WO2019158227A1 - Reinraumtaugliches schienensystem und schlitten hierfür - Google Patents

Reinraumtaugliches schienensystem und schlitten hierfür Download PDF

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WO2019158227A1
WO2019158227A1 PCT/EP2018/067865 EP2018067865W WO2019158227A1 WO 2019158227 A1 WO2019158227 A1 WO 2019158227A1 EP 2018067865 W EP2018067865 W EP 2018067865W WO 2019158227 A1 WO2019158227 A1 WO 2019158227A1
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WO
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rail
carriage
roller
clean room
magnet device
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PCT/EP2018/067865
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Inventor
Daniel LAUKENMANN
Andreas BÖHMIKE
Manuel WALLISCH
Original Assignee
Bausch + Ströbel Maschinenfabrik Ilshofen GmbH + Co. KG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G54/00—Non-mechanical conveyors not otherwise provided for
    • B65G54/02—Non-mechanical conveyors not otherwise provided for electrostatic, electric, or magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67703—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations between different workstations
    • H01L21/67709—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations between different workstations using magnetic elements

Definitions

  • the invention relates to a carriage designed for use in a clean room rail system with at least one rail comprising at least one roller designed for contact with and rollers on the rail; and a drive member for generating propulsion along the rail by interaction with an element of the clean room rail system connected to the rail. Furthermore, the invention relates to a clean room rail system comprising a corresponding carriage.
  • transport devices are required for used in clean room objects. For example, in the field of production of pharmaceutical products, vials, syringes or the like are sterilized and brought to a filling station in order to be filled and sealed there with a sterile medical product.
  • Reliable rail systems with slides arranged thereon have proven to be reliable. These carriages are arranged on the rails via rollers and move along the rails, while at the same time they have receiving devices or slides for transporting corresponding objects.
  • drive elements are arranged on both the rail construction and on corresponding slide, which interact with each other to produce the propulsion of the carriage along the rail.
  • Such drive elements may be, for example, magnetic systems which are one-sided or bilateral.
  • rollers roll as continuously as possible in contact with the rail in order to avoid jerking or sliding of the carriage relative to its planned path.
  • abrasion on the rollers and / or rails must be kept as low as possible due to the requirements of the clean room.
  • the use of lubricants is usually avoided.
  • systems have proven in which roles, rail and other similar elements are dimensioned so that a clamping effect between rollers and rails occurs, so that a continuous sufficient contact between rollers and rails is ensured. In combination with correspondingly low-abrasion rollers and rail materials, appropriate transport systems can be realized.
  • the invention has for its object to provide a carriage and a reinraumtaugliches rail system comprising such a carriage, which overcomes the existing disadvantages in the prior art.
  • a carriage according to the invention is characterized in that the carriage comprises a non-propelling guide magnet device which is connected to the roller or rollers and which by means of interaction with one or more elements of a clean-room rail system connected to the rail generates a force that presses the roller against the rail.
  • the guide magnet device does not necessarily have to be the only magnet device of the carriage, since, as is known from the prior art, magnetic devices for generating the propulsion or as elements of the drive can also be provided on the carriage.
  • a magnetic device complementary to the guide magnet device on the rail or connected to the rail is a technical option, it is generally not absolutely necessary. Because the rails usually contain sufficient appropriate materials such as steel, which, as a counterpart to the guide magnet device, together with this lead to a sufficient magnetic force effect.
  • the carriage and / or the rollers are designed to be storable so that when changing the thickness of a covering of the roller, an axis of the roller can move closer to the rail under the action of the force generated by the guide magnet device.
  • the magnetic force generated must in some way lead to a corresponding shift as the thickness of the roller covering changes, and technically this can be realized by either moving the carriage as a whole closer to the rail due to corresponding clearance provided by the design of the carriage or by the axle and / or the roller bearing within the carriage is correspondingly movable.
  • one or the axis of the roller is preferably orthogonal to an intended direction of advance and a connecting line between two poles of the guide magnet device is orthogonal to the axis of the roller and this advancing direction.
  • the guide magnet device can generally also be made up of a plurality of magnets and, in the case of a guide magnet device comprising a plurality of magnets corresponding to the two poles of this embodiment, may mean the magnetic poles resulting from the interaction of the plurality of magnets can result.
  • a guide magnet device having a plurality of magnets which are arranged in the form of a Hallbach array and / or comprise the magnetization directions which are angled relative to one another, preferably adjacent to the magnetization direction substantially orthogonal to the axis of the roller and the direction of advance and magnetization direction substantially parallel to the plane formed by the axis of the roller and the advancing direction.
  • Such arrays of magnets enhance the magnetic flux on one side of the assembly and weaken it on the other. By aligning the side with enhanced magnetic flux towards the rail, a strong attraction can be achieved with a small total volume of the guide magnet device.
  • the guide magnet device can comprise not only a plurality of magnets but also magnets of different types, for example electromagnets or permanent magnets.
  • the strength of the force generated by the guide magnet device is preferably selected to be greater than smaller, since with a larger force sufficient contact pressure and sufficient contact are ensured.
  • the roller comprises a rolling surface with at least one middle region and two edge regions, the middle region extending farther away from an axis of the roll than the edge regions.
  • the middle region extending farther away from an axis of the roll than the edge regions.
  • the middle region preferably comprises a profile extending away from the axis of the roll with at least one projection. This then generally extends around the entire tread of the roll.
  • a profile of the roller can be V-shaped.
  • the carriage comprises a housing in which the rollers and the guide magnet device are accommodated.
  • This housing may also house other elements, such as drive elements and / or drive magnet devices.
  • the at least one roller comprises a polyurethane, in particular a thermoplastic polyurethane elastomer.
  • a further aspect of the invention is a clean-room rail system with at least one rail and at least one carriage according to the preamble of claim 1.
  • the guide magnet device be provided on the slide as in the previously described slide according to the invention, but it is also conceivable to provide the guide magnet device or a further complementary guide magnet device connected to the rail or to the rail ,
  • the carriage generally also comprises corresponding materials, it is technically almost identical with regard to purely the aspect of the generation of the contact pressure, whether the guide magnet device is arranged on the carriage or connected to the rail.
  • the clean-room rail system according to the invention may also comprise the features of the preferred embodiments described above or complementary features related to the rail.
  • a connecting line of one or the magnetic north pole of the guide magnet device with one or the magnetic south pole of the guide magnet device is orthogonal to a running direction of the rail.
  • a running surface of the rail preferably comprises a central region with a depression.
  • a profile of the rail is V-shaped.
  • the shape of the running surface or its profile is preferably complementary to the corresponding rolling surface of the roll or its profile.
  • the tread of the rail may also include a plurality of recesses when rollers with a plurality of projections are to be used.
  • the clean room rail system comprises a plurality of rails with at least partially parallel rails.
  • drive elements can be arranged both on the carriage and on the rail or connected to the rail.
  • co-operating drive magnet devices in particular, may be provided both on the carriage and on the rail or connected to the rail.
  • Both the carriage according to the invention and the cleanroom rail system according to the invention can be designed so that in addition to the pressed by the magnetic force to the rails rollers still exist other roles that are mechanically or otherwise pressed against rails or even those rollers that without special contact pressure Rail elements run.
  • rollers for running on lateral rail surfaces whose axis is more or less parallel to the direction of the force acting on the magnetically pressed rollers.
  • carriages and / or cleanroom rail systems may include other elements known in the art, such as elements for supporting objects to be transported or for determining the position of the carriage.
  • the rail comprises a stainless steel, in particular a martensitic steel.
  • FIG. 1 shows a slide according to the invention in a schematic view along a viewing direction parallel to the direction of advance.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a section through a rail in a plane transverse to the advancing direction.
  • FIG. 3 shows a schematic view of the elements from FIGS. 1 and 2 in the operating state.
  • Figures 4a to 4c show a schematic view from below different
  • a carriage 10 according to the invention comprises rollers 12, in this case two, wherein four rollers are preferred for stability and curve guidance, which are to run on one or more corresponding rails.
  • the rollers 12 are mounted on an axle 14.
  • the axle 14 is connected to the housing 18 on which the drive magnet devices 16 are arranged.
  • the guide magnet device 20 is further arranged. This is connected by means of an offset to the axis 14 arranged bracket 22 with the housing 18. Due to the connection of the guide magnet device 20 to the housing 18 and its connection to the axis 14 of the rollers 12, a force acting on or exerted by the guide magnet device is transmitted to the rollers 12.
  • the rollers 12 In order to avoid lateral deflection / displacement of the rollers 12 in response to this force effect, the rollers 12 have a circumferential V-shaped profile 24.
  • FIG. 2 shows a rail 30 complementary to the carriage 10 according to the invention.
  • This comprises a rail body 32 with a running surface and a holder 34 on which drive magnet devices 36 are arranged.
  • V-shaped recesses 38 or V-shaped profiles 38 are formed in the running surface of the rail 32.
  • a cleanroom rail system 40 according to the invention designed with the aid of the carriage 10 according to the invention is shown in FIG.
  • the carriage 10 can be applied in the manner shown on the rail 30 by sections of the rail body 32 removed at a position of the rail 30 and the carriage 10 is simply pushed onto the rest of the rail.
  • the guide magnet device 20 is disposed close to the metal rail body 32, whereby the carriage 10 experiences a downward force with respect to FIG. 3, which presses the rollers 12 against the rail body 32.
  • the precise positioning of the guide magnet device 20 within the carriage 10 determines the initial distance between the guide magnet 20 and the rail body 32, which on the one hand defines the initial contact pressure and, on the other hand, the maximum abrasion of the rollers 12, which is still compensatable.
  • a corresponding carriage 10 with such worn-out rollers 12 is technically easy to replace and will also be able to drive along the rail 30 completely directly before the end of the service life with the rollers being completely in contact.
  • FIGS. 4a to 4c show different embodiments of the guide magnet device 20 as a Hallbach array. The viewing direction from below is thus from the rail 30.
  • magnets 26, in particular permanent magnets 26, are arranged adjacent to different polar directions.
  • positive pole 27 and negative pole 28 in FIG. 4 a are aligned at an average magnet of an upper row in the figure such that the connecting line to the axis 14 of the roller 12 and the advancing direction is orthogonal.
  • the adjacent magnets 26 have a magnetic direction or polar direction rotated by 90 °, so that the positive pole 27 of the adjacent magnet 26 is directed in each case toward the middle magnet.
  • a magnet 26 with plus pole 27 and minus pole 28 is then reversed, as in the case of the middle magnet 26 and thus also with the polar direction rotated by 90 ° relative to the adjacent magnets 26.
  • the rows of magnets 26 could also be longer than 5 magnets, wherein each adjacent magnets have mutually rotated by 90 ° pole directions. Furthermore, more than 2 rows could be used. This depends essentially on the size of the magnets 26 used and on the size of the carriage 10 and the guide magnet device 20.
  • a rotation angle of 90 ° between adjacent magnets 26 is indeed to be preferred. But for special sizes, distances, and magnets, other angles can be beneficial.
  • One example is the grid of magnets 26 shown in FIG. 4c, in which neighboring magnets are alternately rotated by 45 ° and 135 °, respectively.

Landscapes

  • Bearings For Parts Moving Linearly (AREA)

Abstract

Schlitten (10) ausgelegt zur Verwendung in einem Reinraum- Schienensystem (40) mit mindestens einer Schiene (30) umfassend: mindestens eine Rolle (12) ausgelegt zum Kontakt mit und Rollen auf der Schiene (30); und ein Antriebselement (16) zur Erzeugung eines Vortriebs entlang der Schiene mittels Wechselwirkung mit mit der Schiene (30) verbundenen Elementen (36) des Reinraum- Schienensystems (40), bevorzugt ein Antriebselement (16) umfassend eine Antriebsmagnetvorrichtung (16), wobei der Schlitten (10) eine nicht dem Vortrieb dienende Führungsmagnetvorrichtung (20) umfasst, die mit der Rolle (12) verbunden ist und die mittels Wechselwirkung mit mit der Schiene (30) verbundenen Elementen des Reinraum-Schienensystems (40) eine Kraft erzeugt, die die Rolle (12) an die Schiene (30) anpresst.

Description

Reinraumtaugliches Schienensystem und Schlitten hierfür
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Schlitten ausgelegt zur Verwendung in einem Reinraum-Schienensystem mit mindestens einer Schiene umfassend min- destens eine Rolle ausgelegt zum Kontakt mit und Rollen auf der Schiene; und ein Antriebselement zur Erzeugung eines Vortriebs entlang der Schiene mittels Wechselwirkung mit einem mit der Schiene verbundenen Element des Reinraum-Schienensystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Reinraum- Schienensystem umfassend einen entsprechenden Schlitten. Bei einer Vielzahl von Reinraumanwendungen sind Transportvorrichtungen für im Reinraum genutzte Objekte erforderlich. Beispielsweise werden im Bereich der Herstellung von pharmazeutischen Produkten Vials, Spritzen oder ähnliches sterilisiert und zu einer Füllstation verbracht, um dort steril mit einem medizinischen Produkt befüllt und verschlossen zu werden.
Entsprechende Transportsysteme müssen also eine Vielzahl von Objekten transportieren können, dies muss mit entsprechender Präzision geschehen, das Transportsystem muss Reinraumbedingungen genügen und sollte ferner möglichst wartungsfrei betreibbar sein, da jede Wartung einen zusätzlichen Aufwand erfordert, da im Allgemeinen entsprechendes Personal in den Rein- raum eingreifen muss.
Als zuverlässig haben sich hierfür Schienensysteme mit daran angeordneten Schlitten erwiesen. Diese Schlitten sind über Rollen an den Schienen ange- ordnet und bewegen sich entlang der Schienen, während sie gleichzeitig Aufnahmevorrichtungen oder Schieber zum Transport von entsprechenden Objekten aufweisen. Dabei sind sowohl an der Schienenkonstruktion als auch an entsprechenden Schlitten Antriebselemente angeordnet, die miteinander wechselwirken, um den Vortrieb des Schlittens entlang der Schiene zu erzeugen. Solche An- triebselemente können beispielsweise einseitig oder beidseitig entsprechen- de Magnetsysteme sein.
Dabei ist es erforderlich, dass die Rollen möglichst ununterbrochen kontak- tierend mit der Schiene abrollen, um Ruckein oder Verschieben des Schlit- tens gegenüber seiner geplanten Bahn zu vermeiden. Gleichzeitig sind Ab- rieb an den Rollen und/oder den Schienen möglichst gering zu halten auf- grund der Anforderungen des Reinraums. Aus gleichen Gründen wird übli- cherweise der Einsatz von Schmiermitteln vermieden. Für diese Anforderungen haben sich Systeme bewährt, bei denen Rollen, Schiene und entsprechende andere Elemente so dimensioniert sind, dass eine Klemmwirkung zwischen Rollen und Schienen auftritt, so dass ein durchgehend ausreichender Kontakt zwischen Rollen und Schienen sicher- gestellt ist. In Kombination mit entsprechend abriebsarmen Rollen und Schienenmaterialien sind entsprechende Transportsysteme realisierbar.
Ein Beispiel für ein solches Schienensystem ist das unter dem Namen„XTS- System“ bekannte Produkt der Firma Beckhoff. Im Langzeitbetrieb hat sich jedoch bei entsprechenden Systemen unerwartet der Nachteil gezeigt, dass trotz Verwendung von abriebsarmer Rollen und Schienen doch ein Abrieb verbleibt, der groß genug ist, dass die Klemmwir- kung zwischen Rollen und Schiene verringert wird. Denn die Klemmwirkung bestimmt sich aus dem Abstand der Achse der Rolle zur Oberfläche der Schiene sowie der Dicke des Rollenbelags. Selbst ein geringer Abrieb, wie er technisch auf Dauer kaum vermeidbar ist, führt zu einer geringen Verringerung der Dicke des Rollenbelags, welche un- erwartet zu einer zu großen Verringerung der Klemmwirkung bzw. Klemm- kraft führt, womit die Schlitten nicht mehr ausreichend präzise entlang der Schienen geführt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schlitten und ein reinraumtaugliches Schienensystem umfassend einen solchen Schlitten anzugeben, das die im Stand der Technik bestehenden Nachteile überwindet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schlitten gemäß Anspruch 1 bzw. ein Reinraum-Schienensystem gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßer Schlitten ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten eine nicht dem Vortrieb dienende Führungsmagnetvorrichtung um- fasst, die mit der Rolle oder den Rollen verbunden ist und die mittels Wech- selwirkung mit einem oder mehreren mit der Schiene verbundenen Elemen- ten eines Reinraum-Schienensystems eine Kraft erzeugt, die die Rolle an die Schiene anpresst.
Dies löst die oben beschriebenen technischen Probleme, denn selbst wenn sich die Rolle abnutzt und sich die Dicke des Rollenbelags verringert, wird die Rolle bzw. die Achse aufgrund der magnetischen Anziehung näher an die Schiene herangezogen werden, womit weiterhin eine ausreichend starke Kontaktierung sichergestellt ist.
Dabei muss die Führungsmagnetvorrichtung nicht zwingend die einzige Magnetvorrichtung des Schlittens sein, da wie aus dem Stand der Technik bekannt, ebenfalls Magnetvorrichtungen zur Erzeugung des Vortriebs bzw. als Elemente des Antriebs am Schlitten vorgesehen sein können. Eine zur Führungsmagnetvorrichtung komplementäre Magnetvorrichtung an der Schiene bzw. verbunden mit der Schiene ist zwar eine technische Opti- on, aber im Allgemeinen nicht zwingend erforderlich. Denn die Schienen um fassen meist ausreichend entsprechende Materialien wie Stahl, die als Ge- genpart zur Führungsmagnetvorrichtung zusammen mit dieser zu einer aus- reichenden magnetischen Kraftwirkung führen.
Bevorzugt sind der Schlitten und/oder die Rollen ausgelegt, so lagerbar zu sein, dass bei Veränderung der Dicke eines Belags der Rolle eine Achse der Rolle unter Wirkung der von der Führungsmagnetvorrichtung erzeugten Kraft näher an die Schiene heranrücken kann.
Grundsätzlich muss in irgendeiner Weise die erzeugte magnetische Kraft bei Veränderung der Dicke des Rollenbelags zu einer entsprechenden Verschiebung führen und technisch vorteilhaft lässt sich dies realisieren, indem ent- weder der Schlitten als Ganzes aufgrund von entsprechenden bei Entwurf des Schlittens vorgesehenen Spiel näher an die Schiene heranrücken kann oder indem die Achs- und/oder die Rollenlagerung innerhalb des Schlittens entsprechend beweglich ist.
Bevorzugt ist eine bzw. die Achse der Rolle dabei orthogonal zu einer vorge- sehenen Vortriebsrichtung und eine Verbindungslinie zweier Pole der Füh- rungsmagnetvorrichtung orthogonal zu der Achse der Rolle und dieser Vor- triebsrichtung.
Dies ist vorteilhaft, da entlang der Verbindungslinie zweier solcher Pole die maximale Kraftwirkung auftritt, womit die Rollen dann genau auf die Schie- nen gepresst werden und die zum Vortrieb wirkenden Kräfte nicht zu einem Verkippen oder einer leichten Schrägstellung der Rollen gegenüber den An- presskräften führen können. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Führungsmagnetvorrichtung allgemein auch aus mehreren Magneten aufgebaut sein kann und im Falle einer Füh- rungsmagnetvorrichtung aus mehreren Magneten entsprechend mit den bei- den Polen dieser Ausführungsform die Magnetpole gemeint sein können, die sich aus der Wechselwirkung der mehreren Magneten miteinander ergeben können.
Bevorzugt ist aber auch eine Führungsmagnetvorrichtung mit mehreren Magneten, die in Form eines Hallbach-Arrays angeordnet sind und/oder die Magnetisierungsrichtungen umfassen, die gewinkelt zueinander ausgerichtet sind, bevorzugt benachbart abwechselnd mit Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen orthogonal zu der Achse der Rolle und der Vortriebsrichtung und Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der von der Achse der Rolle und der Vortriebsrichtung gebildeten Ebene.
Solche Anordnungen von Magneten verstärken den magnetischen Fluss auf einer Seite der Anordnung und schwächen ihn auf der anderen ab. Durch Ausrichtung der Seite mit verstärktem magnetischem Fluss hin zu der Schie- ne kann eine starke Anziehung bei kleinem Gesamtvolumen der Führungs- magnetvorrichtung erreicht werden.
Ferner kann die Führungsmagnetvorrichtung neben mehreren Magneten auch Magnete unterschiedlicher Art umfassen, beispielsweise Elektromagne- te oder Permanentmagnete.
Die Stärke der durch die Führungsmagnetvorrichtung erzeugten Kraft wird bevorzugt eher größer als kleiner gewählt, da bei einer größeren Kraft eine ausreichende Anpressung und ein ausreichender Kontakt eher sichergestellt sind.
Allerdings besteht bei größeren Anpresskräften auch die Gefahr, dass die Rollen gegenüber den Schienen leicht verrutschen und dann durch die mag- netischen Anpresskräfte in dieser leicht verrutschten falschen Position verbleiben.
Deshalb ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Rol- le eine Rollfläche umfasst mit mindestens einem mittleren Bereich und zwei Randbereichen, wobei sich der mittlere Bereich weiter von einer Achse der Rolle weg erstreckt als die Randbereiche. Dadurch kann - mit einer entspre- chend komplementären Ausbildung der Schiene - ein entsprechendes Ver- rutschen der Rollen gegenüber der Schiene verhindert werden. Denn der mittlere und sich weiter von der Achse weg erstreckende Bereich erstreckt sich dann in einen entsprechenden zurückversetzten mittleren Bereich der Schiene, weshalb sich Rolle und Schiene in bezogen auf die Vortriebsrich- tung seitlicher Richtung weniger oder nicht mehr gegeneinander verschieben können.
Entsprechend umfasst der mittlere Bereich bevorzugt ein sich von der Achse der Rolle weg erstreckendes Profil mit mindestens einem Vorsprung. Dieser erstreckt sich dann im Allgemeinen rund herum entlang der gesamten Lauf- fläche der Rolle.
Dabei ist ein Profil mit einem Vorsprung bevorzugt, aber ein Profil mit mehre- ren Vorsprüngen wäre ebenfalls denkbar.
Insbesondere kann ein Profil der Rolle V-förmig ausgebildet sein.
Bevorzug umfasst der Schlitten ein Gehäuse, in dem die Rollen und die Füh- rungsmagnetvorrichtung aufgenommen sind. Dieses Gehäuse kann auch weitere Elemente beherbergen, wie beispielsweise dem Antrieb dienende Elemente und/oder Antriebsmagnetvorrichtungen.
Alle bisher und auch alle im Folgenden beschriebenen Elemente des Schlit- tens können sowohl einzeln als auch mehrfach vorgesehen sein. Beispiels- weise sind erfindungsgemäße Schlitten mit nur einer Rolle denkbar, aller- dings genauso auch Schlitten mit mehreren Rollen, was zu mehr Laufstabilität beitragen kann. In gleicher weise können auch mehrere Führungsmag- netvorrichtungen und/oder Führungsmagnete als Elemente der Führungs- magnetvorrichtung vorgesehen sein.
Bevorzugt umfasst die mindestens eine Rolle ein Polyurethan, insbesondere ein thermoplastisches Polyurethan Elastomer.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Reinraum-Schienensystem mit min- destens einer Schiene und mindestens einem Schlitten gemäß dem Oberbe- griff des Anspruchs 1.
Der wesentliche Punkt hierbei ist, dass nicht nur wie beim bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Schlitten die Führungsmagnetvorrichtung am Schlit ten vorgesehen sein kann, sondern es ist ebenfalls denkbar, die Führungs- magnetvorrichtung oder einer weitere komplementäre Führungsmagnetvor- richtung an der Schiene oder mit der Schiene verbunden vorzusehen.
Da der Schlitten im Allgemeinen auch entsprechende Materialien umfasst, ist es hinsichtlich rein des Aspektes der Erzeugung der Anpresskraft technisch nahezu identisch, ob die Führungsmagnetvorrichtung am Schlitten oder mit der Schiene verbunden angeordnet ist.
Bei Anordnung der Führungsmagnetvorrichtungen an der Schiene bzw. mit der Schiene verbunden ist lediglich im Allgemeinen mehr entsprechendes Material, also beispielsweise mehr Spulen, erforderlich als bei Anordnung der Führungsmagnetvorrichtung am Schlitten, weshalb letzteres bevorzugt ist.
Aber es können auch entsprechend komplementäre Führungsmagnetvorrich- tungen sowohl am Schlitten als auch an der Schiene bzw. mit der Schiene verbunden angeordnet werden. Entsprechend kann auch das erfindungsgemäße Reinraum-Schienensystem die Merkmale der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele umfassen bzw. dazu komplementäre auf die Schiene bezogenen Merkmale.
Bevorzugt ist eine Verbindungslinie eines bzw. des magnetischen Nordpols der Führungsmagnetvorrichtung mit einem bzw. dem magnetischen Südpol der Führungsmagnetvorrichtung orthogonal zu einer Verlaufsrichtung der Schiene.
Dies bezieht sich jeweils nur auf die Verlaufsrichtung unmittelbar an der ent- sprechenden Stelle, so dass entsprechend bei Kurven und Biegungen die Verbindungslinie jeweils orthogonal zur entsprechenden Tangente der Schiene ist.
Bevorzugt umfasst eine Laufoberfläche der Schiene einen mittleren Bereich mit einer Vertiefung.
Besonders bevorzugt ist ein Profil der Schiene V-förmig ausgebildet.
Die Form der Laufoberfläche bzw. deren Profil ist dabei bevorzugt komplementär zur entsprechenden Rollfläche der Rolle bzw. deren Profil.
Entsprechend kann die Lauffläche der Schiene auch mehrere Vertiefungen umfassen, wenn Rollen mit mehreren Vorsprüngen verwendet werden sollen.
Bevorzugt umfasst das Reinraum-Schienensystem mehrere Schienen mit mindestens abschnittsweise parallel verlaufenden Schienen. Dies ist vorteil- haft, da an mehreren Schienen geführte Schlitten erheblich laufstabiler sind als Schlitten, die nur an einer Schiene geführt werden. Wie auch die Führungsmagnetvorrichtung können Antriebselemente sowohl am Schlitten als auch an der Schiene bzw. verbunden mit der Schiene angeordnet sein. Für einen magnetischen Antrieb können insbesondere miteinan- der zusammenwirkende Antriebsmagnetvorrichtungen sowohl am Schlitten als auch an der Schiene bzw. verbunden mit der Schiene vorgesehen sein.
Sowohl der erfindungsgemäße Schlitten als auch das erfindungsgemäße Reinraum-Schienensystem können so ausgelegt sein, dass neben dem durch die Magnetkraft an die Schienen angepressten Rollen noch weitere Rollen existieren, die mechanisch oder anderweitig an Schienen angepresst werden oder auch solche Rollen, die ohne besonderen Anpressdruck auf Schienenelementen laufen.
Insbesondere ist es denkbar, Rollen zum Laufen auf seitlichen Schienenflä- chen vorzusehen, deren Achse mehr oder weniger parallel zur Richtung der auf die magnetisch angepressten Rollen wirkenden Anpresskraft ist.
Solche zusätzlichen Rollen können ergänzend die Laufstabilität erhöhen.
Ferner können Schlitten und/oder Reinraum-Schienensystemweitere aus dem Stand der Technik bekannte Elemente umfassen, wie beispielsweise Elemente zur Halterung von zu transportierenden Objekten oder zur Bestim- mung der Position des Schlittens.
Bevorzugt umfasst die Schiene einen nichtrostenden Stahl, insbesondere einen martensitischen Stahl.
Aus den vorhergehend beschriebenen mehreren Ausführungsbeispielen bzw. bevorzugten Ausführungsformen wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren ein konkretes Ausführungsbeispiel erläutert. Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schlitten in schematischer An- sicht entlang einer Betrachtungsrichtung parallel zur Vortriebs- richtung. Figur 2 zeigt in schematischer Ansicht einen Schnitt durch eine Schie- ne in einer Ebene quer zur Vortriebsrichtung.
Figur 3 zeigt in schematischer Ansicht die Elemente aus Figur 1 und 2 im Betriebszustand.
Figur 4a bis 4c zeigen in schematischer Ansicht von unten verschiedene
Anordnungen von Magneten innerhalb der Führungsmagnetvor- richtung. Ein erfindungsgemäßer Schlitten 10 umfasst Rollen 12, in diesem Fall zwei, wobei für Stabilität und Kurvenführung vier Rollen bevorzugt sind, die auf einer oder mehreren entsprechenden Schienen laufen sollen.
Die Rollen 12 sind dabei an einer Achse 14 gelagert. Die Achse 14 ist mit dem Gehäuse 18 verbunden, an dem die Antriebsmagnetvorrichtungen 16 angeordnet sind.
Im Gehäuse ist ferner die Führungsmagnetvorrichtung 20 angeordnet. Diese ist mittels einer versetzt zur Achse 14 angeordneten Halterung 22 mit dem Gehäuse 18 verbunden. Aufgrund der Verbindung der Führungsmagnetvor- richtung 20 mit dem Gehäuse 18 und dessen Verbindung mit der Achse 14 der Rollen 12 überträgt sich eine auf die Führungsmagnetvorrichtung wirken- de bzw. von dieser ausgeübten Kraft auf die Rollen 12.
Da übliche Schienen im Allgemeinen Metall umfassen, werden damit die Rol- len 12 bei Anordnung an einer Schiene aufgrund der von der Führungsmag- netvorrichtung 20 ausgeübten Kräfte bezogen auf die Darstellung in Figur 1 nach unten gegen die Schiene gepresst.
Um ein seitliches Ausweichen/Verschieben der Rollen 12 in Reaktion auf diese Kraftwirkung zu vermeiden, weisen die Rollen 12 ein umlaufendes V- förmiges Profil 24 auf.
Figur 2 zeigt eine zu dem erfindungsgemäßen Schlitten 10 komplementär ausgebildete Schiene 30.
Diese umfasst einen Schienenkörper 32 mit einer Lauffläche und eine Halterung 34, an der Antriebsmagnetvorrichtungen 36 angeordnet sind.
Entsprechend dem V-förmigen Profil 24 der Rollen 14 sind in der Lauffläche der Schiene 32 V-förmige Ausnehmungen 38 bzw. V-förmige Profile 38 aus- gebildet.
Ein mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schlittens 10 ausgebildetes erfin- dungsgemäßes Reinraum-Schienensystem 40 ist in Figur 3 gezeigt.
Dabei kann der Schlitten 10 in der gezeigten Weise auf die Schiene 30 aufgebracht werden, indem an einer Stelle der Schiene 30 der Schienenkörper 32 abschnittsweise entfernt und der Schlitten 10 einfach auf die restliche Schiene aufgeschoben wird.
Wie ersichtlich, ist die Führungsmagnetvorrichtung 20 nahe am metallenen Schienenkörper 32 angeordnet, wodurch der Schlitten 10 bezogen auf Figur 3 eine Kraft nach unten erfährt, die die Rollen 12 gegen den Schienenkörper 32 drückt.
Insofern es zu einem Abrieb an den Rollen 12 kommt, also der Abstand zwi- schen Achse 14 und der Profiloberfläche des Profils 24 verringert wird, rückt der Schlitten 10 insgesamt bezogen auf Figur 3 leicht nach unten, womit ent- sprechend die Rollen 12 bzw. deren Profil 24 weiterhin vollständigen Kontakt mit dem Schienenkörper 32 haben. Da es sich nur um eine geringe Verschiebung handelt, denn der Abrieb ist allgemein relativ klein, können die Antriebsmagnetvorrichtungen 16, 36 auf- grund ihrer großen vertikalen Ausdehnung bezogen auf Figur 3 immer noch in ausreichender Weise miteinander wechselwirken, um einen entsprechen- den Vortrieb zu erzeugen.
Die genaue Positionierung der Führungsmagnetvorrichtung 20 innerhalb des Schlittens 10 bestimmt den initialen Abstand zwischen Führungsmagnetvor- richtung 20 und dem Schienenkörper 32, was einerseits die anfängliche An- presskraft definiert und andererseits den maximalen Abrieb von den Rollen 12, der noch kompensierbar ist. Je größer der initiale Abstand ist, desto ge- ringer ist die anfängliche Anpresskraft, aber desto mehr Abrieb von den Rol- len 12 ist auch möglich, bevor der Schlitten 10 aufgrund von Kontakt zwi- schen Schienenkörper 32 und Führungsmagnetanordnung 20 nicht mehr einsetzbar ist. Ein entsprechender Schlitten 10 mit solch abgenutzten Rollen 12 ist aber technisch leicht auszutauschen und wird auch noch ganz unmit- telbar vor Ende der Lebensdauer mit den Rollen vollständig kontaktierend entlang der Schiene 30 fahren können.
Um ein seitliches Verrutschen der Rollen 12 zu vermeiden, welches aufgrund der Anpresskraft durch die Magnetvorrichtung 20 besonders problematisch sein kann, sind komplementäre V-förmige Profile 24 und 38 an Rollen 14 und Schienenkörper 32 ausgebildet. Diese stellen sicher, dass auch bei Abrieb und sogar bei ungleichmäßigem Abrieb die Rollen 12 ihrer vorgesehenen Spur auf der Lauffläche des Schienenkörpers 32 folgen. ln Figuren 4a bis 4c sind verschiedene Ausführungen der Führungsmagnetvorrichtung 20 als Hallbach-Array dargestellt. Dabei ist die Betrachtungsrich- tung von unten also von der Schiene 30 her.
Bei einem Hallbach-Array sind wie in Figur 4a bis 4c gezeigt Magnete 26, insbesondere Permanentmagnete 26, mit verschiedenen Polrichtungen benachbart angeordnet.
Dabei sind Pluspol 27 und Minuspol 28 in Figur 4a bei einem mittleren Mag- neten einer in der Figur oberen Reihe so ausgerichtet, dass die Verbindungslinie zu der Achse 14 der Rolle 12 und der Vortriebsrichtung orthogonal ist. Die benachbarten Magnete 26 haben dazu eine um 90° gedrehte Magnet- richtung oder Polrichtung, so dass der Pluspol 27 des benachbarten Magne- ten 26 jeweils zu dem mittleren Magneten hin gerichtet ist. An den Enden der Reihe ist dann jeweils ein Magnet 26 mit Pluspol 27 und Minuspol 28 umge- kehrt wie beim mittleren Magneten 26 und damit auch mit um 90° gedrehter Polrichtung bezogen auf die benachbarten Magnete 26.
Zwar könnte eine solche Reihe einzeln die Führungsmagnetvorrichtung aus- bilden. Jedoch ist es vorteilhaft versetzt eine weitere Reihe von Magneten 26 auszubilden, deren Pluspole 27 und Minuspole 28 jeweils umgekehrt im Vergleich zur in der Figur 4a oben angeordneten Reihe ist. Dies optimiert die Kraft des Magnetfeldes und damit die Präzision der Führung.
Die Reihen von Magneten 26 könnten auch länger als 5 Magnete sein, wobei jeweils benachbarte Magnete um 90° gedrehte Polrichtungen zueinander haben. Ferner könnten auch mehr als 2 Reihen verwendet werden. Dies rich- tet sich im Wesentlichen nach der Größe der genutzten Magnete 26 sowie nach der Größe des Schlitten 10 sowie der Führungsmagnetvorrichtung 20.
In Figur 4b ist noch die Option gezeigt, dass Reihen mithilfe von wieder um 90° gegenüber den Nachbarn gedrehten Magneten 26 verbunden sind und ein Raster von Magneten 26 ausgebildet ist. Dieses kann wiederrum auch mehr Reihen und Spalten als die gezeigten 2 bzw. 3 umfassen.
Ein Drehwinkel von jeweils 90° zwischen benachbarten Magneten 26 ist zwar meist zu bevorzugen. Aber bei speziellen Größen, Abständen und Magnetty- pen können auch andere Winkel vorteilhaft sein.
Ein Beispiel ist das in Figur 4c gezeigte Raster von Magneten 26, bei dem benachbarte Magnete jeweils abwechselnd um 45° bzw. 135° gedreht sind.
Es muss nicht mal überall jeweils ein gleicher Drehwinkel vorliegen, sondern es sind auch Reihen oder Raster von Magneten 26 denkbar, bei denen je- weils der Drehwinkel 45° ist, so dass eine vollständige 180° Drehung der Pol- richtung erst über 5 Magnete 26 statt wie gezeigt 3 erfolgt. Ferner sind auch einzeln variierte Drehwinkel denkbar, die dann am Ende der jeweiligen Reihe bzw. Spalte einen Drehwinkel insgesamt von einem Vielfachen von 180° er- geben.

Claims

Ansprüche
Schlitten (10) ausgelegt zur Verwendung in einem Reinraum- Schienensystem (40) mit mindestens einer Schiene (30) umfassend
- mindestens eine Rolle (12) ausgelegt zum Kontakt mit und Rollen auf der Schiene (30); und
- ein Antriebselement (16) zur Erzeugung eines Vortriebs entlang der Schiene mittels Wechselwirkung mit mit der Schiene (30) verbundenen Elementen (36) des Reinraum-Schienensystems (40), bevorzugt ein Antriebselement (16) umfassend eine Antriebsmagnetvorrichtung (16), dadurch gekennzeichnet, dass
der Schlitten (10) eine nicht dem Vortrieb dienende Führungsmagnet- vorrichtung (20) umfasst, die mit der Rolle (12) verbunden ist und die mittels Wechselwirkung mit mit der Schiene (30) verbundenen Elementen des Reinraum-Schienensystems (40) eine Kraft erzeugt, die die Rolle (12) an die Schiene (30) anpresst.
Schlitten (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (10) oder die Rolle (12) so lagerbar ist, dass bei Veränderung der Dicke eines Belags der Rolle eine Achse (14) der Rolle unter Wir- kung der von der Führungsmagnetvorrichtung (20) erzeugten Kraft nä- her an die Schiene (30) heranrücken kann.
Schlitten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (14) der Rolle (12) orthogonal zu einer Vortriebsrichtung ist und dass eine Verbindungslinie eines magneti- schen Nordpols mit einem magnetischen Südpol der Führungsmagnet- vorrichtung (20) orthogonal zu der Achse (14) der Rolle (12) und der Vortriebsrichtung ist.
Schlitten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmagnetvorrichtung (20) mehrere Magnete (26) umfasst, die in Form eines Hallbach-Arrays angeordnet sind und/oder die Magnetisierungsrichtungen umfassen, die gewinkelt zueinander ausgerichtet sind, bevorzugt benachbart abwechselnd mit Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen orthogonal zu der Achse (14) der Rolle (12) und der Vortriebsrichtung und Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der von der Achse (14) der Rolle (12) und der Vortriebsrichtung gebildeten Ebene.
5. Schlitten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (12) eine Rollfläche umfasst mit min- destens einem mittleren Bereich und zwei Randbereichen, wobei sich der mittlere Bereich weiter von einer Achse (14) der Rolle (12) weg er- streckt als die Randbereiche. 6. Schlitten (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mitt- lere Bereich ein sich von der Achse (14) der Rolle (12) weg erstrecken- des Profil (24) mit mindestens einem Vorsprung umfasst.
7. Schlitten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (24) der Rolle (12) V-förmig ausgebildet ist.
8. Schlitten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (10) ein Gehäuse (18) umfasst, in dem die Rollen (12) und die Führungsmagnetvorrichtung (20) aufge- nommen sind.
9. Schlitten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (10) mehrere Rollen (12) und/oder Führungsmagnetvorrichtung (20) und/oder Führungsmagnete als Ele- mente der Führungsmagnetvorrichtung (20) umfasst.
10. Schlitten (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rolle (12) ein Polyurethan umfasst, insbesondere ein thermoplastisches Polyurethan Elastomer.
11. Reinraum-Schienensystem (40) mit mindestens einer Schiene (30) und mindestens einem Schlitten (10) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schlitten (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ist und/oder das Reinraum-Schienensystem (40) eine mit dem Schlitten nicht verbundene und nicht dem Vortrieb dienende Führungsmagnetvorrichtung umfasst, die mittels Wechselwirkung mit Elementen des Schlittens eine Kraft erzeugt, die die Rolle (12) an die Schiene (30) an- presst.
12. Reinraum-Schienensystem (40) nach Anspruch 11 , dadurch gekenn- zeichnet, dass der Schlitten (10) gemäß der Merkmale eines der An- sprüche 2 bis 10 ausgebildet ist. 13. Reinraum-Schienensystem (40) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungslinie eines magnetischen Nordpols mit einem magnetischen Südpol der Führungsmagnetvorrichtung (20) orthogonal zu einer Verlaufsrichtung der Schiene (30) ist. 14. Reinraum-Schienensystem (40) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laufoberfläche der Schiene (30) einen mittleren Bereich mit einer Vertiefung umfasst.
15. Reinraum-Schienensystem (40) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profil (38) der Schiene (30) V-förmig ausgebildet ist.
16. Reinraum-Schienensystem (40) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinraum-Schienensystem (40) mehrere Schienen (30) mit mindestens abschnittsweise parallel verlau- fenden Schienenkörpern (32) umfasst.
17. Reinraum-Schienensystem (40) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinraum-Schienensystem (40) ein nicht mit den Rollen verbundenes Antriebselement (36) umfasst zur Er- zeugung eines Vortriebs entlang der Schiene (30) mittels Wechselwir- kung mit mit der Rolle verbundenen Elementen (16), bevorzugt ein Antriebselement (36) umfassend eine Antriebsmagnetvorrichtung (36).
18. Reinraum-Schienensystem (40) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (30) einen nichtrostenden Stahl umfasst, bevorzugt einen martensitischen Stahl.
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