DE19916923A1 - Vorrichtung zum berührungslosen senkrechten Transportieren von Bauteilen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Transportieren von berührungsempfindlichen Bauteilen und Stoffen entlang einer senkrechten Transportbahn, wobei die Vorrichtung nachfolgende Mermale aufweist: Erste Schallerzeugungsmittel 1, 2, 3 zum Erzeugen von Levitationsschallwellen, die geeignet sind, ein Bauteile BT im Bereich der Schallabstrahlfläche der Schallerzeugungsmittel 1, 2, 3 in einer vorbestimmten Halteebene in der Schwebe zu halten, wobei mehrere übereinanderliegende Halteebenen erzeugbar sind, und eine Regel- und Steuervorrichtung, die bewirkt, daß die horizontale Lage der Halteebenen in vorbestimmten Grenzen zueinander verschiebbar sind, wobei sich die Verschiebungsbereiche überlappen, und die Regel- und Steuervorrichtung bewirkt, daß ein Bauteil auf seinem senkrechten Transportweg von einer unteren Position einer unteren Ebene zu einer oberen Position der unteren Ebene angehoben wird und dort von einer unteren Position einer oberen Ebene übernommen und bis zur oberen Position der oberen Ebene befördert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Transportieren von berührungsempfindlichen Bauteilen und Stoffen entlang einer senkrechten Transportbahn.

Um Teile, Stoffe oder Behälter, nachfolgend Gegenstände genannt, entlang einer senkrechten Transportbahn nahezu berührungslos aufwärts gerichtet zu transportieren, sind aus dem Stand der Technik z. B. pneumatische För­ dereinrichtungen bekannt. Derartige Einrichtungen arbeiten jedoch nicht voll­ ständig berührungslos, da die Teile, Stoffe oder Behälter innerhalb eines Roh­ res gefördert werden, so daß eine Berührung mit der Rohrwandung praktisch unvermeidbar ist. Falls die Förderstrecke Kurven aufweist, treten geschwindig­ keitsabhängige Zentrifugalkräfte auf, die zu einer starken Reibung an der Rohrwandung führen.

Wenn besonders fragile und/oder berührungsempfindliche Gegenstände zu transportieren sind, können pneumatische Fördereinrichtungen nicht einge­ setzt werden.

Ein typischer Anwendungsfall für berührungsempfindliche Gegenstände sind Wafer, die von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten, höher oder tiefer gelegenen Bearbeitungsstation zu transportieren sind. Bei diesem An­ wendungsfall werden die Wafer in einem Transportbehälter abgelegt, der da­ nach zu der zweiten Bearbeitungsstation transportiert wird. Durch das Ablegen der Wafer werden Mikropartikel vom Wafer oder von der Auflagefläche oder auch von der benutzten mechanischen Pinzette abgelöst.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Technologie zum senkrechten Fördern von Gegenständen bereitzustellen, bei der die Gegenstände mit der Transportbahn nicht in Berührung gelangen.

Die Aufgabe wird mit einer Transportvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Bereitgestellt wird eine Vorrichtung zum berührungslosen Transportieren eines flächigen Bauteils auf einer senkrechten Transportbahn. Mittels Schallerzeu­ gungsmittel werden Levitationsschallwellen erzeugt, die geeignet sind, die zu befördernden Bauteile in einer vorbestimmten Halteebene in der Schwebe zu halten. Den prinzipiellen Aufbau von dazu geeigneten Vorrichtungen kann der Fachmann aus der einschlägigen und nachfolgend genannten Fachliteratur entnehmen.
Lierke, E.G.: Vergleichende Betrachtung zur berührungslosen Positionierung von Einzeltropfen in aerodynamischen, akustischen und elektri­ schen Kraftfeldern. In: Forschung im Ingenieurwesen, Bd. 61 (1995) 7/8, S. 201-216.
Lierke E.G.: Akustische Positionierung - Ein umfassender Überblick über Grundlagen und Anwendungen. In: Acustica 82 (1996), S. 220-237.

Weitere Hinweise sind aus den Ausführungsbeispielen entnehmbar.

Mittels einer Regel- und Steuervorrichtung werden die Schallerzeugungsmittel so angesteuert, daß die Halteebene und somit das auf ihr gehaltene Bauteil in vorbestimmten Grenzen anheb- oder absenkbar ist. Es sind mehrere Schaller­ zeugungsmittel vorgesehen, so daß mehrere übereinanderliegende Halteebe­ nen erzeugbar sind, die jeweils in vorbestimmten Grenzen verschiebbar sein können.

Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß die Regel- und Steuervorrichtung so arbeitet, daß die Bauteile von Ebene zu Ebene angehoben werden. Um die Übergabe von einer Ebene zur nächsten zu gewährleisten, ist eine Überlap­ pung vorzusehen. Somit wird ein Bauteil, das sich auf einer abgesenkten unte­ ren Ebene befindet, durch die Hebung der Ebene mit angehoben. In der obe­ ren Position der unteren Ebene ist die untere Position einer darüberliegenden Ebene vorgesehen. Wenn die Schallquellen zur Erzeugung der unteren Ebene abgeschaltet werden, verbleibt das Bauteil auf der nächsthöher gelegenen Ebene, die nunmehr mittels der Regel- und Steuervorrichtung in eine obere Position gefahren wird.

Zur Erhöhung der Klarheit sei bereits hier erwähnt, daß der gleiche Überga­ bemechanismus auch durch ein wechselseitiges Zu- und Abschalten benach­ barter Ebenen erfolgen kann, was als Spezialfall im Anspruch 6 beansprucht wird.

Dem Fachmann ist bekannt, daß sich bei einem Stehwellenlevitator mehrere übereinanderliegende Energieknoten ausbilden, d. h., jede Schallquellenan­ ordnung kann prinzipiell mehrere Halteebenen gleichzeitig erzeugen, die für den Transport nach der vorstehend beschriebenen Methode nutzbar sind.

Es ist für den Fachmann klar, daß die geometrische Form und das Material der zu transportierenden Bauteile bei der konstruktiven Auslegung der Schaller­ zeugungsmittel zu berücksichtigen sind. In der einleitend zitierten Literatur werden hinreichende Hinweise gegeben, die der Fachmann lediglich unter Berücksichtigung der vorgegebenen, zu transportierenden Bauteile umsetzen muß, ohne daß dazu eine erfinderische Tätigkeit erforderlich ist.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß erstmalig Bauteile völlig berührungslos definiert senkrecht angehoben bzw. abgesenkt werden können.

Die Erfindung wird bevorzugt in Systemen eingesetzt, in denen die Bauteile bereits berührungslos waagerecht von einer Arbeitsstation zur nächsten trans­ portiert werden. Da die Arbeitsstationen aus technologischen Gründen nicht alle auf einer Ebene liegen können, ist mit der Erfindung somit das erforderli­ che Absenken und Anheben möglich.

Nach Anspruch 2 wird die Vorrichtung vorteilhaft weitergebildet, indem in Ge­ genüberlage zu den schallabstrahlenden Flächen Schallreflektoren angeord­ net sind. Diese Schallreflektoren verstärken die Haltekraft der Halteebenen und ermöglichen somit den Transport schwererer Bauteile.

Nach Anspruch 3 wird die Vorrichtung vorteilhaft weitergebildet, indem in Ge­ genüberlage zu den schallabstrahlenden Flächen zweite Schallquellen ange­ ordnet sind. Diese Schallreflektoren verstärken die Haltekraft der Halteebenen noch mehr. Weiterhin wird es durch die gegeneinander wirkenden Schallquel­ len möglich, die Lage der Halteebenen sehr präzise einzustellen, was vor­ zugsweise durch die Änderung der Phasenlage erfolgt.

Nach Anspruch 4 werden für jede der Schwingergruppen unterschiedliche Wellenlängen verwendet. Somit können die Abstrahlflächen aller Schwinger­ gruppen in einer Ebene liegen.

Nach Anspruch 5 wird für jede der Schwingergruppen die gleiche Wellenlänge verwendet, d. h., daß zur Erzeugung von unterschiedlich hohen Halteebenen die Abstrahlflächen der Schwingergruppen auf unterschiedlichen Ebenen lie­ gen müssen.

Nach Anspruch 6 erfolgt die Übergabe des Bauteils von Ebene zu Ebene durch Abschalten der nächsthöheren oder nächsttieferen Ebene. Diese Aus­ führungsform verringert den gerätetechnischen Aufwand für die Regel- und Steuervorrichtung.

Nach Anspruch 7 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an einer höhenver­ stellbaren Haltevorrichtung befestigt, d. h., die Haltevorrichtung wird an einer Schiene angeordnet und gleitet auf dieser entlang. Diese Vorrichtung ermög­ licht den Transport bei größeren Höhenunterschieden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbin­ dung mit beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Stehwellenlevitators mit Pha­ senverschiebung nach einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung.

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Funktionsweise einer weiteren Ausführungs­ form der Erfindung.

In der Fig. 1 sind mit dem Bezugszeichen S jeweils Schallquellen bezeichnet, die paarweise gegenüberstehen. Jede der Schallquellen S sendet Schallwel­ len in Richtung der gegenüberliegenden Schallquelle aus. Es bilden sich Levi­ tationsstehwellen mit Energieknoten aus, die in der Lage sind, Bauteile BT in der Schwebe zu halten. Bei einer Änderung der Schallfrequenz verschieben sich die Energieknoten in vertikaler Richtung, so daß das Bauteil BT in ver­ schiedenen Abständen über der unteren Schallquelle schwebt, wie in Fig. 1 zu A, B und C gezeigt ist.

In der Fig. 2 zeigt die Fig. 2a drei Schallquellen 1, 2, 3, die in unterschiedlichen Phasenlagen schwingen. Wie bereits erwähnt, bilden sich Energieknoten in unterschiedlichen Höhen aus.

In der Fig. 2b ist die Schallquelle 3 aktiv. Demzufolge wird ein Bauteil BT, wie ersichtlich, im Energieknoten der Schallquelle 3 gehalten. Wenn die Schall­ quelle 3 abgeschaltet und die Schallquelle 2 zugeschaltet wird, wie in Fig. 2c gezeigt, wirkt auf das Bauteil BT eine Kraft F in Pfeilrichtung und drängt es in den höherliegenden Energieknoten der Schallquelle 2.

In der Fig. 2c ist die Schallquelle 2 aktiv. Demzufolge wird das Bauteil BT, wie ersichtlich, im Energieknoten der Schallquelle 2 gehalten. Wenn die Schall­ quelle 2 abgeschaltet und die Schallquelle 1 zugeschaltet wird, wie in Fig. 3d gezeigt, wirkt auf das Bauteil BT eine Kraft F in Pfeilrichtung und drängt es in den höherliegenden Energieknoten der Schallquelle 1.

In der Fig. 2d ist die Schallquelle 1 aktiv. Demzufolge wird das Bauteil BT, wie ersichtlich, im Energieknoten der Schallquelle 1 gehalten. Wenn die Schall­ quelle 1 abgeschaltet und wieder die Schallquelle 3 zugeschaltet wird, wie in Fig. 2e gezeigt, wirkt auf das Bauteil BT eine Kraft F in Pfeilrichtung und drängt es in den nächsten und höherliegenden Energieknoten der Schallquelle 3.

Dieses Prinzip ist in einer in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung umgesetzt. Das Bauteil ist ein Wafer W mit kreisförmigem Querschnitt. Demzufolge ist die An­ ordnung der stabförmigen Schallquellen ebenfalls kreisförmig und auf den Randabschnitt des Wafers W gerichtet. Die jeweils aktiven Schwinger sind mit einer schwarzen Stirnfläche gekennzeichnet.

In Fig. 3a ist der Schwinger 3 aktiv und hält den Wafer W in seinem ersten Energieknoten.

In Fig. 3b ist der Schwinger 2 aktiv und hält den Wafer W in seinem ersten Energieknoten.

In Fig. 3c ist der Schwinger 1 aktiv und hält den Wafer W in seinem ersten Energieknoten.

In Fig. 3d ist wieder der Schwinger 1 aktiv und hält den Wafer W in seinem zweiten Energieknoten.

Es ist zu erkennen, daß der Wafer W somit stufenweise angehoben wird. In diesem Beispiel wird für jede Schwingergruppe die gleiche Wellenlänge ver­ wendet, d. h., die Abstrahlflächen der einzelnen Schwingergruppen müssen zueinander einen vorbestimmten Höhenunterschied aufweisen.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß der Wafer in den Energieknoten sicher gehalten wird und daher nicht seitlich abkippen kann.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum berührungslosen Transportieren eines Bauteils (BT) auf einer senkrechten Bahn, wobei die Vorrichtung die nachfolgenden Merkmale aufweist:

• - erste Schallerzeugungsmittel (1, 2, 3) zum Erzeugen von Levitations­ schallwellen, die geeignet sind, das Bauteile (BT) im Bereich der Schall­ abstrahlfläche der Schallerzeugungsmittel (1, 2, 3) in einer vorbestimmten Halteebene in der Schwebe zu halten, wobei mehrere übereinanderliegen­ de Halteebenen erzeugbar sind, und
• - eine Regel- und Steuervorrichtung, die bewirkt, daß die horizontale Lage der Halteebenen in vorbestimmten Grenzen zueinander verschiebbar sind, wobei sich die Verschiebungsbereiche überlappen, und die Regel- und Steuervorrichtung bewirkt, daß ein Bauteil auf seinem senkrechten Trans­ portweg von einer unteren Position einer unteren Ebene zu einer oberen Position der unteren Ebene angehoben wird und dort von einer unteren Position einer oberen Ebene übernommen und bis zur oberen Position der oberen Ebene befördert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegen­ überlage zu den schallabstrahlenden Flächen Schallreflektoren angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegen­ überlage zu den schallabstrahlenden Flächen zweite Schallquellen angeord­ net sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jede der Schwingergruppen unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden und die Abstrahlflächen aller Schwingergruppen in einer Ebene liegen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Schwingergruppen die gleiche Wellenlänge verwendet wird und die Abstrahlflächen der Schwingergruppen in unterschiedlichen Ebenen lie­ gen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Übergabe des Bauteils von Ebene zu Ebene durch Abschal­ ten der nächsthöheren oder nächsttieferen Ebene erfolgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung an einer höhenverstellbaren Haltevorrichtung befestigt ist.