DE2935770A1

DE2935770A1 - Schrittantrieb zur erzeugung einer linearbewegung eines hubtisches

Info

Publication number: DE2935770A1
Application number: DE19792935770
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Krueger; Eberhard Dipl Ing Riessland
Original assignee: Elektromat VEB
Current assignee: Elektromat VEB
Priority date: 1978-10-18
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1980-04-30
Also published as: FR2439502A1; GB2035709A; SE7908518L; JPS5574360A; DD139331A1

Description

Schrittantrieb zur Erzeugung einer Linearbewegung eines Hubtisches

■Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Schrittantrieb zur. Erzeugung einer Linearbewegung eines Hut» ti aches zur geaauen ferst ellung des Hubtischee auf eine beliebige, innerhalb zweier Grensen liegende ArbeitshShe· Die Erfindung ist einsetzbar in automatischen Amarlstmngea der Halbleiterfertigung- wie aueh in Steuer- und !Regelsystemen»

Charakteristik der bekannten technischen Löstingen

Es treten bei automatischen Ausrüstungen für die Halbleiterfertigung verstärkt Rroblene der genauen linearen ¥erstellung auf« Es ist dabei günstig, den imker linear zu verschieben.* um Lageratellen einzusparen und die gewünschte Baiiform au erhalten·

Zur Erzeugung einer definierten liBearbewegeng zwischen zwei Endlagen gibt es Linearmotcren, bei denen eine tpanelatorieche Bewegung entsteht, wie zua Beiapxel in dem DD-WP 83 200, DE-OS 23 49 139 und US-PS 3.566.224 sowie 3-851·196 beschrieben wird· Dabei sind die Polsysteme des Stators hintereinander angeordnet und wirken auf magnetische Tor springe des Läufers· Die Frequenaimpialse werde» dabei direkt in inkrementale WegSnderungen umgesetzt» Diese Anordnungen-sind durch die Fertigungsgenauigkeit der Polsysteme, d. h. durch ten Haeterabetand der magnetischen ¥orsprünge in ihrer Positioniergenauigkeit begrenzt«

020018/060?

Weiterhin ist bei den elektromagnetischen Linear-Antrieb-Systemen nachteilig, daß sie in Ruhestellung eine relativ geringe Steife gegenüber äußeren Kräften in der Bewegungsrichtung des Systems aufweisen. Für den Antrieb eines Hubtisches, auf den stets äußere Störgrößen in Form variabler Massen und Kräfte angreifen, ist ein elektromagentischer Linearantrieb ungeeignet.

Einen elektrischen Stellmotor beschreibt das DD-AP 102 248, bei dem der Schrittmotor einen axial festen Rotor mit einer Durchgangsbohrung der Rotorwelle aufweist. Die Rotorwelle trägt teilweise ein Innengewinde, daß mit einer Gewindespindel zusammenwirkt·, Bei einer Drehung des Rotors wird eine der Rotordrehung proportionale Längsverschxebung eines mit der Gewindespindel verbundenen Stellgliedes bewirkt. Die Längsverstellung geschieht dabei in sehr kleinen Teilschritten, Dieser Antrieb benutzt die auch aus vielen anderen Anwendungen bekannte Kombination eines normalen rotatorischen Schrittmotors mit drehbar gelagerten jedoch axial festem Anker, und einem Gewindespindel-Gewindemutter-System. Es ergibt sich ein relativ komplizierter Aufbau und eine große axiale Gesamtgröße des Systems, In der DE-OS 27 20 053 ist ein elektromagnetischer Schrittmotor beschrieben, bei dem der Rotor auf einem Zapfen drehbar befestigt ist. Dieser Zapfen ist axial gleitfähig in dem Kern gelagert. Bei dieser Erfindung besteht keine Zuordnung zwischen der Drehbewegung des Rotors und der axialen Beweglichkeit,

Aus dem DD-WP 36 236 sind Motoren bekannt, die eine Längsverschiebung des Ankers zum Zwecke des Bremsens oder Kuppeins gestatten. Dabei wird der Anker zwischen zwei Endlagen ohne Zwischenhalt bewegt. Die Verschiebung des Ankers ist hierbei eine Funktion zum Bremsen, die zum Beispiel in einer zusätzlichen Einrichtung, die in dem DD-WP 47 230 beschrieben ist, ausgeglichen wird. Ebenfalls beschreiben die DE-OS 21 15 246 und DE-OS 27 50 843 Schrittmotoren mit axialer Verschiebung des Rotors zum Zwecke des Kuppeins

2335770

Diese Erfindungen beziehen sich nicht auf eine definierte axiale ¥erstellung dee Rotoia in Abhiagigkeit vom Hotordrehwinkel

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Schrittantrieb zur Erzeugung einer Linearbewegung eines Hubtisches mit flacher Bauform zu schaffen,, der aus wenig Bauteilen besteht und dessen bewegliche Teile nur wenige Lagerstellen aufweisen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, durch die konstruktive Yereinigung des Getriebes axt dem Motor,, vorzugsweise einem Schrittmotor, eine weaentliohe Tereinfachung dea Aufbaues durch Wegfall τοη zusätzlichen Lagersteilen su erreichen, sowie weiterhin eine flache Bauforn dea Schrittmotors zu erzielen·

Merkmale der Erfindung

Dta erfindungsgemäße Schrittantrieb zur Erzeugung einer Linearbewegung einea Hubtiaoaes besteht aus einem Stator mit einem oder mehreren Polsyeteaen, einem Rotor, dessen Hotation eine Axialbewegung zugeordnet ist, und einem- Hubtisch mit einer ¥erdrehsicherung gegenüber dem Stator· Dabei steht der Stator mit dem Rotor über ein Präzisionagewinde in Wiriomgaeimgriff, so deB der Motor bei ¥erdrehung gleichseitig auch eine lacielbeweguiig ausführt· Weiterhin besteht der Hotor am Infleren Utafauag aus weicnmagnetiachen Material iymd. weist dort Zürne und Muten mit einem konstanten Teilungswinkel Ψ auf· Baa- oder die Bolsysteae sind geeigaetj, bei entsprechender Ansteuerung eine Drehung tea Motors zu eraeTagen«, Dabei stehen die an dem Stator befestigten Polaysteae fibes des gesamten Teretellweg d ia EagaetiseMea Wirtengaeiagriff mit <äea ZShnea &ea Rotors«

0 3 0 0 1 8 / 0 8 © T/

Weiterhin ist zwischen Rotor und Hubtisch eine ringförmige Führung vorhanden, die einen formschltissigen Wirkungseingriff darstellt und bewirkt, daß der Hubtisch den axialen Verschiebungen des Rotors spielfrei folgt· Darüber hinaus ist eine Verdrehsicherung zwischen dem Stator und den Hubtisch angeordnet·

In Ausgestaltung der Erfindung besteht ein Polsysten aus zwei Polpaaren mit je zwei Einzelpolen· Die Einzelpole tragen ebenfalls Zähne, wobei in einer angenommenen Grundstellung die Zähne des ersten Einzelpoles des ersten Polpaares sich mit den Zähnen des Rotors überdecken und die Zähne des zweiten Einzelpoles einen Versatz von 1/2 ψ * die Zähne des ersten Einzelpoles des zweiten Polpaares einen Versatz von 3/4^P und die Zähne des zweiten Einzelpoles einen Versatz von 1/4 "f gegenüber den Zähnen des Rotors aufweisen· Zwischen den beiden Polpaaren ist darüber hinaus ein Permanentmagnet angeordnet· In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Stator zwei Polsysteme auf·

In weiterer Ausgestaltung ist die Höhe des Polsystems größer oder gleich der Länge des Verstellweges d zuzüglich der Höhe der Zähne des Rotors.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trägt der Stator einen Führungszapfen, der an seinem unteren Ende das Präzisionsaußengewinde aufweist, wobei der Rotor eine zentrische Bohrung mit dem Präzisionsinnengewinde besitzt· Der Führungszapfen trägt an seinem oberen Ende einen Gleitstein als Verdrehsicherung zwischen Stator und Hubtisch· Der Gleitstein greift dabei in einer axialen Hut des Hubtiach.es an·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel und anhand zweier Zeichnungen näher erläutert·
Dabei zeigen

030018/060?

"T-

Fig. 1: den Schnitt A-A durch das Ausfiihrungsbeispiel Fig· 2: das elektromagnetische Polsystem,

Der in Fig· 1 dargestellte Schrittantrieb zur Erzeugung einer Linearbewegung eines Hubtisches ist vorwiegend rotationssymmetrisch aufgebaut und besteht aus einem Stator 1 mit einem Polsystem 2₉ einem gegenüber dem Stator 1 verdrehbaren und sich dadurch auch axial verschiebenden Rotor 3 und einem Hubtisch, 4 mit einer ¥erdrehsicherung 5·

Dabei trägt der Stator 1, der hier scheibenförmig ausgebildet ist, einen Randvorsprang 25 zum Befestigen des Polsystems 2 und einen zentrisehen Ftihrungszapfen 22· Der Führungszapfen 22 trägt an seinem marteren Ende ein Präzisionsaußengewinde 6a und an seinem oberen Ende die Yerdrehsicherung 5 in Form eines GIeitateines· Der Hotor 3 ist ebenfalls als flache Platte auagebildet, iie in -einer zentrischen Bohrung 23 das entsprechende Präzisionsinnengewinde 6b trägt, welches mit dea Präzisionsaußengewinde 6a in-Wirkungsei&griff steht. Weiterhin besteht der Rotor 3 an seinem äußeren Hilf eng ana weichmagnetisehem Material uad weist dort Zähne 7 «md Hüten 8 mit einem konstanten Teilungswiakel T auf» Das Polsystem 2 besteht aus zwei Polpaaren 11; 12 Bit den Einseipolen 13? 14» 15; 16. Die Einzelpole 13».14; 15s 16 tragen jeweils ZMbne 17; 18; 19;20, iie mit den Zähnen 7 über den gesamten ¥erstellweg d in magnetischtem Wirkungseingriff stehen· Dabei ist die Höhe des Pol» systems größer oder gleich der iSage dea Yeratellwegea d zustiglieh der Höhe der Zähne 7.

In einer angenommenen Grundsteilung überdecken sich die Sahne 17 mit den Zähnen-7 und iie Zähne 18 weisen eise» Yersatz von 1/2 f * die Zähme 19 einen feraata von 3/4f und die Zähne 20 einen Versatz von 1/4 ^P zu den Zähnen 7 auf. Weiterhin iet iswiedlien lea Polpaaren 11; 12 ein Permanentmagnet 21 angeordnet·

Bei geeigneter Ansteuerung der Einzelpole 13; 14; 15; ist das Polsystem 2 geeignet, eine Drehung des Rotors zu erzeugen· Dabei bewegt sich der Rotor 3 längs des Fräzisionsgewindes 6 in axialer Richtung zum Stator 1· Weiterhin weist der Rotor 3 eine ringförmige Führung und der Hubtisch 4 eine entsprechende Führung 10 auf· Die Führungen 9; 10 stehen in spielfreiem und formschlüssigem Wirkungseingriff, wodurch der Hubtisch 4 die axiale Bewegung des Rotors 3 ebenfalls ausführt· Die an dem oberen Ende des Führungszapfens 22 angeordnete spielfreie Verdrehsicherung 5 greift in einer axialen Nut 24 des Hubtisches 4 an. Dadurch ist die Winkellage des Hubtisches 4 zum Stator 1 festgelegt und der Hubtisch 4 führt die axialen Bewegungen aus, die der Rotor 3 vermittelt·

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist es weiterhin günstig, daß das Drehmoment des Rotors 3 und damit die Hubkraft des Hubtisches 4 sich linear mit dem Durchmesser des Rotors 3 ändern· Ebenfalls erweist sich die flache Bauform beim Einsatz als günstig· Weiterhin ist es möglich, die Platte des Rotors 3 mit Durchbrüchen zu versehen, um bei ausreichender Steife ein geringes Trägheitsmoment zu verwirklichen·

030018/0807

Claims

Erfindungaanspruch

1«, .Schrittantrieb zur Erzeugung einer Linearbeviegung eines Hubtischea mit einem Rotor, dessen Rotation eine ixialbewegung zugeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Schrittantrieb aus einem Stator (1) mit einem oder mehreren Polsystemen (2) dem lotor (3) und dem Hubtisch (4) axt einer Verdrehsicherung (5) besteht, daß der Stator (1) ait dem Rotor (3) über ein PrSziaionsgewinde (6) ia Wirkungseingriff steht, daß der lotor (3) an äußeren Umfang aus weichmagnetischen Material besteht und Zihne (7) sowie Muten (8) ait einem konstanten Teilungswinkel ¹P aufweist, daß die an den Stator (1) befestigten Polsysteae (2) in magnetischem Wirkungseingriff mit den Zahnen (7) des Rotors (3) über dem gesamten Verstellweg (d) stehen und bei entsprechender Ansteuerung geeignet sind, eine Drehung dea Rotors (3) zu erzeugen, daß der lotor (3) eine ringförmige Führung (9) aufweist, daß der Hubtisch (4) eine entsprechende Führung (10) aufweist, die mit der ringförmigen Führung (9) axial in spielfreiesa formachlüssigem Wir kungs eingriff steht und daß die Verdrehsicherung zwischen Teilen des Stators (1) und dem Hubtisch (4) angeordnet ist.

2· Schrittantrieb nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Polsystem (2) aus zwei Polpaaren (11$ 12) mit den Einzelpolen (13; 14» 15; 16)- besteht, daß die Einsseipole (13; 14l 15; 16) jeweils Zähne (17? 18; 19? "20) tragen, die mit den Zähnen (7) in magnetischem Wirkungseingriff stehen, wobei in einer angenommenen Grundstellung die Zürne (17) sieh mit den Zürnen (7) überdecken und daß die Zahne (18) einen Versatz von 1/2 T , die Zahme (19) einen Versatz von 3/4 f und die Zähne (20) einen Versatz von 1/4f

SMSPECTED

gegenüber den Zähnen (7) aufweisen und daß zwischen Polpaar (11) und dem Polpaar (12) ein Permanentmagnet (21) angeordnet ist·

3· Schrittantrieb nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Stator (1) zwei Polsysteme (2) aufweist·

4· Schrittantrieb nach Punkt 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Höhe eines Polsystemes (2) größer oder gleich der Länge des Verstellweges (d) zuzüglich der Höhe der Zähne (7) ist.

5· Schrittantrieb nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Stator (1) einen Führungszapfen (22) trägt, der an seinem unteren Ende das Präzisionsaußengewinde (6a) aufweist, daß der Rotor (3) eine zentrische Bohrung (23) mit dem Präzisionsinnengewinde (6b) besitzt und daß der Führungszapfen (22) an seinem oberen Ende einen Gleitstein als Verdrehsicherung )5) trägt, der in einer axialen Nut (24) des Hubtisches (4) angreift·

030018/0601