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" Transporteinrichtung für die Bewegung von Gegen-
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ständen in abgeschlossenen Räumen
Die Erfind tng
betrifft eine Transporteinrichtung für die Bewegung von Gegenständen in abgeschlossenen
Räumen, insbesondere in Vakuumkammern, bestehend aus einem Träger für die Gegenstände
und aus mehreren, auf den Träger abgestimmten gabelförmigen Greifeinrichtungen für
die Weitergabe des Trägers.
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Bei zahlreichen Herstellverfahren ist die Behandlung des Ausgangsmaterials
bei einem vom Atmosphärendruck verschiedenen Druck erforderlich. Dies gilt beispielsweise
für die Herstellung dünner Schichten im Vakuum durch Aufdampfen und/oder Katodenzerstäubung.
Auch zahlreiche Analysenverfahren müssen zur Erhaltung einwandfreier Analysenergebnise
im Vakuum durchgeführt werden. Dies trifft beispielsweise für die Massenspektroskopie,
die Oberflächenanalyse durch Elektronenstrahl-Mikrosonden, Ionen-Atzen, Heißextraktion
metallischer Proben und zahlreiche andere Anwendungsfälle zu. Bei sogenannten kontinuierlichen
Verfahren ist häufig ein schrittweiser Transport des Behandlungsguts durch die Behandlungskammer
erforderlich. Bei Beschichtungsverfahren im Vakuum ist es erforderlich, den Aufbau
von Mehrfachschichten während des Produktionsverfahrens durch Untersuchungen sogenannter
Testgläser zu überwachen, die gleichfalls in Abständen ausgewechselt werden müssen.
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Ein zentrales Problem bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen ist
die Bewegung der zu behandelnden oder zu untersuchenden Gegenstände in den abgeschlossenen
Räumen auf vorherbestimmten Bahnen und das Anhalten an ebenfalls genau vorherbestimmten
Orten und in definierter räumlicher Lage. Die betreffenden Transporteinrichtungen
müssen daher
Präzisionsgeräte der Feinwerktechnik sein, die hohen
Anforderungen genügen. Man spricht in der Praxis auch von sogenannten Manipulatoren.
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Durch die DT-OS 24 30 462 ist eine Transportvorrichtung für Werkstückträger
bekannt, die aus einem schwenkbaren Arm besteht, der an beiden Enden mit spreizbaren
Greifern versehen ist. Mittels dieser Greifer kann der Werkstückträger erfaßt und
auf einer kreisförmigen Bahn bis zu einer Ablagefläche bewegt werden. Der Antriebsmechanismus
der Greifer ist relative kompliziert; dennoch ist es nicht möglich, den Werkstückträger
beispielsweise an ein weiteres Greifersystem zu übergeben, ohne daß der Werkstückträger
zwischendurch auf einer horizontalen Fläche abgesetzt werden muß. Mit dem vorbekannten
System ist es beispielsweise nicht möglich, die Probe auf komplizierten, zusammengesetzten
Bahnen zu bewegen, sie geradlinig zu führen, und insbesondere nicht, sie zu wenden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Transporteinrichtung
der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, mittels welcher die zu hewegenden
Gegenstände auf zusammengesetzten Bahnen ohne zwischenzeitiges Absetzen geführt
und erforderlichenfalls auch gewendet werden können, und mit dem die Gegenstände
in eine nahezu beliebige räumliche Lage gebracnt werden können, ohne daß es hierzu
eines komplizierten mechanischen Antriebs bedarf.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen
Transporteinrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß der Träger für die Gegenstände
in zwei mit Abstand voneinander angeordneten Ebenen mit Kupplungseinrichtungen für
den gleichzeitigen formschlüssigen Eingriff zweier Greifeinrichtungen versehen ist.
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Auf die erfindungsgemäße Weise ist es möglich, die gabelförmige Greifeinrichtung
in sich starr bzw. elastisch und ohne einen besonderen Antrieb für die Greifeinrichtung
selbst auszubilden. Durch die beiden räumlich versetzten Kupplungseinrichtungen
ist es möglich, an sogenannten Obergabestellen für den Träger gleichzeitig zwei
Greifeinrichtungen mit dem Träger in Eingriff zu bringen.
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Sofern die Bewegungsrichtungen der Greifeinrichtungen in einem Winkel
zueinander stehen - was anzustreben ist - kann der Träger mittels der einen Greifeinrichtung
aus der anderen Greifeinrichtung herausgezogen werden, ohne daß es hierzu eines
Absetzens oder einer anderen Arretierung des Trägers bedarf.
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Eine besonders einfache Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet
ist und auf seinem äußeren Umfang zwei parallele, koaxiale Ringnuten für den Eingriff
der Greifeinrichtungen besitzt.
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Durch die Rotationssymmetrie von Körper und Ringnuten kann in diese
aus beliebigen, in der Ebene der Ringnut liegenden Richtungen die betreffende Greifeinrichtung
eingeschoben werden, ohne daß es zu einer gegenseitigen Behinderung kommen kann.
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In Abwandlung der rotationssymmetrischen Ausbildung kann der Träger
auch mit einem quadratischem Querschnitt hergestellt werden, wobei in den das Quadrat
bildenden Flächen entsprechende Nuten angeordnet sind. In einem solchen Falle können
die Bewegungsrichtungen der zusammenwirkenden Greifeinrichtungen nur in einem Winkel
von 90 Grad zueinander ausgerichtet werden.
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Eine solche Lösung ist aber dann von Vorteil, wenn es auf eine exakte
Winkelstellung des Trägers und damit der Probe ankommt.
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Eine besonders einfach gestaltete Greifeinrichtung für das Zusammenwirken
mit dem rotationssymmetrisch ausgebildeten Träger ist gemäß der weiteren Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung än ihrem Ende zwei zu ihrer Bewegungsrichtung
parallele elastische Stifte aufweist, zwischen die der
Träger mittels
seiner Ringnuten einschiebbar ist.
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Auf die angegebene Weise ist mit Ausnahme einer Längs- oder Schwenkbewegung
der Greifeinrichtung jeder weiterer Antrieb für die Stifte selbst überflüssig. Diese
halten den Träger zuverlässig aufgrund ihrer Elastizität.
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Dieses Merkmal ist von besonderem Vorteil bei kleinen Vorrichtungen
bzw. bei solchen mit einem sehr gedrängten Aufbau. Hierbei ist zu berücksichtigen,
daß es um so schwieriger wird, Bewegungselemente im Vakuum funktionstüchtig zu halten,
je kleiner die Einrichtungen werden. Ein weiteres Argument für einen möglichst einfachen
Aufbau des Antriebs liegt besonders bei Ultrahochvakuum-Anlagen, bei denen es zur
Ausgasung erforderlich ist, die gesamte Einrichtung auf Temperaturen bis 450 OC
zu erwärmen.
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Bei der erfindungsgemäßen Transporteinrichtung ist es weiterhin von
Vorteil, wenn die Greifeinrichtungen einen Magneten besitzen, mit dem sie längsbeweglich
in vakuumdichten Rohren aus amagnetischem Werkstoff geführt und angetrieben sind.
Der Antrieb erfolgt auf einfache Weise durch einen weiteren Magneten außerhalb der
Rohre, so daß eine Longitudinalbewegung über erhebliche Entfernungen möglich ist,
ohne daß hierfür komplizierte Durchführungen erforderlich sind.
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Die gegebenenfalls gewünschte Schwenkbewegung der Probe kann bei einem
solchen Antrieb auf besonders einfache Weise dadurch erreicht werden, daß der Magnet
eine rotationssymmetrische Form hat und in Umfangsrichtung polarisiert ist. Wird
einem solchen Magneten ein gleichfalls in Umfangsrichtung polarisierter Magnet außerhalb
des vakuumdichten Rohres zugeordnet, so läßt sich aufgrund der magnetischen Kupplung
durch das Rohr hindurch eine Drehbewegung des äußeren Magneten auf den inneren Magneten
und damit auf die Greifeinrichtung übertragen. Hierdurch ist es möglich, den Träger
jederzeit,
insbesondere am Behandlungsort beispielsweise um 360
Grad zu schwenken. Eine solche Bewegung kann beispielsweise dazu verwendet werden,
eine Probe an Behandlungsgeräte anzusetzen oder eine Probe aus einem Tiegel zu kippen
oder sie in eine weitere Greifeinrichtung zu schwenken.
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Wegen des Abstandes der beiden Ebenen E1 und E2 ist es natürlich erforderlich,
die Ebene, in der die beiden zusammengehörigen Stifte liegen6 entweder mit der einen
oder anderen Ebene E1 oder E2 zur Deckung zu bringen. Dies kann durch einen entsprechenden
radialen Versatz der Stift-Ebene zur Rotationsachse der Greifeinrichtung oder durch
einen seitlichen oder Höhen-Versatz der gesamten Greifeinrichtung geschehen. Es
ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Achsen der Stifte in einer Ebene angeordnet
sind, die parallel zur Rotationsachse "A" der Greifeinrichtung und in einem Abstand
"D" von dieser Rotationsachse verläuft, die dem halben Abstand der Ebenen E1 und
E2 entspricht. In diesem Fall können die beiden Stifte durch Drehen der Greifeinrichtung
um 180 Grad wahlweise mit der einen oder der anderen Kupplungseinrichtung bzw. Ringnut
in Eingriff gebracht werden, d.h. in diejenige, welche beispielsweise nicht gerade
von einem anderen Stiftpaar oder einer stationären Halteeinrichtung besetzt ist.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Einzelheiten
seien nachfolgend anhand der schematischen Darstellungen jn den Figuren 1 bis 5
näher beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Transporteinrichtung
mit zwei Greifeinrichtungen und einem Träger,
Figur 2 eine Seitenansicht
eines Trägers mit einer Probe, Figur 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Figur
1, bei dem die Greifeinrichtungen in rechtem Winkel zueinander stehen, Figur 4 eine
Variante des Gegenstandes nach Figur 3, bei dem die Greifeinrichtungen in einem
spitzen Winkel zueinander stehen und Figur 5 eine perspektivische Darstellung einer
Versuchs-und Analysenvorrichtung mit mehreren Greifeinrichtungen gemäß der Erfindung.
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In Figur 1 ist mit 10 ein Träger bezeichnet, der die zu behandelnden
oder zu untersuchenden Gegenstände wie beispielsweise eine Probe 11 durch eine nicht
dargestellte Vakuum kammer transportieren soll. Der Träger 10 ist als rotationssymmetrischer
Körper ausgebildet und in zwei mit Abstand voneinander angeordneten Ebenen E1 und
E2 mit Kupplungseinrichtungen 12 und 13 versehen, die als parallele, koaxiale Ringnuten
14 und 15 ausgeführt sind. Die Ringnuten haben einen halbkreisförmigen Querschnitt.
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Mit jeder der Ringnuten steht eineGreifeinrichtung 16 bzw.
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17 in Eingriff, die aus einer Führungsstange 18 bzw. 19 besteht, die
in Richtung der Pfeile 20 bzw. 21 längsverschiebbar gelagert sind. Die Führungsstangen
18 bzw. 19 sind außerdem im Sinne der Pfeile 22 und 23 schwenkbar bzw. drehbar.
An ihrem einen Ende besitzen die Führungsstangen elastische Stifte 24, die parallel
zueinander und zur Bewegungsrichtung der zugehörigen Führungsstange (Pfeile 20 bzw.
21) ausgerichtet sind. Der Abstand der Stifte 24 entspricht dabei dem Durchmesser
der Ringnuten 14 bzw. 15,
während der Durchmesser der Stifte 24
dem Durchmesser des Querschnitts der Ringnuten entspricht. Auf diese Weise sind
die Stifte 24 in die Ringnuten 14 bzw. 15 des Trägers 10 leicht einschiebbar, wobei
sich der Träger 10 an den betreffenden Stiften aufhängt.
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Anhand der Greifeinrichtung 16 ist demonstriert, daß die Achsen der
Stifte 24 in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zur Rotationsachse "A" der
Greifeinrichtung und der Führungsstange 18 und in einem Abstand "D" von dieser Rotationsachse
verläuft, also exzentrisch ist. Analoges gilt auch für die Stiftanordnung der Greifeinrichtung
17. Im vorliegenden Fall sind die Stifte 24 der Greifeinrichtung 16 um das Maß "D"
nach oben versetzt und die Stifte 24 der Greifeinrichtung 17 um das gleiche Maß
nach unten. Dadurch liegen die oberen Stifte in der Ebene E1 und die unteren in
der Ebene E2 (Figur 2), obwohl sich die Rotationsachsen A der beiden Greifeinrichtungen
schneiden. Sinngemäß lassen sich die Stifte 24 beider Greifeinrichtungen hierdurch
miteinander vertauschen; d.h. die Stifte der Greifeinrichtung 16 können nach einer
Drehung um die Achse "A" mit der unteren Ringnut 15 und die Stifte der Greifeinrichtung
17 mit der oberen Ringnut 14 in Eingriff gebracht werden, d.h. genau umgekehrt,
wie in Figur 1 dargestellt.
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Figur 1 zeigt den Träger 10 in einer Obergabestellung. Er ist beispielsweise
durch die Greifeinrichtung 16 in der dargestellten Stellung antransportiert worden.
Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Greifeinrichtung 17 noch nicht in der dargestellten
Position. Sie wurde vielmehr erst nach dem Stillstand des Trägers 10 an diesen heranbewegt,
wobei die Stifte 24 in die untere Ringnut 15 eingeführt wurden.
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Die obere Greifeinrichtung 16 kann nunmehr nach rechts zurückgezogen
werden, so daß der Träger 10 ausschließlich von
den Stiften 24
der Greifeinrichtung 17 gehalten wird und von dieser in Richtung des Pfeils 21 weiter
transportiert werden kann. Für die Übergabe von der Greifeinrichtung 16 auf die
Greifeinrichtung 17 ist keinerlei Zwischenauflage oder dergleichen für den Träger
10 erforderlich.
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Die Führungsstange 18 - und analog natürlich auch die Führungsstange
19 - ist an ihrem den Stiften 24 abgekehrten Ende mit einem rotationssymmetrischen
Magneten 25 versehen, mit dem sie in einem vakuumdichten Rohr 26 aus amagnetischem
Werkstoff geführt ist. Außerhalb des Rohres 26 ist ein weiterer rotationssymmetrischer
Magnet 27 angeordnet, der der Übersichtlichkeit halber im Schnitt dargestellt ist.
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Die Magnete 25 und 27 sind auf dem Umfang mit einer Polteilung versehen,
so daß eine magnetische Kupplung nicht nur in Richtung des Pfeils 20 sondern auch
in Richtung des Pfeils 22 vorhanden ist. Dies bedeutet, daß der Magnet 25 und mit
ihm die Greifeinrichtung 16 jeder Längs- und Drehbewegung folgt, die der Magnet
27 ausführt. Auf die angegebene Weise wird eine vakuumdichte Bewegungsübertragung
erreicht. Ein Ringflansch 28 kann beispielsweise zur Befestigung des Rohres 26 in
der Wand einer nicht dargestellten Vakuumkammer dienen. Es versteht sich, daß eine
Drehbewegung des Trägers 10 nur möglich ist, solange nicht zwei Greifeinrichtungen
gleichzeitig mit ihm in Eingritt stehen.
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Figur 3 zeigt im wesentlichen eine Draufsicht auf den Gegenstand nach
Figur 1, bei dem beide Greifeinrichtungen 16 und 17 gleichzeitig mit dem Träger
10 in Eingriff stehen. Wenn die Greifeinrichtung 16 den Träger 10 in die dargestellte
Position gebracht hat, kann sie beispielsweise nach rechts vom Träger 10 entfernt
werden, worauf die Greifeinrichtung 17 den weiteren Transport des Trägers übernimmt.
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Figur 4 zeigt, daß die erfindungsgemaße Transporteinrichtung keineswegs
an eine senkrechte Ausrichtung der Greifeinrichtungen zueinander gebunden ist. Die
rotationssymmetrische Ausbildung des Trägers 10 ermöglicht es vielmehr, die Bewegungsrichtungen
der einzelnen Greifeinrichtungen unter einem nahezu beliebigen Winkel zueinander
auszurichten; im vorliegenden Falle beträgt der Winkel 45 Grad.
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Die universelle Einsatzmögl ichkeit der Transporteinrichtuno wird
anhand von Figur 5 näher erläutert. In der rechten oberen Ecke befindet sich eine
Vakuumbedampfungseinrichtung 29, die aus einer Elektronenstrahlkanone 30 und einem
Verdampfertiegel 31 besteht. Die Elektronenstrahlen sowie der Dampfstrahl sind durch
Pfeile symbolisiert.
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Oberhalb des Verdampfertiegels 31 befindet sich ein Probenhalter 32
in Form eines Revolvers mit mehreren Löchern 33 für die Aufnahme der Träger 10 mit
den Proben 11. Die Proben 11 werden oberhalb des Tiegels 31 durch den Dampfstrahl
bewegt. Hierbei weisen die Proben 11 nach unten, d.h.
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die Träger 10 sind vor dem Aufsetzen auf den Probenhalter 32 um 180
Grad gewendet worden. Zur Zufuhr der Träger 10 und zum Wenden dient die Greifeinrichtung
16, die der in Figur 1 dargestellten Greifeinrichtung entspricht. Zum Zwecke einer
Obergabe des Trägers 10 von der Greifeinrichtung 16 auf den Probenhalter 32 ist
dieser in vertikaler Richtung heb- und senkbar ausgebildet, was durch die gestrichelten
Linien dargestellt ist. Nach dem Aufsetzen des Trägers 10 auf dem Probenhalter 32
kann die Greifeinrichtung 16 nach rechts oben zurückgezogen werden. Nach dem Bedampfen
kann der Träger 10 in umgekehrter Reihenfolge wieder von dem Probenhalter 32 abgenommen
werden, worauf die Greifeinrichtung 16 in die Position 16a gebracht wird. An dieser
Stelle wird der
Träger 10 von der Greifeinrichtung 17 übernommen
und zunächst in eine Zwischenstellung 17a gebracht, in der der Träger 10 um einen
Winkel von 90 Grad geschwenkt wird. In dieser Stellung wird er auf einen weiteren
Probenhalter 34 aufgesetzt, der gleichfalls heb- und senkbar sowie drehbar angeordnet
ist. Mittels dieses Probenhalters kann der Träger 10 und mit ihm die Probe 11 in
eine Position gebracht werden, in der die Probe mittels einer nicht näher erläuterten
Analysenvorrichtung 35 analysiert werden kann.
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Durch eine Drehung des abgekröpft ausgebildeten Probenhalters 34 kann
der Träger 10 um 180 Grad geschwenkt werden, worauf die Greifeinrichtung,17 den
Träger 10 wieder übernimmt.
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Von der Stelle aus, an der die Greifeinrichtungen 16 (Position 16a)
und 17 gemeinsam mit dem Träger 10 in Eingriff stehen, kann der Träger aber auch
durch eine weitere Greifeinrichtung erfaßt und einer Bearbeitungsstation (47) zugeführt
werden. Von hier aus ist es möglich, den Träger 10 mittels der Bahn 37 geradlinig,
beispielsweise in einen Probenhalter 38 einzusetzen, der mit einer weiteren, nicht
näher beschriebenen Analysenvorrichtung 39 zusammenwirkt. Die Aufnahme in den Probenhaltern
34 und 38 geschieht mittels einer der Ringnuten 12 bzw. 13 (Figur 2). Vom Probenhalter
38, der in eine beliebige räumliche Lage gebracht werden kann, wird der Träger 10
durch eine weitere Greifeinrichtung 40 übernommen, die in allen Details der Greifeinrichtung
16 bzw. 17 gleicht.
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In der Bewegungsbahn 41 der Greifeinrichtung 40 ist eine Beheizungseinrichtung
42 angeordnet, die beispielsweise auch ein Schmelzofen sein kann. Auch die Beheizungseinrichtung
42 ist heb- und senkbar angeordnet, damit der Träger 10 von der Greifeinrichtung
40 ahgestreift werden kann. Die Bahn 37 kreuzt sich mit einer weiteren Bahn 43 mit
welcher weitere
Greifeinrichtungen 44, 45 und 46 zusammenwirken,
die zu nicht dargestellten Behandlungs- oder Analysenvorrichtungen gehören, oder
die zu Schleuseneinrichtungen für die Beschickung der Vakuumkammer führen. Aus Figur
5 geht anschaulich hervor, daß die Träger 10 mit der an ihnen befestigten Probe
11, die nicht im einzelnen dargestellt ist, auf einer Vielzahl von zusammengesetzten
Bahnen innerhalb der Vakuumkammer bewegbar ist, ohne daß der Träger 10 an den Obergabestellen
der einzelnen Greifeinrichtungen abgesetzt werden müßte. Die Träger werden lediglich
in spezielle Probenhalter eingesetzt, mittels denen eine Behandlung oder Analyse
durchgeführt wird. Es ist weiterhin zu erkennen, daß der Träger 10 innerhalb der
betreffenden Bahnen in nahezu beliebige räumliche Lagen gebracht werden kann, ohne
daß es hierzu besonderer Halterungen oder Verriegelungen bedarf.