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Vorrichtung zum berührungslosen senkrechten Transportieren von Bauteilen - Dokument DE19916923A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19916923A1 26.10.2000
Titel Vorrichtung zum berührungslosen senkrechten Transportieren von Bauteilen
Anmelder Technische Universität München, 80333 München, DE
Erfinder Höppner, Jürgen, 85777 Fahrenzhausen, DE;
Zimmermann, Josef, 93047 Regensburg, DE;
Klingel, Robert, 80469 München, DE
Vertreter Schweizer, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 80993 München
DE-Anmeldedatum 14.04.1999
DE-Aktenzeichen 19916923
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse B65G 54/02
IPC-Nebenklasse B06B 1/02   B65G 43/08   
Zusammenfassung 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.

Beschreibung[de]

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 Fördereinrichtungen bekannt. Derartige Einrichtungen arbeiten jedoch nicht vollständig berührungslos, da die Teile, Stoffe oder Behälter innerhalb eines Rohres gefördert werden, so daß eine Berührung mit der Rohrwandung praktisch unvermeidbar ist. Falls die Förderstrecke Kurven aufweist, treten geschwindigkeitsabhängige 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 eingesetzt 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 Anwendungsfall werden die Wafer in einem Transportbehälter abgelegt, der danach 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 Schallerzeugungsmittel 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 elektrischen 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 Schallerzeugungsmittel vorgesehen, so daß mehrere übereinanderliegende Halteebenen 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 Überlappung vorzusehen. Somit wird ein Bauteil, das sich auf einer abgesenkten unteren Ebene befindet, durch die Hebung der Ebene mit angehoben. In der oberen 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 Übergabemechanismus auch durch ein wechselseitiges Zu- und Abschalten benachbarter 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 Schallquellenanordnung 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 Schallerzeugungsmittel 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 transportiert werden. Da die Arbeitsstationen aus technologischen Gründen nicht alle auf einer Ebene liegen können, ist mit der Erfindung somit das erforderliche Absenken und Anheben möglich.

Nach Anspruch 2 wird die Vorrichtung vorteilhaft weitergebildet, indem in Gegenüberlage zu den schallabstrahlenden Flächen Schallreflektoren angeordnet 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 Gegenüberlage zu den schallabstrahlenden Flächen zweite Schallquellen angeordnet sind. Diese Schallreflektoren verstärken die Haltekraft der Halteebenen noch mehr. Weiterhin wird es durch die gegeneinander wirkenden Schallquellen möglich, die Lage der Halteebenen sehr präzise einzustellen, was vorzugsweise durch die Änderung der Phasenlage erfolgt.

Nach Anspruch 4 werden für jede der Schwingergruppen unterschiedliche Wellenlängen verwendet. Somit können die Abstrahlflächen aller Schwingergruppen 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 liegen müssen.

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

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

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

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Stehwellenlevitators mit Phasenverschiebung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Funktionsweise einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In der Fig. 1 sind mit dem Bezugszeichen S jeweils Schallquellen bezeichnet, die paarweise gegenüberstehen. Jede der Schallquellen S sendet Schallwellen in Richtung der gegenüberliegenden Schallquelle aus. Es bilden sich Levitationsstehwellen 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 verschiedenen 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 Schallquelle 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 Schallquelle 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 Schallquelle 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 Anordnung 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 verwendet, 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.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum berührungslosen Transportieren eines Bauteils (BT) auf einer senkrechten Bahn, wobei die Vorrichtung die nachfolgenden Merkmale aufweist:
    1. - erste Schallerzeugungsmittel (1, 2, 3) zum Erzeugen von Levitationsschallwellen, die geeignet sind, das 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
    2. - 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.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenüberlage zu den schallabstrahlenden Flächen Schallreflektoren angeordnet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenüberlage zu den schallabstrahlenden Flächen zweite Schallquellen angeordnet sind.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Schwingergruppen unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden und die Abstrahlflächen aller Schwingergruppen in einer Ebene liegen.
  5. 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 liegen.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabe des Bauteils von Ebene zu Ebene durch Abschalten der nächsthöheren oder nächsttieferen Ebene erfolgt.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung an einer höhenverstellbaren Haltevorrichtung befestigt ist.






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