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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Transportbox.
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Boxen mit Verschlusselementen, die über ein Gelenk geöffnet und geschlossen werden können, wobei die Verschlusselemente oftmals an einer dem Gelenk gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, kommen in verschiedenen Anwendungsgebieten zum Einsatz. Insbesondere bei einer Verwendung in einem Reinraum ist das Öffnen und Schließen jedoch mit Problemen verbunden, da ein menschlicher Benutzer hierbei die Box und den Inhalt kontaminieren kann und eine Maschine die Box aufgrund des vergleichsweise komplizierten Schließmechanismus, der gegen ungewolltes Öffnen und Herausfallen des Inhalts schützt, nicht öffnen und auch nicht schließen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Transportbox vorzuschlagen, die die genannten Nachteile vermeidet, mit der also eine Box zuverlässig und ohne Beschädigungen geöffnet und geschlossen werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Transportbox, die mit mindestens einem Schließclip versehen ist, der um ein um eine erste Rotationsachse schwenkbares Schließclipgelenk schwenkbar ist, weist eine Aufnahmeeinheit, mindestens ein Kontaktelement, mindestens einen Betätiger und mindestens ein drehbares Element auf. Die Transportbox ist insbesondere für einen Transport von Wafern geeignet. Die Aufnahmeeinheit dient zum Aufnehmen und Halten der Transportbox. Das mindestens eine drehbare Element ist um eine zweite Rotationsachse, die parallel zur ersten Rotationsachse ausgerichtet ist, drehbar. Das mindestens eine Kontaktelement ist an einem stirnseitigen Ende des Betätigers und das drehbare Element an einem anderen stirnseitigen Ende des Betätigers angeordnet. Die beiden Enden liegen einander hierbei typischerweise gegenüber. Das Kontaktelement ist mittels einer Drehbewegung des drehbaren Elements mit dem Schließclip in Kontakt bringbar. Das Kontaktelement ist derart ausgestaltet, dass bei einem Drehen des drehbaren Elements um die zweite Rotationsachse in einer ersten Richtung das Kontaktelement in eine erste Anschlagsposition an einer Außenseite des Schließclips gelangt und den Schließclip bei einer Schwenkbewegung um die erste Rotationsachse des Schließclipgelenks in Richtung der Transportbox bewegt, sodass der Schließclip in eine Rastzunge der Transportbox einrastet und die Transportbox verschließt. Bei einem Drehen des drehbaren Elements um die zweite Rotationsachse in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung wird das Kontaktelement in eine zweite Anschlagsposition an einer Außenseite der Transportbox bewegt. Falls die Transportbox durch den Schließclip verschlossen ist, gelangt das Kontaktelement durch das Drehen in einen Zwischenraum zwischen der Außenseite der Transportbox und einer Zunge des Schließclips. Eine Breite oder ein Durchmesser des Kontaktelements sind derart gewählt, dass durch das Drehen der Schließclip durch Ausüben einer Kraft von der Rastzunge entfernbar ist. Der Betätiger ist hierbei exzentrisch in Bezug zur zweiten Rotationsachse an dem drehbaren Element angeordnet.
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Durch die Aufnahmeeinheit wird die Transportbox aufgenommen und derart gehalten, dass auch bei Aufbringen einer Kraft bzw. eines Drehmoments durch das drehbare Element, den Betätiger und das Kontaktelement die Transportbox ortsfest verbleibt, sodass ein Öffnen und Schließen möglich ist. Die Aufnahmeeinheit kann hierfür beispielsweise eine Grundplatte mit eingefräster oder anderweitig eingebrachter Vertiefung sein, es können alternativ oder zusätzlich aber auch mindestens ein oder mehr mechanische Anschläge vorgesehen sein. Das Kontaktelement weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, um einfach in den Zwischenraum einführbar zu sein. Indem das Kontaktelement durch das drehbare Element und den Betätiger zum Schließen an den geöffneten Schließclip geführt wird, der in diesem Fall in einer Position verbleibt, in der seine Zunge von der Transportbox beabstandet ist, wird der Schließclip von dem Kontaktelement in Richtung der Transportbox gedrückt, bis er einrastet. Beim Öffnen, d.h. wenn das Kontaktelement in den Zwischenraum zwischen der Zunge und der Transportbox eingeführt wird, wird der sich typischerweise in Richtung der Rastzunge verjüngende Zwischenraum mit dem Kontaktelement gefüllt, so dass durch den auf die Zunge des Schließclips ausgeübten Druck dieser sich von der Rastzunge löst. Die erste Richtung kann hierbei im Uhrzeigersinn sein und die zweite Richtung gegen den Uhrzeigersinn. Alternativ kann auch die erste Richtung gegen den Uhrzeigersinn gehen und die zweite Richtung im Uhrzeigersinn.
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Im Rahmen dieser Schrift soll unter einer parallelen Ausrichtung verstanden werden, dass ein Winkelversatz zwischen 0° und maximal 10°, vorzugsweise maximal 5° beträgt. Durch die Anordnung des Betätigers und des drehbaren Elements an der Stirnseite, die auch als Vorderseite oder Frontseite bezeichnet werden kann, wird eine geeignete mechanische Verbindung zwischen dem die Rotations- oder Drehbewegung ausführenden drehbaren Element, typischerweise einer Drehscheibe, und dem Betätiger hergestellt.
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Der Betätiger kann als stabförmiges Element ausgebildet sein, d. h. insbesondere kann der Betätiger die Form eines langestreckten Zylinders aufweisen, bei dem Abstand zwischen den beiden Endflächen größer als ein Durchmesser ist. Typischerweise ist der Abstand zwischen den beiden Endflächen um mindestens 10 Prozent größer als der Durchmesser. Typischerweise ist der Betätiger zudem starr, worunter insbesondere verstanden werde soll, dass ein Elastizitätsmodul des Werkstoffs des Betätigers mindestens 5 GPa, vorzugsweise mindestens 10 GPa beträgt. Hierdurch wird eine ausreichend gute Kraft- und Drehmomentübertragung von dem drehbaren Element zu dem Betätiger gewährleistet. Alternativ oder zusätzlich ist der Betätiger an mindestens einer Seite des drehbaren Elements befestigt oder dort ausgebildet.
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Eine Länge des Betätigers kann einem Abstand zwischen dem Schließclip und einer dem drehbaren Element zugewandten Außenkante der Transportbox entsprechen. Somit wird der Betätiger kurz genug gehalten, um noch ausreichend Kraft und Drehmoment übertragen zu können, ist aber auch lang genug, um die Transportbox problemlos in die Aufnahmeeinheit abstellen und wieder daraus entnehmen zu können.
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Vorzugsweise sind an zwei gegenüberliegend angeordneten Seiten des drehbaren Elements jeweils ein Kontaktelement und ein Betätiger angeordnet, um verschiedene, nebeneinander auf der Aufnahmeplatte angeordnete Transportboxen in einer einzigen Bewegung öffnen und schließen zu können.
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Das Kontaktelement kann kraftschlüssig, formschlüssig und bzw. oder stoffschlüssig mit dem Betätiger verbunden sein, um eine ausreichend gute Kraft- bzw. Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Alternativ oder zusätzlich kann das Kontaktelement auch ein integraler Bestandteil des Betätigers sein, also insbesondere einteilig bzw. monolithisch mit diesem ausgebildet sein.
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Das Kontaktelement kann auch drehbar und bzw. oder neigbar an dem Betätiger angeordnet sein, um sich bei geringfügigen Verkippungen an die Position der Transportbox anpassen zu können.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Längsachse des Betätigers parallel zu der zweiten Rotationsachse des drehbaren Elements ausgerichtet ist, um hierdurch eine eindeutige geometrische Zuordnung beider Einheiten zueinander zu gewährleisten.
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Ein System weist die beschrieben Vorrichtung sowie eine Transportbox auf, die typischerweise eine Waferkassettenbox für Wafer, insbesondere Halbleiterwafer, mit einem Durchmesser von 200 mm eine Waferkassettenbox für Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm ist.
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Ein Verfahren zum Öffnen und Schließen einer Transportbox, insbesondere einer Transportbox für einen Transport von Wafern, die mit mindestens einem Schließclip versehen ist, der um ein um eine zweite Rotationsachse schwenkbares Schließclipgelenk schwenkbar ist, mittels der beschriebenen Vorrichtung und bzw. oder dem beschriebenen System weist einen Schritt auf, bei dem die Transportbox in der Aufnahmeeinheit aufgenommen und gehalten wird. Das Kontaktelement wird durch das drehbare Element in einer Drehbewegung bewegt, sodass bei dem Drehen des drehbaren Elements um die zweite Rotationsachse in der ersten Richtung das Kontaktelement in eine erste Anschlagsposition an einer Außenseite des Schließclips gelangt und der Schließclip in einer Schwenkbewegung um die erste Rotationsachse des Schließclipgelenks in Richtung der Transportbox bewegt wird, sodass der Schließclip in eine Rastzunge der Transportbox einrastet und die Transportbox verschließt. Bei dem Drehen des drehbaren Elements um die zweite Rotationsachse in der zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung wird das Kontaktelement in eine zweite Anschlagsposition an einer Außenseite der Transportbox geführt. Falls die Transportbox durch den Schließclip verschlossen ist, wird das Kontaktelement in den Zwischenraum zwischen der Außenseite der Transportbox und der Zunge des Schließclips eingeführt, sodass durch das Drehen der Schließclip von der Rastzunge entfernt wird.
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Das beschriebene Verfahren kann somit mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen System durchgeführt werden bzw. die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene System sind zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 7 erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht auf eine in der Vorrichtung gehaltene Transportbox;
- 2 eine schematische seitliche Ansicht eines Schließclips in einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand;
- 3 eine 2 entsprechende Ansicht des Beginn eines Öffnungsvorgangs;
- 4 eine zu 3 korrespondierende Ansicht des Endes des Öffnungsvorgangs;
- 5 eine 2 entsprechende Ansicht des Beginn eines Schließvorgangs;
- 6 eine zu 5 korrespondierende Ansicht des Endes des Schließvorgangs und
- 7 eine perspektivische Ansicht eines drehbaren Elements mit Betätiger und Kontaktelement.
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1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Transportbox 1. Die Transportbox 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Waferkassettenbox für Halbleiterwafer. Die Halbleiterwafer weisen hierbei einen Durchmesser von 200 mm auf und können geschützt vor äußeren Einflüssen in der Transportbox 1 in einem Reinraum transportiert werden. Die Transportbox 1 selbst ist aus Plastik und weist an ihrer Vorderseite zwei identische und ebenfalls aus einem Kunststoff gefertigte Schließclips 3 auf. An einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite ist die Transportbox 1 mit einem einzigen Gelenk versehen, durch das eine Oberseite der Transportbox 1 von einer Unterseite weggeklappt werden kann, sodass eine Waferkassette in die eingelenkige Transportbox 1 eingeführt oder daraus entnommen werden kann. Die Schließclips 3 sind um ein Schließclipgelenk 2, das eine erste Rotationsachse definiert, schwenkbar und über dieses Schließclipgelenk 2 mit der Transportbox 1 verbunden.
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Die Transportbox 1 wird in einer Aufnahmeeinheit 4 der Vorrichtung, die ebenfalls reinraumtauglich ist, ortsfest gehalten, d.h. gegen Verschieben und Verkippen gesichert. Hierzu verfügt die Aufnahmeeinheit 4 über mehrere mechanische Anschläge, die eine Unterseite der Transportbox 1 halten. Die Aufnahmeeinheit 4 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer Grundplatte 19 aus einem Metall angeordnet. Im mechanischen Kontakt mit der Grundplatte 19 und damit auch mit der Aufnahmeeinheit 4 steht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein drehbares Element 7, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Drehscheibe, die um eine zweite Rotationsachse 15 drehbar ist. Das drehbare Element 7 ist über eine metallische Halterung 18 mit der Grundplatte 19 verbunden. An dem drehbaren Element 7 ist ein stabförmiger, starrer Betätiger 6 angeordnet. An einem stirnseitigen Ende des Betätigers 6 befindet sich das drehbare Element 7, an einem diesem Ende gegenüberliegenden Ende ein Kontaktelement 5. Das drehbare Element 7, der Betätiger 6 und das Kontaktelement 5 können alle aus einem identischen Werkstoff, vorzugsweise einem Metall, ausgebildet sein, es kann aber auch zumindest paarweise ein unterschiedlicher Werkstoff für die einzelnen Elemente verwendet werden. Außerdem können das drehbare Element 7, der Betätiger 6 und das Kontaktelement 5 einteilig ausgebildet bzw. monolithisch gefertigt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement 5 formschlüssig und stoffschlüssig mit dem Betätiger 6 verbunden. Ebenso ist der Betätiger 6 formschlüssig und stoffschlüssig mit dem drehbaren Element 7 verbunden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Kontaktelement 5 aber auch drehbar bzw. neigbar an dem Betätiger 6 gelagert sein und bzw. oder der Betätiger 6 drehbar bzw. neigbar an dem drehbaren Element 7 angeordnet sein. Die Lagerung bzw. die Lagerungen kann hierbei starr, drehbar oder flexibel sein. Insbesondere bei einer flexiblen Lagerung kann sich der Betätiger 6 besser an eventuelle Fehlstellungen des Schließclips 3 oder geometrische Varianzen anpassen. Zudem wird bei einer geeigneten Wahl des Lagerorts der Rotationsachse 15 eine zusätzliche Kraft durch Verformung der Lagerung aufgebaut, die im Moment des Überfahrens der Schließ- bzw. Öffnungsposition des drehbaren Elements 7 den Schließclip 3 sicher über seine Rastposition hinausbefördert. Die genannten Ausführungsformen können auch in beliebiger Kombination miteinander realisiert werden.
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2 zeigt in einer schematischen seitlichen Ansicht einen der Schließclips 3 in einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Schließclip 3 ist im geöffneten Zustand 3a um das Schließclipgelenk 2 von der Transportbox 1 weggeklappt. Im geschlossenen Zustand 3b liegt der Schließclip 3 an der Transportbox 1 an und umgreift eine Rastzunge 10 der Transportbox 1, sodass eine sichere Verriegelung vorliegt. Aufgrund einer ausreichend großen Elastizität des Werkstoffs, aus dem der Schließclip 3 gefertigt ist, kann eine Zunge 12 des Schließclips 3 bei einer Druck- oder Zugbelastung, die von der Transportbox 1 weggerichtet ist, die Verriegelung mit der Rastzunge 10 lösen. Die Form des Schließclips 3 ist hierbei derart, dass ein unteres Ende im geöffneten Zustand an der Transportbox 1 anliegt und somit eine Bewegung der Zunge 12 von der Transportbox 1 behindert. Die Zunge 12 selbst ist gegenüber dem restlichen Schließclip 3 von der Transportbox 1 wegrichtet bzw. abstehend und wird durch die Rastzunge 16 des Schließclips 3 begrenzt. Die Rastzungen 10 und 16 verhaken sich im geschlossenen Zustand ineinander.
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In 3 ist in einer 2 entsprechenden seitlichen Ansicht ein Beginn eines Öffnungsvorgangs dargestellt. Der Schließclip 3 befindet sich im geschlossenen Zustand 3b an der Transportbox 1. Durch Drehen des drehbaren Elements 7 entgegen des Uhrzeigersinns wird das Kontaktelement 5 in einen Zwischenraum 11 zwischen der Transportbox 1 und der Zunge 12 eingeführt und berührt den Schließclip 3 somit an seiner der Transportbox 1 zugewandten Außenoberfläche sowie die Transportbox 1 an ihrer dem Schließclip 3 zugewandten Außenoberfläche bzw. Außenseite 9 des Oberteils. Da der Durchmesser des im Querschnitt runden Kontaktelements 5 ab einer bestimmten Position größer als eine Breite des Zwischenraums 11 ist und die Transportbox 1 durch die Aufnahmeeinheit 4 in ihrer Bewegung gehindert ist, schiebt das Kontaktelement 5 bei Weiterführen der Rotations- bzw. Drehbewegung die Zunge 12 von der Transportbox 1 weg, bis die beiden Rastzungen 10 und 16 nicht mehr einander berühren.
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4 zeigt in einer 3 entsprechenden Ansicht das Ende des Öffnungsvorgangs, bei dem der Schließclip 3 in der geöffneten Position 3a ist und von der Transportbox 1 weggeklappt bzw. weggeschwenkt ist.
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In 5 ist in einer 2 entsprechenden seitlichen Ansicht ein Beginn eines Schließvorgangs dargestellt. Der Schließclip 3 wird im geöffneten Zustand 3a an seiner der Transportbox 1 abgewandten Außenoberfläche bzw. Außenseite 8 geführt, indem das drehbare Element 7 im Uhrzeigersinn auf einer Kreisbahn gedreht wird. Dort berührt das Kontaktelement 5 die Zunge 12 und bewegt diese in Richtung der Transportbox 1. Wie in 6 dargestellt, die das Ende des Schließvorgangs zeigt, drückt das Kontaktelement 5 den Schließclip 3 hierbei derart gegen die in ihrer Bewegung gehinderte Transportbox 1, dass die Rastzungen 10 und 16 miteinander verbunden sind.
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Ist die Transportbox 1 in dem in 4 gezeigten geöffneten Zustand und das drehbare Element 7 wird im Uhrzeigersinn über den in dieser Figur gezeigten Zustand zu bewegen versucht, hemmt der Schließclip 3 über die Transportbox 1 und die Aufnahmeeinheit 4 eine entsprechende Bewegung. Gleiches gilt für den in 6 gezeigten geschlossenen Zustand 3b, bei dem eine weitere Drehung des Kontaktelements 5 im Uhrzeigersinn ebenfalls gehemmt wird.
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In 7 ist in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht die Vorrichtung dargestellt. Eine Längsachse 14 des Betätigers 6 ist parallel zur zweiten Rotationsachse 15 und der ersten Rotationsachse ausgerichtet. Die Länge des Betätigers 6 ist hierbei größer als ein Abstand zwischen dem Schließclip 3 und einer dem drehbaren Element 7 zugewandten Außenkante 13 der Transportbox 1, kann in weiteren Ausführungsbeispielen aber auch gerade diesem Abstand entsprechen. In weiteren Ausführungsbeispielen können auch beidseitig der Transportbox 1 drehbare Elemente 7 mit Betätigern 6 und Kontaktelementen 5 vorgesehen sein, um beide Schließclips 3 der Transportbox 1 simultan öffnen und schließen zu können. Die Transportbox 1 kann hierbei eine in der Halbleiter-, Solar-, Medizin- oder Elektrotechnik eingesetzte Box sein. Das drehbare Element 7 kann sowohl manuell als auch durch einen zur beschriebenen Vorrichtung gehörigen Motor angetrieben werden. Bei einem motorisierten Antrieb des drehbaren Elements 7 kann dieser positionsgenau ausgestaltet sein, so dass es genau eine zu erreichende Position für das Schließen und eine Position für das Öffnen gibt. Die Vorrichtung selbst ist typischerweise aus einem Metall oder einem Kunststoff gefertigt, wobei die Aufnahmeeinheit 4, das drehbare Element 7, der Betätiger 6 und das Kontaktelement 5 alle aus dem gleichen Werkstoff gefertigt sein können oder zumindest bei einer paarweisen Kombination der Einheiten ein unterschiedlicher Werkstoff verwendet wird.
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Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kontaktelement 5 durch zwei Gummiringe realisiert, die an einem dem drehbaren Element 7 entgegengesetzten Ende des Betätigers 6 auf den stabförmigen Betätiger 6 aufgezogen sind. In weiteren Ausführungsformen kann das Kontaktelement 5 aber auch ein Kugellager sein, das auf dem Betätiger 6 aufsitzt. Typischerweise ist ein Durchmesser des Kontaktelements 5 größer als ein Durchmesser des Betätigers 6, vorzugsweise um mindestens 10 Prozent, besonders vorzugsweise um mindestens 15 Prozent.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, dass das drehbare Element 7 mit dem daran angeordneten Betätiger 6 und dem Kontaktelement 5 um eine auf die Rotationsachse 15 senkrecht stehende Schwenkachse 17 geschwenkt werden kann. Diese vertikal verlaufende Schwenkachse 17 ermöglicht es, eine Transportbox 1, die über ein Transportsystem zu der beschriebenen Vorrichtung gelangt, an der passenden Position angehalten wird. Sobald die Transportbox 1 dann von dem Transportsystem in die Aufnahmeeinheit 4 eingebracht wurde, wird das drehbare Element 7 um die Schwenkachse 17 in die in 7 gezeigte Position geschwenkt und die Transportbox geöffnet. Hierzu kann beispielsweise die Halterung 18 drehbar auf der Grundplatte 19 angebracht sein. Ein Schwenken um die Schwenkachse 17 kann wiederum manuell oder automatisiert erfolgen. Ein Schnittpunkt der Rotationsachse 15 und der Schwenkachse befindet sich hierbei typischerweise im drehbaren Element 7.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
