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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Handhaben von
großflächigen,
zerbrechlichen Substraten beim Be- und/oder Entladen einer Fertigungsstation
für diese
Substrate.
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Unter
großflächigen,
zerbrechlichen Substraten werden im Nachfolgenden Platten, insbesondere
aus Glas, wie sie für
Solarzellen verwendet werden, oder andere einseitig beschichtete
zerbrechliche Platten mit einer Fläche von mindestens 0,5 m2 verstanden. Diese Platten sind in einer
Fertigungslinie mit den einzelnen Fertigungsstationen und dazwischen
befindlichen Lagerstationen schwierig zu handhaben. Insbesondere
in den Stationen, zwischen den einzelnen Fertigungsstationen, in
denen die Substrate aus den Fertigungsstationen entnommen, zwischengelagert
und wieder in die nächste Fertigungsstation
eingebracht werden müssen,
muss darauf geachtet werden, dass die Substrate nicht beschädigt werden.
Ein Bruch eines Substrats darf keine Auswirkung auf die anderen
Substrate haben. Außerdem
sollte beim Transport die beschichtete Oberfläche möglichst nicht, und wenn, nur
maschinell berührt,
und zudem wenn möglich
noch die erforderliche Reinraumklasse eingehalten werden. Da die
einzelnen Substrate abhängig
von ihrer jeweiligen Bearbeitungsstufe flexibel gelagert werden
sollen, so dass sie für
einzelne Verarbeitungsschritte aus dem jeweiligen zentralen Lager
entnommen und der nächsten
Verarbeitungsstation zugeführt
werden können,
muss sichergestellt werden, dass die Handhabung der Substrate in
diesem Zwischenbereich zwischen zwei Fertigungsstationen flexibel,
zuverlässig
und sorgfältig
erfolgt. Üblicherweise
geschieht dies bisher im Wesentlichen mit vertikal gelagerten Substraten,
damit bei einem Bruch eines Substrats die anderen Substrate nicht
in Mitleidenschaft gezogen werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit
vorzuschlagen, mit der die großflächigen,
zerbrechlichen Substrate horizontal gehandhabt werden können und
sichergestellt ist, dass bei einem Bruch die anderen Substrate nicht
in Mitleidenschaft gezogen werden und gleichzeitig die Substrate
berührungsfrei
an der beschichteten Substratoberfläche transportiert und gehandhabt
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den rückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
erfindungsgemäß ausgestaltete
Vorrichtung umfasst eine Speichereinrichtung zum horizontalen Lagern
der Substrate in einem oder mehreren Stapeln, eine Greifeinrichtung
zum Be- und/oder Entladen der Stapel und eine Übergabeeinrichtung zur Übergabe
und/oder Übernahme
der auf Tabletts aufliegenden Substraten mittels der Greifeinrichtung
auf ein bzw. von einem horizontalen Transportsystem. Die Speichereinrichtung
weist dabei Tabletts mit einer Substratauflage für die flächige Lagerung der Substrate
und Durchgriffsöffnungen
in der Substratauflage auf. Die Greifeinrichtung greift dabei ohne Berührung des
einliegenden Substrats das jeweilige Tablett und die Übergabeeinrichtung
weist ein Transportsystem mit Transportelementen auf, die durch
die Durchgriffsöffnungen
hindurchgreifen können.
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Die
Speichereinrichtung kann dabei mehrere Stapel von Substraten in
verschiedenen Fertigungsstufen enthalten, die für die Be- und Entladung der
jeweiligen Fertigungsstation vorgesehen sind. Die Greifeinrichtung
ist grundsätzlich eine
automatisch gesteuerte Einrichtung. Allerdings können auch einzelne oder alle
Schritte manuell getätigt
werden, insbesondere das Be- und/oder Entladen der Stapel. In diesem
Fall wird die Greifeinrichtung durch Menschen ersetzt, die die Tabletts
an Handgriffen greifen. Die automatisch Greifeinrichtung umfasst
einen in üblicherweise
verfahrbaren und beweglichen Greiferarm mit einem Greifer am Ende.
Bei den Tabletts handelt es sich um flächige Gebilde, die geeignet sind,
die Substrate auf der Unterseite zu lagern, wobei die Substratauflage
so ausgebildet ist, dass Durchgriffsöffnungen für die Transportelemente des Transportsystems
vorhanden sind. Der als Substratauflage wirkende Boden der Tabletts
kann beispielsweise aus Blech oder Kunststoff mit an die Transportelemente
angepassten Durchgriffsöffnungen
oder auch aus einzelnen beabstandeten Drähten und/oder Stäben bestehen,
so dass die Durchgriffsöffnungen in
diesem Fall viel größer sind
als die Transportelemente des Transportsystems. Die Transportelemente,
beispielsweise Rollen eines Rollensystems oder Bandelemente eines
Transportbandes, sind so angeordnet, dass ein Weitertransport des
Substrats auf diesen Transportelementen möglich ist. Die Übernahme
des Substrats durch das Transportsystem kann dabei entweder durch
Anheben der Transportelemente oder aber bei entsprechender Ausgestaltung auch
bereits beim Absetzen eines Tabletts auf der Übergabeeinrichtung erfolgen
und umgekehrt bei der Abgabe an das Tablett.
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Gemäß einer
Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weisen die Tabletts einen vorzugsweise umlaufenden und vorzugsweise
auf die Substratgröße angepassten
und die Höhe
der Substrate übersteigenden
Rand zum geschützten
Lagern und Zentrieren der Tabletts in einem Stapel auf. Damit können die
Tabletts problemlos mit den darin liegenden Substraten gestapelt
werden, wobei gleichzeitig die Substrate durch den Rand auch bei
Transport gegen Verrutschen in horizontaler Richtung gesichert sind.
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Vorzugsweise
wird die Substratauflage in den Tabletts durch voneinander beabstandete
Stäbe oder
Drähte
gebildet, die an einem Rahmen befestigt sind. Dies hat den Vorteil,
dass relativ wenig Material für
die Substratauflage benötigt
wird und infolgedessen auch die Tabletts leichter sind als bei einem
Boden mit Vollmaterial. Gebrochene Substrate können trotzdem gehalten werden
ohne dass ein darunter liegendes Substrat beschädigt wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Tabletts einen aus
Einzelstreben zusammensetzbaren Rahmen auf, wobei die Einzelstreben
mittels Eckelementen verbunden sind, die Indexflächen für einen Greifer der Greifeinrichtung
aufweisen und vorzugsweise Kodiereinrichtungen enthalten können. Damit
können
die Tabletts einfach erst am Einsatzort montiert werden und beispielsweise
aus einer leichten und stabilen Rahmenkonstruktion mit entsprechenden
Kunststoffecken zusammengesetzt werden. Die Kantenqualität der einzelnen
Substrate spielt durch die Verwendung der Tabletts keine Rolle mehr
bei der weiteren Handhabung. Die Tabletts können außerdem jederzeit zu Instandhaltungszwecken
zerlegt und gereinigt werden. Die Tabletts ermöglichen auch eine vollständige oder
teilweise manuelle Handhabung, beispielsweise das Aufstapeln oder
das Einlegen auf die Übergabeeinrichtung,
ohne dass eine Produktberührung
erfolgt. Hierzu können
die Tabletts mit Handgriffen zweckmäßigerweise an den Längsseiten
versehen werden.
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Die
an den Eckelementen vorhandenen Indexflächen ermöglichen einem automatischen
Greifer die genaue Orientierung und das Greifen eines Tabletts an
allen vier Ecken, so dass sichergestellt ist, dass auch der Greifer
das Substrat nicht berührt. Zusätzlich können die
Einrichtungen in den Ecken in Form von Barcode oder Transponder
vorgesehen sein, die eine genaue Kenntnis über das in dem Tablett befindlichen
Substrat, wie Lot, Produktionsstufe, Datum usw. zur Verfügung stellen
können.
Grundsätzlich
kann die Greifeinrichtung auch an anderen Stellen des Randes angreifen
und dort entsprechende Kodierungen und Indexflächen vorfinden. Bei der manuellen
Handhabung müssten
gesonderte Lesegeräte
vorgesehen sein, an denen die Tabletts entweder vorbei oder die über die
Tabletts bewegt werden müssen.
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In
einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist jeder Stapel einen
unteren Träger
mit Zentrier- und Halteelementen für das darauf abzulegende Tablett
auf.
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Die
Zentrier- und Halteelemente können
beispielsweise aus dem gleichen Rahmen bestehen, wie er bei einem
Tablett verwendet wird, um damit die Stapelbarkeit in üblicherweise
zu ermöglichen. Gleichzeitig
weist der Träger
Transporteinrichtungen auf, die ein Transportieren des Stapels entweder
auf einem separaten Transportsystem, wie beispielsweise Rollen,
oder aber den Abtransport mit einer Hubeinrichtung/-wagen erlauben.
Dadurch können
die Stapel auf einfache Weise von dem Be- und Entladebereich bei
den Fertigungsstationen in ein zentrales Lager gebracht werden.
Von dort aus sind die Stapel bei Bedarf flexibel an eine entsprechende
Be- und Entladestation einer anderen Fertigungsstation zu bringen.
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Für den Transport
zu einem zentralen Lager kann vorteilhafterweise auf die Stapel
auf das oberste Tablett noch eine Abdeckung (z. B. Plane in einem Rahmen)
oder eine Filter und Gebläseeinrichtung aufgesetzt
werden, die das obere Tablett abdichtet und durch Einblasen von
Luft die dafür
erforderliche Reinraumklasse gewährleistet.
Zusätzlich
weist hierfür
der untere Träger
Luftaustrittsöffnungen,
vorzugsweise mit Filter, für
die durch den Stapel strömende Luft
auf.
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Eine
automatische Greifeinrichtung greift gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
an dem Rand des jeweiligen Tabletts vorzugsweise an den Ecken an,
um eine Berührung
des einliegenden Substrats zu vermeiden.
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Vorzugsweise
ist das Transportsystem der Übergabeeinrichtung
als Rollensystem mit um eine horizontale Achse drehbaren Rollen
ausgebildet und zweckmäßigerweise
in vertikaler Richtung bewegbar, so dass nach Aufsetzen eines Tabletts
auf die Übergabeeinrichtung
das Substrat gezielt von dem Rollensystem auf der unteren Seite
angehoben und über den
Rand des Tabletts weiter transportiert werden kann. Entsprechend
umgekehrt erfolgt die Beladung eines bereits auf der Übereinrichtung
befindlichen Tabletts.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Übergabeeinrichtung eine erste Übergabestation
und eine zweite Übergabestation auf,
die über
eine Querversatzstrecke zum Transportieren von Tabletts verbunden
sind. Die Querversatzstrecke kann beispielsweise aus einem Doppelspurband
bestehen, über
das die leeren Tabletts von einer zur anderen Übergabestation transportiert
werden können,
während
zwischenzeitlich die Greifeinrichtung ein Tablett mit Substrat bewegt.
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Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
so gestaltet, dass eine Reihe von nebeneinander angeordneten Stapelplätzen für die Stapel, eine
parallel zu den Stapelplätzen
verfahrbare Greifeinrichtung und eine parallel zu der Verfahrstrecke der
Greifeinrichtung angeordnete Übergabeeinrichtung,
mit einer ersten und einer davon beabstandeten zweiten Übergabestation
und einer die Übergabestation
verbindenden Quertransportstrecke vorgesehen sind. Durch diese Anordnung
kann auf kleinstem Raum, beispielsweise eine Fläche von 5 × 7 m mit vier Stapeln das
Be- und Entladen einer Fertigungsstation beim großflächigen zerbrechlichen
Substraten durchgeführt
werden.
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Die
zu bearbeitenden und/oder bearbeiteten Substrate werden dabei in
stapelbaren Tabletts bis zum Eintritt in die bzw. ab dem Austritt
aus der Fertigungsstation transportiert, wobei die Tabletts mit
den Substraten einzeln mittels einer Greifeinrichtung von mittels
Fördereinrichtungen
bewegbaren Tablettstapel entnommen oder zu diesen aufgesetzt werden, die
Tabletts auf einer Übergabeeinrichtung
mit einem Transportsystem abgesetzt bzw. von diesen aufgenommen
werden, und die Tabletts mit einliegenden Substraten von dem Transportsystem
auf der Unterseite übernommen
und zu der Fertigungsstation gefördert
bzw. von dieser abgeholt werden.
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Insbesondere
können
hierbei nach dem Absetzen eines Tabletts mit Substrat auf einer
ersten Übergabestation
der Übergabeeinrichtung
mittels der Greifeinrichtung ein Tablett mit einem aus der Fertigungsstation
transportierten Substrat aufgenommen und das entladene Tablett mittels
einer Quertransportstrecke von der ersten Übergabestation zu der zweiten Übergabestation
verfahren werden. Damit wird zusätzlich
Zeit gewonnen und die Greifeinrichtung nur zum Handhaben von Tabletts
mit einliegenden Substraten eingesetzt.
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Darüber hinaus
können
vor dem Entnehmen des ersten Tabletts eine Stapelabdeckung vorzugsweise
mit einer Filter- und Gebläseeinrichtung
vorzugsweise mittels der Greifeinrichtung entnommen bzw. nach dem
Auflegen des letzten Tabletts die Stapelabdeckung vorzugsweise mit
der Greifeinrichtung aufgelegt werden. Damit kann eine den Reinraumerfordernissen
entsprechende Stapelung der Substrate sowie Transport und Lagerung
erfolgen, wobei sogar die Transportstrecke zu dem Reinraumlager
und das Reinraumlager selbst die Reinraumbedingungen nicht erfüllen muss.
Dies reduziert erheblich die Kosten für diese Art der Lagerung und
Bereitstellung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und das damit ausführbare
Verfahren ermöglichen
somit eine optimale Anpassung der Be- und Entladung von Fertigungsstationen
bei großflächigen zerbrechlichen Substraten,
wobei eine Anpassung an andere Substratformate möglich ist. Auch eine teilweise
manuelle Handhabung ist möglich.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Weitere Merkmale der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, wobei die einzelnen
Merkmale je für
sich oder zu mehreren bei Ausführungsformen
der Erfindung verwirklicht sein können. Es stellen dar:
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1 die
perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Be- und Entladen einer
Fertigungsstation mit großflächigen,
zerbrechlichen Substraten mit einer automatischen Greifeinrichtung;
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2 die
Draufsicht einer Vorrichtung nach 1;
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3 einen
Stapel mit Tabletts mit Abdeckung;
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4 einen
Träger
für Tabletts;
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5 ein
Tablett mit vergrößerter Detaildarstellung;
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6 ein
Tablett mit einliegendem Substrat;
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7 eine Übergabestation
mit anhebbaren Rollen.
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Die
in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Speichereinrichtung 2 eine Stapelreihe mit vier Stapelplätzen, die
zwei Stapel 3', 3'' und zwei leere Träger 14 für zwei weitere
Stapel 3''' und 3'''' aus einzelnen Tabletts 10 umfasst.
Die Tabletts 10 sind zur Aufnahme von großflächigen zerbrechlichen
Substraten 11 vorgesehen, beispielsweise von Solarpaneelen.
Entlang der Stapelreihe 2 ist ein Roboter als Greifeinrichtung 4 verfahrbar,
der einen Greifer 5 zum Greifen der Tabletts 10 an
ihren Ecken 13 greift, um sie von einer oder zu einer Übergabeeinrichtung 6 zu
bewegen. Die Figuren zeigen eine erste Übergabestation 7,
die beispielsweise dem Beschicken einer schematisch teilweise dargestellten
Fertigungsstation 25' in
Pfeilrichtung dient, und einer zweiten Übergabestation 8,
die dem Entladen einer schematisch teilweise dargestellten Fertigungsstation 25 dient.
Beide Übergabestationen 7, 8 sind
mit Transportelementen 12 versehen, das dem Weitertransport
in Pfeilrichtung im Falle der ersten Übergabestation 7 und
der Aufnahme in Pfeilrichtung im Falle der zweiten Übergabestation 8 dienen,
die ein Rollensystem mit Rollen 12 als Transportsystem aufweisen.
Darüber
hinaus wird mittels dieses Rollensystems das in dem Tablett 10 befindliche
Substrat 11 aus dem Tablett 10 angehoben und über den Rand
des Tabletts weitertransportiert. Die beiden Übergabestationen 7, 8 sind über ein
Doppelspurband 9 verbunden, über das üblicherweise in Pfeilrichtung
ein in der ersten Übergabestation 7 entleertes
Tablett 10 zu der zweiten Übergabestation 8 bewegt
wird, um dort mit einem in Pfeilrichtung aus der Fertigungsstation 25 kommenden
Substrat (nicht dargestellt) beladen zu werden. In den 1 und 2 befindet
sich beispielhaft ein entleertes Tablett 10 mit einem Boden
mit Schlitzen als Substratauflage 21 mit Durchgriffsöffnungen 20 für die Transportelemente 12 (Rollen 12)
in der zweiten Übergabestation 8.
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Der übliche Ablauf
ist derart, dass die Greifeinrichtung 4 von dem Stapel 3' das oberste
Tablett 10 mit einem Substrat 11 entnimmt, auf
die erste Übergabestation 7 aufsetzt
und sich anschließend
zu der zweiten Übergabestation 8 bewegt,
um von dort ein gefülltes
Tablett 10 auf einen anderen beispielsweise Stapel 3''' abzusetzen.
Zwischenzeitlich wurde das Substrat 11 von den Rollen 12 angehoben
und über
den Rand des Tabletts 10 aus der ersten Übergabestation 7 in
Pfeilrichtung entfernt. Das leere Tablett 10 wird zu der
zweiten Übergabestation 8 bewegt,
so dass die erste Übergabestation 7 wieder
frei ist für
die Ablage eines neuen Tabletts 10 von dem Stapel 3'.
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3 zeigt
einen Stapel 3 mit aufeinandergestapelten Tabletts 10 und
einliegenden Substraten 11, der im Gegensatz zu den Stapel 3'–3'''' in 1 und 2 mit
einer Filter- und Gebläseeinheit 16 in Form
eines Deckels den Stapel 3 oben abdeckt. Diese dient dem
Transport des Stapels 3 sowie der Lagerung in einem zentralen
Lager als Einrichtung zur Erzeugung der geforderten Reinraumklasse.
Der Stapel 3 liegt auf einem Träger 14 auf, der wie
aus 4 ersichtlich, einen umlaufenden Stapelrand 15 aufweist.
Der Träger 14 ist
so ausgestaltet, dass er mit üblichen
Transportmitteln, wie Hubwagen oder Gabelstapler transportiert werden
kann. Es ist jedoch auch möglich,
ein zusätzliches
Transportsystem 26 (1) beispielsweise
mittels Rollen unter den beiden äußeren Trägerfüßen anzuordnen.
In dem Träger 14 befinden
sich in dem Ausführungsbeispiel zwei
Luftaustrittsöffnungen 24 mit
Filter, um die eine über
die Filter- und Gebläseeinheit 16 (3)
eingebrachte Luft abzuführen.
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5 zeigt
ein Tablett 10 mit einem Rahmen 17 und dazwischen
befindlichen voneinander beabstandeten Stäben 18 und Spanndrähten 19,
die damit eine Substratauflage 21 mit Durchgriffsöffnungen 20 bilden.
In dem Ausführungsbeispiel
wird der Rahmen 17 als eine leichte Rahmenkonstruktion
mit vier Streben 22, die über Eckenelemente 23 miteinander
verbunden sind, gebildet. Die Ecken 23 weisen Eingriffsmöglichkeiten
(Indexflächen) 27 sowie
Kodiereinrichtungen (Transponder) 28 für den Greifer 5 aus 1 auf,
der mit entsprechenden Erkennungseinrichtungen ausgerüstet ist.
Das Tablett 10 kann einfach aus Einzelteilen zusammengebaut
oder auch wieder zerlegt werden. Aus der Schnittdarstellung des
Rahmens 17 ist die Stapelbarkeit ersichtlich. Das dargestellte
Tablett 10 ist für
die Automation gedacht. Sofern die Zuführung auf die Übergabeeinrichtung 6 manuell
erfolgen sind, können
die Tabletts 10 mit seitlichen Handgriffen versehen sein.
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6 zeigt
das Tablett 10 gemäß 5 mit einem
einliegenden Substrat 11 auf den Stäben 18 und Spanndrähten 19.
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7 zeigt
eine Übergabestation 7 bzw. 8 mit
den als Rollensystem ausgeführten
Transportelementen 12, die aus einer Anzahl von sich um
die horizontale Achse drehbaren, teilweise angetriebenen Rollen 12 bestehen,
wobei das Rollensystem mittels einer geeigneten, nicht dargestellten
Hubeinrichtung in vertikaler Richtung anhebbar ist.