DE69612834T2

DE69612834T2 - Magnetische kupplung

Info

Publication number: DE69612834T2
Application number: DE69612834T
Authority: DE
Inventors: Paul Richard Stonestreet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: EP0797863A1; DE69612834D1; US5902185A; WO1997015110A1; EP0797863B1; AU7313796A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetische Getriebekupplungen zur Übertragung eines Antriebs von einem Element auf ein anderes und im besonderen jedoch nicht ausschließlich auf eine Drehantriebsdurchführung für den Einsatz mit einem Vakuumgehäuse, um eine Drehantriebsübertragung durch eine Vakuummembran zu ermöglichen und Wartungszugriff zu gestatten, wie etwa Leistung, Kühlung, Instrumentierung usw.[0001]
Es gibt viele Herstellungsverfahren, die es erforderlich machen, ein Werkstück, welches in einem Gehäuse zu behandeln ist, in welchem die lokale Umgebung sorgfältig gesteuert wird und von der Umgebung isoliert ist, wobei typische Beispiele Vakuum basierende oder Gas basierende Verfahren einschließen. In einem solchen Verfahren kann das Werkstück, wie z. B. eine Halbleiterscheibe, eine optische Komponente oder eine Magnetspeichereinrichtung einem Dünnfilmdepositionsverfahren ausgesetzt werden, bei welchem ein Material gesputtert, evaporiert oder injiziert wird als Gas in Richtung auf ein erhitztes Substrat, welches sich in einer Vakuum oder anderweitig gesteuerten Atmosphäre befindet. Es ist oftmals kritisch, daß das Vakuum bei einem extrem niedrigen Druck vorliegt und/oder von der Atmosphäre isoliert gehalten wird. Darüber hinaus kann es hier erforderlich sein, daß die Verfahrensinstrumentierung aus einem Metallaufbau besteht mit der Fähigkeit, Temperaturen von typischerweise 250ºC oder höher auszuhalten. Um eine gleichwertige Dicke der deponierten Filme bereitzustellen, kann es notwendig sein, daß das erhitzte Substrat gedreht werden muß mit einer vorbestimmten, im wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit. Dieses Erfordernis der Übertragung einer Rotation in das Vakuumgehäuse bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Integrität des Vakuumgehäuses hat zu verschiedenen Ausführungen von Drehantriebsdurchführungen geführt, wobei ein Beispiel in der GB PS 22 13 316 beschrieben ist. Hierbei handelt es sich um eine konzentrische magnetische Kupplungsanordnung, wobei der Antrieb durch eine zylindrische Wandung des Gehäuses übertragen wird auf eine innere magnetische Anordnung eines Drehmomentrohres von einer äußeren konzentrischen Magnetanordnung, die drehbar an der zylindrischen Wandung montiert ist.[0002]
Diese Ausführung besitzt mehrere Nachteile. Mit der fortlaufenden Entwicklung der Verfahrenstechnik ist es wichtig, eine Bohrung mit einem möglichst großen Durchmesser in der Mitte der Durchführung zur Verfügung zu stellen, um einen hinreichenden Zugang für Leistung, Kühlung, Thermoelemente und andere Einrichtungen bereitzustellen, um ein Übereinanderstapeln koaxialer Drehanwendungen zu ermöglichen und in manchen Fällen eine Querübertragung von Elementen innerhalb der Bohrung zu erlauben. Mit der konzentrischen Anordnung der GB-PS 22 13 316 ist der Durchgang der Bohrung oder Zugangsöffnung begrenzt in der Praxis auf weniger als den Innendurchmesser der äußeren magnetischen Anordnung, da die zylindrische Wandung oder Membran typischerweise einen geschweißten Aufbau besitzt und somit klein genug sein muß, um es zu ermöglichen, daß die äußere Anordnung hierüber paßt für die Montage oder Wartung. Da es zwingend ist, die Lager, die die äußere magnetische Anordnung abstützen, zu warten, muß die konzentrische Kupplung eine Zugangsöffnung besitzen, die kleiner ist als der Innendurchmesser der äußeren magnetischen Anordnung. Dies ist eine Hauptbeschränkung für das konzentrische System, insbesondere wenn man in Betracht zieht, daß die eingesetzten Magnete magnetisierte Mehrfachmagnete sind und dementsprechend aus Kostengründen in ihrer Größe begrenzt sind.[0003]
Ein weiterer Nachteil der konzentrischen Anordnung liegt darin, daß sie keine anderen Antriebsverhältnisse gestattet als das einer Einheit.[0004]
Darüber hinaus erfordert die konzentrische Anordnung, daß die äußere Magnetanordnung auf Lagern mit großem Durchmesser montiert wird, die auf der zylindrischen Wandung oder Membran der Kupplung laufen. Solche großen Lager sind teuer, und dies ist ein weiterer Faktor, der den Durchmesser begrenzt und dementsprechend auch die Anwendungen der Anordnung.[0005]
Ein weiteres Merkmal der existierenden Aufbauten von Drehantriebsdurchführungen liegt darin, daß das Antriebselement und das getriebene Element konzentrische kooperierende ringförmige Antriebselemente umfassen, in welchen jedes Antriebselement magnetisiert ist als Mehrfachmagnet. Diese herkömmlichen Magnetkupplungen können als "statische" Kupplungen bezeichnet werden, da beim normalen Einsatz sich die Magnete nicht relativ zueinander bewegen und dementsprechend kein anderes Antriebsverhältnis gestatten als 1 : 1. Dieser Aufbau und die Magnetisierung der Ringe erfordert eine Bearbeitung besonders hochwertigen ferromagnetischen Materials und entweder einen anschließenden komplexen und lang dauernden Magnetisierungsvorgang oder das Vorsehen eines Elektromagneten. In manchen Fällen kann eine bevorzugte Magnetisierung nicht erzielt werden.[0006]
Es existieren magnetische Drehkupplungen, bei welchen das Antriebselement und das getriebene Element kooperierende ringförmige Antriebselemente umfaßt, bei welchen jedes getriebene Element magnetisiert ist als Mehrfachmagnet. Diese herkömmlichen Magnetkupplungen können als "statische" Kupplungen bezeichnet werden, da beim normalen Einsatz sich die Magnete nicht relativ zueinander bewegen und dementsprechend keine anderen Antriebsverhältnisse gestatten als 1 : 1. Der Aufbau und die Magnetisierung der Ringe erfordert die Bearbeitung besonders hochwertigen ferromagnetischen Materials und entweder ein anschließendes zeitaufwendiges Magnetisierungsverfahren oder das Vorsehen eines Elektromagneten. Zum Beispiel zeigt die GB-A 22 40 666 eine Anordnung mit einer konzentrischen Anordnung, bei welcher das Antriebselement und das getriebene Element jeweils eine Mehrzahl von tangential polarisierten Magneten umfassen, die sich zwischen dem radial polarisierten Magneten befinden. Diese Anordnung erfordert eine spezielle Bearbeitung und Magnetisierung, wobei die Magnete fortlaufend nebeneinander angeordnet sind anstatt mit einem Abstand hierzwischen.[0007]
Die GB 22 84 105 zeigt eine Anordnung, bei welcher eine Welle vorgesehen ist mit einer Spiralschienenanordnung, die die Übertragung eines Antriebs gestattet zusammen mit einer Mehrzahl von Rollen. Diese Anordnung erfordert die komplexe Bildung der Spiralschienenanordnung und schlägt keinen Einsatz diskreter Magnete vor in einer kreisförmigen Anordnung.[0008]
Die GB 15 79 646 beschreibt eine konzentrische Anordnung, bei welcher der Antrieb übertragen wird zwischen zwei Rotoren, die aus speziell gekrümmten Magneten bestehen, die zueinander versetzt sind. Es gibt keinen Vorschlag des Einsatzes von standardrechteckförmig geschnittenen Magneten, noch einen Abstand zu lassen zwischen benachbarten Magneten.[0009]
Die US 50 13 949 beschreibt eine Getriebeanordnung, bei welcher ein Planetenschema eingesetzt wird, um eine Rotation zwischen konzentrischen Wellen zu übertragen mit einem vorbestimmten Antriebsverhältnis. Diese Anordnung verwendet speziell ausgebildete Magnete mit teilzylindrischem Abschnitt und dementsprechend gibt es keinen Vorschlag des Einsatzes von Standardmagneten mit rechteckförmigem Schnitt. Darüber hinaus macht die Planetenart des Schemas es unpraktisch dort, wo das treibende und das getriebene Element isoliert sind durch eine Membran.[0010]
Die DE-A 37 19 973 und PT Electrotechnik, Elektronica, Band 44, Nr. 10, S. 46, beschreiben jeweils eine Anordnung, bei welchem magnetisch angekoppelte Elemente in zwei Achsen angeordnet sind, die einen Abstand voneinander besitzen, wobei jedoch das Problem der Bereitstellung einer Drehantriebsdurchführungsanordnung nicht angesprochen wird.[0011]
Es besteht dementsprechend ein Bedürfnis hinsichtlich eines Getriebesystems, für welches kein komplexes Bearbeiten oder Magnetisierungsschritte erforderlich sind.[0012]
Es wurde herausgefunden, daß es möglich ist, eine nicht konzentrische magnetische Kupplung bereitzustellen, bei welcher der magnetische Kupplungseffekt nur über einen kleinen Teil des Umfanges der Magnetanordnung oder des Antriebselementes zur Wirkung kommt anstatt um die gesamten 360º der Elemente in der konzentrischen Anordnung.[0013]
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Drehantriebsdurchführungsanordnung zur Verfügung für einen Rotationsantrieb durch eine Öffnung in der Wandung eines Gehäuses, welches im Betrieb dicht verschlossen ist, wobei die Anordnung die folgenden Merkmale umfaßt:[0014]
ein Verbindungselement zum dichtenden Befestigen an der Öffnung;
ein Nichteisen-Membranelement, welches im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und dichtend an einem Endbereich an dem Verbindungselement befestigt ist;
ein weiteres Verbindungselement, welches dichtend mit einem anderen Endbereich des Membranelementes verbunden ist;
ein längliches drehbares Rohrelement, welches wenigstens teilweise innerhalb des rohrförmigen Membranelementes angeordnet und in bezug hierauf drehbar ist;
ein magnetisches Element, welches mit dem länglichen drehbaren Rohrelement fest verbunden ist und eine oder mehrere von in Umfangsrichtung angeordneten Gruppen einzelner Magnetelemente umfaßt;
ein drehbar befestigtes, externes Antriebselement, welches außerhalb des Membranelementes angeordnet ist und eine oder mehrere von in Umfangsrichtung angeordneten Gruppen einzelner Magnetelemente umfaßt, die in Drehmoment übertragender Verbindung mit den jeweiligen Magnetelementen des drehbaren Rohrelementes stehen.
[0015] Bevorzugte Anordnungen gestatten, daß ein Antrieb übertragen wird relativ gleichmäßig über eine Membran bei einer Mehrzahl von unterschiedlichen Antriebsverhältnissen mit niedrigem oder vernachlässigbarem Winkelspiel. Darüber hinaus behebt die Anordnung eines nicht konzentrischen Antriebes die Aufbaueinschränkung, da es nicht länger strikt essentiell ist, das innere magnetische Antriebselement dicht innerhalb einer zylindrischen Membran zu montieren, die selbst konzentrisch innerhalb des äußeren Antriebselementes angeordnet ist, vorausgesetzt, es besteht eine hinreichende magnetische Kopplung zwischen den angrenzenden Bereichen der magnetischen Kupplungselemente.
[0016] Die Anordnung des nicht konzentrischen Antriebs bedeutet, daß das äußere Antriebselement nicht länger die Größe der Zugangsöffnung durch die Nlembran beschränkt. Dementsprechend kann das Membranelement in ein Flanschelement mit größerem Durchmesser eingeschlossen oder angeschlossen sein, als dasjenige des äußeren Antriebselementes. Obwohl weniger Magnete zum Einsatz kommen können, bevorzugt man, daß jeweils Gruppen mit mindestens 6 und vorzugsweise mindestens 8 Magneten vorgesehen sind. Eine typische Anordnung setzt 16 Magnete ein für ein vernachlässigbares Winkelspiel. Für eine größere Drehmomentfähigkeit können die Antriebselemente 2 oder mehrere Umfangsschichten einzeln beabstandeter Magnete umfassen. Bei den Magneten handelt es sich vorzugsweise um seltene Erdmetallmagnete.
[0017] Durch diese Anordnung kann eine hochwirksame magnetische Übertragung bereitgestellt werden unter Einsatz einzelner magnetischer Elemente mit rechteckförmigem Querschnitt, die leicht verfügbar sind, und dementsprechend erfordert die Produktion keine komplexe Bearbeitung oder anschließende Magnetisierung des Antriebs oder die Bereitstellung elektromagnetischer Spulen usw. Durch den Einsatz einzelner Magnete kann eine Kupplung aufgebaut werden mit bei weitem mehr Polen als dies leicht erreichbar wäre unter Einsatz ringförmig magnetisierter Mehrfachpolelemente, was zu signifikanten Vorteilen führt hinsichtlich des Kupplungsdrehmomentes und der Steifigkeit.
[0018] Der Begriff einzelne Magnetelemente schließ nicht die Möglichkeit aus, daß die Elemente "eingeschlossen" sind, beispielsweise durch ein Harz oder auf andere Weise in den Antriebsbereich integriert sind.
[0019] Vorzugsweise besitzt jede der Umfangsgruppen einzelner Magnetelemente zwei im wesentliche kreisförmige innere und äußere Halteelemente, wobei die Magnetelemente zwischen den Halteelementen angeordnet sind. Die Polachsen der Magnetelemente an dem rohförmigen Drehelement und an dem Antriebselement können radial ausgerichtet sein und aufeinanderfolgende Magnetelemente in jeweils einer Gruppe können entgegengesetzte Polarität besitzen.
[0020] Die Durchführungsanordnung kann ein längliches relativ feststehendes Element umfassen, welches sich zumindest teilweise durch das drehbare Rohrelement hindurch erstreckt und im Betrieb in das Gehäuse hineinragt. Das Membranelement ist vorzugsweise zumindest teilweise zylindrisch und umschließt eng das drehbare rohrförmige Elemente mit einem Spiel. Das weitere Verbindungselement weist vorzugsweise einen äußeren Durchmesser auf, welcher größer ist als der äußere Durchmesser des externen Antriebselementes.
[0021] Vorzugsweise ist das interne und/oder externe Antriebselement aus zwei oder mehr ringförmigen Gruppen einzelner beabstandeter Magnete aufgebaut.
[0022] Die Anzahl der Magnete auf dem internen und externen Antriebselement kann derart sein, daß ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 oder ein unterschiedliches Verhältnis zur Verfügung gestellt wird.
[0023] Das externe Antriebselement ist bevorzugt drehbar mit einer Klammer verbunden, welche am Membranelement befestigt ist oder einen Teil des Membranelementes bildet. Das externe Antriebselement kann mittels Lageranordnungen drehbar gelagert sein, deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als derjenige des Antriebselementes.
[0024] Obwohl ursprünglich die Anordnung für den Einsatz spezieller Vakuumgehäuse ausgelegt war, lassen sich die Prinzipien allgemein auf einen weiten Bereich von Übertragungssystemen anwenden.
[0025] Bevorzugte Anordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung erfordern keine Schmier- oder Kühlmittel, die über irgendwelche Schmiermittel hinausgehen, welche normalerweise für Wellenlager usw. erforderlich sind. Verglichen mit herkömmlichen Zahnradsystemen sind die bevorzugten Anordnungen kontaktlos, so daß die "Eingriffs"-Bereiche abnutzungsfrei sind und dementsprechend auch keine Abriebspartikel oder anderen Abfall erzeugen.
[0026] Die Erfindung kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden und lediglich beispielhaft werden drei Ausführungsformen nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnung:
Fig. 1 ist eine Endansicht einer ersten Ausführungsform des Übertragungssystems gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Endansicht einer zweiten Ausführungsform des Übertragungssystems gemäß der Erfindung und
Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform des Übertragungssystems gemäß der Erfindung.
[0027] In Fig. 1 sind zwei Antriebsscheiben 10, 12 auf jeweils parallel zueinander beabstandeten Wellen 14, 16 über Lager 18, 20 montiert. Um die Peripherie einer jeden Scheibe 10, 12, ist eine Reihe im Abstand voneinander angeordneter Magnete 22 mit rechteckförmigem Querschnitt angeordnet, wobei deren Polachsen radial verlaufen und benachbarte Magnete eine wechselnde Polarität besitzen. Jede Scheibe besitzt einen inneren ringförmigen Käfig 24, an welchem die inneren Enden der Magnete anliegen und einen äußeren ringförmigen Käfig 26, der die äußeren Enden der Magnete umgibt. In der Gleichgewichtsposition sind die Antriebsscheiben derart angeordnet, daß der nächste Magnet auf einer Scheibe einem Magnet entgegengesetzter Polarität auf der anderen Scheibe gegenüberliegt, so daß eine starke Radialanziehungskraft zur Verfügung gestellt wird und eine Nettotangentialkraft von Null zwischen den Antriebsscheiben besteht. Wenn eine Scheibe rotiert, wird die Gleichgewichtsposition momentan gestört, so daß die Magnetlinien zwischen den zuvor ausgerichteten Magneten nun eine Tangentialkomponente besitzen, die dazu führt, daß die andere Scheibe sich dreht um das Gleichgewicht wieder herzustellen, bis das nächste Magnetpaar entgegengesetzter Polarität in Ausrichtung miteinander gebracht worden sind. Somit stellt das System eine Form von magnetischer Verzahnung zur Verfügung mit einer hohen Steifigkeit und einem minimalen Winkelspiel, wobei das Zahnverhältnis bestimmt wird durch die Anzahl der Magnete einer jeden Antriebsscheibe.
[0028] Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendet ähnliche Komponenten, so daß diese mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet werden und nachfolgend nicht erneut im Detail beschrieben werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Antriebsscheiben 10, 11 konzentrisch innerhalb einander angeordnet, wobei die Rotationsachsen der Wellen 14 und 16 parallel zueinander verlaufen. Hier drehen sich die Antriebsscheiben 10 und 12 miteinander; es sein denn, das übertragene Drehmoment überschreitet die magnetische Kupplungskraft, so daß dementsprechend das Antriebsverhältnis 1 : 1 beträgt.
[0029] Bei diesen Beispielen ist die Verzahnung kontaktlos, erfährt nur einen geringen oder gar keinen Versatz, stellt einen gleichmäßigen Antrieb zur Verfügung und ist in der Lage, ein signifikant großes Ausmaß an Drehmoment zu übertragen. Wenn größere Drehmomentübertragungsfähigkeiten erforderlich sind, können weitere kooperierende Antriebsscheiben auf den Dellen angeordnet werden, um eine hintereinanderliegende Anordnung bereitzustellen.
[0030] Verglichen mit Kupplungen, die eine Verarbeitung und Magnetisierung oder Elektromagnete erfordern, führen diese Ausführungsformen, die einzelne Magnete in einem Halterahmen einsetzen, zu einer kostengünstigeren Montage, ohne daß unerwünschte Einschränkungen hinsichtlich der Herstellungsgröße auftreten. Darüber hinaus wurde herausgefunden, daß durch die Anordnung der einzelnen Magnete mit alternierender Polarität entsprechend der Darstellung in den Fig. 1 und 2 mit alternierenden N-S-Flächen um die Peripherie der konzentrischen Anordnung die Stabilität der Kupplung in starkem Maße verbessert wird. Dies liegt an der abrupten Beendigung der Magnetpole an den Kanten der Magnete. Bei einem Vergleich würden herkömmlich einstückige Mehrfachmagnete zu einer "weichen" nicht stabilen Kupplung führen, da es unmöglich ist, die Pole abrupt in einem homogenen Material enden zu lassen.
[0031] Es ist jedoch herauszustellen, daß die Magnete statt dessen auch angeordnet werden können, derart, daß sie die gleiche Polarität besitzen, d. h. mit allen N-(oder S)-Flächen an einem Antriebselement und alle S-(oder N)- Flächen auf dem anderen. Obwohl dies nicht eine gute Stabilität ergibt, könnte es dort nützlich sein, wo eine ungerade Anzahl von Magneten zum Einsatz kommt, oder wo nur wenige verwendet werden oder aber nur dort, wo nur ein geringes Kupplungsdrehmoment oder ein geringer "Ausbruch" erforderlich sind.
[0032] Unter Bezugnahme auf Fig. 3 umfaßt die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Mechanismus zum Heizen des Halbleitersubstrats während der Dünnfilmdeposition.
[0033] Die Dünnfilmdeposition ist ein Verfahren, welches zum Einsatz kommt bei der Herstellung oder der Forschung hinsichtlich elektronischer Halbleitereinrichtungen, optischer Komponenten, Magnetspeichereinrichtungen oder anderen Technologien, die ein gesteuertes Wachstum erfordern. Während des Verfahrens werden Materialien gesputtert, evaporiert oder injiziert als Gase in Richtung auf ein geheiztes Substrat, welches in einem Vakuum angeordnet ist. Es ist oftmals kritisch, daß das Vakuum bei extrem niedrigem Druck vorliegt. Dies erfordert, daß die Verfahrensinstrumentierung eine Ganzmetallkonstruktion ist, mit der Möglichkeit Temperaturen von 250ºC zu tolerieren (erforderlich um den Entgasungsprozeß zu beschleunigen).
[0034] Um eine gleichförmige Dicke des deponierten Filmes zu ermöglichen, sollte das erhitzte Substrat gedreht werden.
[0035] Der Mechanismus 30 ist so ausgelegt, daß er dichtend an eine Zugangsöffnung 32 in der Wand 34 eines Vakuumbehälters angekoppelt ist, mit Hilfe eines Hauptflansches 36. Der Hauptflansch 36 ist dichtend an eine Nichteisendünnmetallmembran 38 angekoppelt, die mit ihrem anderen Ende an einen Flansch 40 angeschlossen, der eine Zugangsöffnung definiert.
[0036] In einem Grundaufbau kann ein Servicezugangsflansch dichtend an dem Flansch 40 befestigt sein und eine längliche Abstützung tragen, die in das Vakuumgehäuse sich hineinerstreckt, wobei jedoch bei dieser speziellen Ausführungsform ein optisches Z-Schaltmodul 86 erläutert ist. Der Flansch 40 ist dichtend an einen weiteren Flansch 42 angeschlossen, welcher selbst dichtend an ein Rohr 44 angekoppelt ist, die eine Balganordnung 46 umfaßt, derart, daß die wirksame Länge des Rohres 44 vergrößert und verkleinert werden kann. An seinem anderen Ende ist das Rohr 44 an einen Flansch 48 angeschlossen, welcher dichtend an einem Flansch 50 angekoppelt ist mit einer Bohrung, in welcher ein steifes Rohr 52 (andererseits auch hier als festes Element bezeichnet) abgedichtet ist.
[0037] Das steife Rohr 52 erstreckt sich durch die Bohrung des ausziehbaren/zusammenschiebbaren Rohres 44 und die Bohrung der Membran 48 ragt in den Vakuumbehälter hinein. An seinem inneren Ende trägt das steife Rohr ein Heizmodul 54. Das steife Rohr 52 besitzt eine substantiell größere Bohrung als herkömmlich Vakuumdurchführanordnungen und gestattet es, daß starke Stromleitungen 56 oder andere Serviceelemente wie Mehrfachthermoelemente, diagnostische Einrichtungen, Wasserkühlrohre und Differentialpumpen (nicht dargestellt) durch das steife Rohr 52 hindurchgeführt werden können. Das anderen Ende des steifen Rohres 52 trägt einen Flansch 58, welcher dichtend mit einem Serviceeingangsflansch 60 verbunden ist. Die Membran 38, das ausziehbare/zusammenschiebbare Rohr 44 und das äußere Ende des steifen Rohren 52 isolieren zusammen das Innere von dem Äußeren.
[0038] Ein Drehmomentrohr 62 (auch hier als drehbares rohrförmiges Element bezeichnet) ist konzentrisch innerhalb der Membran 38 montiert mit Hilfe einer Lageranordnung 64, welche in Bohrungen in den Hauptflansch 36 laufen, sowie eines weiten Flansches 40 (sonst hier auch als Anschlußelement bezeichnet) bzw. eines weiteren Anschlußelementes. Das Drehmomentrohr erstreckt sich nach innen über den Hauptflansch 36 hinaus und ragt in das Innere des Vakuumgehäuses. An seinem inneren Ende ist es an eine Substratstützkralle 66 angeschlossen, die ein Substrat 68 hält, und beim Betrieb dreht sich das Substrat vor dem Heizmodul 54. Das Drehmoment 62 trägt an seiner äußeren Peripherie eine oder mehrere ringförmige Gruppen einzelner Magnete 70 mit rechteckförmigem Querschnitt. Die Magnete werden durch innere Käfige 72 an Ort und Stelle gehalten und die Anzahl der Magnete, ihr Abstand voneinander und alternierende Polarität kann typischerweise ähnlich sein wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Größe und der Ort der Magnete sind derart, daß sie eng innerhalb der nichtmagnetischen Membran 38 eingepaßt sind, so daß sich das Drehmomentrohr 62 frei drehen kann. Ein äußerer Antriebsrotor 64 (sonst hier auch als externes Antriebselement bezeichnet) umfaßt drei ähnliche ringförmige Gruppen von Magneten 70, die durch Käfige 72 an Ort und Stelle gehalten werden. In Abhängigkeit von dem erforderlichen Antriebsverhältnis können die Anzahl, der Abstand und die Polarität der Magnete typischerweise ähnlich sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Der Antriebsrotor 74 ist zur Drehung um eine Achse parallel zur Rotationsachse des Drehmomentrohres 62 montiert mit Hilfe von zwei Stummelachsen 76 kleinen Durchmessers, die von Lagern 78 aufgenommen werden, welche an einem Ende durch eine Klammer 80 abgestützt sind, die an den Hauptflansch angeschlossen ist, während das andere Ende von einer Klammer 82 gehalten ist, die an einem weiteren Flansch 40 angeschlossen ist, derart, daß der Antriebsrotor in einer magnetischen Drehmoment übertragenden Beziehung steht mit den Magneten an dem Drehmomentrohr 62. Der Antriebsrotor 74 wird mit Hilfe eines Motors 84 und eines (nicht dargestellten) Treibriemens, sowie einem Rollensystem angetrieben. [0039] Somit kann das Substrat 68 vor dem Heizmodul 54 mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die bestimmt wird durch die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 84 und das Antriebsverhältnis zwischen dem Treibelement und dem Drehmomentrohr.
[0040] Das wahlweise eingesetzte Z-Achsenmodul 86 ist angeschlossen zwischen dem Flansch 42 und dem Flansch 48, um die wirksame Länge des ausziehbarenlzusammenziehbaren Rohres zu variieren und dementsprechend die Längs- oder Z-Achsenverschiebung zwischen dem Heizmodul 54 und der Rückseite des Substrates 68 zu variieren. Das Z-Achsenmodul kann angetrieben werden mit Hilfe eines Motors oder eines Handrades.
[0041] Eines der wichtigen Merkmale dieser Anordnung liegt darin, daß der Innendurchmesser des steifen Rohres 52 wesentlich größer ist als derjenige bei herkömmlichen Anordnungen. Bei herkömmlichen konzentrischen Anordnungen muß der Flansch 40 einen sehr viel kleineren Durchmesser besitzen, da er hinreichend klein sein muß, damit das äußere konzentrische Antriebselement für Serviceleistungen darübergreifen kann. Diese Einschränkung bedeutet, daß der Durchmesser des inneren steifen Rohres viel kleiner ist.
[0042] Der große Bohrungszugang durch das drehbare Element macht es möglich, daß Starkstromleitungen, mehrfache Thermoelemente, diagnostische Elemente, Wasserkühlrohre und Differentialrohre durch das Rohr hindurchgeführt werden können, wobei sogar eine Längsbewegung von Gegenständen innerhalb des steifen Rohres erreicht werden kann. Bei einer typischen Anordnung gemäß der Erfindung kann die Zugangsöffnung einen Durchmesser von 50 mm oder weit darüber hinaus besitzen. Herkömmliche konzentrische Systeme sind begrenzt auf einen Durchmesser von etwa 15 mm.
[0043] Der Einsatz von Flanschen mit großem Bohrungszugang gestattet es, daß der Heizunterstützungsaufbau dem Bedürfnis nach weiter ansteigenden Substratgrößen angepaßt wird. Das Verhältnis der treibenden zu den getriebenen Magnetanordnungen kann geändert werden zur Anpassung an die Drehgeschwindigkeitserfordernisse und zur Reduzierung der gesamten Instrumentation. Die exzentrische Kupplung erfordert nur eine Gruppe von großen Drehmomentrohrlagern (welche teuer sind), da sich der Antriebsrotor auf herkömmlichen kleinen Lagern drehen kann.

Claims

1. Antriebsdurchführung zum Durchführen eines Drehantriebs durch eine Öffnung (32) in einer Wandung (34) eines Gehäuses, welches im Betrieb dicht verschlossen ist, wobei die Antriebsdurchführung folgendes umfaßt, ein Verbindungselement (36) zum dichtenden Befestigen an der Öffnung (32);

ein eisenloses Membranelement (38), welches im wesentlichen röhrenförmig ausgebildet ist und dichtend an einem Endbereich an dem Verbindungselement (36) befestigt ist;

ein weiteres Verbindungselement (40), welches dichtend mit einem anderen Endbereich des Membranelementes (38) verbunden ist;

ein längliches, drehbares Rohrelement (62), welches wenigstens teilweise innerhalb des röhrenförmigen Membranelementes (38) angeordnet und bzgl. diesem drehbar ist;

ein magnetisches Element, welches mit dem länglichen, drehbaren Rohrelement (62) fest verbunden ist und eine oder mehrere von in Umfangsrichtung angeordneten Gruppen einzelner Magnetelemente (70) umfaßt;

ein drehbar befestigtes, externes Antriebselement (74), welches außerhalb des Membranelementes (38) angeordnet ist und eine oder mehrere von in Umfangsrichtung angeordneten Gruppen einzelner Magnetelemente (70) umfaßt, die in drehmomentübertragender Verbindung mit den jeweiligen Magnetelementen des drehbaren Rohrelementes (62) stehen;

dadurch gekennzeichnet, daß

das externe Antriebselement derart angeordnet ist, daß dessen Drehachse im wesentlichen parallel, jedoch beabstandet von der Drehachse des drehbaren Rohrelementes (62) ausgerichtet ist.

2. Antriebsdurchführung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der in Umfangsrichtung angeordnete Gruppe einzelner Magnetelemente zwei im wesentlichen kreisförmige innere und äußere Käfigelemente (72) aufweist, wobei die Magnetelemente (70) zwischen den Käfigelementen (72) angeordnet sind.

3. Antriebsdurchführung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polachsen der Magnetelemente (70) des drehbaren Rohrelementes (62) und des Antriebselementes (74) radial angeordnet sind.

4. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinander folgende Magnetelemente (70) jeder Gruppe entgegengesetzte Polarität aufweisen.

5. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ferner ein längliches, feststehendes Element (52) umfaßt, welches sich wenigstens teilweise durch das drehbare Rohrelement (62) erstreckt und im Betrieb in das Gehäuse hinein ragt.

6. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranelement (38) das drehbare Rohrelement (62) wenigstens teilweise zylindrisch eng mit einem vorbestimmt Spiel umschließt.

7. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Verbindungselement (40) einen äußeren Durchmesser aufweist, welcher größer ist als der äußere Durchmesse des externen Antriebselementes.

8. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das interne und/oder externe Antriebselement aus zwei oder mehr ringförmigen Gruppen einzelner, beabstandeter Magnete (70) aufgebaut ist.

9. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Magnete auf dem internen und externen Antriebselement derart ist, daß ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 zur Verfügung steht.

10. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Antriebselement drehbar mit einer Klammer verbunden ist, welche am Membranelement (38) befestigt ist oder einen Teil des Membranelementes (38) ausbildet.

11. Antriebsdurchführung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Antriebselement, (74) mittels Lageranordnungen (78) drehbar gelagert ist, dessen Durchmesser im wesentlichen kleiner ist als derjenige des Antriebselementes (74).