DE19601018A1

DE19601018A1 - Linear verstellbarer Präzisionstisch

Info

Publication number: DE19601018A1
Application number: DE19601018A
Authority: DE
Inventors: Juergen Bader
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-13
Publication date: 1996-08-01
Also published as: US5763965A

Description

Linear verstellbare Präzisionstische sind aus dem Stand der Technik bestens bekannt und sind insbesondere in der Ausgestaltung als X-Y-Tische bestens bekannt. Auch ist es bekannt, zwei Platten eines X-Y-Tisches magnetisch miteinander zu verspannen. Desweiteren sind Linearmotoren aus dem Stand der Technik bestens bekannt.

Es ist auch bekannt, an einem X-Y-Tisch einen Linearmotor anzubringen. So ist aus der US-PS 4,985,651 ein Linearmotor mit magnetisch vorgespannter Lagerung bekannt. Dabei wirkt die Verstellkraft seitlich auf den zu verstellenden Tisch.

Aus der US-PS 4,654,571 ist ein zweidimensionales Bewegungssystem bekannt, bei dem ein Wafertisch mit vier Spulen an seiner Tischunterseite über eine Plattform mit einer Vielzahl von Magneten bewegt werden kann. Durch Luftlager wird dabei der Wafertisch auf der Plattformoberfläche schwimmend gelagert. Wenngleich durch eine aufwendige optische Meßanordnung und eine komplizierte Steuerung der Wafertisch sehr genau positioniert werden kann, ist diese Anordnung sehr aufwendig und schwingungsanfällig. Durch die gewählte Krafteinleitung kann es sehr lange dauern, bis die gewünschte Position erreicht wird.

Aus der US-PS 5,228,358 ist ein X-Y-Tisch bekannt, bei welchem zwischen den Platten eines X-Y-Tisches Magnete angebracht sind, welche für eine magnetische Vorspannung zwischen den Platten sorgen. Die Antriebselemente selber sind seitlich der Platten angeordnet.

Aus der US-PS 5,216,590 ist ein kontaktlos geführter Positioniertisch bekannt, bei welchem auch die antreibenden Linearmotoren für die Bewegung in der X-Y-Ebene seitlich angeordnet sind.

Aus der US-PS 5,040,431 ist ein geführter Bewegungsmechanismus bekannt, bei welchem auch Linearmotore für eine Bewegung in der X-Y-Ebene sorgen. Die magnetische Vorspannung wird dabei durch von den Linearmotoren unabhängigen Magneten bewirkt.

Nachteilig an einer seitlichen Anordnung eines Linearantriebes bei einem X-Y-Tisch ist, daß sich die bewegten Platten bei einer Bewegung in der X-Y-Ebene verkanten, daß es mit anderen Worten zu einer Drehbewegung der Platten kommt. Dies kann man verhindern, indem man auf beiden Seiten der Platten jeweils einen Linearantrieb anbringt. Dies bedeutet aber, daß man die beiden Linearantriebe aufeinander abstimmen muß und letztendlich kleinere Drehbewegungen der Platten doch nicht ganz unterdrücken kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem eine Platte in Bezug zu einer anderen Platte axial verschoben werden kann, ohne daß durch den Antrieb Rotations kräfte auftreten und bei welchem die dazu benötigte Anzahl von Komponenten möglichst gering gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs gelöst.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der erfindungsgemäße Präzisionstisch, bei welchem eine zu bewegende Platte gegenüber einer zumindest relativ feststehenden Platte magnetisch vorgespannt ist, hat den Vorteil, daß man eine gut kontrollierbare Präzisionsbewegung erhält, welche die Lager bzw. die Lagerung zwischen den Platten kaum belastet und einen langen, wartungsfreien Betrieb des Präzisions-Tisches garantiert.

Als Antrieb eignet sich insbesondere ein Linearantrieb, welcher neben der Antriebsfunktion auch die magnetische Vorspannung zwischen den beiden Platten bewirkt. Dieser Linearantrieb ist dabei gemäß dem bekannten Stand der Technik aus mindestens einem Magneten und zumindest einer Spule aufgebaut.

Durch die Einleitung der resultierenden Verstellkraft im Zentrum der zu bewegenden Platte, wobei der Antrieb als solches selber nicht zentral sondern seitlich angeordnet sein kann, ist die Präzisionsbewegung sehr exakt. Die Ausführung mit Linear antrieb hat einen doppelten Vorteil:

1) zum einen kann man die beiden Platten magnetisch vorspannen und somit eine sichere Bewegung der einen Platte auf der anderen sicherstellen;
2) zum anderen kann man die Magnete zur Vorspannung der beiden Platten gleich als Teil eines Linearantriebs benutzen, wodurch der Präzisions-Tisch sehr kompakt wird und der Antrieb problemlos zwischen die beiden Platten eingebaut werden kann.

Vorteilhafterweise sind die Feldlinien von Magnet und Spule im wesentlichen senkrecht bzw. parallel zur Bewegungsachse der bewegten Platte orientiert.

Wenn man die Magnete des Linearantriebs zur Vorspannung der beiden Platten zueinander verwendet, erhält man den schon oben genannten Vorteil.

Vorteilhafterweise ist parallel zur Bewegungsachse jeweils ein Kugellager zwischen den beiden Platten angebracht.

Um die Ansteuerung des Linearantriebs zu erleichtern, kann man eine Mittenplatte vorsehen, so daß die eine Bewegungsachse durch die Bewegung der Mittenplatte relativ zur Basisplatte und die andere Bewegungsachse durch die Bewegung der Deckplatte relativ zur Mittenplatte gegeben ist.

Mit einem Endanschlag für die bewegte Platte kann man einen mechanisch begrenzten Bewegungsspielraum festlegen.

Teilt man den Linearantrieb auf, so kann man eine freie Mitten öffnung erhalten. Diese ist vorteilhafterweise durchgängig.

Eine reibungsfreie Lagerung der Platten kann man vorteilhafter weise durch Luftlager erhalten. Indem man die Rollkugeln in einem Käfig faßt, kann man eine 1 : 2 Übersetzung realisieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1a-8d beispielhaft näher erläutert, wobei in der Figurenbeschreibung weitere erfinderische Gedanken erläutert werden. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1a ein Schnitt durch eine erste Variante nach der erfindungsgemäßen Lösung;

Fig. 1b einen Schnitt durch die in Figur Ia dargestellte Variante parallel zu den oberen Kugellagerführungen in der Deckplatte;

Fig. 1c einen Schnitt durch die in Fig. 1a dargestellte Variante parallel zu den unteren Kugellagerführungen in der Mittelplatte;

Fig. 2 eine alternative Variante zu der in der Fig. 1a dargestellten Anordnung;

Fig. 2a eine dreidimensionale Darstellung der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung;

Fig. 3a eine Prinzipskizze zur Reduzierung der Rollwege der Kugeln des Kugellagers;

Fig. 3b ein erste Variante im Schnitt, welche die zu Fig. 3a beschriebene Rollweg-Reduzierung verwendet;

Fig. 3c ein weitere Variante im Schnitt, welche die zu Fig. 3a beschriebene Rollweg-Reduzierung verwendet;

Fig. 4a eine dritte Variante nach der erfindungsgemäßen Lösung in einem Aufsichtsschnitt;

Fig. 4b ein vertikaler Schnitt (IVb) durch den in Fig. 4a dargestellten Tisch;

Fig. 4c ein vertikaler Schnitt (IVc) durch den in Fig. 4a dargestellten Tisch;

Fig. 4d eine Darstellung der Kräfte und Magnetfelder des Tisches aus Fig. 4a und 4d;

Fig. 5a eine erste Variante nach der erfindungsgemäßen Lösung in einem Aufsichtsschnitt, welche mit nur zwei zueinander bewegten Platten auskommt;

Fig. 5b ein Schnitt durch den Tisch aus Fig. 5a entlang der Schnittlinie (Vb);

Fig. 5c ein Schnitt durch den Tisch aus Fig. 5a entlang der Schnittlinie (Vc);

Fig. 6 eine weitere Variante nach der erfindungsgemäßen Lösung in einem Aufsichtsschnitt, welche mit nur zwei zueinander bewegten Platten auskommt.

Fig. 7a ein erfindungsgemäßer Tisch als schematische Zeichnung mit Luftlagern in Aufsichtsschnitt;

Fig. 7b der Tisch aus Fig. 7a im Schnitt;

Fig. 8a ein erfindungsgemäßer Tisch mit großer freier Mitten öffnung als schematische Zeichnung der Basisplatte in Aufsichtsschnitt entlang der Schnittlinie (VIIIa) von Fig. 8b;

Fig. 8b der Tisch aus Fig. 8a im Schnitt in Y-Achse entlang der Schnittlinie (VIIIb);

Fig. 8c die Unterseite der Deckplatte aus Fig. 8b; und

Fig. 8d der Tisch aus Fig. 8a und 8c im Schnitt in X-Achse entlang der Schnittlinie (VIIIc).

Der in der Fig. 1 dargestellte linear verstellbare Präzisions tisch ist in der Fig. 1a im Schnitt-in der X-Z-Ebene und in den Fig. 1b und 1c im Schnitt in der X-Y-Ebene dargestellt.

Der Tisch besteht aus einer Basisplatte (1), einer Mittelplatte (2) und einer Deckplatte (3) und besitzt eine in der X-Y-Ebene verstellbare Oberseite (3a) der Deckplatte (3). Die drei Platten (1, 2, 3) bestehen aus einem nichtmagnetischen Werk stoff.

Die Basisplatte (1) liegt mit ihrer glatten Unterseite (1b) fest auf einer Basis (z. B. ein Tisch) auf. Auf der Oberseite (1a) der Basisplatte (1) ist ein Weicheisenjoch (6) eingelegt.

Dieses Weicheisenjoch (6) erstreckt sich axial in Richtung der Bewegungsachse (d. h. hier in X-Achsenrichtung) und ist so dimensioniert, daß es mit der seitlichen Ausdehnung der an der Mittelplatte (2) angebrachten Magnete (7) im wesentlichen über einstimmt. Seine axiale Ausdehnung ist so dimensioniert, daß die bewegten Magnete (7) an der Mittelplatte (2) niemals über dieses Weicheisenjoch (6) hinaus ragen. Weicheisenjoch (6) und Basisplatte (1) schließen beide in der X-Y-Ebene ab, d. h. die Kombination aus Weicheisenjoch (6) und Basisplatte (1) bildet im wesentlichen einen rechteckigen Körper, welcher seine größte Ausdehnung in der X-Y-Ebene hat und ebene obere und untere Flächen (1a, 1b) aufweist, wobei die Ebenheit der oberen Fläche (1a) der Kombination nur durch zwei Kugellagerführungen mit Rollkörpern (4) (Kugeln oder Kugelzylinder) unterbrochen ist.

Auf dem Weicheisenjoch (6) ist eine Kupferspule (9) mit vielen Windungen angebracht, wobei die Windungen quer zur Bewegungs richtung im wesentlichen flach in der X-Y-Ebene angeordnet sind. Diese Spule (9) kann von außen mit einem veränderlichen Strom beschickt werden, so daß das durch sie erzeugbare Magnet feld eine von außen veränderbare Größe besitzt.

Zwischen der Basisplatte (1) und der Mittelplatte (2) ist seit lich der Antriebsachse jeweils eine Kugellagerführung mit Kugeln (4) angebracht. Die beiden Kugellagerführungen mit ihren Kugeln (4) sind parallel zueinander in Richtung der Antriebsachse ausgerichtet. Eine der beiden Kugellagerführungen erlaubt auch in geringem Maße eine Bewegung der in ihr geführten Kugeln (4) senkrecht zur Ausrichtung der Führung. Demhingegen ist die andere Kugelführung so gestaltet, daß die in ihr befindlichen Kugeln (4) sich definitiv nur in der Achse der Kugelführung bewegen können.

Dies ist in der Fig. 1a für die beiden Kugellagerführungen (5) zwischen der Mittelplatte (2) und der Deckplatte (3) deutlicher zu sehen.

Zwischen diesen beiden Kugelführungen mit ihren Kugeln (4) ist ein Linearantrieb angeordnet. Dieser Linearantrieb besteht im wesentlichen aus dem beschriebenen Weicheisenjoch (6) auf der Oberseite der Basisplatte (1) und zwei Magneten (7), welche an einer Weicheisenplatte (8) an der Unterseite der Mittelplatte (2) angebracht sind. Diese Weicheisenplatte (8) ist fest mit der Unterseite (2b) der Mittelplatte (2) verbunden.

Die Weicheisenplatte (8) ist quer zur Bewegungsachse im wesentlichen genauso breit wie die auf ihr angebrachten Magnete (7). In axialer Richtung endet die Weicheisenplatte (8) im wesentlichen an den äußeren Enden der Magnete (7). Zwischen den beiden auf der Weicheisenplatte (8) angebrachten Magneten (7a, 7b) besteht ein leerer Zwischenraum. Die rechteckförmigen Magnete (7a, 7b) besitzen eine relativ große, im wesentlichen rechteckige Ausdehnung in der X-Y-Ebene und nur eine relativ geringe Ausdehnung in der Z-Achse. Sie sind so an der Weich eisenplatte (8) angebracht, daß ein Magnet (7a) mit seinem Südpol an der Weicheisenplatte (8) angebracht ist, während der andere Magnet (7b) mit seinem Nordpol an der Weicheisenplatte (8) angebracht ist. Die beiden Magnete (7a, 7b) sind Dauer magnete, um die Leistungsaufnahme der Antriebseinrichtung möglichst niedrig zu halten.

Die Mittelplatte (2) besteht im wesentlichen aus einem rechteckförmigen Körper, welcher seine größten Flächen in der X-Y-Ebene aufweist. Bei einer Bewegung der Mittelplatte (2) in axialer Richtung wird durch die oberen (5a, 5b) und unteren Kugellagerführungen erreicht, daß der Abstand zwischen der Spule (9) auf dem unteren Weicheisenjoch (6) und den Magneten (7a, 7b) im erlaubten Bewegungsbereich immer konstant ist.

Auf der Oberseite (2a) der Mittelplatte (2) sind seitlich zwei Kugellagerführungen (5a, 5b) angebracht, welche mit den äußeren Rändern der Oberfläche der Mittelplatte (2) formschlüssig abschließen. Zwischen den beiden Kugellagerführungen (5a, 5b) besitzt die Oberfläche der Mittelplatte (8) eine Ausnehmung, in welcher ein Weicheisenjoch (10) für den oberen einachsigen Linearantrieb angebracht ist. Dieses Weicheisenjoch (10) besitzt seitlich einen gewissen Freiraum in Richtung zu den Kugellagerführungen (5).

Das obere Weicheisenjoch (10) besitzt eine Ausdehnung quer zur Antriebsrichtung, welche im wesentlichen mit der seitlichen Ausdehnung der oberhalb des Jochs angeordneten Magnete des Linearantriebs übereinstimmt. Seine axiale Ausdehnung ist so dimensioniert, daß die bewegten Magnete (11) an der Deckplatte (3) niemals über dieses Weicheisenjoch (10) hinausragen.

Auf diesem oberen Weicheisenjoch (10) ist eine zweite Spule (13) angebracht. Diese Spule (13) ist in der Fig. 1b dar gestellt. Wie bei der Spule (9) des unteren Linearantriebs ist auch hier der geschlossene Spulenkörper quer zur Bewegungs richtung so gewickelt, daß die Wicklungen der Spule (13) in der X-Y-Ebene im wesentlichen nebeneinander angeordnet sind. Demhingegen sind die Wicklungen der Spule (13) parallel zur Bewegungsrichtung so angeordnet, daß sich ein im wesentlichen quadratischer Querschnitt ergibt.

In der Grundstellung der Platten (1, 2, 3) zueinander liegen die quer zur Bewegungsrichtung orientierten Windungen der Spule (13) genau in der Mitte der Magnete (11a, 11b), wie in der Fig. 1b dargestellt. Die Oberfläche der Magnete (11a, 11b) ist so dimensioniert, daß im erlaubten Bewegungsbereich die Spule (13) sich immer im Raum oberhalb/unterhalb der Magnete (11a, 11b) befindet, unabhängig ob die Bewegung in + oder - Richtung auf der Bewegungsachse erfolgt.

Das in den Fig. 1b und 1c angedeutete lineare Kugellager (5a, 5b) besteht aus je zwei V-Schienen an der Unterseite (3b) der Deckplatte (3) und an der Mittelplatte (2). Sie sind so zueinander justiert, daß sie genau parallel zueinander aus gerichtet sind. Zwischen den V-Schienen verlaufen die in Käfigen gefaßten Kugeln (16).

Die Spulen (9) und (13) sind horizontal gewickelt und liegen im Luftspalt zwischen den Jochs (6) und (10) und den Dauermagneten (7a, 7b und 11a, 11b). Dabei sind die Dauermagnete (7a, 7b) bzw. (11a, 11b) über die jeweilige Weicheisenplatte (8) bzw. (12) magnetisch hintereinander geschaltet.

Der magnetische Kreis ist geschlossen über das Joch (6) bzw. (10), den beiden Luftspalten zwischen den Magneten (7a, b) und den Spulen (9, 13) bzw. den Weicheisenplatten (8 bzw. 12). Die Magnete (7) bzw. (11) üben auf das Joch (6) bzw. (10) eine Anzugskraft aus, die versucht, den Luftspalt zwischen diesen zu schließen. Der Luftspalt wird aber durch die linearen Kugel lagerführungen (5) auf einen definierten Betrag gehalten. Dadurch werden die sich gegenüberliegenden Platten (1, 2, 3) gegeneinander magnetisch vorgespannt.

Die Anpreßkraft, mit denen z. B. die V-Schienen der Basisplatte (1) und der Mittelplatte (2) gegen die Kugeln (4) gedrückt werden, ist die magnetische Anzugskraft, die zwischen dem Joch (6) und den Dauermagneten (7) herrscht. Die Anzugskraft wird berechnet nach der Gleichung:

Fließt in der Spule (9 oder 13) Strom, so entsteht durch das elektromotorische Prinzip eine Kraft zwischen Spule (9 bzw. 13) und Dauermagneten (7 bzw. 11), also zwischen Basisplatte (1) und Mittelplatte (2) bzw. zwischen Mittelplatte (2) und Deck platte (3) parallel zu den jeweiligen linearen Kugellagerführungen (5).

Die zweite Bewegungsrichtung erfolgt zwischen der Mittelplatte (2) und der Deckplatte (3) und ist der ersten Bewegungsrichtung zwischen Basisplatte (1) und Mittelplatte (2) und 90° gedreht. Das Weicheisenjoch (10) und deren Spule (13) bildet mit den Magneten (11) auf der Weicheisenplatte (12) den zweiten Linear antrieb analog zum ersten Antrieb.

Das Joch (10) mit der Spule (13) und die unteren zwei V- Schienen des linearen Kugellagers (5a, 5b) sind an der Mittel platte (2) fest verankert. Die Weicheisenplatte (12) mit dem Magneten (11) und die gegenüberliegenden zwei V-Schienen der Kugellagerführungen des Kugellagers (5a, 5b) sind mit der Deck platte (3) fest verbunden.

An dem Tisch ist auch ein zweidimensionales inkrementales Weg meßsystem (auch in der Figur nicht dargestellt) angebracht, welches zur Positionsmessung verwendet wird.

Durch die Linearmotoren wird die Kraft jeweils symmetrisch in den Tisch eingeleitet, so daß keine radialen Kräfte auftreten. Dies erhöht die Verstellgenauigkeit des Tisches in jeder der beiden erlaubten Bewegungsrichtungen.

Für Anwendungen, bei denen es auf Positionsgenauigkeiten im Nanometerbereich und einer Langzeitkonstanz auch bei Temperaturschwankungen ankommt, können die Platten (1, 2, 3) z. B. aus Zerodur hergestellt werden. Die Kugeln (4) bzw. (16) und die V-Schienen (5a und 5b) werden vorteilhafterweise aus Keramik hergestellt.

Zwischen den jeweiligen Platten herrscht nur die Roll- und Haftreibung der Kugeln (4) bzw. (16), so daß nur relativ geringe Schubkräfte für die Verstellung der Platten relativ zueinander benötigt werden. Die Verlustleistung in den Spulen ist gering und damit bleibt auch die Erwärmung der Platten gering.

Der Gesamtverstellweg beträgt bei dieser dargestellten Anordnung ungefähr 25 mm, d. h. jeweils 12,5 mm in jeder Richtung auf der Bewegungsachse.

Alternative Lösungen für einen X-Y-Verstelltisch sind in den folgenden Figuren dargestellt.

In der Fig. 2 und 2a ist eine alternative Anordnung der Spulen (9′, 13′) und Magnete (7′, 11′) zueinander an der Basisplatte (1′), Mittenplatte (2′) und Deckplatte (3′) dargestellt. Der Strom für die Spulen (9′, 13′) muß hier nur zur Mittelplatte (2′) geleitet werden, da an dieser Platte (2′) beide Spulen (9′, 13′) befestigt sind.

Ansonsten gelten auch alle zu der in den Fig. 1a-1c dar gestellten Anordnung gemachten Angaben hinsichtlich des Weich eisenjochs (6′, 10′), der Magnete (7′, 11′), der Spulen (9′, 13′), der Weicheisenplatten (8′, 12′) und der verwendeten Materialien sinngemäß, da im wesentlichen hier nur eine Aus tausch der Lage der Magnete (7′, 11′) bezüglich der Spulen (9′, 13′) und umgekehrt erfolgt ist.

Die Bezugszeichen aus den Fig. 1a-1c sind deshalb in Fig. 2 entsprechend verwendet worden und lediglich mit einem (′) versehen ( d. h. (1) in den Fig. 1a-1d entspricht (1′) in der Fig. 2 und 2a).

Zur Steigerung der Übersicht sind die auch bei der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung notwendigen Kugellagerführungen mit den in Käfigen geführten Kugeln in der Fig. 2 nicht dargestellt, müßten aber zur Durchführung der Erfindung wie in Fig. 1a-c beschrieben ausgeführt werden.

In der Fig. 2a ist die Variante nach Fig. 2 in einer drei dimensionalen Darstellung dargestellt. Hier wird dann auch ersichtlich, daß der erfindungsgemäße X-Y-Tisch wesentlich kompakter gebaut werden kann, als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.

In den Fig. 3a-c ist ein linear verstellbarer Tisch mit Übersetzung dargestellt, bei welchem die Kugeln des Kugellagers bei einer Bewegung der einen Platte relativ zur anderen Platte nur den halben Weg zurücklegen müssen.

In einem rotierenden Kugellager mit Kugeln bewegt sich ein Kugelkäfig mit der halben Geschwindigkeit wie die Welle. Bei einem linearen Kugellager ist dieser Effekt zwangsläufig derselbe. Dieser Effekt wird hier zur Wegverdopplung ausgenutzt.

Fig. 3a zeigt zwei übereinander liegende Platten (20, 21). Zwischen den Platten (20, 21) laufen Rollen (22), die in einem Käfig (23) gefaßt und gelagert sind. Verschiebt man die obere Platte (20) um eine Wegstrecke s₁, so legt der Rollenlagerkäfig (23) nur den halben Weg s₂ zurück (Untersetzung).

Leitet man eine Kraft F an den Rollenlagerkäfig (23) ein anstatt an der oberen Platte (20), so erzielt man den umgekehrten Effekt (Übersetzung). Die obere Platte (20) bewegt sich doppelt so schnell wie der Rollenlagerkäfig (23).

Koppelt man den Käfig (23) mit der Spule eines Linearantriebs (in der Fig. 3a nicht dargestellt; technisch zu realisieren wie in der Fig. 2 dargestellt und zu den Fig. 1a-1d erläutert), so kann man sich z. B. einen X-Y-Linearmotor vor stellen, bei dem der Motor gegenüber der Tischverstellung nur den halben Weg ausführen muß. Dies hat den Vorteil, daß die Spule bzw. die Dauermagnete (hier nicht dargestellt) nur halb so lang sein müssen.

Fig. 3b zeigt ein mögliche Realisierung eines x-y-linear verstellbaren Tisches mit breiter Spule (29) und schmalen Magneten (27) in einem schematischen X-Z-Schnitt. Die Spulen breite ist hier Verstellweg plus Breite eines Magneten.

Die Magnete (27) sind auf einer Seite einer Weicheisenplatte (28) entsprechend den Ausführungen zu Fig. 1a-1d befestigt, während die Weicheisenplatte (28) auf der gegenüberliegenden Seite mit der Basisplatte (24) befestigt ist.

An der Unterseite der Mittenplatte (25) ist ein Weicheisenjoch (30) angebracht. Zwischen der Basisplatte (24) und der Mittel platte (25) liegen lineare Kugellager analog zu denen, die im Folgenden beschrieben sind.

Auf der Oberseite der Mittenplatte (25) ist ein Weicheisenjoch (32) zwischen zwei Kugellagern (36a, 36b; 38a, 38b) angebracht. Die Spule (37) bzw. (29) ist nun so fest an den Kugelkäfigen (35a, b) der linearen Kugellager (36a, b und 38a, b) befestigt, daß sie sich frei im Magnetfeld zwischen Magnete (33, 27) und Joch (32, 30) bewegen kann. Die Kugeln (37a, 37b) der Kugel lager (36a, 36b; 38a, 38b) sind in Käfigen (35a, 35b) geführt und gehalten, so daß die Kugeln (37a, 37b) immer den gleichen Abstand zueinander haben.

Ein Kugellager (36a, 36b) ist dabei als Zwangsführung mit zwei Kugellagerführungen (36a, 36b) ausgebildet, während das andere Kugellager (38a, 38b) mit ihren zwei Kugellagerführungen (38a, 38b) auch eine gewisse Bewegung der auf ihr laufenden Kugeln (37b) quer zur Bewegungsachse erlaubt. Die entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Kugellager (36a, 36b; 38a, 38b) ist aus Fig. 3b ersichtlich.

Oberhalb der oberen Spule (31) sind wiederum zwei Magnete (33) entsprechend den unteren Magneten (27) an der Unterseite einer Weicheisenplatte (34) angebracht, welche mit ihrer Oberseite fest an der Deckplatte (26) befestigt ist.

Fig. 3c zeigt eine Variante der in Fig. 3b dargestellten Lösung mit schmaler Spule (43) und breitem Magneten (42a, 42b), wobei nur zwei Platten (40, 41) für eine lineare Bewegung in einer Achse dargestellt ist. Um auch hier die Bewegung in der anderen Achse zu ermöglichen, müßte eine entsprechende Anordnung oberhalb der oberen, bzw. unterhalb der unteren Platte (40, 41) noch einmal angeordnet werden.

Die Magnetbreite ist hier Verstellweg plus Spulenbreite. Auch hier wird die Anzugskraft der Magnete zur Lagerverspannung ausgenutzt.

In den Fig. 4a-4c ist nun erstmals ein erfindungsgemäßer X-Y-Tisch mit einem Linearantrieb, welcher einen eisenlosem Anker besitzt, dargestellt, welcher eine Bewegung in zwei Bewegungsachsen ermöglicht.

Dieser X-Y-Tisch besteht im wesentlichen aus zwei Platten, welche in einer Ebene (X-Y) zueinander verschoben werden. Die eine Platte ist ein quadratischer Rahmen aus Weicheisen, an welcher jeweils ein Magnet (46a, 46b, 46c, 46d) in der Mitte jeder Seite (44a, 44b, 44c, 44d) angeordnet ist. In den Ecken des quadratischen Rahmens ist jeweils ein Weicheisenstator (47a, 47b, 47c, 47d) angeordnet, welche für einen definierten Abstand der oberen Teilplatte (44′) zur unteren Teilplatte (44′′) sorgen. Die Magnete (46a, 46b, 46c, 46d) und die Statoren (47a, 47b, 47c, 47d) haben eine rechtecksäulenförmige Gestalt mit quadratischer Grundfläche.

Zwischen der oberen und unteren Teilplatte (44′, 44′′), welche starr miteinander verbunden sind, ist beweglich eine zweite Platte angeordnet. Diese Platte besteht aus vier rechteck förmigen Luftspulen (48a, 48b, 48c, 48d), welche in Aufsicht eine quadratische Fläche besitzen. Im Inneren dieser Spulen (48a, 48b, 48c, 48d) verläuft ein Weicheisensteg (44′′′), welcher mit den seitlich angeordneten Statoren (47a, 47b, 47c, 47d) fest verbunden ist.

Die vier rechteckig geformten Luftspulen (48a, 48b, 48c, 48d) sind zu einem Kreuz zusammengefügt, wobei der Wickelsinn von außen nach innen verläuft. Die Spulen (48a, 48b, 48c, 48d) laufen in einem geschlossenen Magnetkreis. Dieser Magnetkreis ist in der Fig. 4d dargestellt, wobei mit 1 der mögliche Verstellweg in einer Achse in einer Richtung angegeben ist. Mit F sind die Kraftvektoren bezeichnet, welche die Verstellung der Platten je nach Stromrichtung zueinander bewirken.

Bei dieser Variante mit den eisenlosen Spulen (48a, 48b, 48c, 48d) werden keine Kräfte senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgeübt, die von einem Lager aufgenommen werden müssen. Dies kann für manche Anwendungen ein Vorteil sein.

Man könnte sich auch einen X-Y-Verstelltisch so vorstellen, daß die zu verstellende Platte mit den Luftspulen (48a-48d) gekoppelt ist und über Luftflächenlager zur Basisplatte mit dem Magnetkreis vollkommen reibungslos gelagert ist. Reibungslose Lager in Verbindung mit der geringen Masse der Luftspulen bieten den Vorteil der Realisierung von hochdynamischen Anwendungen.

Der Nachteil dieser Lösung ist, daß sehr viel Kupfer nicht im aktiven Magnetfeld liegt. Der nicht aktive Kupferanteil erhöht die Verlustleistung und verschlechtert den Wirkungsgrad.

Der schlechte Wirkungsgrad wird bei einem reibungsfreien Luftlager zum Teil dadurch kompensiert, da weniger Schubkraft benötigt wird und eine geringere Masse zu bewegen ist.

Bei der Lösung eines Verstelltisches mit einem zweidimen sionalem Linearmotor in Verbindung mit einem Luft- bzw. Kugelflächenlager können neben den Bewegungen in X und Y auch Drehbewegungen der Tischplatte relativ zur Basisplatte um die Z-Achse in Folge von exzentrisch auf die Tischplatte wirkende Kräfte auftreten.

Diese Drehbewegungen können in einem Positionskegelkreis ausgeregelt werden, wenn zusätzlich zu den X- und Y-Achsen positionsmeßsystem noch mit einem zusätzlichen Sensor die Dreh bewegung gemessen wird. Die gegenüberliegenden Spulen die auf eine Achse wirken (z. B. 48a und 48c auf die Y-Achse) werden getrennt voneinander, in Abhängigkeit vom Drehwinkel und Vorzeichen vom Regler mit Differenzströmen beaufschlagt, bis der Drehwinkel zu Null wird. Wird die Spule (48a) z. B. mit einem positiven- und die Spule (48c) mit einem negativen Strom beaufschlagt, so gibt es ein Drehmoment um die Z-Achse.

Ein besonderer Vorteil dieses Lösung besteht darin, daß in seiner Mitte ein sich in der X-Y-Ebene bewegender Bereich mit einem freien Durchlaß (49) existiert, welcher z. B. für Beleuchtungszwecke oder Beobachtungszwecke benutzt werden kann, wenn man den Tisch an einem Mikroskop verwendet.

In den Fig. 5a, 5b und 5c ist nun ein zweiachsig bewegbarer Tisch dargestellt, bei welchem nur zwei zueinander bewegte Platten (50, 51) vorhanden sind und bei welchem das Prinzip der Weg-Übersetzung mit Rollkugellagern (52a, 52b, 52c, 52d) angewendet wird. Fig. 5c zeigt dabei einen Schnitt nach dem Schnittlinienverlauf von (Vc). Der Verstellweg der hier gezeigten Variante ist ± 20 mm, wobei der Linearmotor nur für einen Weg von ± 10 mm ausgelegt werden muß.

Der Tisch besteht im wesentlichen aus einer Basisplatte (50), einer Deckplatte (51) und den zwischen Basis- (50) und Deckplatte (51) frei beweglichen Spulen (53a-53b). Die Spulen (53a-53b) sind kreuzweise übereinander angeordnet. In den vier Ecken der Spulen (53a, 53b) ist jeweils eine Rollkugel (52c′) (52a′, 52b′, 52d′ aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gekennzeichnet) angebracht, welche den Abstand der beiden Platten (50, 51) zueinander festlegen. Jede dieser Rollkugeln (52c′) (52a′, 52b′, 52d′ aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gekennzeichnet) ist axial über eine Achse (52′c) (52′a, 52′b, 52′d aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gekennzeichnet) in einem ringförmigen Käfig (52c′′) (52a′′, 52b′′, 52d′′ aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gekennzeichnet) gelagert, welcher wiederum über jeweils ein Kugellager (52′′c) (52′′a, 52′′b, 52′′d aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gekennzeichnet) drehbeweglich mit den Spulen (53a, 53b), fest verbunden ist. Die Kugeln (52c′) (52a′, 52b′, 52d′) aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gekennzeichnet) laufen dabei sowohl auf der Basisplatte (50) als auch auf der Deckplatte (51) im erlaubten Bewegungsbereich auf geschliffenen Lagerflächen (54c′′′). In den Ecken der Basisplatte (50) ist jeweils ein Endanschlag (58a, 58b, 58c, 58d) vorhanden, welche die Bewegung der Rollkugellager (52a, 52b, 52c, 52d), und damit der Deckplatte (51) auf den erlaubten Bereich begrenzt.

Wird nun die Deckplatte (51) seitlich bewegt, so kommt es zu einer leichten Schlenkerbewegung aufgrund der Ausgestaltung der Rollkugellager (52a, 52b, 52c, 52d). Diese Schlenkerbewegung muß von der Positionsregelung für die X- und Y-Achse vorgehalten werden. Dies kann z. B. durch gespeicherte Ausgleichskurven in einem Steuercomputer geschehen oder z. B. durch einen Vergleich von Soll- und Istposition mittels eines in zwei Achsen messenden Weg-Meßsystems (in der Figur nicht dargestellt; konstruiert nach dem bekannten Stand der Technik).

In der hier dargestellten beispielhaften Anwendung kombiniert man einen zweidimensionalen Linearmotor mit einem auf einer Ebene bewegbaren Rollkugellagern (52a, 52b, 52c, 52d).

Analog zum eindimensionalen Linearverstellen sind dabei zwei Platten (50, 51) vom Magnetfeld des zweidimensionalen Linearmotors magnetisch gegeneinander verspannt. Der Abstand der Platten (50, 51) zueinander wird durch die Rollkugellager (52a, 52b, 52c, 52d) festgelegt. Zwei zweidimensional bewegliche Spulen (53a, 53b) in einem Hohlraum zwischen den Platten (50, 51) sind miteinander und mit den Kugellagern (52a, 52b, 52c, 52d) gekoppelt.

Hierbei liegen die Wicklungen für den X-Y-Motor kreuzweise übereinander. Je zwei gegenüber angeordnete Dauermagnete (54) für den X- bzw. Y-Antrieb sind mit einem Weicheisenschluß (55) in der Basisplatte (50) verankert. Ein kreuzförmig ausgebil deter zweiter Weicheisenschluß (56) in der Deckplatte (51) schließt über einen Luftspalt, in dem sich ein Teil der Spulen (53a, 53b) frei bewegen kann, den magnetischen Kreis.

Fließt Strom durch eine der beiden oder auch gleichzeitig durch beide Spulen (53a, 53b), so wirkt nach dem elektromotorischen Prinzip eine Kraft 90° zum Wickelsinn der Spule (53a, 53b). Diese Kraft F wird auf die Kugeln (52a, 52b, 52c, 52d) der Lager übertragen. Dabei wird nach dem Reibrollprinzip die Deckplatte (51) relativ zur Basisplatte (50) bewegt und zwar mit dem doppelten Weg den die Spulen (53a, 53b) ausführen.

Auch bei diesem Tisch bleibt der besondere Vorteil des Tisches, welcher in den Fig. 4a-d dargestellt ist, erhalten. Der zentrale Bereich (57) bleibt bei allen Bewegungen des Tisches im erlaubten Bereich frei und kann für Beleuchtungs- und/oder Beobachtungszwecke verwendet werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn dieser Tisch an einem Mikroskop- verwendet wird.

Auch der zweidimensionale Linearantrieb in Fig. 4a-4d kann mit dem in Fig. 5a und 5b gezeigten übersetzenden Rollkugellager kombiniert werden. Die Käfige der Rollkugellager müssen hierbei fest mit den vier kreuzweise angeordneten Spulen (48a-48d) verbunden werden. Der obere Weicheisenrückschluß, bestehend aus der oberen Teilplatte (44′), muß über einen Luftspalt von den Statoren (47a-47d) getrennt und in einer Deckplatte integriert werden. Die untere Weicheisen-Teilplatte (44′′), die Seiten teile (44a-44d) und die Statoren (47a-47d) werden in einer Basisplatte integriert. Zwischen den-Basis- und der Deckplatte laufen auf geschliffenen Flächen die Rollkugellager, die gleichzeitig über den magnetischen Rückschluß des Linearmotors magnetisch vorgespannt sind. Der Vorteil dieser Kombination ist die Möglichkeit der Ausregelung von Drehbewegungen um die Z- Achse.

In der Fig. 6 ist eine alternative Anordnung der Spulen (63a, 63b, 63c, 63d) zu dem in den Fig. 5a-c dargestellten Beispielen.

Hier gibt es vier Spulen (63a, 63b, 63c, 63d), je Achse zwei, die elektrisch hintereinander geschaltet sind und wie im vorherigen Beispiel auf einer gemeinsamen Weicheisenplatte (in der Figur nicht dargestellt, gestaltet wie in Fig. 5c dargestellt) befestigt. Die Dauermagnete (64a, 64b, 64c, 64d) sind hier länger ausgeführt und wieder über eine Weicheisen platte (65) miteinander verkoppelt. Hierdurch sind die Hebel verhältnisse für die Kraftwirkung entgegen einer Drehung um die Z-Achse günstiger.

Ansonsten ist auch hier die Basisplatte (60) zur Deckplatte (in der Figur nicht sichtbar) magnetisch vorgespannt, wobei der Abstand zwischen den beiden Platten durch Rollkugellager (62a, 62b, 62c, 62d) definiert wird. Der freie Durchlaß (67) durch die beiden Platten ist hier größer als in Fig. 5a.

In den Fig. 7a und 7b ist ein X-Y Tisch (75) mit einem zweidimensionalen Linearantrieb gezeigt, welcher Luftlager besitzt.

Der Tisch (75) besitzt zwei Platten (70, 71), wobei die Deck platte (71) relativ zur Basisplatte (70) in einer Ebene (X-Y) verstellt werden kann. Die Deckplatte (71) besitzt eine untere Platte (71a) aus Weicheisen, auf welcher vier Spulen (72a, 72b, 72c, 72d) kreuzförmig angeordnet sind. Die Windungen der Spulen (72a, 72b, 72c, 72d) sind dabei zu einer Ebene durch den Tischmittelpunkt (73) orientiert. Die untere Platte (71a) besitzt an den äußeren Enden der Spulen (72a, 72b, 72c, 72d) Stege (71a′, 71b′, 71c′, 71d′), mittels derer die untere Platte (71a) mit der oberen Platte (71b) der Deckplatte (71) verbunden ist. Oberhalb und unterhalb der Spulen (72a, 72b, 72c, 72d) ist jeweils ein Dauermagnet (74a, 74a′; 74b′, 74b′; 74c, 74c′; 74d, 74d′, wobei 74a′ bis 74d′in der Fig. 7a nicht sichtbar sind) angeordnet, wobei diese jeweils an der oberen und unteren Platte (70a, 70b) der Basisplatte (70) über einen Weicheisen schluß (70c) befestigt sind. Die obere Platte (71b) der Deck platte (71) sowie die obere und untere Platte (70a, 70b) der Basisplatte (70) bestehen aus einem nichtmagnetischem Material. Der Weicheisenschluß (70c) besteht aus zwei quadratischen Rahmen, in deren Eckpunkten sich die Verlängerungen bzw. Pole (76a, 76b; 76b, 76b′; 76c, 76c′; 76d, 76d′, wobei 76a′, 76b′, und 76d′ in den Figuren nicht sichtbar sind) befinden, die den magnetischen Kreis über die Platte (71a) schließen.

Die Basisplatte (70) besitzt an den seitlichen Ecken Anschlag körper (70ca, 70cb, 70cc, 70cd), welche die Bewegung des Tisches (75) im erlaubten Bereich (δx, δy) begrenzen. Die Deckplatte (71) kann somit relativ zur Basisplatte (70) um 2xδx bzw. δy bewegt werden. Die Weicheisenplatte (70c) der Basis platte (70) besitzt in den Ecken vier kreuzförmig angeordnete Verlängerungen (76a, 76a′; 76b, 76b′; 76c, 76c′;76d, 76d′, wobei 76a′, 76b′, und 76d′ in den Figuren nicht sichtbar sind). In den vier Polen bzw. Verlängerungen (76a, 76a′; 76b, 76b′; 76c, 76c′; 76d, 76d′, wobei 76a′, 76b′, und 76d′ in den Figuren nicht sichtbar sind) befinden sich jeweils zentral ein runder Luftkanal (76a′′, 76a′′′; 76b′′, 76b′′′; 76c′′, 76c′′′; 76d′′, 76d′′′, wobei 76a′′′, 76b′′′, 76d′′′ in den Figuren nicht sichtbar sind). Durch diese Luftkanäle (76a′′, 76a′′′; 76b′′, 76b′′′; 76c′′, 76c′′′; 76d′′, 76d′′′, wobei 76a′′′, 76b′′′, 76d′′′ in den Figuren nicht sichtbar sind) kann Luft auf die Weicheisenplatte (70c) geleitet werden, so daß die Deckplatte (71) auf der Basisplatte (70) durch ein Luftpolster schwimmend aufliegt (Luftlager).

In der Mitte des Tisches (75) befindet sich eine zentrale, durchgehende Öffnung (77) um den Tischmittelpunkt (73).

In den Fig. 8a, 8b, 8c und 8d ist nun ein Tisch (80) dargestellt, bei welchem die Basisplatte (81) zur Mittenplatte (82) und die Mittelplatte (82) zur Deckplatte (83) über Rollkugeln (84a, 84b, 84c, 84d) gegeneinander in jeweils einer Achse (X, bzw. Y) verstellt werden können, wobei durch einen Linearantrieb eine magnetische Lagervorspannung erfolgt. Im Prinzip ist der Tisch (80) aufgebaut wie der in Fig. 1a, 1b, 1c dargestellte Tisch.

Der wesentliche Unterschied dieses Tisches (80) zu den in den vorhergehenden Figuren dargestellten X-Y-Tischen ist zum einen die große freie Mittenöffnung (86) und zum anderen die Verwendung zweier Linearmotoren für jede Bewegungsachse (X, bzw. Y). Die beiden Linearmotoren pro Achse haben dabei parallel bzw. hintereinander geschaltete Spulen (87a, 87b; 87c, 87d) und wirken wie ein einziger Linearmotor, wobei die resultierende Verstellkraft im Zentrum der bewegten Platte (82, 83) angreift bzw. der Verstellkraftvektor in einer Achse ist parallel zur Bewegungsachse angeordnet und auf die Mitte der Seitenfläche wirkt, welche senkrecht zur Bewegungsachse verläuft.

Durch die Aufteilung des Linearantriebs ist es möglich, die Dimensionen des Tisches (80) klein zu halten und trotzdem, eine große Mittenöffnung (86) zu erhalten.

Die Basisplatte (81) besteht aus einem Grundkörper aus nicht magnetischem Material. Auf der Oberfläche (81b) der Basisplatte (81) und der Oberfläche (82a) der Mittenplatte (82) ist seit lich in Bewegungsachsenrichtung jeweils eine V-förmige Schiene (84a′, 84b′; 84c′, 84d′) angeordnet. Neben diesen Schienen (84a′, 84b′; 84c′, 84d′) sind mit einem gewissen Abstand jeweils zwei Permanentmagnete (88a, 88a′; 88b, 88b′; 88c, 88c′; 88d, 88d′) auf einer, sie verbindenden Weicheisenplatte (88a′′, 88b′′, 88c′′, 88d′′) angeordnet. Zwischen den jeweiligen beiden Magnetpaaren (88a, 88a′; 88b, 88b′; 88c, 88c′; 88d, 88d′) auf ihren jeweiligen Weicheisenplatten (88a′′; 88b′′, 88c′′, 88d′′) befindet sich eine Öffnung (86a, 86b). Die Form der Öffnung (86a) ist dabei so gewählt, daß ihre kleine Achse auf der Y- Achse mit der kreisförmigen Öffnung (86) in der Basisplatte (81) übereinstimmt. In der X-Achse ist die ellipsenförmige Öffnung (86a) der Mittelplatte (82) jeweils um den halben Verstellweg δ/2 auf dieser Achse vergrößert, so daß im maximalen Bewegungsbereich auf der X-Achse die kreisförmige Öffnung (86) in der Basisplatte (81) nicht abgeschattet wird. Die beiden Spulen (87a, 87b; 87c, 87d) jeder Achse sind so gewickelt, daß ihre Windungen in Bewegungsrichtung jeweils ein möglichst geringes Volumen besitzen (d. h. möglichst kreisförmig gestaltet sind), während die Windungen der Spulen (87a, 87b, 87c, 87d) quer zur Bewegungsrichtung möglichst nebeneinander angeordnet sind.

In Ausgangsstellung (siehe Fig. 8a) liegen die Spulen (87a, 87b, 87c, 87d) über der Mitte der Magnete (88a, 88a′; 88b, 88b′; 88c, 88c′; 88d, 88d′) . Die Magnete (88a, 88a′; 88b, 88b′; 88c, 88c′; 88d, 88d′) sind in ihrer Breite so dimensioniert, daß sie die parallel angeordneten Windungen der Spulen (87a, 87b, 87c, 87d) möglichst vollständig erfassen. In ihrer Länge sind die Magnete (88a, 88a′; 88b, 88b′; 88c, 88c′; 88d, 88d′) so dimensioniert, daß sie über den gesamten Verstellweg immer noch oberhalb bzw. unterhalb der Spulen (87a, 87b, 87c, 87d) liegen bleiben.

Die beiden Spulen (87a, 87b) der unteren parallel bzw. hintereinander geschalteten Linearmotoren sind jeweils auf einer Weicheisenplatte (87a′, 87b′) fest angeordnet. Diese Weicheisenplatten (87a′, 87b′) sind in der Bewegungsachse so dimensioniert, daß sie auch bei maximalem Verstellweg (2 × δx/² bzw. 2 × δy/²) immer noch vollständig oberhalb der Magnete (88a, 88b) zu liegen kommen. Zwischen den Spulen (87a, 87b) und den ihren gegenüberliegenden Magneten (88a, 88a′; 88b, 88b′) ist ein Luftspalt, dessen Abstand sich beim maximalen Verstellweg nicht ändert (im Rahmen der Fertigungstoleranzen). Seitlich der Spulen (87a, 87b) sind außen zwei Schienen (84a′′, 84b′′) für die Rollkugeln (84a, 84b) angebracht. Während die eine Schiene (84b′′) als V-Schiene ausgebildet ist und eine Zwangsführung der Rollkugeln (84b) bewirkt, erlaubt die andere Schiene (84a′′) eine leichte seitliche Bewegung der Rollkugeln (84a), so daß Herstellungstoleranzen bei der Fertigung der Kugellager nicht zu deren Verkanten führen kann.

Auf der Oberseite (82a) der Mittelplatte (82) ist diese entsprechend der Oberseite (81a) der Basisplatte (81) für den oberen Linearantrieb und die dort angebrachten Kugellager führungen ausgestaltet. Lediglich die Mittenöffnung (86) ist kreisrund und hat den in der Fig. 8a dargestellten Durchmesser (86′). DieUnterseite (83a) der Deckplatte (83) ist entsprechend der Unterseite (82b) der Mittelplatte (82) gestaltet. Die Mittenöffnung (86b) ist so gestaltet, daß ihre Ausdehnung in der X-Achse mit dem Kreisdurchmesser der Öffnung (86) in der Basisplatte (81) übereinstimmt. Auf der Y-Achse ist die Öffnung (86b) um 2 × δy vergrößert.

Die Öffnung (86a, 86b) bestehen somit aus zwei halbkreis förmigen Öffnungen, welche dazwischen jeweils zwei gerade Stücke der Länge 2 × δx bzw. 2 × δy aufweisen.

Alle hier gezeigten Varianten besitzen Linearmotoren ohne Kommutierung. Diese Motoren zeichnen sich in Verbindung mit einem linearen Leistungsverstärker durch eine quasi unendliche Auflösung aus. Die Positioniergenauigkeit hängt nur vom verwendeten Wegmeßsystem ab. Der Bewegungsbereich dieser Motoren ist allerdings beschränkt. Selbstverständlich können bei den Varianten mit linearen Rollen- bzw. Kugellagern auch Linearmotoren mit Bürsten oder elektronischer Kommutierung eingesetzt werden. Der mögliche Verstellweg wäre dann nicht mehr so eng begrenzt.

Claims

1. Linear verstellbarer Präzisionstisch zur Verstellung einer Deckplatte relativ zu einer Basisplatte für die Bewegung in zumindest einer Koordinatenachse mittels mindestens eines Linearantriebs, wobei der Linearantrieb zumindest einen Magneten und zumindest eine Spule aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite der Deckplatte und der Oberseite der Basisplatte jeweils der Magnet oder die Spule des Linearantriebs so angebracht ist, daß dieser seine resultierende Kraft zentral auf die zu bewegende Platte ausübt.

2. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinien von Magnet und Spule im wesentlichen senkrecht bzw. parallel zur Bewegungsachse des linear verstellbarer Präzisionstisches orientiert sind.

3. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Platten eine magnetisch vorgespannte Führung angebracht ist.

4. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch vorgespannte Führung zwei in der Bewegungsrichtung des Präzisions tisches orientierte Kugellager aufweist.

5. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Vorspannung durch die Magnete des Linearantriebs und ein mit der Spule des Linearantriebs verbundenes Joch erfolgt.

6. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Mittelplatte vorhanden ist, daß an der Deck platte und an der Mittelplatte alternativ mindestens ein Magnet oder eine Spule eines Linearantriebs angebracht ist und daß an der Mittelplatte und an der Basisplatte alternativ entweder der Magnet oder die Spule des Linearantriebs angebracht ist.

7. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endanschlag an einer der Platten angebracht ist.

8. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen einer Bewegungsachse parallel oder seriell zusammen geschaltet sind.

9. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Präzisionstisch eine durchgängige Mittenöffnung vorhanden ist.

10. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden relativ zueinander bewegten Platten eine Über setzung angebracht ist, wobei die Rollen des linearen Kugellagers in einem Rollenkäfig gefaßt und gelagert sind, wobei die Kraft des Linearmotors auf die Rollenkäfige wirkt.

11. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen des Linearantriebs in beiden Achsen der X-Y-Ebene beweglich sind.

12. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte auf der Basisplatte direkt über mindestens drei Rollkugeln aufliegend ist.

13. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Deckplatte auf der Basisplatte Luftlager zwischen den beiden Platte angebracht sind.

14. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Linear antrieb für eine Achse aus zwei sich gegenüber liegenden, getrennt ansteuerbaren Antrieben aufgebaut ist.

15. Linear verstellbarer Präzisionstisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den sich zueinander bewegenden Platten ein Kugellager angebracht ist.