vergrößert bzw. optimiert werden kann. Vorzugsweise sind die Magnetpole der Stellmagneten und Stationärmagneten einander zugewandt bzw. derart angeordnet, dass deren magnetische Felder einen Überlapp aufweisen und/ oder wechselwirken. Vorzugsweise werden dabei die magnetischen Felder in von der Beförderungsfläche abgewandten Richtungen minimiert.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper auf der Beförderungsfläche entlang unterschiedlicher Beförderungswege (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) zu befördern, insbesondere so, dass ein Transportkörper einen anderen Transportkörper überholen kann. In diesem Zusammenhang können auch Wartezonen gebildet sein, insbesondere so, dass ein wartender Transportkörper einen anderen passieren lassen kann. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein überholender Transportkörper einen (vordefinierten) Mindestabstand zu dem anderen Transportkörper einhält. Der Mindestabstand ist in diesem Zusammenhang insbesondere derart vordefiniert, dass der überholende Transportkörper nicht das magnetische Schweben des anderen Transportkörpers beeinträchtigt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper auf der Beförderungsfläche entlang eines zumindest zweispurigen Beförderungsweges (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) zu befördern. Hierdurch können in vorteilhafter Weise mehrspurige Transportwege auf der Beförderungsfläche ermöglicht werden, wodurch die Produktionskapazität vorteilhaft erhöht werden kann.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) hin zu einer (Wafer-)Bearbeitungsstation zu befördern und/oder den mittels des Transportkörpers transportierten Wafer in einer Bearbeitungsstation zu positionieren und/oder auszurichten (zu orientieren). Bei der Bearbeitungsstation kann es sich beispielsweise um eine chemische Bearbeitungsstation, eine lithographische Bearbeitungsstation oder eine Untersuchungsstation handeln, in der der Wafer beispielsweise mittels eines Mikroskops untersucht werden kann.
  • Alternativ oder kumulativ kann die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) hin zu einem Lager bzw. Speicher für Wafer zu befördern und/oder den mittels des Transportkörpers transportierten Wafer in einem Lager bzw. Speicher für Wafer zu positionieren und/oder auszurichten (zu orientieren). Bevorzugt ist die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet, den zumindest einen Transportkörper aus und/oder von einem Lager bzw. Speicher für Wafer bis hin zu einer und/oder in eine Bearbeitungsstation zu befördern.
  • Weiterhin bevorzugt ist die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) durch eine (Wafer-)Bearbeitungsstation hindurch zu befördern. Weiterhin kann die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) derart entlang einer (Wafer-)Bearbeitungsstation zu befördern, dass der mittels des Transportkörpers transportierte Wafer durch die (Wafer-)Bearbeitungsstation hindurch befördert wird. Darüber hinaus kann die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den mittels des Transportkörpers transportierten Wafer während des Transports durch die Bearbeitungsstation in der Bearbeitungsstation zu positionieren und/oder auszurichten (zu orientieren).
  • In der Bearbeitungsstation kann beispielsweise eine Umgebung mit erhöhten Sauberkeitsanforderungen (Reinraum) und/oder ein Vakuum eingestellt sein. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn zum Verbringen des Wafers in die Bearbeitungsstation lediglich ein Teil des Transportkörpers, beispielsweise ein Halter oder Greifer bzw. eine Zange des Transportkörpers in die Bearbeitungsstation hineinragt. Hierbei kann dieser Teil des Transportkörpers beispielsweise durch eine der Bearbeitungsstation vorgeordneten Schleuse hindurchgreifen.
  • Eine Ausrichtung des Wafers (der Lage des Wafers) in der Bearbeitungsstation kann beispielsweise durch eine Neigung des Transportkörpers relativ zur Beförderungsfläche und/oder durch eine Drehung des Transportkörpers um dessen Hochachse erfolgen. Eine Positionierung des Wafers (der Lage des Wafers) in der Bearbeitungsstation kann beispielsweise auch durch eine (zweidimensionale) Bewegung entlang der Beförderungsfläche und/oder eine Drehung des Transportkörpers um dessen Hochachse erfolgen. Eine Neigung des Transportkörpers relativ zur Beförderungsfläche kann darüber hinaus auch während der Beförderung entlang der Beförderungsfläche vorteilhaft sein, da hierdurch ggf. eine erhöhte Beförderungsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Beispielsweise könnte durch ein (gezieltes) Neigen des Transportkörpers ein Herunterfallen des Wafers während einer Beschleunigung des Transportkörpers vermieden werden.
  • Vorzugsweise weisen die zumindest zwei Stationärmagneten und/oder die Stellmagneten jeweils zumindest einen Permanentmagneten auf. Dies hat den Vorteil, dass im Stator und/oder im Transportkörper die Verwendung von Magnetspulen verringert oder gar ganz vermieden werden kann und somit der Energieverbrauch der Beförderungsvorrichtung gesenkt werden kann. Ferner kann mittels Permanentmagneten ein im Vergleich zu Magnetspulen sehr starkes Magnetfeld erzeugt werden, welches darüber hinaus auf kleinem Raum bereitgestellt werden kann. Auch ist bei der Verwendung von Permanentmagneten zur Bereitstellung des Magnetfeldes keine Versorgung der Magneten mit elektrischer Leistung erforderlich, wie dies beispielsweise bei der Verwendung von Magnetspulen der Fall ist. Zudem dissipieren Permanentmagneten keine elektrische Leistung und tragen somit nicht zu einer unerwünschten Erwärmung der Beförderungsvorrichtung bei. Besonders bevorzugt weisen ein Stationärmagnet und/oder ein Stellmagnet ausschließlich einen oder mehrere Permanentmagneten auf, ohne zusätzlich Magnetspulen aufzuweisen. Auf diese Weise kann beispielsweise vermieden werden, dass der Transportkörper mit einer bei der Fortbewegung hinderlichen Zufuhrleitung für elektrische Energie kontaktiert werden muss.
  • Vorzugsweise liefert ein Permanentmagnet (an einem Punkt der Oberfläche) eine magnetische Flussdichte von zumindest 0,05 T, bevorzugt zumindest 0,1 T, weiter bevorzugt zumindest 0,25 T, noch weiter bevorzugt zumindest 0,5 T, besonders bevorzugt zumindest 0,75 T, am meisten bevorzugt zumindest 1 T auf. Insbesondere können Permanentmagneten derart ausgewählt werden, dass durch die gewählten Flussdichten die zum Transport und/oder zur Positionierung des Transportkörpers erforderlichen Kräfte und Momente erzielt werden. Permanentmagneten mit einer größeren Flussdichte können beispielsweise dazu dienen, einen größeren Hub zu bewirken und/oder höhere Beschleunigungen zu bewirken und/oder schwerere Lasten mit dem Transportkörper zu befördern.
  • Vorzugsweise weist ein Stellmagnet eine Magnetgruppe auf, welche vorzugsweise mehrere Permanentmagneten und/oder Magnetspulen aufweist. Vorzugsweise bilden auch die Stationärmagneten zumindest eine Magnetgruppe, wobei die Magnetgruppe vorzugsweise mehrere Permanentmagneten und/oder Magnetspulen aufweist. Insbesondere für den Fall, dass die mehreren Magneten einer Magnetgruppe entlang einer Geraden angeordnet sind, kann es vorteilhaft sein, die Magneten derart anzuordnen, dass die mehreren Magneten derart orientiert bzw. angeordnet sind, dass deren magnetische Dipole nicht parallel ausgerichtet sind bzw. nicht in die gleiche Richtung zeigen, insbesondere nicht alle parallel zu der Geraden ausgerichtet sind. Eine nicht-parallele Anordnung der Dipole kann dabei für eine kontrollierte Beförderung bzw. Bewegung des Transportkörpers in allen sechs Freiheitsgraden von Vorteil sein.
  • Besonders bevorzugt ist die Mehrzahl von Permanentmagneten und/oder Magnetspulen der zumindest einen Magnetgruppe zumindest teilweise gemäß einem Halbach-Array angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass sich die durch die mehreren Magneten erzeugten Magnetfelder in eine Richtung vom Halbach-Array wegführend verstärken und in eine andere Richtung vom Halbach-Array wegführend verringern oder gar ganz auslöschen. Dies kann beispielsweise dahingehend vorteilhaft sein, dass die Magnetfelder in einer Richtung zwischen dem Stator und dem Transportkörper verstärkt werden können, während sich die Magnetfelder in andere Richtungen reduzieren oder gar ganz auslöschen. Somit kann das Magnetfeld auf eine besonders effiziente Weise zur Levitation genutzt werden und/oder die ein Halbach-Array aufweisenden Magneten aneinander angrenzend, insbesondere auf engem Raum, angeordnet werden, ohne sich gegenseitig negativ zu beeinflussen. Vorzugsweise werden die Halbach-Arrays derart angeordnet, dass sich ein Magnetfeld der Magnetgruppe vorzugsweise zur Beförderungsfläche bzw. Wirkfläche hin erstreckt. Insbesondere kann durch die Anordnung als Halbach-Array bei gleichen Kopplungskräften und -momenten das Gesamtgewicht und/oder das Trägheitsmoment der Magneten reduziert werden. Am meisten bevorzugt sind flächige Anordnungen von Magneten, die in verschiedenen Raumrichtungen Halbach-Arrays ausbilden, um hohe Kräfte und Momente in allen Freiheitsgraden zu übertragen.
  • Bevorzugt weist das Stellelement ein Antriebselement auf, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten in kontrollierter Weise zu ändern. Beispielsweise kann ein solches Antriebselement einen Elektromotor aufweisen, welcher direkt oder über ein Getriebe und/oder ein Gestänge mit dem Stellmagneten verbunden ist, um diesen zu bewegen. Zudem kann ein Antriebselement derart eingerichtet sein, dass mehrere Stellmagneten damit bewegt werden können. Derartige Anordnungen haben den Vorteil, dass die mit einem Stellelement verbundenen Stellmagneten individuell in ihrer Position bzw. Orientierung geändert werden können. Beispielsweise kann das Stellelement derart eingerichtet sein, dass es den bzw. die Stellmagneten um eine Achse und/oder einen Schwerpunkt des Stellmagneten rotieren kann. Des Weiteren kann ein Antriebselement so eingerichtet sein, dass damit mehr als ein Freiheitsgrad des mindestens einen Stellmagneten bewegt werden kann. Weiter bevorzugt weist das Stellelement ein Sensorelement auf, welches dazu eingerichtet ist, um die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement verbundenen Stellmagneten zu ermitteln. Dies ermöglicht es, die Orientierung und/oder Position des Stellmagneten zu regeln und den gewünschten Effekt mittels des Stellmagneten auf effiziente und effektive Weise zu bewirken. Weiter bevorzugt weist das Stellelement ein Kontrollelement auf, welches dazu eingerichtet ist, um die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement verbundenen Stellmagneten mittels des Antriebs auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Beispielsweise kann das Kontrollelement eine Steuer- und/oder Regelungseinheit aufweisen, mittels welcher die Bewegung des Stellmagneten über das Antriebselement gesteuert und/oder geregelt wird. Auf diese Weise kann die Positionierung bzw. Orientierung des Stellmagneten besonders schnell und/oder genau erfolgen.
  • Darüber hinaus kann eine Beförderungsvorrichtung auch eine Positionsbestimmungseinheit aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, eine relative Position und/oder Orientierung des zumindest einen Transportkörpers relativ zum Stator zu ermitteln. Beispielsweise kann die Positionsbestimmungseinheit optische Sensoren und/oder kapazitive Sensoren und/oder Magnetfeldsensoren, wie etwa Hall-Sensoren, aufweisen, welche auf Basis des von einem Transportkörper verursachten Magnetfeldes zumindest teilweise eine Position und/oder Orientierung des Transportkörpers relativ zum Stator ermitteln.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer hier vorgeschlagenen Beförderungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei der zumindest eine Transportkörper frei auf der Beförderungsfläche hin zu einer gewünschten Position und/oder Orientierung bewegt wird.
  • Die im Zusammenhang mit der Beförderungsvorrichtung erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben, ohne jedoch auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein.
  • Gleiche oder ähnliche Elemente werden dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Entsprechende Erläuterungen werden im Sinne der Knappheit nicht wiederholt.
  • Figurenbeschreibung
    • 1 zeigt schematisch eine Beförderungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Draufsicht.
    • 2A bis 2E zeigen Beförderungsvorrichtungen gemäß bevorzugter Ausführungsformen in einer schematischen Darstellung.
    • 3A und 3B zeigen einen Transportkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
    • Die 4A bis 4M zeigen verschiedene Anordnungen von Stationärmagneten bzw. von Magnetgruppen in einer schematischen Darstellung in Draufsicht.
    • 5A bis 5C zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines Transportkörpers.
    • 6 zeigt einen Transportkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Zusatzfunktion.
    • 7A bis 7D zeigen in einer schematischen Darstellung Statoren gemäß bevorzugten Ausführungsformen.
    • 8A bis 8E zeigen beispielhafte Anordnungen von Magnetgruppen bzw. Stellmagneten.
    • 9A bis 9H zeigen bevorzugte Ausführungsformen von Stellmagneten und Magnetgruppen und bevorzugte Anordnungen.
    • 10A und 10B zeigen in schematischen Darstellungen bevorzugter Ausführungs-formen von Stellelementen.
    • 10C zeigt in einem Blockdiagramm ein beispielhaftes Funktionsprinzip eines Stellelements.
    • 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Positionsbestimmungseinheit.
    • 12 zeigt ein beispielhaftes Steuerungsdiagramm.
    • 13A bis 13C zeigen bevorzugte Ausführungsformen von Beförderungsvorrichtungen.
    • 14 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Beförderungsvorrichtung.
    • 15 zeigt ein beispielhaftes Verfahrensablaufschema.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt schematisch eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Beförderungsvorrichtung 10 dient zum Befördern mindestens eines Wafers 36. Die Beförderungsvorrichtung 10 hat hier beispielhaft zwei Transportkörper 200. Jeder Transportkörper 200 ist zum Tragen und/oder zum Halten mindestens eines Wafers 36 eingerichtet, hier beispielhaft dadurch, dass Teile der Transportkörper 200 in der Art von Greifern gebildet sind. Weiterhin ist die Beförderungsvorrichtung 10 dazu eingerichtet, die Transportkörper 200 zweidimensional auf einer Beförderungsfläche 35 zu bewegen.
  • Die Transportkörper 200 können sich im Wesentlichen frei auf der Beförderungsfläche 35 bewegen und dabei Wafer 36 hin zu Bearbeitungsstationen 37 verbringen und diese ggf. sogar in den Bearbeitungsstationen 37 halten oder sogar darin positionieren und/oder ausrichten. Um dabei trotzdem eine möglichst gute Trennung des Innenraums der Bearbeitungsstationen 37 von der Umgebung gewährleisten zu können, können beispielsweise Schlitzventile 39 vorgesehen sein, durch die zumindest der den oder die Wafer 36 haltende Teil des Transportkörpers 200 (bei geöffnetem Ventil) hindurchragen kann.
  • 2A zeigt eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung mit zugehörigen Koordinatensystemen 900 und 920. Die dargestellte Beförderungsvorrichtung 10 ist auf einem Maschinentisch 12 angeordnet und weist einen Stator 100 und einen Transportkörper 200 auf. Zwischen dem Stator 100 und dem Transportkörper 200 ist schematisch ein Levitationsfeld 14 dargestellt, welches in diesem Fall ein aktiv geregeltes Magnetfeld ist. Das Levitationsfeld 14 wird durch Stellmagneten und Stationärmagneten (nicht gezeigt) an der Wirkfläche 102 des Stators 100 erzeugt, die im Stator 100 bzw. im Transportkörper 200 ausgebildet sind. Das Levitationsfeld 14 befindet sich zwischen dem Stator 100 und dem Transportkörper 200, wobei der Transportkörper 200 im Levitationsfeld 14 schwebt. Die gestrichelte Linie zeigt schematisch eine optional anbringbare hermetische Abdichtung 16, welche es ermöglicht, mit dem Stator 100 außerhalb der hermetischen Abdichtung 16 den Transportkörper 200 innerhalb der hermetischen Abdichtung 16 zu befördern. Ferner sind schematisch Anschlüsse 18 gezeigt, mittels welcher die Beförderungsvorrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgt werden kann und über welche Kommunikationsdaten zu- und/oder abgeführt werden können.
  • Die Position und Orientierung des Transportkörpers relativ zum Stator kann dabei in einem Statorkoordinatensystem 900, welches durch eine x-Richtung 902, eine y-Richtung 904 und eine z-Richtung 906 aufgespannt wird, dargestellt werden. Der Transportkörper besitzt ein eigenes Transportkörperkoordinatensystem 920, welches durch eine x1-Richtung 922, eine y1-Richtung 924, und z1-Richtung 926 aufgespannt wird und einen Roll-Winkel 932, einen Nick-Winkel 934 und einen Gier-Winkel 936 aufweist.
  • Die Beförderungsvorrichtung 10 wird dabei vorzugsweise derart geregelt, dass der Transportkörper 200 stabil levitiert und hinsichtlich der Translation und Rotation auf einer vorgegebenen Sollkurve geführt wird.
  • Während 2A eine Beförderungsvorrichtung 10 im Tischbetrieb zeigt, d.h. in einer Ebene angeordnet bzw. aufliegend, so dass der Transportkörper 200 durch die Erdanziehungskraft 940 in Richtung des Stators 100 beschleunigt wird, zeigt 2B eine Beförderungsvorrichtung 10 im Wandbetrieb, bei der die Schwerkraft den Transportkörper im Wesentlichen parallel zur Beförderungsfläche beschleunigt. Dabei wird die magnetische Kopplung zwischen dem Stator 100 und dem Transportköper 200 so eingestellt, dass die Kräfte zur Kompensation der Schwerkraft ebenfalls parallel zur Beförderungsfläche wirken. Das Levitationsfeld 14 verhindert dabei ein Abrutschen und/oder Abstürzen des Transportkörpers 200. Sofern Stellmagneten und Stationärmagneten (nicht gezeigt) Permanentmagneten aufweisen, kann auch bei einer Unterbrechung der Zufuhr von elektrischer Leistung gegebenenfalls ein Abrutschen und/oder Abstürzen verhindert werden. Gleiches gilt für eine Beförderungsvorrichtung 10 im Deckenbetrieb, die in 2C schematisch dargestellt ist.
  • 2D zeigt in einer schematischen Darstellung eine Beförderungsvorrichtung 10 mit drei Transportkörpern 200, welche über drei aneinander angrenzend angeordnete Statoren 100 bzw. Stator-Module transportiert werden, wobei die Stator-Module eine ebene Wirkfläche 102 bilden. Ferner ist in 2D eine Positionierung der Transportkörper 200 in unterschiedlichen Hubhöhen bzw. in unterschiedlichen Abständen in z-Richtung 906 gezeigt.
  • 2E zeigt in einer schematischen Darstellung eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welcher ein Transportkörper 200 durch zwei separate Statoren 100 befördert bzw. positioniert bzw. orientiert wird, wobei jeder Stator nur an einen Teilbereich der Magnetanordnung im Transportkörper ankoppelt. Auf diese Weise kann der Transportkörper 200 um den Gierwinkel 936 gedreht und/oder um den Roll-winkel 932 gekippt und/oder um den Nickwinkel 934 geneigt werden.
  • 3A zeigt einen Transportkörper 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung in einem Querschnitt in der X1/Z1-Ebene, wobei der Transportkörper 200 eine Magnetgruppe 24 von Stationärmagneten 22 aufweist. 3B zeigt den Transportkörper aus 3A in Draufsicht. Der Transportkörper 200 weist ferner ein oberes Deckelement 202 und ein unteres Deckelement 204 auf, welche an die Magnetgruppe 24 oben bzw. unten angrenzend angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform werden mit oben und unten verschiedene Positionen entlang der z1-Richtung 926 bezeichnet. An den Seiten des Transportkörpers 200 in x1-Richtung 922 und y1-Richtung 924 ist an die Magnetgruppe 24 angrenzend ein Randelement 206 ausgebildet.
  • Der Transportkörper 200 kann dabei als ein mechanisches Bindeglied zwischen einem Transportgut 20, z. B. einem Halter zum Halten eines Wafers 36, einerseits und dem Stator 100 andererseits dienen. Vorzugsweise ist der Transportkörper 200 als ein mechanisch starres Element ausgebildet und dazu eingerichtet, auf einer Oberseite des oberen Deckelements 202 ein Transportgut 20 zu stützen bzw. zu transportieren. Vorzugsweise kann das Transportgut 20 auf dem Transportkörper 200 fixiert werden und dann gemeinsam mit dem Transportkörper 200 auf einer Sollkurve über dem Stator 100 geführt und/oder stabil an einer Sollposition gehalten werden. Der Transportkörper 200 ist gemäß der gezeigten Ausführungsform elektrisch passiv, d.h. zur Ausführung seiner Funktion benötigt er keine elektrische Energie oder Anschlüsse und weist insbesondere keine Stellmagneten auf.
  • Der Transportkörper 200 umfasst gemäß der gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von Stationärmagneten 22 in einer flächigen Anordnung in der X1/Y1-Ebene, welche als eine Magnetgruppe 24 in einer geometrischen Anordnung angeordnet sind, wobei die geometrische Anordnung der Stationärmagneten 22 relativ zum Transportkörper 200 fixiert ist und sich die Stationärmagneten 22 somit relativ zum Transportkörper 200 nicht bewegen. Beispielsweise können das obere Deckelement 202 und/oder das untere Deckelement 204 und/oder das Randelement 206 dazu eingerichtet sein, die Stationärmagneten 22 zumindest teilweise in ihrer Position bzw. in ihrer geometrischen Anordnung zu fixieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Transportkörper 200 eines oder mehrere weitere Bauteile aufweisen, um die Stationärmagneten 22 zu fixieren. Vorzugsweise umfassen die Stationärmagneten 22 einen Permanentmagneten und/oder sind als Permanentmagneten ausgebildet. Besonders bevorzugt weisen die Stationärmagneten 22 Permanentmagneten aus Selten-Erd-Legierungen auf.
  • Unter der Position eines Magneten bzw. Stationärmagneten 22 wird dabei vorzugsweise die Position seines Schwerpunkts verstanden. Eine Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Stationärmagneten wird durch einen Dipolvektor beschrieben, welcher symbolisch als entsprechender Pfeil dargestellt ist. So ist in 3A erkennbar, dass gemäß der gezeigten Ausführungsform jeder Stationärmagnet 22 hinsichtlich seiner Magnetisierungsrichtung anders angeordnet bzw. ausgerichtet ist, als die jeweiligen benachbart angeordneten Stationärmagneten 22. Sie bilden im gezeigten Fall ein Halbach-Array, dessen Magnetfeld in -Z1-Richtung besonders stark ist und in der Gegenrichtung abgeschwächt ist. Vorzugsweise werden als Stationärmagneten 22 Magneten verwendet, die im Wesentlichen homogen magnetisiert sind, so dass die Dipolvektoren einzelner Teilvolumina des jeweiligen Stationärmagneten 22 annähernd in die gleiche Richtung weisen wie der Gesamt-Dipolvektor des Stationärmagneten 22. Der Dipolvektor zeigt in die Richtung der Pfeilspitze.
  • Die Anordnung der Stationärmagneten 22 im Transportkörper 200 wird vorzugsweise derart auf eine Anordnung von Stellmagneten 26 (siehe beispielsweise 8) im Stator 100 abgestimmt bzw. angepasst, dass in einem Arbeitsbereich des Transportkörpers 200 auf dem jeweiligen Stator 100 die zum Transport erforderlichen Kräfte und Momente vom Stator 100 auf den Transportkörper 200 übertragen werden können und/oder stets alle gewünschten Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 unabhängig steuerbar sind.
  • Die 4A bis 4M zeigen verschiedene Anordnungen von Stationärmagneten 22, welche eine Magnetgruppe 24 bilden, in einer schematischen Darstellung in Draufsicht. Auch bei diesen Figuren indizieren die Pfeile die Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Stationärmagneten 22, wobei die mit einem Punkt bzw. mit einem X versehenen Stationärmagneten 22 eine Magnetisierungsrichtung aufweisen, welche in z1-Richtung 926 aus der Zeichenebene heraus bzw. in die Zeichenebene hinein verläuft.
  • Die 4A bis 4G zeigen Anordnungen von Stationärmagneten 22 in einem regelmäßigen, rechteckigen Raster. Bevorzugt weist ein Transportkörper 200 mindestens zwei Stationärmagneten 22 auf (siehe 4A), welche linear auf einer Geraden angeordnet sind, wobei das Dipolmoment mindestens eines der Stationärmagneten nicht parallel zu dieser Geraden orientiert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, um den Transportkörper 200 in allen sechs Freiheitsgraden steuern bzw. kontrolliert bewegen zu können. Vorzugsweise besitzt ein Transportkörper 200 jeweils mindestens drei Stationärmagneten 22 (siehe 4B bis 3G), die sich in einer räumlichen Ebene, beispielsweise in der x1-y1-Ebene, befinden und/oder eine komplexe dreidimensionale, räumliche Anordnung bilden.
  • Anordnungen, bei welchen die Stationärmagneten 22 alle in einer Anordnungsebene angeordnet sind, sind besonders für Anwendungen geeignet, bei denen vorwiegend translatorische Bewegungen parallel zur Anordnungsebene auszuführen sind und/oder Rotationen um die z-Achse des Stators 100 bzw. die z1-Achse des jeweiligen Transportkörpers 200.
  • Die Magnetgruppen 24 weisen vorzugsweise Stationärmagneten 22 auf, die als zumindest ein Halbach-Array angeordnet sind. Das bzw. die Halbach-Arrays sind vorzugsweise derart orientiert bzw. angeordnet, dass das Magnetfeld bzw. die Magnetfeldstärke in Richtung des Stators 100 erhöht wird und/oder in Richtung des Transportgutes 20 und/oder in Richtung möglicher benachbarter Transportkörper 200, welche gegebenenfalls auf demselben Stator 100 befördert werden, reduziert wird. Beispielhafte Anordnungen von Stationärmagneten 22, welche unter anderem Halbach-Arrays bilden, sind in den 4D, 4F und 4G dargestellt. Eine Länge λ indiziert dabei die Länge einer Halbach-Periode, d.h. einer Periode eines Halbach-Arrays.
  • Die 4H bis 4K zeigen Magnetgruppen 24, bei welchen die Stationärmagneten 22 entlang einem hexagonalen Raster angeordnet sind. Die Anordnungen gemäß 4I und 4K basieren dabei auf einer 2-dimensionalen Anordnung von Halbach-Arrays. Die 4L und 4M zeigen Magnetgruppen 24, bei welchen die Stationärmagneten 22 entlang einem zirkularen Raster angeordnet sind. Insbesondere zeigt 4L eine Anordnung, bei welcher die Stationärmagneten 22 in fünf Halbach-Arrays bzw. Halbach-Perioden über jeweils einen Winkelbereich von 72° angeordnet sind. Die Stationärmagneten 22 sind dabei äquidistant mit einem Winkelabstand von 18° angeordnet. Die Anordnung in 4M weist zusätzlich zur in 4L gezeigten Anordnung fünf radial angeordnete Halbach-Arrays auf, welche sich einen gemeinsamen Stationärmagneten 22 im Mittelpunkt bzw. im Zentrum der zirkularen Anordnung teilen. Derartige Anordnungen können vorteilhaft mit einer Stator-Magnetanordnung mit quadratischem Raster kombiniert werden. Insbesondere kann eine derartige Anordnung vorteilhaft sein, um Singularitäten hinsichtlich der Anordnung von Stellmagneten und Stationärmagneten relativ zueinander zu vermeiden.
  • Die 5A bis 5C zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines Transportkörpers 200, welche eine Magnetgruppe 24 aufweisen, bei denen die Stationärmagneten 22 in einer dreidimensionalen Anordnung angeordnet sind. Zur besseren Darstellung sind die untere Deckschicht 204 und die obere Deckschicht 202 nicht dargestellt. 5A zeigt dabei eine teilzylindrische Anordnung der Stationärmagneten 22, welche beispielsweise bei Drehungen um die y1-Achse einen vergrößerten Schwenkbereich bereitstellen kann. 5B zeigt eine kugelsegmentförmige Anordnung der Stationärmagneten 22, welche sowohl bei Drehungen um die x1-Achse als auch um die y1-Achse einen größeren Schwenkbereich bereitstellen kann. Beide Anordnungen unterliegen nicht notwendigerweise Beschränkungen hinsichtlich einer Drehbarkeit bzw. Schwenkbarkeit um die z1-Achse.
  • Die Anordnung der Stationärmagneten 22 auf einer gekrümmten Ebene kann einen erhöhten Schwenkwinkelbereich in zumindest einer Richtung des Transportkörpers 200 bieten. Beispielsweise kann ein zylinderförmiger Transportkörper 200, dessen gekrümmte Mantelfläche als Wirkfläche auf einem Stator 100 levitiert, gegebenenfalls eine Endlos-Drehung um seine Zylinderachse durchführen. Zusätzlich kann eine Endlos-Drehung um die z-Achse des Stators 100 möglich sein.
  • Durch eine in zwei Raumrichtungen gekrümmte Fläche kann beispielsweise der Schwenkwinkelbereich in zwei Raumrichtungen des Transportkörpers 200 erweitert werden. Beispielsweise kann gegebenenfalls ein mit Stationärmagneten 22 bestückter, kugelförmiger Transportkörper 200 Endlos-Drehungen in allen Raumrichtungen ausführen.
  • Der Transportkörper 200 kann auch als Zylinder- oder Kugelsegment, wie beispielsweise in den 5A und 5B gezeigt, ausgeführt sein, mit einer gekrümmten Seite, die mit Magneten bestückt ist, und einer Planseite, die zur Aufnahme eines Transportguts ausgebildet ist. Diese Anordnungen können beispielsweise die Möglichkeit bieten, einen Goniometertisch mit großem Schwenkwinkelbereich (beispielsweise 90 Grad) zu realisieren, der zusätzlich eine Drehung um die z1-Achse und bevorzugt eine Translation in allen Raumrichtungen ausführen kann. Diese Anordnung kann beispielsweise vorteilhaft in Bearbeitungsprozessen wie der Laserbearbeitung oder bei Prüfprozessen wie der industriellen Bildverarbeitung eingesetzt werden, da beispielsweise ein als Transportgut 20 eingesetztes Werkstück in weiten Bereichen frei unter einem Bearbeitungswerkzeug oder unter dem Prüfmittel positioniert und/oder orientiert werden kann. Zusätzlich können optional Werkstücke schnell in und aus einer Prozessposition transportiert werden, so dass eine oftmals wirtschaftlich ineffiziente Werkstück-Wechselzeit, in der der Prozess nicht genutzt werden kann, minimiert werden kann.
  • 5C zeigt einen Transportkörper 200 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welchem die Stationärmagneten 22 in einer winkelförmigen Anordnung angeordnet sind. Insbesondere weist der gezeigte Transportkörper 200 Stationärmagneten 22 auf, welche sich entlang eines ersten Schenkels waagrecht in die X1/Y1-Ebene erstrecken und entlang eines zweiten Schenkels in die X1/Z1-Ebene. Auf diese Weise kann ein Transportkörper 200 mit zwei Wirkflächen bereitgestellt werden, wie gezeigt beispielsweise mit einer waagrechten und einer senkrechten Wirkfläche, um beispielsweise zu verschiedenen Zeitpunkten oder gleichzeitig von verschiedenen angeordneten Statoren 100, beispielsweise von einem waagrecht angeordneten und einem senkrecht angeordneten Stator 100, levitiert bzw. befördert zu werden. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise in einem Transportkörper 200 zum Einsatz kommen, der in laufendem Wechsel an unterschiedlich orientierten Wirkflächen betrieben wird. Beispielsweise kann ein Transportkörper 200 zwei im 90°-Winkel angeordnete Wirkflächen besitzen. Wenn dieser auf einer Anordnung von zwei Statoren betrieben wird, die ebenfalls im Winkel vom 90° zueinander angeordnet sind, wobei ein Stator 100 horizontal und der andere Stator 100 vertikal betrieben wird, kann beispielsweise ohne zwingende Unterbrechung vom Boden- in den Wandbetrieb gewechselt werden.
  • Ein Strukturbauteil bzw. Gehäuse bzw. Gerüst eines Transportkörper 200, welches beispielsweise die einzelnen Komponenten des Transportkörpers 200, wie etwa die Stationärmagneten 22 zusammenhält, ist vorzugsweise aus nicht-ferromagnetischem Material hergestellt, beispielsweise aus Kunststoff und/oder Keramik und/oder Nichteisenmetallen. Optional hat es ein nicht mit Magneten bestücktes Randelement 206, das beispielsweise als Abstandshalter zu anderen Transportkörper 200 dient, so dass vorzugsweise gegenseitige Kontaktkräfte zwischen zwei sich berührenden Transportkörpern 200 begrenzt werden und eine freie Positionierbarkeit beider Transportkörper 200 vorzugsweise auch bei deren Berührung nicht behindert wird.
  • Die Transportkörper 200 können an der dem Stator 100 zugewandten Seite hin mit einem unteren Deckelement 204 versehen sein, welches beispielsweise eine Deckschicht aufweist, die vorzugsweise als ein Distanzhalter zu möglichen Objekten im Umfeld des Transportkörpers 200 wirkt und vorzugsweise den Abstand und somit die maximalen Wirkkräfte der Stationärmagneten 22 sicher begrenzen kann. Dadurch kann beispielsweise eine Reduzierung der Verletzungsgefahr bei der Handhabung von Transportkörpern 200 erreicht werden, wie etwa die Gefahr von Quetschungen von Fingern bei unsachgemäßer Annäherung eines ferromagnetischen Gegenstands. Ferner kann vorzugsweise eine Überlastungs-Begrenzung für Antriebe bzw. Stellmagneten im Stator 100 erreicht werden, da die Kräfte und Momente, die der Transportkörpern 200 auf die Stellmagneten im Stator 100 ausübt, vorzugsweise begrenzt werden können. Darüber hinaus kann vorzugsweise eine bessere Reinigung der Transportkörper 200 von anhaftenden ferromagnetischen Partikeln erreicht werden, da die Haltekräfte geringer sind. Auch eine optionale Integration von Zusatzfunktionen in das untere Deckelement, wie beispielsweise eine Spule zur induktiven Energieübertragung oder ein Datenträger zur Identifikation des Transportkörpers 200, können dabei vorteilhaft sein.
  • Mehrere Transportkörper 200 können mechanisch und/oder steuerungstechnisch gekoppelt sein, um beispielsweise gemeinsam eine Funktion auszuführen. Beispielsweise kann eine passive mechanische Stabkinematik, deren Stäbe aktiv von separaten Transportkörpern 200 angetrieben und positioniert werden, Handhabungsaufgaben ausführen. In einem anderen Beispiel können mehrere Transportkörper 200 gemeinsam Lasten transportieren, die beispielsweise für einen einzelnen Transportkörper 200 zu schwer sind, indem sie vorzugsweise synchronisiert bewegt bzw. befördert werden.
  • Ein Transportkörper 200 kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch innere Freiheitsgrade besitzen und beispielsweise aus mehreren relativ zueinander beweglichen Bauteilen bestehen, so dass er vorzugsweise insgesamt mehr als sechs Freiheitsgrade besitzt. Durch Bereitstellen von Stationärmagneten 22 in mehreren der Bauteile können vorzugsweise die mehr als sechs Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 aktiv angesteuert werden. Wie in 6 dargestellt, kann beispielsweise eine im Transportkörper 200 drehbar gelagerte Scheibe 208 separat gedreht werden, um beispielsweise eine Zusatzfunktion auf dem Transportkörper 200 auszuführen, wie beispielsweise eine Greif- oder Spannfunktion für ein Transportgut 20.
  • Zudem kann ein Transportkörper 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit Funktionsgruppen für weitere Zusatzfunktionen ausgerüstet sein. Beispielsweise kann eine mechanische Energieübertragung stattfinden, indem eine vorzugsweise drehbar gelagerte und mit Magneten bestückte Scheibe im Transportkörper 200 vom Stator 100 aktiv angetrieben wird. Zum Antrieb wird die Scheibe vom Stator 100 beispielsweise als siebter Freiheitsgrad behandelt. Auch kann optional eine elektrische, berührungslose Energieübertragung realisiert werden, indem beispielsweise im Stator 100 und im Transportkörper 200 jeweils Spulen zur induktiven Energieübertragung integriert werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise ein permanent rotierender Magnet im Stator 100 eine Wechselspannung in einer Spule im Transportkörper 200 induzieren, die vorzugsweise zur Stromversorgung auf dem Transportkörper 200 genutzt werden kann. Bei einer Fortbewegung des Transportkörpers 200 wird die Aufgabe der Anregung der Zusatzfunktion fortwährend auf andere Magnetgruppen 24 bzw. Stellmagneten des Stators 100 übertragen, die beispielsweise in einem Wirkbereich der Induktionsspule liegen. Auch kann beispielsweise eine berührungslose Datenübertragung zwischen Stator 100 und Transportkörper 200, beispielsweise mit induktiven und/oder optischen Sendern und Empfängern, realisiert werden. Ferner kann optional eine Lokalisierung und/oder Identifizierung des Transportkörpers 200 vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein optischer, kamerabasierter Sensor im Stator 100 einen Positions- oder Identifizierungscode, der auf der dem Stator 100 zugewandten Seite des Transportkörpers 200 angebracht ist, auslesen. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Transportkörper 200 mit einem Identifikationselement ausgestattet sein, wie etwa mit einem Strichcode, anhand dessen die Beförderungsvorrichtung 10 bzw. der Stator 100 den jeweiligen Transportkörper 200 identifizieren kann.
  • Die 7A und 7B zeigen in einer schematischen Darstellung einen Stator 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung (7A) und in einer Querschnittsansicht (7B). Der Stator 100 weist dabei eine Vielzahl Stellmagneten 26 auf, welche jeweils wiederum eine Magnetgruppe 24 aufweisen, . Die Stellmagneten 26 sind zumindest teilweise von einem Strukturbauteil 112 eines Statorgehäuses umschlossen. Die Magnetgruppen 24 sind dabei gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform an einer Fläche bzw. Seite des Stators 100 angeordnet, welche in dem gezeigten Fall die Oberseite des Stators 100 ist. Wenngleich die Magnetgruppen 24 in der gezeigten Darstellung in 7A alle gleich ausgerichtet sind, d.h. dass ihre gesamten bzw. effektiven Dipol-Vektoren, die sich aus den einzelnen Dipol Vektoren der zur Magnetgruppe 24 gehörenden Magneten ergeben, parallel angeordnet sind, wird darauf hingewiesen, dass die Magnetgruppen 24 derart beweglich ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass sie sich zumindest in ihrer Anordnungsebene relativ zum Statorgehäuse drehen können. Wenngleich in der Querschnittsansicht in 7B lediglich drei Magneten in jeder Magnetgruppe in 24 gezeigt sind, können die Magnetgruppen 24 weniger oder mehr als drei Magneten aufweisen, die in einer ein-, zwei- oder dreidimensionalen Anordnung angeordnet sein können.
  • Die Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 sind mit Stellelementen 114 verbunden, mittels welcher Sie in Ihrer Position und/oder Orientierung geändert werden können. Ein Stellelement 114 weist dabei beispielsweise mindestens einen Antrieb, wie etwa einen Elektromotor auf, welcher vorzugsweise über eine Antriebswelle und/oder ein Getriebe und/oder ein Gestänge mit der Magnetgruppe 24 verbunden ist.
  • Die benötigten Magnetfelder zur Führung des mindestens einen Transportkörpers 200 werden durch eine kontrollierte, beispielsweise geregelte Bewegung, der Magnetgruppen 24 bzw. Stellmagneten 26 in dem Stator 100 erzeugt. Das von den Magnetgruppen 24 erzeugte Magnetfeld tritt zumindest teilweise aus der Wirkfläche 102 des Stators 100 aus und übt auf die Stationärmagneten 22 im Transportkörper 200 Kräfte und/oder Momente aus. Die Richtung und Stärke der Kräfte und/oder Momente im Transportkörper 200 wird durch die Lage bzw. Orientierung der Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 im Stator 100 beeinflusst. Die Lage der Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 im Stator 100 wird dabei vorzugsweise so geregelt, dass der Transportkörper 200 schwebt und entsprechend einer vorgegebenen Sollkurve in allen sechs Dimensionen geführt oder an einer vorgegebenen Sollposition mit einer vorgegebenen Sollorientierung stabil gehalten wird.
  • Wie in 7B gezeigt, weist der Stator 100 eine Anordnung von beweglichen Stellmagneten 26 auf. Stellelemente 114 können die Orientierung und/oder Position der Magnetgruppen 24 bzw. der Stellmagneten 26 entsprechend einer Sollvorgabe ändern. Ein Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 ist dazu eingerichtet, eine Ist-Position aller auf dem Stator 100 beförderten Transportkörper 200 bzw. aller Transportkörper im Einflussbereich des jeweiligen Stators 100 zu bestimmen. Beispielsweise kann das Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 eine Sensorschicht und/oder eine Leiterplatte mit Sensoren aufweisen. Ein Steuerungselement 122 kann vorzugsweise die von dem Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 bereitgestellten Sensorsignale auswerten und diese beispielsweise einer übergeordneten Anlage bereitstellen. Die Stellelemente 114 können beispielsweise über eine Leiterplatte 120 kontaktiert werden.
  • Ferner weist der Stator 100 gemäß der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ein Magnetstellungsbestimmungselement 118 auf, mittels welchem die tatsächlich vorliegende Position und/oder Orientierung der Magnetgruppen 24 bzw. der Stellmagneten 26 ermittelt werden kann. Beispielsweise kann das Magnetstellungsbestimmungselement 118 eine Sensorschicht aufweisen.
  • Die Anordnung der Magnetgruppen 24 im Stator 100 ist vorzugsweise eben, d.h. dass vorzugsweise alle Magnetgruppen 24 in einer Ebene angeordnet sind.
  • Die 7C und 7D zeigen einen Stator 100 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, welcher ähnlich zur in 7A und 7B gezeigten Ausführungsform ist und zusätzlich eine Abdeckung 112a und eine optionale Spulenschicht 128 aufweist. Die Abdeckung 112a ist vorzugsweise aus nicht-ferromagnetischen Materialien gefertigt. Das von den Magnetgruppen 24 ausgehende Magnetfeld tritt durch die Abdeckung 112a nach außen, welche beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder nichtmagnetischem Metall und/oder Keramik und/oder Glas gefertigt ist. Die Abdeckung 112a kann beispielsweise das Innere des Stators 100 gegen den Arbeitsraum der Transportkörper 200 abschirmen und somit ein Eindringen und/oder Austreten von Partikeln verhindern. Ferner kann die Abdeckung 112a dazu dienen, die maximalen Wirkkräfte der Stellmagneten 26 im Stator 100 auf Objekte außerhalb des Stators 100 sicher zu begrenzen. Dabei kann der Abstand derart ausgelegt sein, dass ein auf der Abdeckung 112a aufliegender Transportkörper 200 vorzugsweise nicht zu einer Blockade der Stellelemente 114 führt. Zusätzlich wird vorzugsweise eine Anziehungskraft auf ferromagnetische Teile, die nicht bestimmungsgemäß auf der Abdeckung 112a abgelegt werden, begrenzt, so dass diese leicht wieder ablösbar sind und nicht zu Verletzungen bei der Handhabung führen.
  • Die Spulenschicht 128 kann beispielsweise als eine Mehrlagen-Leiterplatte mit innenliegenden Spulen ausgebildet sein.
  • Die dem zumindest einen Transportkörper 200 zugewandte Oberfläche der Abdeckung 112a bildet vorzugsweise die Wirkfläche 102 des Stators 100. Optional kann eine mechanische Rückzugsvorrichtung vorgesehen sein (nicht gezeigt), die den Abstand aller Magnetgruppen 24 der Stellmagneten 26 von der Wirkfläche 102 vergrößert. Die Rückzugsvorrichtung kann beispielsweise bei Stillstand der Beförderungsvorrichtung 10 automatisch aktiviert werden, damit die im Stillstand aus der Wirkfläche 102 austretenden Magnetfelder sicher begrenzt werden. So kann beispielsweise ein gefahrloses Hantieren vor der Wirkfläche 102 ermöglicht und eine Reinigung von anhaftenden ferromagnetischen Partikeln erleichtert werden.
  • Der Stator 100 kann vorzugsweise in beliebiger Richtung zur Schwerkraft betrieben werden, beispielsweise im Tischbetrieb (Transportkörper 200 schwebt über der Wirkfläche 102), im Wandbetrieb (Transportkörper 200 schwebt neben der Wirkfläche 102) oder Deckenbetrieb (Transportkörper 200 schwebt unter der Wirkfläche 102). Auch ein Betrieb des Gesamtsystems in einem beschleunigten Bezugssystem oder unter Schwerelosigkeit ist prinzipiell möglich.
  • Vorzugsweise ist der Stator 100 modular aufgebaut, so dass mehrere gleichartige und/oder unterschiedliche Stator-Module auf einfache Weise vorzugsweise nahtlos aneinandergereiht werden können (siehe 2D). Die Stator-Module sind vorzugsweise mit Datenverbindungen 124 ausgestattet, beispielsweise mit Kommunikationskanälen, so dass Informationen über die Zustände des Stators 100 sowie der darauf befindlichen Transportkörper 200 vorzugsweise in Echtzeit übertragen werden können.
  • Die Transportkörper 200 können vorzugsweise frei von einem Stator-Modul auf ein anderes Stator-Modul hinübergleiten. So kann vorzugsweise ein Arbeitsbereich der Transportkörper 200 nach Bedarf erweitert werden. Jedes Modul hat ferner vorzugsweise eine Schnittstelle zur Energieversorgung 126 und mechanische Schnittstellen zur Kopplung mit weiteren Stator-Modulen und zur einfachen Integration in eine Anlage.
  • Das Magnetfeld des Stators 100 wird vorzugsweise durch eine vorwiegend flächige bzw. ebene Anordnung der Magnetgruppen 24 erzeugt. Die Anordnung der Magnetgruppen 24 bildet bevorzugt ein regelmäßiges quadratisches Raster von Magnetgruppen 24, jedoch sind auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Anordnungen möglich.
  • Die 8A bis 8E zeigen beispielhafte Anordnungen von Magnetgruppen 24 bzw. Stellmagneten 26. Beispielsweise zeigt 8A eine Anordnung der Magnetgruppen 24 gemäß einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Raster. 8B zeigt eine Anordnung der Magnetgruppen 24 gemäß einem hexagonalen Raster. 8C zeigt eine beispielhafte Anordnung unterschiedlicher Magnetgruppen 24 gemäß einem rechteckigen Raster. Beispielsweise können sich die Magnetgruppen in ihrem magnetischen Dipolmoment unterscheiden. Ferner können auch manche der Magnetgruppen schnell- oder langsam-drehend sein, über unterschiedliche Getriebe mit dem Antrieb verbunden sein und/oder mit unterschiedlichen Antrieben betrieben werden. Anordnungen gemäß den 8A bis 8C sind besonders dann vorteilhaft, wenn es beabsichtigt ist, dass die Drehachsen im Wesentlichen senkrecht zur Anordnungsebene liegen. Ferner zeigen 8D und 8E Anordnungen, bei denen die Magnetgruppen über Antriebswellen 28 mit den Antrieben verbunden sind, wobei die Antriebswellen im Wesentlichen parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen. Gemäß der Anordnung 8D verlaufen die Antriebswellen 28 parallel, gemäß der Anordnung in 8E zumindest annähernd radial bzw. zirkular.
  • Ein Stellmagnet 26 wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch einen einzelnen Magneten gebildet, wie in den 9A und 9B dargestellt, alternativ durch eine Anordnung von mehreren Magneten in einer Magnetgruppe 24, wobei die Magneten vorzugsweise mechanisch fest miteinander verbundenen sind, wie in den 9C und 9D dargestellt. Alternativ kann ein Stellmagnet 26 durch eine Magnetgruppe 24 gebildet werden, die mehrere unterschiedlich magnetisierte Bereiche besitzt. Vorzugsweise bildet die Magnetgruppe 24 ein Halbach-Array (siehe 9C und 9D), welches in Richtung der Wirkfläche orientiert ist. Das bietet den Vorteil, dass die Flussdichte in Richtung der Wirkfläche 102 vergrößert und in allen anderen Richtungen verringert wird, insbesondere in Richtung benachbarter Magnetgruppen 24. Die in den 9A bis 9D dargestellten Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 sind dabei derart mit der Antriebswelle 28 verbunden, dass die Drehachse des Antriebs senkrecht zur Wirkfläche 102 steht. Der Winkel α bezeichnet dabei den Stellwinkel der Antriebswelle 28 bzw. des Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppe 24.
  • Die 9E und 9F zeigen Anordnungen, bei welchen die Stellmagneten 26 bzw. die Magnetgruppen 24 derart mit der jeweiligen Antriebswelle 28 verbunden sind, dass die Antriebswellen 28 im Wesentlichen parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen. Bei derartigen Anordnungen erfolgt daher eine Drehung der Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppen 24 um die X-Achse 902.
  • 9G zeigt schematisch eine Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform von 6 × 6 Magnetgruppen 24 gemäß einem quadratischen Raster in einem Stator 100, wobei die Magnetgruppen 24 jeweils als ein Halbach-Array ausgeführt sind. Eine detaillierte Darstellung einer einzelnen Magnetgruppe 24, insbesondere mit typischen Abmessungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer derartigen Magnetgruppe 24, ist in 9H gezeigt.
  • Die Magnetgruppen 24 sind vorzugsweise im Stator 100 einzeln verstellbar, sie können also in ihrer Position und/oder Orientierung verändert werden. Sie können vorzugsweise eine Linearbewegung und/oder eine Drehung und/oder eine überlagerte Bewegung ausführen. Vorzugsweise wird eine Drehung um eine baulich fest vorgegebene Drehachse der Antriebswelle 28 ausgeführt. Um durch die Drehung eine wirksame Änderung des Magnetfeldes zu erreichen, ist der dominierende Dipolvektor der Magnetgruppe 24 vorzugsweise senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 28 orientiert.
  • Die Drehachsen der Magnetgruppen 24 können in Bezug auf die Wirkfläche 102 unterschiedlich orientiert sein. Vorzugsweise sind sie senkrecht und/oder parallel zur Wirkfläche 102 orientiert. Der Abstand benachbarter Magnetgruppen 24 ist so gewählt, dass die Drehmomente auf die Magnetgruppen 24, die durch ihre magnetische Wechselwirkung verursacht werden, gering sind im Verhältnis zu den typischen Drehmomenten, die durch die Transportkörper 200 verursacht werden.
  • Zur Positionierung und/oder Orientierung der Magnetgruppen 24 werden Stellelemente 114 eingesetzt, die bevorzugt Linearbewegungen und/oder Drehungen und/oder überlagerte Bewegungen ausführen können. Ein Stellelement 114 bewegt vorzugsweise mindestens eine Magnetgruppe 24. Vorzugsweise werden Stellelemente 114 eingesetzt, die einen Winkelbereich von 360° abdecken können und vorzugsweise in der Lage sind, endlose Drehungen auszuführen. Dies kann für viele Bewegungen des Transportkörpers 200 vorteilhaft sein.
  • Die 10A und 10B zeigen in schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsformen von Stellelementen 114. Bevorzugt weisen diese einen Antrieb auf, welcher beispielsweise einen Motor 34, wie etwa einen Elektromotor, aufweist, welcher optional über ein Getriebe 32 und die Antriebswelle 28 mit dem Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppe 24 mechanisch verbunden bzw. gekoppelt ist. Vorzugsweise weist das Stellelement 114 einen Sensor 30 zur Ermittlung des Stellwinkels α auf und optional einen Regler (nicht gezeigt), der den Stellwinkel α vorzugsweise schnell und präzise auf eine vorgegebene Sollposition einstellen bzw. nachführen kann.
  • Beispielsweise weist ein Stellelement 114 einen Elektromotor auf, auf dessen Achse mindestens eine Magnetgruppe 24 montiert ist. Der Sensor 30 misst den Drehwinkel α der Antriebswelle, ein PID-Regler mit optional nachgeschaltetem Antriebsverstärker steuert vorzugsweise den Motor 34 an. Zur Erhöhung des Drehmomentes oder der Drehzahl kann ein Getriebe 32 zwischen dem Motor 34 und der Antriebswelle 28 vorgesehen sein. Das Getriebe 32 kann beispielsweise selbsthemmend sein, so dass der Motor 34 zur Aufrechterhaltung eines Drehmomentes in einer konstanten Winkelstellung nicht mit Strom versorgt werden muss.
  • Die in den 8A bis 8E gezeigten beispielhaften, ebenen Anordnungen von gleichartigen Magnetgruppen 24 in einem regelmäßigen Raster werden dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jede der Magnetgruppen 24 von einem separaten Stellelement 114 angetrieben bzw. bewegt werden kann. Dabei können beispielsweise die in 8C dargestellten großen und kleinen Magnetgruppen 24 von unterschiedlichen Stellelementen 114 angetrieben werden, wobei beispielsweise große Magnetgruppen 24 von Stellelementen 114 mit hohem Drehmoment und großer Trägheit (beispielsweise mit Getriebe) angesteuert werden, während kleine Magnetgruppen 24 von Stellelementen 114 mit geringerem Drehmoment und geringerer Trägheit angesteuert werden. 8D zeigt eine beispielhafte Anordnung, bei der die Antriebswellen 28 parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen und vorzugsweise jede Antriebswelle 28 mehrere Magnetgruppen 24 antreibt.
  • Ein Stellelement 114 mit mehreren Antrieben kann vorzugsweise mehrere Freiheitsgrade einer Magnetgruppe 24 beeinflussen. Beispielsweise kann eine kardanisch in zwei Raumrichtungen drehbar gelagerte Magnetgruppe 24 von zwei Stellelementen 114 in zwei unterschiedlichen Raumrichtungen gedreht werden.
  • Anstelle von Elektromotoren können auch andere Antriebssysteme eingesetzt werden, beispielsweise ein Hubmagnet oder ein Piezoantrieb.
  • Zur Erzielung einer hohen Dynamik kann es vorteilhaft sein, die Magnetgruppen 24 um eine ihrer Haupt-Trägheitsachsen mit geringem Trägheitsmoment zu drehen. Die Drehachse läuft vorzugsweise durch den Schwerpunkt der jeweiligen Magnetgruppe 24, um Vibrationen des Stators 100 aufgrund von Unwucht zu vermeiden. Um die Trägheit der mechanischen Antriebe zu kompensieren, können beispielsweise unterhalb der Wirkfläche 102 zusätzlich Spulen (siehe 7c und 7D) eingesetzt werden, die beispielsweise mit hoher Dynamik verhältnismäßig kleine Korrekturkräfte und/oder -momente auf den Transportkörper 200 ausüben können. Das Wirkfeld bzw. Levitationsfeld 14 bzw. Magnetfeld des Stators 100 ergibt sich dann aus einer Überlagerung der Stellmagnet-Felder und der Spulen-Felder, wobei die Spulenfelder zwar gegebenenfalls deutlich schwächer, aber schneller veränderbar sein können.
  • Da sich die Antriebe sowie die Antriebsverstärker im Betrieb erwärmen können, kann eine Kühlvorrichtung vorgesehen werden, die beispielsweise durch Wärmeableitung über einen Kühlkörper oder eine Lüftung und geeignete Lüftungskanäle im Stator 100 die Antriebe und/oder Antriebsverstärker kühlt (siehe beispielsweise 7B).
  • 10C zeigt in einem Blockdiagramm ein beispielhaftes Funktionsprinzip eines Stellelements 114. Dabei wird beispielsweise einem Regler 1002 eine Soll-Position 1001 der jeweiligen Magnetgruppe 24 übermittelt. Über einen Antriebsverstärker 1003 kann sodann der Antrieb 1004 derart angesteuert werden, dass die Magnetgruppe 24 ggf. über ein Getriebe 1005 entsprechend angesteuert wird. Über einen entsprechenden Sensor 1006 kann die tatsächliche Winkellage bzw. die Ist-Position 1007 der Magnetgruppe 24 ermittelt werden und wieder dem Lageregler zugeführt werden, so dass ein Regelkreis entsteht, mittels welchem eine möglichst genaue Positionierung und/oder Orientierung der Magnetgruppe erfolgen kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beförderungsvorrichtung eine Positionsbestimmungseinheit auf. Diese ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass die Position und/oder Orientierung des zumindest einen Transportkörpers 200 relativ zur Wirkfläche des Stators 100 erfasst werden kann, vorzugsweise zyklisch, besonders bevorzugt mit hoher Frequenz und geringer Latenzzeit. Vorzugsweise werden dabei alle Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 erfasst. Eine Messung kann beispielsweise die Basis für die Regelung der Transportkörper-Position darstellen. 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Positionsbestimmungseinheit, welche ein Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 aufweist. Beispielsweise kann das Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 als Leiterplatte ausgestaltet sein, welches vorzugsweise Aussparungen für die Magnetgruppen 24 bzw. die Stellmagneten 26 aufweist und/oder mit Sensoren 132 bestückt ist, wobei die Sensoren 132 vorzugsweise als Magnetfeldsensoren ausgebildet sind.
  • Die Positionsbestimmungseinheit kann zumindest teilweise in den Stator 100 integriert sein oder räumlich getrennt vom Stator 100 installiert sein und die Positionsdaten an eine Stator-Regelung übertragen. Vorzugsweise ist die Positionsbestimmungseinheit jedoch im Stator 100 integriert, wodurch vorzugsweise ein konstanter Maßbezug zum Stator 100 gewährleistet werden kann und/oder die Handhabung des Gesamtsystems vereinfacht wird. Bei Integration in den Stator 100 kann beispielsweise auch der vorhandene Bauraum effizient genutzt werden, da die Positionsbestimmung auf der Seite des Transportkörpers 200 erfolgt, die dem Stator 100 zugewandt ist, und somit vorzugsweise die Positionsbestimmung nicht durch das Transportgut behindert oder verfälscht wird.
  • Als Sensoren 132 werden bevorzugt Magnetfeldsensoren und/oder kapazitive Sensoren und/oder optische Sensoren eingesetzt. Die Sensoren werden bevorzugt in einem regelmäßigen Raster unterhalb der Wirkfläche 102 angeordnet. Beispielsweise können Hall-Sensoren das Magnetfeld im Transportkörper 200 an mehreren Stellen und/oder in unterschiedlichen Raumrichtungen erfassen. Vorzugsweise werden alle Sensorsignale zur Auswertung an ein Rechnersystem übertragen. Dort kann beispielsweise mittels eines Algorithmus die Ist-Position des Transportkörpers 200 aus den Sensor-Signalen und einer modellhaften Beschreibung der Magnetanordnungen in Transportkörper 200 und Stator 100 ermittelt werden.
  • Um den Einfluss der Magnetfelder im Stator 100 auf die Positionsbestimmung des Transportkörpers 200 zu reduzieren oder zu eliminieren, werden die Sensoren 132 vorzugsweise in möglichst großem Abstand zu den Magnetgruppen 24 des Stators 100 montiert. Zusätzlich können magnetische Abschirmvorrichtungen vorhanden sein, welche den Einfluss der Magnetgruppen 24 auf die als Magnetfeldsensoren ausgebildeten Sensoren 132 abschwächen. Beispielsweise kann in einem einmaligen automatischen Kalibriervorgang ohne Anwesenheit des Transportkörpers das Sensor-Signal aller Sensoren 132 in Abhängigkeit von der Position jeder einzelnen Magnetgruppe 24 gemessen werden, wobei die Messwerte als Korrekturtabelle dauerhaft in einem Speicher des Rechnersystems abgelegt werden können. Im Betrieb können beispielsweise die Sensor-Rohwerte nach jeder Messung um die in der Korrekturtabelle abgelegten Fehlbeträge aller Magnetgruppen - abhängig von deren aktueller Position - korrigiert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt eine Bedienschnittstelle im Stator 100 grundlegende Bedien- und Anzeigeelemente für die Einrichtung und/oder den Betrieb und/oder den Service und/oder die Wartung bereit. Beispielsweise können Ein-/Aus-Schalter, Rücksetztaster sowie Signallampen für die Anzeige des Betriebs- oder Fehlerzustandes des Stators 100 vorhanden sein. Komplexere Einrichtfunktionen sind vorzugsweise von einem übergeordneten Rechnersystem aus bedienbar, das beispielsweise über eine Kommunikationsschnittstelle mit dem Stator 100 verbunden ist.
  • Vorzugsweise erfasst eine elektronische Steuerung mit mindestens einem Rechnersystem die Sensorsignale, kommuniziert mit der übergeordneten Anlage, mit der Bedienerschnittstelle und ggf. mit weiteren Statoren und Systemkomponenten und steuert die Stellelemente an.
  • Vorzugsweise ist in jeden Stator 100 bzw. in jedes Statormodul ein Rechnersystem integriert. Bei Verwendung mehrerer Statoren 100 bzw. Statormodulen können deren Rechnersysteme beispielsweise mit Bussystemen vernetzt sein, deren Topologie flexibel erweitert werden kann. Ein beispielhaftes Steuerungsdiagramm ist in 12 dargestellt, welches die folgenden Elemente aufweist:
    • 2001: Steuerung einer übergeordneten Anlage
    • 2002: Zentralsteuerung der Beförderungsvorrichtung
    • 2003: Bedienerschnittstelle
    • 2004: Modulsteuerung Stator 1
    • 2005: Modulsteuerung Stator 2
    • 2006: Modulsteuerung Stator 3
    • 2007: Modulsteuerung Stator 4
    • 2008: Modulsteuerung Stator 5
    • 2009: Modulsteuerung Stator 6
  • Die Bussysteme sind in der Lage, große Datenmengen in kurzer Zeit ohne Latenz zu übertragen. Die Bussysteme können die Daten auf elektrische, optische und/oder induktive Weise übertragen. Beispielsweise können benachbarte Statoren 100 bzw. Statormodule optische Sender und Empfänger besitzen, über die sie Zustandsinformationen austauschen. In die Bussysteme können weitere Rechnersysteme integriert sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren zum Betrieb der Beförderungsvorrichtung 10 in Form von Algorithmen auf dem mindestens einen Rechnersystem implementiert sein. Ein Verbund von mehreren Statoren 100 kann dabei als funktionale Einheit behandelt werden, so dass die Steuerung eines Transportkörpers 200 unabhängig davon erfolgt, ob er sich im Einflussbereich nur eines Stators 100 oder mehrerer Statoren 100 befindet. Dazu sind die Rechnersysteme bevorzugt auf eine gemeinsame Zeitbasis synchronisiert.
  • Das mindestens eine Rechnersystem stellt vorzugsweise alle Funktionen bereit, die für die Einrichtung und/oder den sicheren Betrieb und/oder für Service und Wartung jedes Stators 100 und eines Verbundes von mehreren Statoren 100 erforderlich sind. Beispielsweise können integrierte Eigendiagnosefunktionen permanent die korrekte Funktion überwachen, so dass eine Fehlfunktion sofort erkannt und gemeldet werden kann und/oder Ersatzmaßnahmen getroffen werden können und das System ggf. selbsttätig in den sicheren Not-Halt gehen kann.
  • Die Beförderungsvorrichtung 10 weist hier mindestens einen Stator 100 bzw. mindestens ein Statormodul und mindestens einen Transportkörper 200 auf. Dabei sind vorzugsweise viele Gestaltungsparameter vorhanden, die zur Anpassung an eine Zielapplikation beeinflusst werden können, z.B. Abmessungen des Stators 100 zur Skalierung auf die Größe bzw. das Gewicht des Transportgutes, ein maximales Drehmoment und/oder Drehzahl und/oder Trägheitsmoment der Antriebe, eine Stärke und/oder Anordnung der Stellmagneten 26 und Stationärmagneten in Stator 100 bzw. Transportkörper 200, sowie Regelungsparameter.
  • Die Anordnung der Magnetgruppen 24 im Stator 100 ist vorzugsweise derart auf die Anordnung der Magnetgruppen 24 im Transportkörper 200 abgestimmt, dass ein Transportkörper 200 mit f Freiheitsgraden an jedem Punkt seines Arbeitsraumes von den Kräften und Momenten von mindestens f Magnetgruppen 24 beeinflusst werden kann. Insbesondere sind die Magnetanordnungen so gestaltet, dass es keine Singularitäten gibt, also keine singulären Bereiche im Arbeitsraum, an denen diese Bedingung nicht erfüllt ist. Beispielhafte Paarungen von Magnetanordnungen in Stator und Transportkörper sind wie folgt:
    • - Stator wie 8A und Transportkörper wie 4F mit γ / λ = 1 / 3.
    • - Stator wie 8A und Transportkörper wie 4G mit γ / λ = 1 / 3.
    • - Stator wie 8A und Transportkörper wie 4I mit γ / λ = 1 / 3.
    • - Stator wie 8A und Transportkörper wie 4M mit γ / 2r = 1 / 3.
    • - Stator wie 8B und Transportkörper wie 4F mit γ / λ = 1 / 3.
    • - Stator wie 8E und Transportkörper wie 4I mit R / r = 1.
  • Während λ die Periodenlänge einer Halbach-Anordnung von Stationärmagneten 22 bzw. Magnetgruppen 24 von Stationärmagneten 22 bezeichnet, bezeichnet γ eine Periodenlänge einer regelmäßigen Anordnung von Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 (siehe beispielsweise 8A).
  • Vorzugsweise sind die Transportkörper 200 überbestimmt, d.h. sie können von mehr als f Magnetgruppen 24 simultan beeinflusst werden. Die so erzielte Redundanz hat Vorteile, wie etwa eine verbesserte Ausfallsicherheit. Falls eine Magnetgruppe 24 nicht mehr wirksam steuerbar ist, kompensieren vorzugsweise andere Magnetgruppen 24 den Ausfall zumindest teilweise, so dass die Position des Transportkörpers 200 ggf. mit Einschränkungen eingehalten werden kann. Die für eine Kraft-/Moment-Änderung erforderliche Positionsänderung kann vorzugsweise auf mehrere Magnetgruppen 24 verteilt werden. Dadurch verringert sich vorzugsweise die Positionsänderung für jede einzelne Magnetgruppe 24. Daher kann vorzugsweise die Positionsänderung insgesamt schneller ausgeführt werden, so dass die Dynamik der Beförderungsvorrichtung 10 zunimmt. Vorzugsweise verteilen sich die zur Führung eines Transportkörpers 200 aufzubringenden Kräfte und Momente auf mehrere Magnetgruppen 24, so dass kleinere Magnetgruppen 24 mit schwächeren Stellelementen 114 eingesetzt werden können, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Dies kann Vorteile für den Energieverbrauch und die Kosten der Beförderungsvorrichtung 10 bringen.
  • Die Beförderungsvorrichtung kann vorzugsweise mit klassischen Transfersystemen kombiniert werden. Beispielsweise können die Transportkörper 200 über große Entfernungen mit einem Gurtband transportiert werden, indem sie beispielsweise einen Stator 100 verlassen, von einem Gurtband zu einer neuen Position gefahren werden, und dort wieder auf einen Stator auffahren bzw. aufgesetzt werden. Im Rahmen eines modularen Gesamtsystems können Statoren 100 mit unterschiedlichen Fähigkeiten kombiniert werden. Beispielsweise kann es Stator-Module geben, die auf hohe Geschwindigkeit und/oder hohe Präzision und/oder hohe Kräfte optimiert sind. Diese Module werden vorzugsweise bereichsweise dort eingesetzt, wo sie benötigt werden.
  • Auch Statoren mit gekrümmten Oberflächen, wie in 13A dargestellt können durch entsprechende Anordnung der Magnetgruppen realisiert werden, beispielsweise in runder Bauform, wie in den 13B und 13C dargestellt, welche einen außen- bzw. innen-geführten Transportkörper 200 und einen innen- bzw. außenliegenden Stator 100 aufweisen. Beispielsweise können derartige Beförderungsvorrichtungen für eine Verwendung als ein mechanisches Lager vorteilhaft sein, beispielsweise um eine Welle drehbar zu lagern.
  • Zur Einsparung von Energie können vorzugsweise die Stellelemente 114 vorübergehend mit abgesenktem Strom betrieben oder abgeschaltet werden, solange sich kein Transportkörper 200 im Einzugsbereich der jeweiligen Magnetgruppe 24 befindet. Bei Annäherung eines Transportkörpers 200 werden sie vorzugsweise kurzfristig wieder aktiviert.
  • Die Außenflächen von Stator 100 und Transportkörper 200 können vorzugsweise so gestaltet werden, dass sie an die jeweiligen Umweltbedingungen angepasst sind, beispielsweise an extreme Temperaturanforderungen, hohe Sauberkeitsanforderungen, Partikelfreiheit, Keimfreiheit, leichte Reinigbarkeit, Beständigkeit gegen aggressive Materialien, Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, Einsatz unter Flüssigkeits- oder Gasatmosphäre etc. angepasst sind. Dafür steht beispielsweise eine breite Palette von nicht-ferromagnetischen Materialien zur Verfügung, wie etwa Nichteisenmetalle, Kunststoff, Teflon, Keramik, Glas, Gummi, Holz u.v.m.
  • Eine Gruppe von Transportkörpern 200 kann vorzugsweise gemeinsam eine Aufgabe ausführen. Beispielsweise können mehrere synchronisiert bewegte Transportkörper 200 eine große Last transportieren, die für einen Transportkörper 200 zu schwer ist. Oder mehrere Transportkörper 200 sind beispielsweise über eine passive Stabkinematik und Gelenke miteinander verbunden, so dass die Kinematik als Handhabungsgerät verwendet werden kann.
  • Nicht alle Freiheitsgrade müssen notwendigerweise levitierend ausgeführt werden, stattdessen können einzelne Freiheitsgrade auch durch eine mechanische Führung realisiert sein.
  • Zur preiswerten Realisierung eines levitierenden Systems mit großem Transportbereich kann der Stator 100 vorzugsweise mit klassischen Achssystemen oder Fahrzeugen als Bewegungseinrichtung kombiniert werden. Beispielsweise transportiert ein Achssystem oder ein Fahrzeug mit Rädern einen Stator 100 in einem großen Arbeitsbereich, während der Stator 100 seinerseits einen Transportkörper 200 in einem kleinen Arbeitsbereich präzise und schwebend positionieren kann.
  • Optional befindet sich zwischen Stator 100 und Transportkörper 200 eine Zwischenebene (Partikel-Barriere). Der Transportkörper 200 kann sich dabei vorzugsweise im sauberen Bereich befinden, das Fahrzeug hingegen außerhalb. Die Fortbewegungsfunktion übernimmt beispielsweise primär das Fahrzeug mit seinem klassischen Radantrieb, die Levitationsfunktion und Präzisionspositionierung der Stator 100 mit Transportkörper 200.
  • Die Wirkprinzipien von Stator 100 und Transportkörper 200 können in anderen bevorzugten Ausführungsformen vertauscht sein, so dass sich im Stator 100 beispielsweise eine Anordnung von Stationärmagneten 22 befindet und im Transportkörper 200 aktiv bewegliche Stellmagneten 26. Bei dieser Variante kann beispielswiese der Transportkörper 200 die Energieversorgung 38 mitführen (z.B. Akkumulator, Brennstoffzelle, Solarzellen) oder von außen mit Energie versorgt werden (z.B. über ein Kabel). Auf diese Weise kann sich beispielsweise ein Waferhalter zum Halten eines Wafers 36 mit aktivem Antrieb ohne Räder fortbewegen, indem er einen Antrieb 42 mit Stellmagneten 26 aufweist, um beispielsweise auf einer am Boden 40 befestigten mit Stationärmagneten 22 bestückten Schiene oder Ebene zu verkehren (siehe 14).
  • Im Folgenden wird auf Basis der zuvor beschriebenen Beförderungsvorrichtung 10 ein Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, mit dem die stabile magnetische Levitation von mindestens einem Transportkörper 200 erreicht wird, ohne dass jedoch die Erfindung auf das erläuterte Verfahren beschränkt ist.
  • Der mindestens eine Transportkörper 200 erfährt Kräfte und Momente in einem dynamisch veränderlichen Magnetfeld, das durch die geregelte Bewegung von Stellmagneten 26 in mindestens einem Stator 100 erzeugt wird.
  • Zur Beschreibung der Position des mindestens einen Transportkörpers 200 sind die kartesischen Koordinatensysteme 900 und 920 gegeben:
  • Jeder Transportkörper i besitzt ein Koordinatensystem 920i mit den Achsen (xi , yi , zi ) und einem ortsfesten Bezug zum Transportkörper, sein Ursprung liegt beispielsweise in dem berechneten Massenschwerpunkt der Magnetanordnung des Transportkörpers.
  • Das Stator-Koordinatensystem 900 mit den Achsen (X, Y, Z) hat einen ortsfesten Bezug zum Stator. Seine X- und Y-Achse liegen in der Wirkfläche des Stators, die Z-Achse steht senkrecht auf der Wirkfläche und weist in Richtung des Transportkörpers. Die Position des Transportkörpers mit dem Index i wird im Stator-Koordinatensystem durch den Ortsvektor r → i
    Figure DE102018006259A1_0001
    beschrieben, der den Ursprung des Transportkörper-Koordinatensystems angibt. Die Winkellage des Transportkörpers i wird durch den Vektor φ → i
    Figure DE102018006259A1_0002
    ausgedrückt, dessen drei Komponenten die Winkel angeben, die jeweils von den X-, Y- und Z-Achsen der Koordinatensysteme von Stator und Transportkörper eingeschlossen werden.
  • Gegeben ist weiterhin eine Anordnung von Magnetgruppen im Stator, die einzeln in mindestens einer Dimension relativ zum Stator beweglich sind und deren Position mit Stellelementen verändert werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Drehlage bzw. Winkellage der Magnetgruppe veränderlich ist, wobei die Drehachse im Stator-Koordinatensystem konstant ist und durch den Massenschwerpunkt der Magnetgruppe verläuft. Die aktuelle Drehlage der Magnetgruppe k ist αk . Von der Steuerung wird der Sollwinkel αk,soll vorgegeben, der von dem Regler des Stellelementes schnell und präzise umgesetzt wird, so dass nach kurzer Zeit αk = αk,soll ist.
  • Das Verfahren ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform als Programm in der Steuerung implementiert und wird zyklisch mit einer Frequenz von 100 - 10.000 Hz durchlaufen. Die Funktionsschritte eines beispielhaften Schleifendurchlaufes, welcher in 15 beispielhaft dargestellt ist, ist im Folgenden beschrieben.
  • 3000a) Bestimmung der Ist-Position und der Ist-Geschwindigkeit der Transportkörper
  • Magnetfeld-Sensoren, kapazitive Sensoren und/oder optische Sensoren sind in einem regelmäßigen Raster unterhalb der Wirkfläche des Stators angebracht. Die folgende Beschreibung stützt sich beispielhaft auf Hall-Sensoren. Jeder Hall-Sensor misst drei magnetische Feldkomponenten in orthogonalen Richtungen. Die Sensor-Rohwerte werden von einem Rechner eingelesen, ebenso wie die Winkellage aller Magnetgruppen im Stator. Falls weitere Statoren benachbart sind, werden die dort zeitgleich ermittelten Messwerte über einen Datenbus an den Stator übertragen. Der gesamte Einlesevorgang dauert typischerweise 0,1ms - 1ms.
  • Zunächst werden die Messwerte jedes Sensors um den Einfluss der ihm benachbarten Magnetgruppen korrigiert. Die Feldbeiträge der benachbarten Magnetgruppen wurden für jeden Sensor einmalig in einem Initialisierungslauf bestimmt und sind drehwinkelabhängig in Korrekturtabellen abgelegt. Unter Verwendung der aktuell eingelesenen Drehwinkel der benachbarten Magnetgruppen wird auf die Korrekturtabellen zugegriffen. Von allen Sensor-Rohwerten werden die Feldbeiträge der benachbarten Magnetgruppen subtrahiert. Die so erhaltenen korrigierten Sensorwerte repräsentieren die Flussdichte der Transportkörper-Magnetanordnung über der Wirkfläche.
  • Danach wird die Position des mindestens einen Transportkörpers ermittelt. Dazu ist im Speicher des Rechners eine Beschreibung der Magnetanordnung der Transportkörper als Liste hinterlegt. Die Liste enthält die Positionen und Dipolvektoren aller Stellmagneten und/oder Magnetgruppen 24, angegeben im Transportkörper-Koordinatensystem. Mit Hilfe dieser Liste, der Feldgleichung für einen magnetischen Dipol und des Superpositionsprinzips wird ein Rechenmodell der Flussdichteverteilung des Transportkörpers erstellt. Mit dem Modell lassen sich die Flussdichtevektoren berechnen, die bei einer vorgegebenen Transportkörper-Position am Ort der Stator-Sensoren zu erwarten sind. Eine skalare Fehlerfunktion ermittelt ein Maß für die Fehlanpassung der gemessenen und modellierten Flussdichten aller Transportkörper und Magnetgruppen. Durch iterative Optimierung der Position und Winkellage der Transportkörper im Modell wird die Fehlerfunktion minimiert, also auf die realen Messdaten angepasst. Das Iterationsverfahren wird beendet, sobald keine Verbesserung mehr erzielt wird und/oder eine zuvor definierte Fehlerschwelle unterschritten wird.
  • Die so ermittelte 6D-Position des mindestens einen Transportkörpers i wird im Rahmen der Genauigkeit des Modells als reale Position des Transportkörpers i mit dem Ortsvektor r → i
    Figure DE102018006259A1_0003
    und dem Winkel-Vektor φ → i
    Figure DE102018006259A1_0004
    interpretiert. Durch numerische Differenzierung der zyklischen Abfolge von Positionswerten wird die Ist-Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsvektor v → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0005
    für die Translation und dem Winkelgeschwindigkeits-Vektor ω → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0006
    für die Rotation berechnet.
  • 3000b) Bestimmung der Soll-Position und Soll-Geschwindigkeit der Transportkörper
  • Eine übergeordnete Anlage kann der Steuerung die gewünschte Bewegungsbahn des mindestens einen Transportkörpers als Folge von 6D-Soll-Positionen, Soll-Zeiten und/oder Soll-Geschwindigkeiten mitteilen. Die Bahn kann aus Geraden, Kreisabschnitten oder anderen geometrischen Grundelementen bestehen.
  • Die Steuerung interpoliert die Bewegungsbahn räumlich und zeitlich. Zur räumlichen Interpolation kommen verschiedene Interpolationsverfahren in Betracht, die in der Robotik üblich sind, beispielsweise lineare, Spline- oder Polynom-Interpolation. Zur zeitlichen Interpolation zerlegt die Steuerung die räumlich interpolierte Bahn in Stützpunkte. In jedem Zyklus stellt sie für jeden Transportkörper i die Soll-Position mit dem Ortsvektor r → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0007
    und dem Winkel-Vektor φ → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0008
    bereit sowie optional die Soll-Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsvektor v → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0009
    für die Translation und dem Winkelgeschwindigkeits-Vektor ω → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0010
    für die Rotation und übergibt diese an den Bahnregler.
  • 3000c) Bahnregelung
  • Die Bahnregelung dient dazu, die Ist-Position der Transportkörper schnell und präzise auf die Soll-Position nachzuführen. Dazu berechnet der Bahnregler die Regelabweichung, also die Differenz zwischen Soll- und Ist-Position und/oder der Soll- und Ist-Geschwindigkeit in allen 6 Dimensionen. Diese verwendet er als Eingangsgröße für einen Regelalgorithmus, beispielsweise den PID-Algorithmus, der für jede zu regelnde Dimension separat berechnet wird. Als Ausgangsgröße liefert der Bahnregler für jeden Transportkörper i den Soll-Kraftvektor F → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0011
    und den Soll-Momentenvektor M → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0012
    der zur Korrektur der Bahn erforderlich ist. Die Reglerparameter, wie Verstärkung (P), Nachstellzeit (I) und Vorhaltzeit (D), sind entweder einmalig ermittelt und fest in der Steuerung hinterlegt, oder werden dynamisch an den Bewegungs- und Beladungszustand der Transportkörper angepasst, wie beispielsweise an deren Gesamtmasse oder die Massenverteilung, die durch einen Beobachter bzw. eine Beobachtungsvorrichtung (s. 3000f)) ermittelt werden kann.
  • 3000d) Kraft-/Momentensteuerung
  • Aus den Soll-Kraftvektoren und den Soll-Momentvektoren für alle Transportkörper berechnet dieser Programmteil die Sollpositionen für alle Magnetgruppen, die zur Erzeugung der SollKräfte und -Momente führen. Berücksichtigt werden alle Magnetgruppen, die einen Einfluss auf die zu steuernden Transportkörper haben. Dazu verwendet die Kraft-/Momentensteuerung ein räumliches Modell der Magnetanordnung im Stator und in dem mindestens einen Transportkörper. Das Modell ist in der Lage, näherungsweise die Kräfte und Momente zu berechnen, die sich bei vorgegebener Position der Magnetgruppen einstellen. In dem Modell sind die Magnetanordnungen der Transportkörper als Liste der Positionen und Dipolvektoren aller Transportkörper-Magneten hinterlegt. Ebenso ist eine Liste der Magneten jeder Magnetgruppe hinterlegt. In dem Modell werden zunächst die partiellen Kräfte und Momente zwischen allen Magnetpaaren berechnet, daraus wird anschließend die auf jeden Transportkörper wirkende Gesamtkraft und das Gesamtmoment errechnet. Dabei werden alle Einflüsse bestmöglich berücksichtigt, beispielsweise auch die zwischen zwei Transportkörpern gegenseitig ausgeübten Kräfte und Momente.
  • Zur Berechnung kommen im Wesentlichen folgende Gleichungen zur Anwendung Magnetisches Feld B →
    Figure DE102018006259A1_0013
    eines magnetischen Dipols μ →
    Figure DE102018006259A1_0014
    am Ort r →
    Figure DE102018006259A1_0015
     B → ( r → ) = μ 0 4 π 3 r → ( μ → r → ) − μ → r 2 r 5
    Figure DE102018006259A1_0016
     r − | r → | ,
    Figure DE102018006259A1_0017
    wobei µ0 die magnetische Feldkonstante ist.
  • Magnetisches Feld B → g e s
    Figure DE102018006259A1_0018
    als Überlagerung der Felder B → i
    Figure DE102018006259A1_0019
    (Superpositionsprinzip) B → g e s ( r → ) = ∑ i = 1 n B → i ( r → )
    Figure DE102018006259A1_0020
    wobei n die Anzahl der sich überlagernden Felder darstellt.
  • Kraft F →
    Figure DE102018006259A1_0021
    auf einen magnetischen Dipol μ →
    Figure DE102018006259A1_0022
    im Feld B →
    Figure DE102018006259A1_0023
     F → = ∇ → ( μ → B → ) .
    Figure DE102018006259A1_0024
  • Das Drehmoment M →
    Figure DE102018006259A1_0025
    das auf einen magnetischen Dipol μ →
    Figure DE102018006259A1_0026
    im Feld B →
    Figure DE102018006259A1_0027
    wirkt: M → = μ → × B →
    Figure DE102018006259A1_0028
  • Das zusätzliche Drehmoment M → F
    Figure DE102018006259A1_0029
    durch Kräfte F → i
    Figure DE102018006259A1_0030
    die im Abstand r → i
    Figure DE102018006259A1_0031
    vom Schwerpunkt angreifen, wobei n die Anzahl der Kräfte darstellt: M → F = ∑ i = 1 n r → i × F → i
    Figure DE102018006259A1_0032
  • Unter Einbeziehung der Ist-Position aller Stellelemente und Transportkörper wird in dem Modell der Ist-Kraftvektor F → i
    Figure DE102018006259A1_0033
    und der Ist-Momentenvektor M → i
    Figure DE102018006259A1_0034
    berechnet, der aktuell auf jeden Transportkörper i wirkt. Die Fehlanpassung zwischen den Ist- und Soll-Kräften sowie den Ist- und Soll-Momenten aller Transportkörper wird durch eine skalare Fehlerfunktion E bewertet: E = ∑ i = 1 m ( | F → i , s o l l − F → i | F 0 ) 2 + ( | M → i , s o l l − M → i | M 0 ) 2
    Figure DE102018006259A1_0035
    wobei m die Anzahl der Transportkörper darstellt, F → i
    Figure DE102018006259A1_0036
    bzw. M → i
    Figure DE102018006259A1_0037
    die Ist-Kraft bzw. das Ist-Moment, F → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0038
    bzw. M → i , s o l l
    Figure DE102018006259A1_0039
    die Soll-Kraft bzw. das Soll-Moment und F0 bzw. M0 die Referenz-Kraft bzw. das Referenz-Moment.
  • Je kleiner E, desto besser ist die Übereinstimmung zwischen den Ist- und Soll-Kräften und - Momenten aller Transportkörper. Die Fehlerfunktion kann modifiziert oder um zusätzliche Terme erweitert werden, so dass energetisch günstigere Konstellationen bevorzugt werden. So kann das Verhalten des Gesamtsystems beispielsweise optimiert werden auf minimalen Leistungsbedarf, minimale Positionsänderung der Magnetgruppen oder minimale Anzahl von Magnetgruppen, die an einer Positionsänderung beteiligt sind.
  • In einem iterativen Optimierungsverfahren werden die Positionen der Magnetgruppen in dem Modell schrittweise verändert. Nach jedem Schritt werden die Kräfte und Momente im Modell neu berechnet und durch die Fehlerfunktion bewertet. Schritte, die zur Senkung des Fehlers E führen, werden beibehalten und bilden die Basis für den nächsten Iterationsschritt. Sobald der Fehler nicht weiter gesenkt werden kann und/oder eine voreingestellte Schwelle unterschreitet und/oder eine vorgegebene Anzahl von Iterationsschritten ausgeführt wurde, wird die Optimierungsschleife beendet.
  • 3000e) Ausgabe der Soll-Positionen an die Stellelemente
  • Die im Modell optimierten Positionen der Magnetgruppen werden als Soll-Vorgabe an die Stellelemente ausgegeben.
  • 3000f) Beobachter zur Ermittlung der Bewegungsparameter (optional)
  • Ein als „Beobachter“ bezeichneter Algorithmus erfasst den zeitlichen Verlauf der Ist-Position der Magnetgruppen sowie der Transportkörper als Reaktion darauf. Er nutzt diese Informationen, um mit Hilfe eines erweiterten Modells die Bewegungsparameter der Transportkörper zu bestimmen. Das erweiterte Modell basiert auf dem zuvor beschriebenen Kraft-/Momenten-Modell und wird um weitere physikalische Größen ergänzt, die den Bewegungszustand des Transportkörpers beschreiben, beispielsweise Masse, Dämpfung, Schwerpunkt, Schwerkraftvektor, Trägheitstensor oder Inertialbeschleunigung. Zusätzlich werden im Modell die Bewegungsgleichungen der Transportkörper berechnet, sowohl in Translation als auch in Rotation.
  • Da die Bewegungsparameter a priori nicht bekannt sind, wird ihr Wert zu Beginn geschätzt und anschließend in einer iterativen Berechnung des Modells durch gezielte Parametervariation optimiert. Zur Bewertung der Fehlanpassung wird eine skalare Fehlerfunktion verwendet, welche die Abweichung der modellierten Bahnkurve von der gemessenen Bahnkurve über den Zeitraum der letzten Messungen bewertet.
  • Als Ergebnis stehen Näherungswerte für die oben genannten Bewegungsparameter zur Verfügung. Diese können z.B. innerhalb der Steuerung zur Optimierung der Reglerparameter wie P, I und D verwendet werden. Beispielsweise kann das Gesamtgewicht m des Transportkörpers mit Zuladung ermittelt werden und in der Bahnregelung als Faktor in die Berechnung der Sollkräfte und -momente eingehen, so dass bei doppeltem Gewicht die doppelten Kräfte und Momente an den Transportkörper ausgegeben werden und somit die Beschleunigung a = F/m unabhängig von der Masse ist. Die Bewegungsparameter können auch als Zustandsinformation an die übergeordnete Anlage ausgegeben werden ( ), so dass diese beispielsweise aus dem Gewicht des Transportkörpers auf den Beladungszustand schließen und dadurch eine Prozesskontrolle durchführen kann. Beispielsweise kann die Beförderungsvorrichtung zur Erkennung eines Beladungszustands bzw. der Gesamtmasse des Transportkörpers eine Beladungserkennungsvorrichtung aufweisen. In einem anderen Beispiel kann eine Schwerpunktverlagerung, beispielsweise beim Transport einer schwappenden Flüssigkeit, aktiv ausgeregelt werden, so dass offene Behälter mit Flüssigkeit schnell und prozesssicher transportiert werden können.
  • Zur Weiterbildung der hier vorgeschlagenen Beförderungsvorrichtung (10) können auch eine oder mehrere der folgenden, vorteilhaften Ausgestaltungen beitragen, nach denen insbesondere:
    • • die zumindest zwei Stationärmagneten (22)
      • - zwei Stationärmagneten (22), welche auf einer Geraden angeordnet sind, wobei ein Dipolmoment mindestens eines der Stationärmagneten nicht parallel zu dieser Geraden orientiert ist, oder
      • - drei oder mehr Stationärmagneten (22)
      aufweisen;
    • • die zumindest zwei Stationärmagneten (22) und/oder die mehreren Stellmagneten (26) jeweils zumindest einen Permanentmagneten aufweisen;
    • • der zumindest eine Permanentmagnet eine magnetische Flussdichte von zumindest 0,05 T, bevorzugt zumindest 0,1 T, weiter bevorzugt zumindest 0,25 T, noch weiter bevorzugt zumindest 0,5 T, besonders bevorzugt zumindest 0,75 T, am meisten bevorzugt zumindest 1 T besitzt;
    • • die mehreren Stellmagneten (26) jeweils eine Magnetgruppe (24) aufweisen und/oder die zumindest zwei Stationärmagneten (22) in einer Magnetgruppe (24) angeordnet sind, wobei vorzugsweise jeder Stellmagnet (26) eine Magnetgruppe (24) aufweist und/oder wobei vorzugsweise jeder Stellmagnet (26) eine Magnetgruppe (24) aufweist, und wobei jede Magnetgruppe einer Mehrzahl von Permanentmagneten und/oder Magnetspulen aufweist;
    • • die Mehrzahl von Permanentmagneten und/oder Magnetspulen der zumindest einen Magnetgruppe (24) gemäß zumindest einem Halbach-Array derart angeordnet sind, dass sich ein Magnetfeld der Magnetgruppe (24) vorzugsweise zur Beförderungsfläche hin erstreckt;
    • • das Stellelement (114) ein Antriebselement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten (26) in kontrollierter Weise zu ändern; und/oder wobei das Stellelement (114) ein Sensorelement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement (114) verbundenen Stellmagneten (26) zu ermitteln; und/oder wobei das Stellelement (114) ein Kontrollelement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement (114) verbundenen Stellmagneten (26) mittels des Antriebs auf einen vorbestimmten Wert einzustellen;
    • • die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Positionsbestimmungseinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine relative Position und/oder Orientierung des zumindest einen Transportkörpers (200) relativ zum Stator (100) zu ermitteln;
    • • die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Bewegungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Stator relativ zu einer Umgebung zu bewegen;
    • • der Transportkörper (200) oder der Stator einen Energiespeicher aufweist;
    • • der zumindest eine Transportkörper (200) zumindest einen internen Freiheitsgrad aufweist und vorzugsweise insgesamt mehr als sechs Freiheitsgrade aufweist;
    • • der Stator (100) und/oder der Transportkörper (200) ferner eine Abdeckung (112a) aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, zwischen dem Stator (100) und dem Transportkörper (200) wirkende Kräfte zu begrenzen;
    • • die Stationärmagneten (22) als zweidimensionale Halbach-Arrays angeordnet sind und insbesondere eine rechteckige und/oder quadratische und/oder hexagonale und/oder kreisförmige Anordnung aufweisen;
    • • die Stationärmagneten (22) im Transportkörper (200) zumindest teilweise zylinderförmig und/oder kugelförmig derart angeordnet sind, dass diese einen größeren Schwenkbereich aufweisen als Transportkörper (200) mit einer ebenen Anordnung von Stationärmagneten (22);
    • • der zumindest eine Transportkörper (200) ein Identifikationselement aufweist und die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den Transportkörper (200) anhand des Identifikationselements zu identifizieren;
    • • der Stator mehrere Stator-Module aufweist, welche vorzugsweise aneinander angrenzend angeordnet sind;
    • • die Stellelemente (114) als Drehsteller ausgebildet sind, welche insbesondere eine Drehachse senkrecht zu einer Wirkfläche (102) des Stators (100) aufweisen;
    • • der Stator (100) eine gekrümmte Wirkfläche (102) aufweist;
    • • eine Anzahl von Freiheitsgraden der Stellmagneten (26) zumindest so groß ist wie eine Anzahl von Freiheitsgraden, entlang welcher der zumindest eine Transportkörpers (200) in kontrollierter Weise befördert und/oder positioniert werden soll;
    • • die Beförderungsvorrichtung (10) als ein berührungsloses mechanisches Lager ausgebildet ist;
    • • die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, im Falle einer Unterbrechung einer Leistungsversorgung den zumindest eine Transportkörper an dem zumindest einen Stator zu fixieren;
    • • die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Beladungserkennungsvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, einen Beladungszustand des Transportkörpers zu ermitteln;
    • • die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Beobachtungsvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, eine Masse und/oder einen Schwerpunkt des Transportkörpers (200) relativ zum Stator (100) zu ermitteln.
  • Zur Weiterbildung des hier vorgeschlagenen Verfahrens können auch eine oder mehrere der folgenden, vorteilhaften Ausgestaltungen beitragen, nach denen insbesondere:
    • • die Stellelemente (114) so angesteuert werden, dass der zumindest eine Transportkörper (200) eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator (100) einnimmt;
    • • die gewünschte Position und/oder Orientierung sechs Freiheitsgrade hat;
    • • der Schritt des Ansteuerns der Stellelemente (114) so, dass der zumindest eine Transportkörper (200) eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator (100) einnimmt, umfasst:
      • - Bestimmen einer Ist-Position und/oder einer Ist-Geschwindigkeit des Transportkörpers (200) relativ zum Stator (100);
      • - Bestimmen einer Soll-Position und/oder einer Soll-Geschwindigkeit des Transportkörpers (200) relativ zum Stator (100);
      • - Ermitteln einer Abweichung der Ist-Position und/oder der Ist-Geschwindigkeit von der Soll-Position bzw. der Soll-Geschwindigkeit;
      • - Berechnen von Soll-Stellungen zumindest eines Teils der Stellmagneten (26) derart, dass die jeweiligen Stellmagneten (26) auf eine Verringerung der Abweichung der Soll-Position und/oder der Soll-Geschwindigkeit von der Ist-Position bzw. der Ist-Geschwindigkeit des Transportkörpers hinwirken.
      • - Anordnen der jeweiligen Stellmagneten (26) mittels der Stellelemente (114) derart, dass die jeweiligen Stellmagneten die Soll-Stellungen einnehmen.

Claims (10)

  1. Beförderungsvorrichtung (10) zum Befördern mindestens eines Wafers (36), mit zumindest einem Transportkörper (200), wobei der Transportkörper (200) zumindest zum Tragen oder zum Halten mindestens eines Wafers (36) eingerichtet ist und wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) zumindest zweidimensional auf einer Beförderungsfläche (35) zu bewegen.
  2. Beförderungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) in kontrollierter Weise schwebend zu befördern.
  3. Beförderungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Stator (100), wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) in kontrollierter Weise relativ zum Stator (100) zu befördern, wobei: - der Stator mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten (26) aufweist, von denen jeder über ein Stellelement (114) mit dem Stator (100) verbunden ist, wobei das Stellelement (114) dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten (26) relativ zum Stator (100) in kontrollierter Weise zu ändern; - der zumindest eine Transportkörper (200) zumindest zwei Stationärmagneten (22) aufweist, welche mit dem Transportkörper (200) derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten (22) relativ zum Transportkörper (200) unbeweglich sind; - der Stator (100) und der zumindest eine Transportkörper (200) mittels der zumindest zwei Stationärmagneten (22) und der mehreren Stellmagneten (26) magnetisch gekoppelt sind; und - die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehreren Stellmagneten (26) mittels der Stellelemente (114) relativ zum Stator (100) zu befördern.
  4. Beförderungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Stator (100), wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) in kontrollierter Weise relativ zum Stator (100) zu befördern, wobei: - der zumindest eine Transportkörper (200) mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten (26) aufweist, von denen jeder über ein Stellelement (114) mit dem Transportkörper (200) verbunden ist, wobei das Stellelement (114) dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten (26) relativ zum Transportkörper (200) in kontrollierter Weise zu ändern; - der Stator (100) zumindest zwei Stationärmagneten (22) aufweist, welche mit dem Stator (100) derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten (22) relativ zum Stator (100) unbeweglich sind; - der zumindest eine Transportkörper (200) und der Stator (100) mittels der zumindest zwei Stationärmagneten (22) und der mehreren Stellmagneten (26) magnetisch gekoppelt sind; und - die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehreren Stellmagneten (26) mittels des Stellelements (114) relativ zum Stator (100) zu befördern.
  5. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die mehreren Stellmagneten (26) und/oder die zumindest zwei Stationärmagneten (22) der Beförderungsfläche (35) zugewandt angeordnet sind, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) entlang der Beförderungsfläche (35) in kontrollierter Weise relativ zum Stator (100) zu befördern.
  6. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper (200) auf der Beförderungsfläche (35) entlang unterschiedlicher Beförderungswege zu befördern, insbesondere so, dass ein Transportkörper (200) einen anderen Transportkörper (200) überholen kann.
  7. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper (200) auf der Beförderungsfläche (35) entlang eines zumindest zweispurigen Beförderungsweges zu befördern.
  8. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) zumindest hin zu einer Bearbeitungsstation (37) zu befördern oder den mittels des Transportkörpers (200) transportierten Wafer (36) in einer Bearbeitungsstation (37) zumindest zu positionieren oder auszurichten.
  9. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) mittels der mehreren Stellmagneten (26) und der zumindest zwei Stationärmagneten (22) relativ zum Stator (100) zu levitieren.
  10. Verfahren zum Betrieb einer Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Transportkörper (200) frei auf der Beförderungsfläche (35) hin zu einer gewünschten Position und/oder Orientierung bewegt wird.
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