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Hintergrund der Erfindung
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Viele Fertigungsumgebungen bestehen aus räumlich verteilten Bearbeitungswerkzeugen, im Gegensatz zu sequentiellen Werkzeugen, die entlang einer linear angeordneten Fertigungslinie angeordnet sind. Dieses betrifft insbesondere Fertigungsumgebungen, in denen „work in process“ oder eine „Arbeitsentität“ erneut in ein Werkzeug eingebracht wird, nachdem diese von einem anderen Werkzeug oder von anderen Werkzeugen bearbeitet worden ist. Das erneute Einbringen in dasselbe Werkzeug vermeidet Werkzeugduplikationen, welches insbesondere in Umgebungen wichtig ist, in denen die Kapitalkosten der Werkzeuge hoch sind.
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Eine Halbleiterfertigungsumgebung ist ein Beispiel für eine Umgebung, in der wegen hoher Werkzeugkosten eine Arbeitsentität in ein bestimmtes Werkzeug oder einen bestimmten Werkzeugtyp mehrfach eintritt. Bearbeitungswerkzeuge sind in einer Halbleiterfertigungsumgebung typischerweise räumlich in der Fabrik gemäß ihrer Funktion getrennt. So ähnelt der Arbeitsablauf einer chaotischen Bewegung der Arbeitsentität. Wenn mehrere Arbeitsentitäten gleichzeitig bearbeitet werden und sie sich zwischen mehreren Werkzeugen bewegen, schneiden sich die Arbeitsabläufe.
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In modernen Fabriken wird der Fortschritt von multiplen Arbeitsentitäten durch die hohe Anzahl von Fertigungsschritten und assoziierten Werkzeugen durch Transportnetzwerke ermöglicht. Die gleichzeitige Prozessierung einer Mehrzahl von Arbeitsentitäten, die notwendig sind, um die Nutzung der Fabrikwerkzeuge und die Produktionsleistung zu maximieren, führt zu einer hoch komplizierten Logistik. Hohe Effizienz und Koordination in der Arbeitsentitätsbewegung sind daher erforderlich. Ohne ein effizientes Transportnetzwerk, welches dazu in der Lage ist, schnelle Echtzeitantworten zu generieren, können sich Engstellen in dem Arbeitsfluss in oder aus einigen Prozesswerkzeugen entwickeln (Flussdichte), während andere Prozesswerkzeuge von Arbeit verschont werden. Ein solches effizientes Transportnetzwerk muss daher eine hohe Lieferkapazität, hohe Geschwindigkeit und eine asynchrone Fähigkeit aufweisen, mittels derer Arbeitsträger unabhängig voneinander bewegt werden können. Die Transportinfrastruktur ist die ermöglichende Technologie für solche effiziente Logistik.
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In einer rekursiven Prozessflussumwelt, wie beispielsweise innerhalb einer Halbleiterfertigungsumwelt, erfordert die gleichzeitige Nutzung von bis zu einhundert individuellen Prozesswerkzeugen ein Logistiknetzwerk, welches dazu in der Lage ist, die richtige Arbeitsentität zu der richtigen Zeit zu jedem der Werkzeuge zu liefern. Je höher die Nutzung eines jeden Prozessierungswerkzeuges ist, umso höher ist der Fabrikoutput, welches gleichzeitig einer erhöhten Effizienz des Wirtschaftskapitals entspricht.
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Fördersysteme sind ein besonderer Typ von Transportsystemen, welche in gegenwärtigen Fabrikumgebungen verwendet werden. Ein Fördernetzwerk kann von mehreren hundert beweglichen Arbeitsträgern geteilt werden, die gleichzeitig zu verschiedenen Werkzeugen entsendet sind. Die Entsendungskapazität hängt von der Flussdichte und der Fördergeschwindigkeit ab. Dennoch sind die Flussdichte und die Geschwindigkeit limitiert durch zusätzliche Anforderungen von Nulltoleranz für Kollisionen zwischen Arbeitsentitäten innerhalb des Fördersystems und von einer partikelfreien Umgebung. Daher entsteht ein Konflikt zwischen den obigen Anforderungen.
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Ein Fördernetzwerk hat typischerweise Kreuzungen, Knoten und Äste zu mehreren Orten in einer Fabrik. Die offenen Förderenden sind Eingangs- und Ausgangsschnittstellen für die Fördertransportaufgabe an Arbeitsdurchführungsorten. An diesen Schnittstellen betreten und verlassen Entitäten die Förderdomäne. Wenn eine Arbeitsentität von einer dieser Schnittstellen zu einer anderen gemäß dem Stand der Technik reisen muss, muss ein Pfad für den Transit geräumt werden, um die Anforderung der Kollisionsvermeidung zu erfüllen. Im Normalfall arrangiert externe oder zentralisierte Versandsoftware einen solchen Transit durch simultane Steuerung der Bewegung aller anderen Arbeitsentitäten, welche anderenfalls mit der Arbeitsentität, die in Frage steht, interferieren würden. Diese Versandsoftware ist komplex aufgrund der vorhin genannten Durchsatzanforderung. Die Arbeitsentitäten müssen gleichzeitig miteinander mit einer Maximalrate ohne Kollision bewegt werden.
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Zusätzlich zu der Herausforderung einer hoch komplexen Kontrolle in dichten Fertigungsumgebungen ist die Generierung von Partikeln durch Fördersysteme von großer Bedeutung in Reinraumumgebungen. Daher ist die Effizienz von Transportsystemen in solchen Umgebungen bezüglich der Kontaminationsmöglichkeiten zu gewichten.
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Traditionelle Rollenförderer haben extrem geringe Partikelgenerierungen erreicht. Dennoch waren solche Anordnungen bislang nicht in der Lage, hohe Beschleunigungen von Artikeln oder Trägern (nachfolgend der Einfachheit halber als „Träger“ bezeichnet), die hierauf transportiert werden, aus einer gestoppten Position zu erreichen. Dieses liegt nicht daran, dass zu wenig Drehmoment für die Antriebsrollen zur Verfügung steht, sondern daran, dass, wenn ein hohes Startdrehmoment anzuwenden ist, die Rollräder rutschen und quietschen können. Dieses ist verwandt mit Autoreifen, die quietschen, wenn sie zu schnell von einem Stopp beschleunigt werden.
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In bestimmten Ausführungsformen wurde eine Hysteresekupplung in Verbindung mit synchronen oder von einem Schrittmotor angetriebenen Rollen oder Rädern in Abhängigkeit von der Ausführungsform verwendet, um einen solchen Schlupf zwischen den Trägern und den Antrieben zu eliminieren. Hysteresekupplungen ermöglichen eine asynchrone weiche Pufferung, ein Verfahren zum Bewegen von Trägern unabhängig voneinander und das Starten und Stoppen der Träger in sanften Weise. Auch wenn diese erfolgreich Schlupf verhindern, können es Hysteresekupplungen schwierig machen, hohe Beschleunigung zu erzielen, einschließlich des mehrfachen g-Bereiches. Eine sehr schnelle Beschleunigung und Verzögerung sind erforderlich, um den Durchsatz zu erhöhen und somit die Dichte der Träger, die auf dem weichen, gepufferten Förderer transportiert werden, sodass die Träger nicht kollidieren dürfen. Da sich die Träger asynchron bewegen, müssen sie schnell und kurz vor einer Kollision mit einem nachgeschalteten Träger stoppen, um eine erhöhte Dichte in der Förderungsumgebung zu erreichen und schnell zu starten, um die Interferenz mit stromaufwärtigen Trägern zu minimieren. Vorzugsweise sollen Start und Stopp innerhalb eines Liniensegmentes auftreten, das etwas größer ist als der Träger.
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Prinzipien der Physik geben vor, dass die Reibkraft, die dazu erforderlich ist, ein Objekt auf einer Fläche zu bewegen, abhängt von der Normalkraft und dem Reibungskoeffizienten für das Material ist. Mit anderen Worten ist diese unabhängig von der Kontaktfläche. Jedoch können mit komprimierbaren Materialien höhere Reibungskräfte durch selektives Erhöhen des Oberflächenkontakts erreicht werden. Ein Ergebnis dieser Erkenntnis war die erhöhte Ausnutzung von Bändern für den Trägertransport anstelle von Rädern mit einer Gummiantriebsfläche in Kontakt mit den Trägern. Dieser Anstieg des Flächenkontakts erhöhte die Reibungskraft zwischen Fahr- und Antriebsflächen.
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Unglücklicherweise ist die einfache Anordnung eines Antriebsbandes auf einem Rädersatz nicht sauber in Bezug auf die Generierung von Partikeln, insbesondere in Bezug auf das, was sich aus der Verwendung von angetriebenen Rädern und Leerlaufrädern allein ergibt. Die Partikelbildung der Bänder resultiert in erster Linie aus der Wechselwirkung des Bandes mit den Rädern unter dem Band, das heißt mit denjenigen, die das Gewicht eines Trägers tragen. Bisherige Untersuchungen an der Quelle der Partikelerzeugung stellen fest, dass das Band in vielen Fällen nicht kontinuierlichen, vollen Kontakt mit den darunterliegenden Rädern aufweist, aufgrund von Bearbeitungstoleranzen in den Rädern, den jeweiligen Achsen und/oder den Schienen, die die Räder stützen. Zum Beispiel wurde gefunden, dass einige stützende Laufräder in ständigem Kontakt mit dem darunterliegenden Band stehen und sich so zusammen mit dem Band drehen, während andere gestartet und gestoppt wurden, je nachdem, wann das Band sie berührte. Der letztere Kontakt war zufällig, was zu reibungsbedingten Drehzahlerhöhungen und Stopps der tragenden Laufräder führte. Dieser Effekt war manchmal abhängig davon, ob ein Träger über dem jeweiligen Teil des Bandförderers lag.
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Um einen kontinuierlichen Kontakt zwischen dem Riemen und allen Rädern in einem jeweiligen Förderabschnitt einschließlich der Leerlaufräder zu verleihen, wurde vorgeschlagen, dass das Band in einem Schlangenpfad zwischen Rädern wie beispielsweise über zwei Leerlaufrädern und dann hinunter unter dem nächsten anzuordnen sei. Während dieses dazu geeignet war, den Kontakt zwischen dem Riemen und allen Rädern aufrechtzuerhalten, führte dies zu einer erhöhten Motordrehmomentanforderung, die ebenfalls einen erhöhten elektrischen Strom und somit höhere Betriebskosten erforderte.
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Es besteht weiterhin die Notwendigkeit einer optimierten Transportlösung, die zu einer hohen Dichte, einem schnellen, flexiblen und asynchronen Arbeitsentitätstransport, einer hohen Lieferkapazität, einer Vermeidung von Arbeitsentitätskollisionen und einem geringen Partikelausstoß zur Verwendung in Reinraumumgebungen führt.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Um den inhärenten Konflikt zwischen der Notwendigkeit einer Hochgeschwindigkeitswerkstückförderung und der Vermeidung von Werkstückkollisionen zu lösen und den Durchsatz zu erhöhen, wird eine Infrastrukturförderstrecke gemäß einer Ausführungsform in Segmente unterteilt, wobei ein jedes über eine Länge verfügt, die ähnlich ist zu der einer Arbeitsentität oder eines Werkstückträgers. Ein Werkstückträger wird daran gehindert, in ein Fördersegment einzutreten, wenn dieses Segment bereits von einem anderen Werkstückträger besetzt ist. Eine solche Kollisionsvermeidung ist autonom, eingebettet in die Förderelemente, sodass ein natürlicher unabhängiger Fluss von versendeten Werkstückträgern möglich ist, ein Ansatz, der sich von dem zentralisierten Steuerungsmodell unterscheidet, wie dieses im Stand der Technik üblich ist. Durch die Teilung der längeren Förderstrecken des Standes der Technik in diskrete Segmente und durch die intelligente, lokale Steuerung von zwischen den Segmenten durchlaufenen Werkstückträgern wird das kapazitätsbegrenzende Verfahren zur Reservierung ganzer Förderstreckenläufe für versendete Arbeitsträger vermieden.
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Werkstückträger können von Schnittstelle zu Schnittstelle autonom mit hohen Strömungsdichten geschickt werden. Mit der Verwendung von lokalisierter, segmentbasierter Sensor- und Fördersteuerung können die Träger bei Bedarf angrenzende Segmente besetzen und können durch Knoten auf Basis einer „first come, first served“ oder „natürlichen“ Basis passieren.
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Wie eng Werkstückträger auf konsekutiven Fördersegmenten angeordnet sein können, ein Konzept, welches als „Stapeln“ bezeichnet wird, hängt zum Teil von Werkstückträgerbewegungsgeschwindigkeiten, das heißt der Fördergeschwindigkeit, ab. Im Stand der Technik verlangte das Verbot des Eintritts eines Werkstückträgers in eine bereits von einem anderen Werkstückträger besetzte Zone einen großzügigen Abstand der fahrenden Träger, um ausreichende Stoppabstände zu gewährleisten, um Kollisionen zu vermeiden. Je höher die Geschwindigkeit, desto größer die Stoppdistanz, welches in einer geringeren Flussdichte resultiert. Die Einschränkungen beim Stoppen (oder Start) des Standes der Technik sind eine Folge der Verwendung von Rollen, um die Werkstückträger auf einem teilchenfreien Förderer zu betreiben. Dennoch wurden solche Rollen bislang als das einzige Mittel zur Erzielung einer sauberen, partikelfreien Bewegung angesehen. Im Hinblick auf einen sauberen Transport nutzen die Rollenförderer mäßige Transportgeschwindigkeiten, um das Abrutschen der Werkstückträger auf den Rollen zu vermeiden, wenn plötzliches Stoppen notwendig war, um Kollisionen mit einem nachgeschalteten, stationären Werkstückträger zu vermeiden. Somit erfordert es das physikalische Prinzip der begrenzten Kontaktfläche zwischen Werkstückträgern und den Antriebsförderrollen, solch moderate Geschwindigkeiten vorzusehen.
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Bei elastischen Flächenkontakten nimmt die Reibungskraft mit zunehmendem Oberflächenkontakt zu. Um also den Flächenkontakt zwischen dem Förderantrieb und dem Werkstückträger zu erhöhen, werden einige der Räder oder Rollen des Förderers in verschiedenen Ausführungsformen mit Bändern mit hohem Reibungskoeffizienten ergänzt. Während jedoch der Reibeingriff zwischen den Werkstückträgern und dem segmentierten Förderer verbessert wird, kann das Einführen von Bändern, wie oben diskutiert, neue Partikelquellen, insbesondere in Bezug auf Leerlaufräder, einführen. Die Überwindung dieser Schwierigkeiten durch die hier beschriebenen Entwicklungen ermöglicht die Einführung von Hochgeschwindigkeits-, gegurteten-, lokal gesteuerten Segmentförderern, die eine hohe Beschleunigungs- und Verzögerungsgeschwindigkeit der Werkstückträger bereitstellen in sauberen Herstellungsumgebungen. Hieraus ergibt sich eine hohe Durchflussdichte bei hohen Geschwindigkeiten.
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Wenn Geschwindigkeiten hoch sind und Stopp- und Startstrecken kurz sein müssen, muss die Rate der Beschleunigung und Verzögerung des Werkstückträgers limitiert werden, um Verrutschen auf dem Band zu vermeiden, ein Zustand, der eine Kontamination mit Partikeln generieren könnte. Die vorherige Steuerung der Partikel durch begrenzte Beschleunigungs- und Verzögerungsraten wurde durch den Einsatz einer magnetischen Hysteresekupplung in Verbindung mit Förderstreckenantriebsrädern oder -rollen erreicht. Die Kupplung wirkt als Begrenzungseinrichtung auf das Antriebsrollendrehmoment und kann eingestellt werden, um zu entkuppeln, wenn eine plötzliche Anlaufbeschleunigung oder ein schnelles Stoppen eines Hochgeschwindigkeitsmotors ansonsten die Reibungskraft zwischen dem Förderer und dem Werkstückträger überschreiten würde. Die Anwendung einer solchen Kupplung erlaubt es, dass Massen und Geschwindigkeiten des Werkstückträgers variabel werden (z. B. die Gewichtsdifferenz zwischen einem vollen Werkstückträger gegenüber einem leeren Werkstückträger), während er einen maximalen Trägheitsbetrag nicht überschreitet.
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Es wurde jedoch festgestellt, dass die Verwendung eines elastischen Oberflächenkontaktes zwischen einem Förderband und einem Werkstückträger einen verbesserten Reibeingriff ermöglicht, wodurch die Notwendigkeit von kupplungsbasierten Techniken zur Begrenzung von Reibungskräften vermieden wird. Höhere Beschleunigungs- und Verzögerungsraten, die in lokale Segmentregler programmiert sind, können eingesetzt werden zur Verbesserung des Durchsatzes bei gleichzeitiger Vermeidung von Kollisionen. Eine solche Motorsteuerung kann durch Servo-Eingriffe oder durch Vordefinieren und Begrenzen der Schlupfmotor-Geschwindigkeitsraten, der Beschleunigung oder Verzögerung erreicht werden. So führen in einer teilchenfreien, sauberen Fertigungsumgebung segmentierte Förderer mit Bändern, die von offenen Schrittmotoren oder Servomotoren mit kontrolliert hohen Beschleunigungs- und Verzögerungsgeschwindigkeiten angetrieben werden, zu einem kollisionsfreien Fluss von Werkstückträgern mit hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit, welches zu einem erhöhten Förderdurchsatz führt.
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In einer besonderen, nicht einschränkenden Ausführungsform, wird zur Erzielung eines verbesserten Kontakts zwischen einem Antriebsriemen und Rädern innerhalb eines jeweiligen Förderabschnitts und insbesondere von Leerlaufrädern eine Umfangsnut in jedem unter dem Riemen angeordneten Rad ausgebildet. In der Nut wird sodann ein weicher, elastischer Materialring angeordnet. Der Ring ragt leicht über die Krone des Leerlaufrades hinaus. Der leichte Vorsprung des elastischen Ringes führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit des Kontakts mit dem Antriebsriemen, wenn er über die unebenen Laufräder läuft. Die Leerlaufräder drehen sich jederzeit in Übereinstimmung mit dem Antriebsriemen. Die Partikelbildung ist somit deutlich reduziert, und die Antriebsmotordrehmomentanforderungen werden auch im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Serpentinenbandausführung reduziert.
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Jeder elastische Ring ist so eingerichtet, dass er bei der Entladung durch einen Träger einen ständigen Kontakt mit dem darüberliegenden Riemen erhält. Wenn ein Träger oder ein anderer Gegenstand, der transportiert wird, angrenzend oder über einem jeweiligen Rad liegt, wird der elastische Ring zusammengedrückt, und der Riemen kommt mit der relativ harten Radkrone oder dem Umfang selbst in Berührung, wodurch der Kontaktbereich zwischen dem Riemen und dem Rad vergrößert wird. Somit werden das elastische Riemenmaterial und die Ausdehnung des Vorsprunges über der Radkrone ausgewählt, um einen hohen Grad an Riemenkontakt zwischen dem elastischen Ring und dem Riemen beim Entladen und beim direkten Kontakt zwischen der Radkrone und dem Riemen beim Beladen zu erzielen. Die schnelle Beschleunigung und Verzögerung der Träger wird mit einem relativ geringen erforderlichen Drehmoment und mit einer minimalen Generierung von Partikeln erreicht.
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Eine weitere Ausführungsform sieht die Verringerung der Partikel zwischen dem Riemen und den Leerlaufrädern vor. Anstatt einen hohen Reibungskoeffizienten und weiche Materialien (wie zum Beispiel den Ring, der die Synchronisation ihrer relativen Geschwindigkeiten gewährleistet) an ihrer Schnittstelle zu verwenden, verwendet diese nicht einschränkende Ausführungsform einen niedrigen Reibungskoeffizienten und ein härteres Leerlaufradmaterial, wie beispielsweise Nylon, und ignoriert den Mangel an synchronisierten Geschwindigkeiten. Bei dieser Ausführungsform sind die Leerlaufräder zylindrisch geformt, mit Ausnahme derjenigen an den beiden Enden der Bandschlaufe, die Zentrierkronen aufweisen. Das Band kann über alle Laufrollen und Antriebe elastisch gedehnt werden (welches die Notwendigkeit zusätzlicher Spannräder eliminiert).
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Kurze Beschreibung der mehreren Ansichten der Figuren
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1 zeigt eine Schnittansicht eines Rades gemäß der vorliegenden Erfindung, welches von einem Tragschienenrahmen getrennt ist;
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2 zeigt eine detaillierte Ansicht des Rades aus 1;
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3 zeigt eine Schnittansicht eines End-Leerlaufrades, welches die gekrönte Form weiter veranschaulicht;
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4 zeigt eine detaillierte Ansicht des Rades aus 3;
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Förderantriebssegments, in welchem ein Antriebsband gezeigt ist, mindestens ein Antriebsrad und eine Mehrzahl von Leerlaufrädern gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt eine Detailansicht des Rades aus 3 unter belasteten Bedingungen;
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7 zeigt eine Draufsicht auf ein Ende der Antriebswelle, die in 5 gezeigt ist und über ebene Vorsprünge auf gegenüberliegenden Enden verfügt;
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8 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Antriebsrades gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt eine Detailansicht eines zylindrischen Rades gemäß einer anderen Ausführungsform;
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10 zeigt eine Detailansicht eines zylindrischen Leerlaufrades aus 9 mit einem elastischen Band;
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11 zeigt eine Detailansicht eines Rades gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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12 zeigt ein Blockschaltbild einer Förderstrecke gemäß einer Ausführungsform; und
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13 zeigt ein Flussdiagramm der Logik für eine lokale Steuerung gemäß einer Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Diese Patentanmeldung ist eine teilweise Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 14/520,977, eingereicht am 22. Oktober 2014, die einen Anspruch auf die Priorität der US vorläufigen Patentanmeldung mit der Nr. 61/894,079, eingereicht am 22. Oktober 2013, beansprucht, wobei deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
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1 zeigt eine in Bezug auf einen Tragschienenrahmen 20 angeordnete Leerlaufradnabe 10. Die Radnabe, die hier auch einfach als „das Rad“ bezeichnet wird, kann aus einem harten, resilienten Material gebildet sein, welches gegen Partikel wie Polyurethan beständig ist. Eine bevorzugte Ausführungsform des Rades 10 verwendet 75 Shore D cast elektrostatische Entladungspolyurethanstäbe (ESD), die nach dem Gießen auf die gewünschte Form und Größe bearbeitet werden. Alternativ kann ein 67D polyesterthermoplastisches Polyurethan (TPU) wie ESTANE (TM von Lubrizol Advanced Materials, Inc., Cleveland, OH) 58137 TPU verwendet werden. Das Rad, wie in der Ausführungsform dargestellt, ist im Wesentlichen zylindrisch, obwohl, wie klarer aus 2 zu entnehmen ist, das Rad einen äußeren Umfang aufweist, der geneigt ist bezüglich der Symmetrieachse 24, die in der betreffenden Achse 18 zentriert ist. Insbesondere ist der Radius des Rades entweder an einer Vorderkante oder einer Hinterkante 13 kleiner als der Radius, der näher an der Mitte des Rades gemessen wird. Dieser Radiusunterschied kann linear oder gekrümmt sein, wobei letzterer in den Figuren dargestellt ist.
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Das Rad 10 ist auf einer Lageranordnung 16 angeordnet, die eine herkömmliche Konstruktion und Konfiguration aufweist. Die Lageranordnung 16 ist um eine Achse 18 angeordnet, die von einer Antriebsschiene 20 vorsteht. Die Achse ist in den Figuren mit einem Gewinde versehen und kann mit einer komplementären Gewindebohrung in der Antriebsschiene zusammengeführt werden. Jedoch kann die Achse in Bezug auf die Antriebsschiene in irgendeiner herkömmlichen Weise mechanisch zusammengeführt werden. Die Antriebsschiene ist in 1 L-förmig dargestellt, sie kann jedoch gleichwohl in einer Vielzahl von Formen zur Verfügung gestellt werden.
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Über die Radaußenumfangsfläche ist ein Schlitz 12 angeordnet. Wie in 2 gezeigt, ist der Schlitz um den Umfang des Rades kontinuierlich, um einen ringförmigen oder kreisförmigen Schlitz zu bilden, in dem ein Ring aus elastischem Material 14 vorgesehen ist. In einer ersten gezeigten Ausführungsform sind der Schlitz und der Ring aus elastischem Material bezüglich ihres Querschnittes rechteckig, wenngleich in anderen Ausführungsformen abweichende Geometrien verwendet werden können. Beispielsweise kann in einer anderen Ausführungsform der elastische Ring einen kreisförmigen oder eiförmigen Querschnitt aufweisen, während der Schlitz einen komplementären halbkreisförmigen oder halb-ovoiden Querschnitt aufweist. Der elastische Ring ist vorzugsweise so eingerichtet, dass er eine maximale Dicke aufweist, gemessen an der radialen Richtung des Rades, die geringfügig größer ist als die maximale Tiefe des Schlitzes. Somit erstreckt sich der elastische Ring normalerweise mit einem Abstand x über die proximale Fläche des Rades selbst hinaus. Der elastische Ring ist aus Polyurethan in einer ersten Ausführungsform vorgesehen, obwohl auch andere weiche, zusammendrückbare, nicht fabrizierbare Materialien verwendet werden können. Solche anderen Materialien können Silikon und Kautschuk einschließen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der elastische Ring gestreckt und über den Radaußenumfang in den Schlitz gedrückt. Der Durchmesser des elastischen Rings im Ruhezustand kann kleiner sein als der Durchmesser des Schlitzes, sodass der elastische Ring durch eine Reibpassung in seiner Position gehalten wird in einer Ausführungsform. In anderen Ausführungsformen wird der elastische Ring durch eine Klebeverbindung oder durch mechanische Mittel, einschließlich Reibpassung, zwischen den Seitenwänden des elastischen Rings und den Seitenwänden des Schlitzes (nicht gezeigt), gehalten.
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In 3 ist ein Antriebsband 22 im Querschnitt dargestellt, welcher über der Oberseite des elastischen Rings 14 angeordnet ist. Dieses ist ebenfalls in 4 detaillierter dargestellt. Wenn kein Träger oder anderer Gegenstand auf oder in der Nähe des jeweiligen Rades transportiert wird, bleibt die Bandunterfläche zumindest mit der oberen und äußeren Oberfläche des elastischen Rings 14 in Kontakt, wodurch das jeweilige Rad sofort und ohne Rutschen reagieren kann und ohne Rutschen bezüglich der Bewegung des Bandes. Sollte ein Rad einen Defekt in einem äußeren Ausmaß aufweisen oder wenn eine Achse 18 gebogen ist oder nicht anderweitig orthogonal zu einer Antriebsschiene steht, so kann das Band zeitweise mit der Außenfläche des Rades selbst in Kontakt kommen. Der elastische Ring soll jedoch sicherstellen, dass das Band stets in Kontakt ist mit dem jeweiligen Rad, entweder direkt oder indirekt, um die Generierung von Partikeln zu vermeiden, die durch einen intermittierenden Kontakt zwischen Riemen und Rad entstehen.
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Die Wahl der Materialien für den Antriebsriemen 22 hängt teilweise von den gewünschten Werten für Durometer und elektrische Leitfähigkeit ab. Pyrathane 83ASD und Stat-Rite S- 1107 sind typische Bandmaterialien. Ein Band aus Pyrathane ist etwas weicher und elastischer, aber gleichzeitig weniger elektrisch leitfähig. Ein Band aus Stat-Rite ist härter und steifer, aber gleichzeitig elektrisch leitfähiger. Vorzugsweise wird das elastomere Band auf die Räder gedehnt und dient dazu, übereinanderliegende Werkstückträger direkt durch Wechselwirkung mit allen Leerlauf- und Antriebsrädern zu transportieren.
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Sobald ein Träger (nicht gezeigt) auf dem Band 22 oberhalb oder in der Nähe eines bestimmten Rades 10 ist, reicht das Gewicht des Trägers aus, um den elastischen Ring 14 so zu komprimieren, dass das Band 22 in den direkten Kontakt mit der relativ harten Oberfläche der Radaußenfläche tritt, wie in 6 gezeigt. Die Härte des Rades sorgt dafür, dass das Band nicht eintaucht, wenn das Gewicht des Trägers jedes Rad passiert und stattdessen einen ebenen, glatten Übergang für den Träger bereitstellt. Darüber hinaus sorgt eine erhöhte Kontaktfläche zwischen dem Banduntermaß und dem Radumfang gegenüber dem Berührungsbereich zwischen dem Bandunterteil und dem elastischen Ringumfang für eine ausreichende Reibungskraft, um eine genaue Drehverfolgung zwischen Band und Rad zu erzielen.
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In 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Antriebssegments gezeigt. Die Länge eines Fördersegments wird durch eine Anzahl von Antriebssegmenten bestimmt, die es umfasst. Ein Antriebssegment ist definiert als die Länge eines Werkstückträgers plus einigen Freiraum. Somit kann in Abhängigkeit von der Ausführungsform ein Fördersegment so eingerichtet sein, dass es ein, zwei oder mehr Antriebssegmente aufweist. Mit diesem modularen Ansatz designt der Konstrukteur eine Förderstrecke unter Verwendung von Standard-Fertigmodulen mit einer Länge, die jeweils eine ganzzahlige Anzahl von Antriebssegmenten aufweist. Diese Methode ermöglicht eine einfache Planung und Montage von Förderanlagen.
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In der Figur ist eine lineare Anordnung von Rädern 10 in Bezug auf eine Antriebsschiene 20 vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform ist jedes derartige Rad 10 der Anordnung mit einem peripher angeordneten, elastischen Ring 14 versehen, um den Grad des Rotationskontakts zwischen den Rädern und einem darüberliegenden, kontinuierlichen Band 22 zu verbessern. In der dargestellten Ausführungsform ist jedes der Räder 10 der linearen Anordnung über dem Fördersegment ein Leerlaufrad. Mit anderen Worten ist jedes der Räder der linearen Anordnung unbelastet und wird durch kontinuierlichen Kontakt mit dem darüberliegenden Band gedreht. Man beachte, dass in anderen, vereinfachen Ausführungsformen die Leerlaufräder gekrönt sind, wie in den 1 und 2 gezeigt, jedoch sind diese nicht mit einem Schlitz 12 oder einem elastischen Ring 14 versehen. Weiterhin haben bei einigen anderen Ausführungsformen einige oder alle der Leerlaufräder eine ebene Außenfläche parallel zur Achse 18, auf der ein jeweiliges Band 22 abrollt.
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An gegenüberliegenden Enden der linearen Anordnung erstreckt sich das Band 22 etwas weniger als 180 Grad um die jeweiligen Endräder 10, im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zu zwei unteren Rücklauf-Leerlaufrädern 26. Das Band erstreckt sich etwa 90 Grad um diese Rücklaufräder und damit um die Oberseite einer Antriebsstange 28. Jedes der Rücklaufräder 26 und die Antriebsstange 28 kann auch in einer alternativen Ausführungsform mit einem entsprechenden elastischen Ring 14 versehen sein, während in anderen Ausführungsformen das eine oder die beiden keinen entsprechenden elastischen Ring aufweisen.
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In dieser gezeigten Ausführungsform wird die Antriebswelle 28 selektiv durch einen Motor 56 (8) gemäß den im Stand der Technik bekannten Methoden gedreht. Durch Drehen eines Endes der Antriebswelle durch Betätigung des Motors werden zusammenwirkende Bänder auf gegenüberliegenden Seiten des Einführungssegments gemeinsam gedreht, was zu einem linearen, gleichmäßigen Transport eines Trägers führt, der auf einer Oberseite der beiden Bänder angeordnet ist. Die Antriebswelle ist in einer Ausführungsform eine Kombination aus Welle und Universalkupplung, um ein gewisses Maß an Fehlausrichtung zwischen den beiden Seiten der Förderschiene zu ermöglichen. Zum Beispiel ist in Bezug auf 7 die Antriebswelle 28 mit einem flachen Vorsprung an jedem Ende versehen, wobei der Vorsprung 40 am nahen Ende in der Zeichnung orthogonal zu dem Vorsprung 42 auf dem gegenüberliegenden, distalen Ende ist. Der flache Vorsprung an einem Ende der Antriebswelle passt in einen Schlitz 52 in der Mitte des jeweiligen Antriebsrades 50, das an einem Schienenrahmen 20 (in 8 nicht gezeigt) und einem Motor 56 durch eine Spindel 54 befestigt ist, wie in 8 gezeigt, während der gegenüberliegende flache Vorsprung in einen jeweiligen Schlitz in der Mitte eines jeweiligen nachgeordneten Rades auf dem anderen parallelen Schienenrahmen passt. Das Sekundärrad ist um eine jeweilige Spindel mittels einer bereits im Stand der Technik bekannten Lagereinrichtung drehbar.
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Durch die Verwendung einer gemeinsamen Antriebswelle werden die Förderbänder auf beiden Seiten des Fördersegments synchronisiert, um sich mit identischen Geschwindigkeiten zu bewegen, wodurch das Verdrehen von Werkstückträgern auf den Bändern vermieden wird, wenn sie über das Fördersegment laufen. Wie in 8 gezeigt haben das Antriebsrad 50 und das sekundäre Antriebsrad auf dem entgegengesetzten Ende der Antriebswelle identische zylindrische Formen. Wichtig ist, dass der Radius R jedes Antriebsrades identisch ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die linken und rechten Bänder mit identischen Geschwindigkeiten angetrieben werden, trotz der normalen Tendenz der Bänder, jeweils ihre eigene höchste Spannung zu suchen, indem sie sich auf dem höchsten Punkt der Kronen der Leerlaufräder befinden.
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Aufgrund von Materialvariationen, Förderbelastungsbeschleunigungen, Reibungskoeffizientenunterschieden, Bandgrößen und den Unvollkommenheiten bezüglich Radwellenausrichtungen, sodass nicht alle Raddrehachsen perfekt parallel zueinander angeordnet sind, würden die linken und rechten Bänder normalerweise anderenfalls mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen. Dies wäre in reinen Umgebungen problematisch, in denen solche Geschwindigkeitsunterschiede zu Reibung und zu Partikelbildung führen könnten. Die zylindrisch geformten Antriebsräder wirken dieser Tendenz entgegen und gleichen die Bandgeschwindigkeiten auf den zwei Seiten einander an.
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In einem alternativen Ansatz ist das Förderband ein Zahnriemen mit einer flachen Oberfläche, die nach oben zu den darauf befindlichen Werkstückträgern hin ausgerichtet ist. Die Innenfläche des Antriebsriemens ist mit mechanischen Merkmalen versehen, die mit komplementären mechanischen Eigenschaften am Außenumfang der Leerlaufräder zusammenwirken. Insbesondere ist bei einer ersten Ausführungsform eines solchen Zahnriemens die innere Oberfläche des Bandes mit einer linearen und kontinuierlichen Anordnung von Vorsprüngen, wie pyramidenförmigen oder kegelstumpfförmigen Vorsprüngen, versehen und die Leerlaufräder sind mit einer linearen Anordnung von komplementär geformten Öffnungen versehen, die jeweils so eingerichtet sind, dass sie eine jeweilige Bandprojektion aufnehmen, wenn sie über das Leerlaufrad läuft. In einer zweiten Ausführungsform sind die Vorsprünge, wie etwa pyramidenförmige oder kegelstumpfförmige Vorsprünge, in einem linearen Band um den äußeren Umfang der Leerlaufräder ausgebildet, während die Bänder mit komplementär geformten und beabstandeten Öffnungen versehen sind, die ausgebildet sind, die Leerlaufradvorsprünge zu empfangen, wenn sich das Band über die Leerlaufräder bewegt. Bei dieser zweiten Ausführungsform können sich die Bandöffnungen durch das Band zu einer Werkstückträgerkontaktfläche erstrecken oder, wenn das Band von ausreichender Dicke ist, nur teilweise diesen durchfahren. Bei einer derartigen Ausführungsform stellt jedoch der Zahnriemen sicher, dass sich die Leerlaufräder kontinuierlich mit dem darüberliegenden Band drehen und die Generierung von Partikeln durch die Vermeidung von intermittierendem Band-/Radkontakt vermieden wird.
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Zentrierräder 30 sind in der dargestellten Ausführungsform vorgesehen, um den Träger auf den Bändern zu zentrieren. Ein oder mehrere Zwischen-Leerlaufräder 32 können auch dort eingesetzt werden, wo die Anordnung der Antriebswelle 28 zu einem Spalt zwischen benachbarten Leerlaufrädern 10 in der linearen Anordnung führt. Solche Zwischenleerlaufräder können, wie offenbart, mit elastischen Ringen versehen sein oder mit diesen nicht versehen sein, wie offenbart.
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In anderen Ausführungsformen kann eines der Räder 10 an jedem anderen Ende der linearen Anordnung angetrieben werden, oder eines der Rücklaufräder 26 kann anstelle der Antriebswelle angetrieben werden, wie gezeigt. Dieses würde jedoch Antriebselemente, wie Motoren, auf gegenüberliegenden Seiten des Fördersegments erfordern. Die Einhaltung einer perfekten Synchronisierung zwischen zwei solcher Motoren bezüglich von Start- oder Stoppzeiten und Rotationsgeschwindigkeiten, kann eine technische Herausforderung darstellen.
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Alternativ kann die Antriebswelle 28 Paare von Rädern 10 auf gegenüberliegenden Seiten des Fördersegments, wie beispielsweise an einem Ende der linearen Anordnung von Rädern oder einem Paar von Rücklaufrädern 26, ersetzen. Die Antriebswelle, wie in 5 gezeigt, würde dann durch Leerlaufräder auf gegenüberliegenden Seiten des Förderbandes ersetzt werden. Weiterhin könnten noch mehrere Antriebswellen verwendet werden, obwohl dies wiederum eine genaue Synchronisation von Antriebselementen erfordern würde, die mit jeder derartigen Antriebswelle verbunden sind.
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In der dargestellten Ausführungsform wird eine Hysteresekupplung nicht in Verbindung mit dem Motor 56 zur Vermeidung von Schlupf zwischen einem Werkstückträger und den Bändern verwendet. Zusätzlich ist jedes Antriebssegment mit mindestens einem Sensor 60 und vorzugsweise mindestens zwei Sensoren zum Erfassen des Vorhandenseins eines oder mehrerer Werkstückträger innerhalb des Fördersegments versehen. Mit mindestens zwei Sensoren kann ein Sensor nahe jedem Ende des jeweiligen Antriebssegments vorgesehen sein, sodass die jeweilige Steuerung wissen kann, ob ein Werkstückträger das Antriebssegment einnimmt. Solche Sensoren sind von herkömmlicher Konstruktion und können die Verwendung von optischen, magnetischen, passiven Resonanzkreis-, Gewichts-, mechanischer Interferenz und induktiven Sensoren umfassen.
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Der eine oder die mehreren Sensoren, die mit einem Fördererantriebssegment verbunden sind, stehen vorzugsweise mit einer dem jeweiligen Fördersegmentantriebsmotor 56 zugeordneten lokalen Steuerung 58 in Verbindung. Die Steuerung ist vorzugsweise mit einer Kommunikationsschnittstelle versehen und steht mit den jeweiligen Steuerungen der mindestens einen Fördersegmente auf beiden Seiten in Verbindung, beispielsweise über einen Kommunikationsbus von konventionellem Design und Aufbau. In einer Ausführungsform ist der Bus ein industrieller Controller Area Network (CAN) Bus. Wenn das Fördersegment offensichtlich ein Port ist, wie beispielsweise eine Schnittstelle zu einem Prozesswerkzeug, würde die jeweilige Steuerung nur mit der einen benachbarten Fördersegmentsteuerung kommunizieren.
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Mehrere segmentspezifische Steuerungen kommunizieren mit einem jeweils übergeordneten Regler. Dieser übergeordnete Regler hat eine Karte des Fördersegments, für welches er verantwortlich ist und ist mit der Fähigkeit programmiert, vorzugeben, wie jeder Träger innerhalb dieses Fördersegmentes geleitet werden soll. Diese Informationen werden verwendet, um die Reaktion der einzelnen segmentspezifischen Steuerungen zu steuern. Abhängig von der Komplexität und Größe des Gesamtfördersystems können mehrere Ebenen von Steuerungen höherer Ordnung verwendet werden.
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Die Steuerung für jedes Antriebssegment ist somit in der Lage, das Vorhandensein eines Werkstückträgers in einem benachbarten Antriebssegment zu erfassen und kann auf den Empfang eines neuen Werkstückträgers entsprechend reagieren, beispielsweise durch Verzögern des Werkstückträgers und Anhalten desselben, um Kollisionen mit einem nachgeschalteten Träger zu vermeiden. Der Regler ist auch dazu in der Lage, die Bewegung eines zuvor stationären Werkstückträgers in einem benachbarten Antriebssegment zu erfassen und kann durch Beschleunigung eines in dem jeweiligen Segment enthaltenen Werkstückträgers, der innerhalb eines bestimmten Segmentes enthalten ist, aus einer Stoppposition antworten oder kann mit dem Befördern des Werkstückträgers durch das Antriebssegment zu dem nächsten fortfahren.
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Beschleunigungs- und Verzögerungsprofile werden vorzugsweise in einem Speicher 62 gespeichert, der dem lokalen Fördersegmentregler zugeordnet ist. Bei diesen Profilen kann es sich um Standardprofile handeln, die zum Ändern der Werkstückträgergeschwindigkeit verwendet werden sollen, oder es kann sich hierbei um Maximalwerte handeln, wobei die Steuerung so programmiert ist, dass sie eine Flexibilität bei der Einstellung der Werkstückträgergeschwindigkeit gemäß der Anwesenheit oder Abwesenheit von Trägern innerhalb des jeweiligen Förderantriebssegments und/oder innerhalb benachbarter Förder-Antriebssegmente aufweist.
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Das Antriebssegment, wie oben definiert, ist in etwa gleich lang wie ein Werkstückträger, zuzüglich eines geringen Maßes an freiem Raum. Somit ist für einen 300 mm-Wafer-Träger, der in Halbleiter-Fertigungsumgebungen eingesetzt wird, ein Antriebssegment 0,5 Meter lang. Ein typischer Träger in einer Halbleiter-Fertigungsumgebung hat eine Masse von etwa 8,5 kg und kann mit Geschwindigkeiten von etwa 1 Meter pro Sekunde bewegt werden. Es muss ein Verzögerungsprofil gewählt werden, um eine Verzögerung dieser Masse zu einem Stopp zu ermöglichen, bevor sie in ein nachgeschaltetes, belegtes Antriebssegment eintritt. Dieses Verzögerungsprofil ist in einer ersten Ausführungsform im Allgemeinen linear.
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Es ist jedoch in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, ein exponentielles Verzögerungsprofil zu verwenden, wobei die Geschwindigkeitsänderungsrate am Anfang langsam, aber am Ende, nahe dem Haltepunkt, größer ist. Dieses nutzt die Geschwindigkeits-Drehmoment-Kennlinie von Schrittmotoren: im Allgemeinen ist das Motordrehmoment bei Schrittmotoren bei niedrigen Geschwindigkeiten höher.
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Während Verzögerungsprofile bereits oben diskutiert worden sind, können ähnliche Profile für die Beschleunigung verwendet werden, um eine maximale Beschleunigung ohne Schlupf zu erreichen. Solche Reglerbeschleunigungs- und Verzögerungsprofile ermöglichen es, dass Werkstückträger mit hoher Geschwindigkeit in sehr dichten Strömungsumgebungen ohne die Möglichkeit von Kollisionen fahren können.
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Während im Vorangehenden nur benachbarte Antriebssegmente und/oder Fördersegmente als in gegenseitiger Kommunikation befindlich beschrieben werden, können Steuerungen mit einem größeren Bereich von nahegelegenen Antriebs- oder Fördersegmenten in gegenseitiger Kommunikation sein, um eine schnellere Reaktion auf Segmentbelegungsänderungen zu ermöglichen und eine vorhersagbare Antwort zu ermöglichen.
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In einer weiteren Ausführungsform können ein niedriger Reibungskoeffizient und ein hartes Leerlaufradmaterial, wie zum Beispiel Nylon, verwendet werden, während immer noch eine Verringerung der Partikelanzahl zwischen Band und Leerlaufrädern vorgesehen ist. Im Gegensatz zu einigen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, die einen hohen Reibungskoeffizienten und weiche Materialien an ihren Grenzflächen verwenden (wie zum Beispiel den Ring, der eine Synchronisation ihrer relativen Geschwindigkeiten gewährleistet), ignoriert diese nicht einschränkende Ausführungsform das Fehlen von synchronisierten Geschwindigkeiten und ermöglicht ein gewisses Rutschen zwischen dem Band und den harten Leerlaufrädern. Bei dieser Ausführungsform sind viele der Leerlaufräder zylindrisch geformt. Die beiden Leerlaufräder der Bandschlaufen können Zentrierkronen aufweisen. Das Band kann über alle Laufrollen und Antriebsräder elastisch gedehnt werden, sodass zusätzliche Spannräder entfallen können.
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9 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Leerlaufrades 910 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Leerlaufrad 910 ist ähnlich dem in 4 gezeigten Leerlaufrad 10 und weist eine Vorderkante 911 und eine Hinterkante 913 auf. In 9 ist ein Antriebsgurt 22 im Querschnitt gezeigt, der über der Oberseite des zylindrischen Leerlaufrads 910 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform gibt es keinen Träger oder einen alternativen Gegenstand, der auf oder nahe dem Leerlaufrad 910 transportiert wird. Dementsprechend kann die untere Oberfläche des Bandes 22 von der oberen Fläche des Leerlaufrades durch einen winzigen Abstand x abgehoben werden, wodurch ein Kontakt mit dem Leerlaufrad verhindert wird. Sobald sich ein Träger (nicht gezeigt) auf dem Band 22 oberhalb oder nahe des Leerlaufrades 910 befindet, ist das Gewicht des Trägers ausreichend, um die Unterseite des Bandes 22 in direktem Kontakt mit der relativ harten Oberfläche des Leerlaufrades 910 zu zwingen. Der niedrige Reibungskoeffizient zwischen dem Band 22 und dem Rad 910 ermöglicht es dem Band 22, sauber über das Rad 910 zu gleiten, ohne unerwünschte Partikel zu erzeugen. Somit benötigen die Bänder 22 und das Leerlaufrad 910 keine Synchronisation.
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10 zeigt eine detaillierte Ansicht des Leerlaufrades 910 aus 9, wobei das Band 922 ein elastomeres Band ist, das auf die Räder geschoben wird. Das Band 922 dient dazu, übereinanderliegende Werkstückträger direkt durch Wechselwirkung mit allen Leerlauf- und Antriebsrädern zu transportieren. Zusätzlich zum Sicherstellen des Kontakts mit dem Leerlaufrad 910 ermöglicht es des elastomere Band 922 dem Transportbandsegment, auf Spannrollen zu verzichten. Dies reduziert die Kosten des Antriebssegments und vermeidet einen möglichen Ausfall. Weiterhin ist das Verfahren zum Installieren des elastomeren Bandes 922 wesentlich weniger kompliziert.
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Wie oben mit Bezug auf 6 erörtert, stellt die Härte des Rades 910 sicher, dass das Band 922 nicht eintaucht, wenn das Gewicht des Trägers passiert und stattdessen einen ebenen, glatten Übergang für den Träger bereitstellt. Wiederum kann das Band 922 aufgrund des niedrigen Reibungskoeffizienten in einer teilchenfreien Weise über die Oberfläche des Rades 910 gleiten. Zusätzlich können die Materialien des Rades 910 und des Bandes 922 so gewählt werden, dass die Möglichkeit der Erzeugung von Partikeln weiter verringert wird.
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11 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Leerlaufrades 1010 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform weist das Leerlaufrad 1010 zwei Zentrierflansche 1012, 1014 einen vorderen Flansch 1012 nahe der vorderen Kante 1011 und einen hinteren Flansch 1014 nahe der hinteren Kante 1013 auf. Diese Zentrierflansche 1012, 1014 definieren einen begrenzten Bereich, in dem das Band angeordnet werden darf. Dieses verhindert, dass das Band 22 zur Seite driftet und hält das Band 22 gleichzeitig zentriert. Die Flansche 1012, 1014 sind so bemessen, dass sie die Bodenfläche eines Trägers auf dem Band 22 nicht berühren. Diese kann auch eine Kompression des Bandes 22 aufgrund des Gewichts des Trägers ausgleichen.
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In einer weiteren nicht limitierenden Ausführungsform kann das Leerlaufrad 1010 einen einzelnen zentrierenden Flansch 1012, 1014, beispielsweise einzig den Frontflansch 1012, aufweisen, um zu verhindern, dass das Band 22 sich in Richtung der Vorderkante 1011 bewegt.
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Während die Form der Zentrierflansche 1012, 1014 in 11 als quadratisch geformt dargestellt ist, können die Zentrierflansche 1012, 1014 eine beliebige Form aufweisen, die für ihren Zweck geeignet ist (z. B. mit einer schrägen Seite, halbkreisförmig usw.). Zusätzlich können die einzelnen Zentrierflansche 1012, 1014 identisch geformt (wie gezeigt) oder unterschiedlich geformt sein.
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12 zeigt ein Blockdiagramm eines Fördersegments 1200 gemäß einer Ausführungsform. Das Fördersegment 1200 besteht aus einer Reihe von Antriebssegmenten 1210, 1220, 1230, 1240. Zur Veranschaulichung sind nur die Antriebssegmente 1210, 1220, 1230, 1240 gezeigt; jedoch kann das Fördersegment 1200 zusätzliche Komponenten zum Verarbeiten von Trägern 1202, 1204 und/oder Komponenten umfassen, um den Fluss der Träger 1202, 1204 (z. B. um Schleifen und/oder Spalten entlang des Fördersegments 1200 zu bilden) umzuleiten. Ebenso können die Antriebssegmente 1210, 1220, 1230, 1240 unterschiedliche Längen und Formen aufweisen.
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Jedes Antriebssegment 1210, 1220, 1230, 1240 wird von einer jeweiligen Segmentsteuerung 1215, 1225, 1235, 1245 verwaltet. Diese Segmentsteuerungen 1215, 1225, 1235, 1245 können wiederum von einer zentralen Steuerung 1250 betätigt werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform arbeitet die Segmentsteuerung 1215, 1225, 1235, 1245 praktisch unabhängig von der zentralen Steuerung 1250, die eine begrenzte Steuerung und eine begrenzte Rückkopplung empfängt. Alternativ kann die zentrale Steuerung 1250 so arbeiten, um den Betrieb der verschiedenen Antriebssegmente 1210, 1220, 1230, 1240 strikter zu koordinieren.
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13 zeigt ein Flussdiagramm einer Logik für eine lokale Steuerung 1215, 1225, 1235, 1245 gemäß einer unabhängigen Funktionsausführungsform. Die Logik ermöglicht eine segmentierte Steuerung einzelner Antriebssegmente 1210, 1220, 1230, 1240, die einen kollisionsfreien Trägerstrom bereitstellen. Unter Verwendung der lokalen Logik können die Segmentsteuerungen 1215, 1225, 1235, 1245 unabhängig von der globalen Logik in einer Weise arbeiten, die Kollision vermeidet, während hohe Flussdichten aufrechterhalten werden.
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Beginnend bei Schritt 1310 geht die Logik zum Schritt 1320 über und prüft, ob das nächste Antriebssegment (Segment N + 1) frei ist. Dies geschieht durch direktes Erfassen, ob das Segment frei ist, indem mittels der Segmentsteuerung geprüft wird, ob das nächste Antriebssegment frei ist und/oder durch Überprüfung mittels einer zentralen Steuerung. Ist das nächste Antriebssegment frei (Ja), schaltet die Segmentsteuerung den Motor des Antriebssystems (MN) ein (oder hält ihn im Betrieb) und bewegt den Träger gemäß Schritt 1330 auf das nächste Antriebssegment. Wenn andererseits das nächste Antriebssegment nicht frei ist (Nein), geht der Segmentcontroller über zu Schritt 1340 und schaltet den Motor aus (oder hält ihn in einem ausgeschalteten Zustand). Als nächstes kehrt die Segmentsteuerung zu Schritt 1320 zurück und überprüft, ob das nächste Antriebssegment frei ist.
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Der Prozess kann beginnen, sobald das Antriebssegment bereit ist, einen Träger auf das nächste Antriebssegment zu bewegen, oder es kann kontinuierlich betrieben werden, um die Träger so schnell wie möglich voranzutreiben. Zusätzlich kann die Logik zusätzliche Schritte umfassen, um beispielsweise den Motor automatisch auszuschalten, sobald der Träger frei ist (ohne zu prüfen, ob sich der Träger auf dem nächsten Antriebssegment befindet), eine Verzögerung nach dem Start 1340, bevor er in Schritt 1320 erneut überprüft wird, usw.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die zentrale Steuerung 1250 die in 1320 von 13 beschriebenen Logik ausführen und lokale Steuerungen 1215, 1225, 1235, 1245 entsprechend anweisen.
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Zurückkehrend zu 12 würde die Segmentsteuerung 1215 unter Verwendung der Logik aus 13 den Motor für das Antriebssegment 1210 ausschalten, bis der Träger 1204 von dem Antriebssegment 1220 frei ist. Unterdessen würde die Segmentsteuerung 1225 feststellen, dass das Antriebssegment 1230 frei ist und den Motor einschalten, um das Segment 1220 anzutreiben, sodass der Träger 1204 vorgeschoben wird. Sobald der Träger 1204 vom Antriebssegment 1220 weg bewegt wird, erkennt die Segmentsteuerungseinheit, dass das Antriebssegment 1220 frei ist, um den beweglichen Träger 1202 in Richtung des Antriebssegments 1220 zu starten.
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Somit können die einzelnen Antriebssegmente 1210, 1220, 1230, 1240 den Fluss der sich bewegenden Träger beibehalten, während sie Kollisionen verhindern. Durch selektives Antreiben der Antriebssegmente 1210, 1220, 1230, 1240 ist das Fördersegment 1200 in der Lage, sicherzustellen, dass die Träger schnell und effizient bewegt werden, um die Dichte der Träger hoch zu halten. Jede Lücke zwischen Trägern kann schnell beseitigt werden, wenn der nacheilende Träger entlang des Fördersegments 1200 nach oben bewegt wird, bis sich die Träger auf benachbarten Antriebssegmenten befinden.
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Dementsprechend hält das Fördersegment 1200 die maximal mögliche Anzahl an Trägern. Dieses wiederum ermöglicht es, dass die Trägerbearbeitungselemente effizienter arbeiten, da sie nicht erforderlich sind, um Träger zu halten, bis das Fördersegment 1200 bereit ist, sich wieder zu bewegen.
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Bei einer energiesparenden Ausführungsform können die lokalen Steuerungen 1215, 1225, 1235, 1245 den Motor ausschalten, sobald ein Träger aus dem jeweiligen Segment entfernt worden ist. Die lokalen Steuerungen 1215, 1225, 1235, 1245 können dann den Motor in Reaktion auf einen auf das jeweilige Segment auflaufenden Träger auf das unmittelbar vorausgegangene Antriebssegment oder auf ein weiter stromaufwärts liegendes Segment bewegen.
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Verschiedene Operationen sind rein exemplarisch und implizieren keine besondere Ordnung. Ferner können die Operationen in beliebiger Reihenfolge verwendet werden, wenn dies angemessen ist, und sie können auch teilweise verwendet werden. Unter den obigen Ausführungsformen ist zu verstehen, dass zusätzliche Ausführungsformen verschiedene computerimplementierte Operationen verwenden können, die Daten betreffen, die in Computersystemen übertragen oder in diesen gespeichert werden. Diese Operationen sind diejenigen, die eine physikalische Manipulation von physikalischen Größen erfordern. Gewöhnlich, wenn auch nicht notwendigerweise, nehmen diese Mengen die Form von elektrischen, magnetischen oder optischen Signalen an, die in der Lage sind, gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert zu werden.
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Jeder der beschriebenen Vorgänge, die einen Teil der gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen bilden, kann eine nützliche Maschinenoperation sein. Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auch auf eine Vorrichtung oder eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Vorgänge. Die Vorrichtung kann speziell für den gewünschten Zweck konstruiert werden, oder das Gerät kann ein Allzweck-Computer sein, der selektiv durch ein im Computer gespeichertes Computerprogramm aktiviert oder konfiguriert wird. Insbesondere können verschiedene Allzweckmaschinen, die einen oder mehrere Prozesse verwenden, die mit einem oder mehreren computerlesbaren Medien gekoppelt sind, die unten beschrieben werden, mit Computerprogrammen verwendet werden, die in Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Lehren geschrieben sind, oder es kann bequemer sein, einen spezialisierteren Apparat zu konstruieren, um die erforderlichen Operationen durchzuführen.
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Die hier beschriebenen Verfahren, Prozesse und/oder Module können in Hardware, Software, eingebettet als computerlesbares Medium mit Programminstruktionen, Firmware oder einer Kombination derselben beschrieben sein. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Funktionen von einem Prozessor ausgeführt werden, der Programmbefehle aus einem Speicher oder einer anderen Speichervorrichtung ausführt.
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Eine Ausführungsform stellt einen Transportförderer für einen hochdichten Work In Process(WIP)-Einheiten Fluss entlang von Förderpfaden in Rein-Fertigungsumgebungen bereit. Der Transportförderer enthält Mittel zum Definieren von Förderpfaden (wie beispielsweise Antriebssegmente), um WIP-Einheiten zu transportieren. Die Definitionsmittel enthalten zwei oder mehr Segmente entlang des Förderpfades. Die zwei oder mehr Segmente werden individuell angetrieben. Der Transportförderer enthält weiterhin Mittel zum selektiven Antreiben (wie beispielsweise einen Motor) eines angetriebenen Segments der zwei oder mehr Segmente, um WIP-Einheiten selektiv entlang des angetriebenen Segments zu transportieren und zwischen den zwei oder mehreren Segmenten. Mittel zum Sensieren (wie beispielsweise Sensoren) wenn die WIP-Einheiten auf spezifischen Segmenten der zwei oder mehr Segmente angeordnet sind, sind enthalten. Der Transportförderer weist weiterhin Mittel zum Steuern der selektiven Antriebseinrichtungen (wie beispielsweise Datenprozessoren) auf. Das Steuerungsmittel ist angeordnet, um in Antwort auf eine Ausgabe der Sensiermittel zu operieren, sodass Orte von den WIP-Einheiten relativ zueinander gesteuert werden ohne Kollisionen. Das angetriebene Segment wird selektiv gestartet und gestoppt in einer gesteuerten Weise, um sanft zu sein. Während des Startens und Stoppens des angetriebenen Segments werden Beschleunigungen und Verzögerungen des angetriebenen Segments gesteuert, sodass eine Kraft zur Beschleunigung oder Verzögerung der WIP-Einheiten geringer ist als eine Reibungskraft zwischen den selektiv angetriebenen Mitteln und den WIP-Einheiten, und sodass die WIP-Einheiten davor bewahrt werden, auf den selektiven Antriebsmitteln zu verrutschen.
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In einer weiteren Ausführungsform des obigen Transportförderers werden die WIP-Einheiten innerhalb des angetriebenen Segments auf die volle Fördergeschwindigkeit beschleunigt oder von der vollen Fördergeschwindigkeit verzögert.
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In einer weiteren Ausführungsform von irgendeinem der obigen Transportförderer weisen die zwei oder mehr Segmente jeweils lateral beabstandete parallel angetriebene Förderbänder und zylindrische Betriebsräder auf. Jedes Förderband kann um gekrönte Leerlaufräder an den äußeren Enden einer Schlaufe, die durch die Förderbänder gebildet wird, gelegt werden.
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Der Transportförderer kann weiterhin Mittelleerlaufräder unter jedem der Förderbänder aufweisen. Die Mittelleerlaufräder können zwischen den gekrönten Leerlaufrädern angeordnet sein, und die Mittelleerlaufräder sind zylindrisch geformt. Die Mittelleerlaufräder können einen abgewinkelten Seitenflansch aufweisen, der dazu eingerichtet ist, laterale Führung der WIP-Einheiten bereitzustellen.
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Die Mittelleerlaufräder können in einer Reihe angeordnet sein, sodass ein Rücklaufabschnitt eines Förderbandes unter der Reihe angeordnet ist. Der Rücklaufabschnitt kann von einer zylindrischen gemeinsamen Antriebswelle angetrieben werden, die dazu eingerichtet ist, für jedes der beiden Förderbänder eine identische Geschwindigkeit zu gewährleisten. Die Antriebswelle kann eine innere Universalkupplung aufweisen, die so eingerichtet ist, dass sie eine seitliche Fehlausrichtung der Förderschienen aufnimmt.
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Der Transportförderer kann elastisches Material aufweisen, und jedes der Förderbänder kann auf die betreffenden zylindrischen Antriebsräder aufgespannt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform eines beliebigen der obigen Transportförderer sind alle Konstruktionsmaterialien statisch dissipativ.
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In einer anderen Ausführungsform eines beliebigen der obigen Transportförderer sind die Begrenzungseinrichtungen weiterhin dazu eingerichtet, Förderpfade zu definieren für: eine Sequenz von WIP-Einheiten und/oder gleichzeitig transportierbare WIP-Einheiten.
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Eine weitere Ausführungsform stellt einen Transportförderer für einen hochdichte Work In Process(WIP)-Einheiten Fluss entlang von Förderpfaden in einer Rein-Fertigungsumgebung bereit. Der Transportförderer weist einen oder mehrere Förderpfade auf, die dazu eingerichtet sind, WIP-Einheiten zu transportieren. Der eine oder die mehreren Förderpfade enthalten zwei oder mehr Segmente. Die zwei oder mehr Segmente werden individuell angetrieben. Der Transportförderer weist weiterhin einen oder mehrere Motoren auf, die dazu eingerichtet sind, selektiv einen oder mehrere Bänder eines angetriebenen Segmentes von den zwei oder mehreren Segmenten anzutreiben, um die WIP-Einheiten selektiv entlang des angetriebenen Segmentes zu transportieren und zwischen den zwei oder mehr Segmenten. Jedes der zwei oder mehr Segmente können angetriebene Segmente mit ihren eigenen Motoren sein. Einer oder mehrere Sensoren sind dazu eingerichtet zu sensieren, wenn die WIP-Einheiten auf spezifischen Segmenten auf den zwei oder mehr Segmenten angeordnet sind. Der Transportförderer weist weiterhin eine Steuerungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, den Motor zu steuern. Die Steuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, in Antwort auf eine Ausgabe des Sensors zu operieren, sodass die Lage der WIP-Einheiten gesteuert wird, relativ zueinander, ohne Kollisionen. Das angetriebene Segment wird selektiv gestartet und gestoppt auf eine gesteuerte Art und Weise, um sanft zu sein. Während des Startens und Stoppens des angetriebenen Segments werden Beschleunigung und Verzögerung des angetriebenen Segments gesteuert, sodass eine Kraft zum Beschleunigen oder Verzögern der WIP-Einheiten geringer ist als eine Reibungskraft zwischen dem einen oder den mehreren Bändern und den WIP-Einheiten, und sodass die WIP-Einheiten davor bewahrt werden, auf dem einen oder den mehreren Bändern zu verrutschen.
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In einer weiteren Ausführungsform des obigen Transportförderers werden die WIP-Einheiten auf die volle Fördergeschwindigkeit beschleunigt oder von der vollen Fördergeschwindigkeit innerhalb des Antriebssegments verzögert.
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In einer weiteren Ausführungsform von einem der obigen Transportförderer enthält das mindestens eine Band lateral beabstandete parallel angetriebene Förderbänder, und das angetriebene Segment enthält das Förderband und zylindrische Antriebsräder. Jedes Förderband kann um die gekrönten Leerlaufräder an den beiden äußeren Enden einer Schlaufe, die durch das Förderband gebildet wird, herumgelegt werden. Der Transportförderer kann weiterhin Leerlaufräder unter jedem der Förderbänder aufweisen, wobei die Mittelleerlaufräder zwischen den gekrönten Leerlaufrädern angeordnet sind. Die Mittelleerlaufräder sind zylindrisch geformt. Die Mittelleerlaufräder können einen abgewinkelten Seitenflansch aufweisen, der dazu eingerichtet ist, seitliche Führung der WIP-Einheiten bereitzustellen.
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Die Mittelleerlaufräder können in einer Reihe angeordnet sein. Ein Rücklaufabschnitt eines Förderbandes kann unter der Reihe angeordnet sein, und der Rücklaufabschnitt wird von einer zylindrischen gemeinsamen Antriebswelle angetrieben, die so eingerichtet ist, dass sie identische Geschwindigkeiten für jedes der zwei Förderbänder sicherstellt. Die Antriebswelle kann eine innere Universalkupplung aufweisen, die so eingerichtet ist, dass sie eine seitliche Fehlausrichtung der Förderschienen aufnimmt.
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In einer anderen Ausführungsform eines beliebigen obigen Transportförderers weisen die Förderbänder elastische Materialien auf, und jedes der Förderbänder ist auf zylindrische Räder aufgespannt.
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In einer weiteren Ausführungsform eines beliebigen obigen Transportförderers sind alle Konstruktionsmaterialien statisch dissipativ.
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In einer weiteren Ausführungsform eines beliebigen obigen Transportförderers ist der eine oder sind die mehreren Förderpfade dazu eingerichtet, zu transportieren: eine Sequenz von WIP-Einheiten und/oder gleichzeitig transportierbare WIP-Einheiten.
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Viele Änderungen in den Details, Materialien und Anordnungen von Teilen und Schritten, die hierin beschrieben und dargestellt sind, können von Fachleuten auf dem Gebiet der Lehren, die oben enthalten sind, gemacht werden. Dementsprechend versteht es sich, dass die folgenden Ansprüche nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind und andere als die speziell beschriebenen Verfahren umfassen können und so breit wie nach dem Gesetz erlaubt zu interpretieren sind.
