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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung und/oder Bearbeitung von Substraten, insbesondere von flächigen Substraten, in einem abgeschlossenen Raum.
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Aus dem Stand der Technik ist die Behandlung, beispielsweise die Oberflächenbehandlung, und/oder Bearbeitung von flächigen Substraten in abgeschlossenen Räumen bekannt. Der Vorteil eines abgeschlossenen Raums besteht darin, dass in dem Raum Bedingungen geschaffen werden können, die sich von den Umgebungsbedingungen unterscheiden. Beispielsweise können Druck, Temperatur, chemische Zusammensetzung der Gasphase usw., in einem abgeschlossenen Raum verändert werden.
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Im Falle einer Vakuumprozessanlage ist der abgeschlossene Raum eine Vakuumkammer, in der beispielsweise Beschichtungen von Glassubstraten oder Wafern bei vermindertem Druck und hohen Temperaturen vorgenommen werden können. Typischerweise weist die Vakuumkammer Einrichtungen auf, die den Transport eines flächigen Substrates von einer Eintrittsöffnung durch die Vakuumkammer zu einer Austrittsöffnung ermöglichen sollen. Ferner sind Behandlungseinrichtungen wie Beschichtungsquellen oder Ätzeinrichtungen vorgesehen. Überdies kann die Vakuumkammer zusätzlich Heizeinrichtungen, Kühleinrichtungen, Beleuchtungen, Messtechnik und weitere Komponenten enthalten. Um das Vakuum in der Kammer schnell auf- und abbauen zu können und damit kurze und wirtschaftliche Bearbeitungszeiten zu erreichen, müsste das Innenvolumen der Vakuumkammer möglichst klein gehalten werden. Die Aufnahme der Behandlungseinrichtungen, Transporteinrichtungen usw. in die Vakuumkammer ist jedoch zwangsläufig mit einer Vergrößerung des Innenvolumens der Kammer verbunden, was die Herstellung der gewünschten Bedingungen in der Kammer erschwert.
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Die Einrichtungen, die sich in der Kammer befinden, müssen überdies an die in der Vakuumkammer vorgesehenen Bedingungen angepasst sein. Die Einrichtungen müssen unter anderem vakuumbeständig, chemisch beständig und temperaturbeständig sein, was einerseits die Herstellung dieser Einrichtungen verteuert und andererseits den Einsatz einer Vielzahl von Einrichtungen oder Komponenten dieser Einrichtungen ausschließt, die bei Umgebungsbedingungen eingesetzt werden könnten. Aus diesem Grunde ist beispielweise der Einsatz vieler üblicher Antriebe ausgeschlossen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Vorrichtung zur Behandlung und/oder Bearbeitung von Substraten in einem abgeschlossenen Raum angegeben werden, wobei Einrichtungen zur Handhabung des Substrates in dem abgeschlossenen Raum so kompakt wie möglich gehalten sind, um den für den für die Einrichtungen erforderlichen Anteil am Innenvolumen des abgeschlossenen Raumes so gering wie möglich zu halten. Gleichzeitig soll die Zahl an Durchführungen in dem Gehäuse möglichst klein sein. Wenn möglich, soll die Vorrichtung überdies den Einsatz herkömmlicher Antriebe erlauben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Nach Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Behandlung und/oder Bearbeitung von Substraten vorgesehen, die
- – einen von einem Gehäuse abgeschlossenen Raum mit zumindest einer verschließbaren Öffnung zur Einbringung und/oder Ausbringung eines Substrates; und
- – zumindest eine erste Handhabungseinrichtung für das Substrat, wobei die erste Handhabungseinrichtung eine erste Ebene und einen Antrieb zur Verschiebung der ersten Ebene in Richtung der Flächennormalen der ersten Ebene aufweist, wobei die erste Ebene der ersten Handhabungseinrichtung innerhalb des abgeschlossenen Raumes angeordnet ist;
umfasst, wobei der Antrieb zur Verschiebung der ersten Ebene zumindest eine Antriebswelle umfasst, die innerhalb des abgeschlossenen Raumes angeordnet ist und auf der Exzenter befestigt sind, die bei einer Drehung der Antriebswelle die Verschiebung der ersten Ebene in Richtung ihrer Flächennormalen bewirken.
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Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner eine zweite Handhabungseinrichtung, die eine zweite Ebene und zumindest einen Antrieb zur Verschiebung der zweiten Ebene in Richtung der Flächennormalen der zweiten Ebene aufweist, wobei die zweite Ebene der zweiten Handhabungseinrichtung der ersten Ebene der ersten Handhabungseinrichtung gegenüberliegt. Alternativ kann die zweite Ebene in Richtung der Flächennormalen der zweiten Ebene starr angeordnet sein.
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Sind eine erste und eine zweite Handhabungseinrichtung vorgesehen, so kann das Substrat zwischen die beiden Ebenen, d. h. die erste Ebene und die zweite Ebene, eingebracht werden.
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Die erste Ebene wird im Folgenden auch als Hauptebene bezeichnet. Die der Hauptebene gegenüberliegende zweite Ebene der zweiten Handhabungseinrichtung wird auch als Gegenebene bezeichnet. Wird im Folgenden allgemein von einer Ebene gesprochen, so bezieht sich dies auf Merkmale, die die erste Ebene und/oder die zweite Eben aufweisen können. Nur zur Unterscheidung von diesen Ebenen wird die Ebene, in der die Antriebswellen liegen können, als Wellen-Ebene bezeichnet.
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Unter Ebene wird in der vorliegenden Erfindung eine Fläche verstanden, auf der das Substrat vollflächig aufliegen kann. Dabei kann die Ebene die Oberfläche eines Elementes sein. Da die Ebene erfindungsgemäß in Richtung ihrer Flächennormalen bewegt werden kann, wird dieses Element im Folgenden als Hubelement bezeichnet, wobei der Ausdruck „Hub“ nur die Eigenschaft des Elementes beschreiben soll, eben eine Bewegung der Ebene des Elementes in Richtung der Flächennormalen ausführen zu können.
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Aufgrund der Verwendung der Antriebswelle kann die Zahl der Durchführungen so gering wie möglich gehalten werden. Bei der Antriebswelle kann es sich um eine Nockenwelle handeln. In diesem Fall stellen die Nocken die Exzenter dar.
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Die auf einer Antriebswelle angeordneten Exzenter haben vorzugsweise dieselben Abmessungen. Die Exzenter sollten auf der Antriebswelle fluchtend zueinander und voneinander beabstandet angeordnet sein. Auf den Mantelflächen der Exzenter liegt das Hubelement auf. Dadurch können die Exzenter die Lage der Hauptebene und/oder Gegenebene beeinflussen. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle und damit der Exzenter führt die jeweilige Ebene eine translatorische Hubbewegung entlang ihrer Flächennormalen aus. Die Antriebswellen sind auf herkömmliche Art und Weise in dem abgeschlossenen Raum gelagert.
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Es kann mehr als eine Antriebswelle für eine Handhabungseinrichtung vorgesehen sein. Die Antriebswellen einer Handhabungseinrichtung sollten – unabhängig von der oder den Antriebswellen einer anderen Handhabungseinrichtung in dem Gehäuse – parallel zueinander verlaufen und in einer Wellen-Ebene liegen.
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Die Drehbewegung der Antriebswellen kann beispielsweise über eine Zahnstange koordiniert werden. Dabei kann die Zahnstange innerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Ist die Zahnstange innerhalb des Gehäuses, d. h. in dem abgeschlossenen Raum, angeordnet, so sind keine Durchführungen für die Antriebswellen erforderlich. Ist die Zahnstange außerhalb des Gehäuses angeordnet, so können Standardkomponenten verwendet werden und beispielsweise eine Standardschmierung vorgesehen sein. In Abhängigkeit vom Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung müssen bei einer Zahnstange, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, möglicherweise gesonderte Vorkehrungen beispielsweise für die Schmierung getroffen werden, was eine Sonderanfertigung der Komponenten erfordern kann.
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Die eine oder mehreren Antriebswellen, die Zahnstange und der Antrieb für die Zahnstange bilden zusammen den Antrieb zum Verschieben der Ebene innerhalb des abgeschlossenen Raumes. Dabei sind die Antriebswellen zwingend innerhalb des abgeschlossenen Raumes angeordnet, während der Antrieb für die Zahnstange und die Zahnstange selbst außerhalb des abgeschlossenen Raumes angeordnet sein können. Allerdings kann die Zahnstange auch innerhalb des abgeschlossenen Raumes angeordnet sein. Ferner kann auch ein Teil des Antriebes für die Zahnstange innerhalb des abgeschlossenen Raumes (Innenantrieb) angeordnet sein, während ein anderer Teil ihres Antriebes außerhalb des Gehäuses (Außenantrieb) angeordnet ist, der mit dem Innenantrieb beispielsweise über eine Achse, Welle, Stange oder ein anderes Stellelement, die/das durch eine Durchführung in das Gehäuse geführt ist, zusammenwirkt. Da in dieser Ausführungsform ein Teil des Antriebes außerhalb des Gehäuses liegt, kann das Volumen des abgeschlossenen Raumes noch immer sehr gering gehalten werden.
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Für jede Handhabungseinrichtung wird nur ein Antrieb benötigt, um die Hubbewegung der Ebene zu realisieren. Das gilt auch wenn eine Handhabungseinrichtung mehrere Antriebswellen umfasst, die mit einer Zahnstange verbunden sind.
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Anstelle einer Zahnstange kann ein anderes Mittel zur Koordinierung der Drehbewegung der Antriebswellen vorgesehen sein.
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Für den Antrieb der Antriebswellen ist nur ein Antrieb erforderlich. Zweckmäßigerweise weist jede Antriebswelle an einer ihrer Stirnseiten ein Zahnrad auf, das in die Zahnstange eingreift. Es kann wesentlich sein, die Lage der Antriebswellen und der darauf befindlichen Exzenter oder Nocken zueinander in ihrer Drehlage exakt auszurichten, um eine gleichmäßige Hubbewegung der Ebene zu gewährleisten. Dies wird vorteilhafter Weise so ausgeführt, dass die Zahnräder, welche an den Stirnseiten der Antriebswellen sitzen und in die Zahnstange eingreifen, mittels Spannsätzen auf den Antriebswellen befestigt sind. Ein Spannsatz ist ein kraftschlüssiges Befestigungselement, mit welchem sich Hülsen und Wellen sicher miteinander verbinden lassen, wobei die Drehlage dabei stufenlos eingestellt werden kann. Beispielsweise können die Spannsätze „COM“ der Firma Mädler, Stapelfeld, DE, verwendet werden. Vorteilhafter Weise besitzen die Antriebswellen Markierungen, Referenzflächen oder Referenzelemente, mit welchen sich die Drehlage exakt einstellen lässt.
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Die Bewegung einer Ebene in Richtung der Flächennormalen dieser Ebene kann in positiver als auch in negativer Richtung erfolgen. Die Bewegung ist vorzugsweise eine gleichförmige Bewegung. Im Folgenden wird eine Bewegung in Richtung der Flächennormalen dieser Ebene auch als Querbewegung oder Hubbewegung bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird eine Bewegung des Substrates in der Ebene oder parallel zu dieser als Transportbewegung bezeichnet.
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Die Bewegung einer Ebene in Richtung ihrer Flächennormalen kann nicht nur zur Änderung der Position eines Substrates genutzt werden, sondern auch zur Behandlung und/oder Bearbeitung des Substrates, beispielsweise in dem die Kraft, die zur Bewegung der Hauptebene genutzt werden kann, dazu benutzt wird, das Substrat gegen die Gegenebene zu pressen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Formänderung des Substrates erreicht werden. Neben Formänderungen des Substrates können die Handhabungseinrichtungen insbesondere auch für Richtprozesse, Verbindungsprozesse, Testprozeduren, die an dem Substrat ausgeführt werden sollen, genutzt werden.
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Die Hauptebene und/oder die Gegenebene können in Teilflächen annähernd gleicher Größe zerlegt werden, wobei jede Teilfläche dann mittels eines gesonderten Exzenters verschoben wird. Aufgrund der Verbindung zwischen den Exzentern einer Ebene über die Antriebswellen und die Zahnstange werden die Teilflächen weitestgehend gleichzeitig um die gleiche Strecke verschoben, so dass eine exakte Bewegung der Ebene erreicht wird. In einer Ausführungsform der Erfindung können auch mehrere Exzenter zum Verschieben einer Teilfläche vorgesehen sein.
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Einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Möglichkeit, herkömmliche Antriebe zu verwenden, um innerhalb des abgeschlossenen Raumes eine Hubbewegung einer Ebene zu bewirken. Durch die Auslagerung eines Teils des Antriebes, d.h. des Antriebes für die Antriebswellen oder, wenn eine Zahnstange vorgesehen ist, des Antriebs für die Zahnstange, wird eine räumliche Trennung zwischen dem Großteil des Antriebs und der Ebene möglich. Gleichzeitig kann innerhalb des abgeschlossenen Raumes das Substrat mittels der Handhabungseinrichtung exakt bewegt werden, ohne dass ein Antrieb für diese Bewegung vollständig in dem abgeschlossenen Raum selbst vorgesehen ist. Durch die Teilverlagerung des Antriebes aus dem abgeschlossenen Raum in die Umgebung ist es möglich, das benötigte Innenvolumen des abgeschlossenen Raumes zu verkleinern, ohne auf die Möglichkeit, das Substrat die beschriebene Bewegung in Richtung der Flächennormalen der Ebene ausführen zu lassen, verzichten zu müssen. Ein vergleichsweise geringes Innenvolumen des abgeschlossenen Raumes ermöglicht wiederum, die technischen Aufwendungen, die mit der Schaffung der besonderen raumklimatischen Bedingungen in dem abgeschlossenen Raum verbunden sind, zu verringern. Die vorliegende Erfindung ermöglich somit sowohl eine Verringerung der Kosten für die Herstellung einer Vorrichtung zur Behandlung und/oder Bearbeitung von Substraten in einem abgeschlossenen Raum als auch eine Verringerung der Kosten für den Betrieb einer solchen Vorrichtung. Hinzu kommt, dass die außerhalb des abgeschlossenen Raumes eingesetzten Antriebe wie Motoren nicht den raumklimatischen Bedingungen in dem abgeschlossenen Raum ausgesetzt werden, so dass herkömmliche Antriebe eingesetzt werden können, deren Materialien und Oberflächen beispielsweise nicht vakuum-, temperatur- und chemikalienbeständig sein müssen. Die Verwendung herkömmlicher Komponenten für die Antriebe verringert die Kosten für die Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter.
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Soll das Substrat einer thermischen Behandlung unterzogen werden, so wird die Verbindung zwischen der Ebene und jedem ihrer Antriebe zweckmäßigerweise so gestaltet, dass sich die Materialien ausdehnen können, was durch eine Funktionstrennung von Führung und Antrieb realisiert werden kann.
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Das Substrat ist vorzugsweise ein flächiges Substrat, beispielsweise ein scheibenförmiges Gebilde wie eine Glasplatte, ein Blech, eine Folie oder ein Komposit aus mehreren Schichten, wie beispielsweise ein Wafer oder ein Solarmodul. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtungen können beispielsweise Displayscheiben, Architekturglas, Solarsubstrate, Halbleiter usw. bearbeitet wie zum Beispiel beschichtet werden. Das flächige Substrat liegt zweckmäßigerweise auf der Ebene auf. Der Begriff „flächiges Substrat“ kann auch ein Substrat umfassen, das aus mehreren, räumlich getrennten Einheiten besteht, die auf der Ebene aufliegen. Insbesondere können statt eines großflächigen Substrates mehrere im Vergleich hierzu kleinere Substrate auf einer Ebene aufliegen.
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Unter dem Ausdruck „Behandlung und/oder Bearbeitung von Substraten“ wird insbesondere die Bearbeitung, Verarbeitung, Veredelung, Formänderung, Temperierung, Bestrahlung und Testung von Substraten sowie Kombinationen davon verstanden.
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Die Fläche des Hubelementes, die die Ebene bildet, kann eine beliebige Kontur aufweisen. Sie kann beispielsweise eine dreieckige, quadratische, rechteckige, kreisförmige oder polygonale Fläche sein. Vorzugsweise ist diese Fläche die Oberfläche einer Platte, beispielsweise einer Metallplatte. Eine solche Platte kann aus Teilelementen zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann sie aus mehreren Segmenten und/oder Schichten aufgebaut sein. Ein Aufbau der Platte aus mehreren Segmenten erleichtert die Fertigung des Hubelementes, dessen Montage und Handhabung. Ein Aufbau der Platte aus mehreren Schichten erleichtert die Integration von Aktoren, Sensoren, Temperiereinrichtungen und anderer Einrichtungen in die Platte. Ferner kann die Oberfläche der Platte, die die Ebene bildet und auf der das Substrat aufliegen kann, mit einer Beschichtung versehen sein, die einen schonenden Substratkontakt ermöglicht.
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Die Hubelemente können ferner Aussteifungen, beispielsweise Rippen, aufweisen, die die Fläche, die die Ebene bildet, stabilisieren und so Verformungen der Fläche verhindern.
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Das Hubelement kann mit Einrichtungen ausgerüstet sein, die für die Behandlung und/oder Bearbeitung des Substrates von Nutzen sind. Derartige Einrichtungen umfassen beispielsweise Kühlelemente, Heizelemente, Aktoren, Sensoren, Gaseinlässe (z. B. für technische Gase), Verdampfer, Einrichtungen zur Beschichtung des Substrates (z. B. Sputterquellen), Einrichtungen zum Testen des Substrates, Beleuchtungselemente, Magnetsysteme, Messinstrumente, Einrichtungen zum Transport des Substrates und Kombinationen davon.
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Eine Einrichtung zum Transport des Substrates kann beispielsweise den Substrattransport in vertikaler, horizontaler oder beliebiger Winkellage auf der Ebene ermöglichen. Dazu können beispielsweise Kugelrollen, Stützrollen, Antriebsrollen, Antriebswellen, Riemen, Schrittgetriebe, Hubbalken in das Hubelement integriert sein. In einer Ausführungsform kann ein Bandförderer, dessen Obertrum in der Ebene bewegbar ist, auf der das Substrat aufliegt, vorgesehen sein. Sind Räder, Rollen oder Wellen zum Transport des Substrates vorgesehen, sollten deren Drehachsen parallel zu der Ebene in dem Hubelement verlaufen und deren Radius dem Abstand zwischen ihrer Drehachse und der Ebene entsprechen, so dass die Mantelflächen der Räder, Rollen oder Wellen in Kontakt mit der Unterseite des Substrates gelangen können.
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Die Einrichtungen für die Behandlung/oder Bearbeitung des Substrates können in die Handhabungseinrichtungen, insbesondere in die Hubelemente integriert sein. Selbstverständlich können die Einrichtungen für die Behandlung und/oder Bearbeitung des Substrates auch räumlich getrennt von den Handhabungseinrichtungen in dem geschlossenen Raum angeordnet sein. Beispielsweise können Transporteinrichtungen wie Bandförderer vorgesehen sein, die ein Substrat von der Eingangsöffnung des abgeschlossenen Raums bis zu der Hauptebene transportieren und das Substrat dort an die erste Handhabungseinrichtung übergeben, wozu die Hauptebene auf die Höhe der Fläche der Transporteinrichtung, auf der das Substrat aufliegt, angehoben oder abgesenkt werden kann. Ebenso kann eine weitere Transporteinrichtung vorgesehen sein, die das Substrat von der Hauptebene nach der Behandlung und/oder Bearbeitung des Substrates zu einer Ausgangsöffnung befördert.
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Die Auswahl und die Anordnung dieser Einrichtungen sind dem Fachmann aus seinem Fachwissen bekannt.
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Um eine exakte und gleichmäßige Bewegung einer Ebene zu gewährleisten, kann es erforderlich sein, dass die Handhabungseinrichtungen zusätzlich Führungen aufweisen. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn Substrate mit großer Flächenausdehnung, beispielsweise Glasplatten, in der Vorrichtung bearbeitet werden sollen, wenn Heiz- oder Kühleinrichtungen in das Hubelement integriert sind oder beides. Die Handhabungseinrichtung kann daher eine oder mehrere Führungen umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Führung mittig zur Ebene vorgesehen (die im Folgenden als Zentralführung bezeichnet wird) und zumindest eine weitere Führung, die von der Mitte der Ebene und vom Rand der Ebene beabstandet ist. Diese weiteren Führungen werden im Folgenden als periphere Führungen bezeichnet.
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Die Zentralführung ist vorzugsweise ein Festlager. Mittels eines solchen Lagers kann eine gleichmäßige thermische Ausdehnung der Ebene in alle Richtungen gewährleistet werden. Überdies sind die Beträge der Ausdehnung an den Rändern der Ebene jeweils gleich, da die Ausdehnung von der Mitte bis zum Rand der Ebene die Hälfte der Gesamtausdehnung der Ebene beträgt. Das Festlager verhindert alle Bewegungen der Ebene, abgesehen von der Bewegung in Richtung ihrer Flächennormalen. Wird in einem kartesischen Koordinatensystem die Flächennormale als z-Achse bezeichnet, so erstreckt sich die Ebene entlang der x- und y-Koordinate. Mit dem Festlager werden also Bewegungen in x, y-Richtung verhindert, Bewegungen in z-Richtung sind jedoch zulässig.
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Die peripheren Führungen sind vorzugsweise Loslager. Mittels eines solchen Lagers wird eine Verdrehung der Ebene verhindert, während die Ausdehnung der Ebene in Längsrichtung jedoch möglich ist. Die Loslager verhindern die Bewegung nur in x- oder y-Richtung, so dass Bewegungen der Ebene in z-Richtung und in y-Richtung (wenn die Bewegung in x-Richtung von dem Loslager verhindert wird) oder in z-Richtung und in x-Richtung (wenn die Bewegung in y-Richtung von dem Loslager verhindert wird) möglich sind. Sind mehrere Loslager vorgesehen, so ermöglichen sie zweckmäßigerweise eine Bewegung der Ebene in denselben Richtungen, d. h. alle Loslager ermöglichen die Bewegung der Ebene in z-Richtung und in x-Richtung oder in z-Richtung und in y-Richtung. Vorzugsweise ermöglichen die Loslager die Bewegung der Ebene in z-Richtung sowie in Richtung der längsten Ausdehnung der Ebene.
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Zur Führung einer Ebene kann vorgesehen sein, dass an der Seite des Hubelementes, die der Ebene abgewandt ist, Führungselemente ausgebildet sind, beispielsweise Führungsstangen, deren Längsachsen orthogonal zu der Ebene verlaufen. Diese Führungsstangen sind zwischen einstellbare Führungsrollen gespannt, deren Drehachsen orthogonal zu den Längsachsen der Führungsstangen verlaufen und deren Mantelflächen sich in Kontakt mit den Führungsstangen befinden. Im Falle eines Festlagers sind beispielsweise drei oder vier Führungsrollen vorgesehen, deren Drehachsen in einer Ebene liegen, wobei die Drehachsen benachbarter Führungsrollen in einem Winkel von 120° oder 90° zueinander verlaufen. Im Fall eines Loslagers sind beispielsweise zwei Führungsrollen vorgesehen, deren Drehachsen in einer Ebene liegen, wobei die Drehachsen beider Führungsrollen parallel zueinander verlaufen. Die Führungsrollen für das Festlager und die Nebenlager sind vorzugsweise an Lagerblöcken drehbar befestigt, wobei die Lagerblöcke wiederum an dem Gehäuse befestigt sein können. Zweckmäßigerweise ist für jede Rolle ein gesonderter Lagerblock vorgesehen.
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Insbesondere im Falle langer Führungsstangen können in dem Gehäuse Öffnungen ausgebildet sein, durch die die Führungsstangen verlaufen. Diese Öffnungen sind durch Verschlüsse, beispielsweise in Form von Hauben, verschlossen, die den Teil der Führungsstangen, der durch die Öffnungen aus dem Gehäuse herausragt, umschließen. Dies hat den Vorteil, dass sich das Volumen des abgeschlossenen Raumes nur geringfügig erhöht.
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Sollen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung Substrate thermischen Prozessen unterzogen werden, so kann es vorteilhaft sein, wenn auch die Handhabungseinrichtung, die die Gegenebene umfasst, derartige Führungen aufweist. Dies ist auch bei einer starren Gegenebene vorteilhaft. Die starre Gegenebene führt zwar keine Bewegungen in Richtung ihrer Flächennormalen aus, eine thermische Ausdehnung in der Gegenebene in x- und/oder y-Richtung ist jedoch möglich.
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Unter einem abgeschlossenen Raum wird hier ein Raum verstanden, der mittels eines Gehäuses von der Umgebung möglichst vollständig getrennt werden kann. In dem Gehäuse können Öffnungen vorgesehen sein, beispielsweise um das Substrat in den Raum einbringen zu können. Ferner sind in dem Gehäuse Durchführungen ausgebildet, durch die die Antriebswellen oder, wenn eine Zahnstange in dem abgeschlossen Raum vorgesehen ist, der Antrieb für die Zahnstange geführt sind. Öffnungen in dem Gehäuse müssen verschließbar sein und/oder mittels Dichtungen abgedichtet sein, so dass ein Kontakt zwischen dem von dem Gehäuse umschlossenen Raum und der Umgebung so weit wie möglich verhindert wird. Je nach Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der abgeschlossene Raum beispielsweise als Kammer, Vakuumkammer, Box, Rezipient, Reaktor, Testumgebung, Prozessraum usw. bezeichnet werden. Der Raum ist durch das Gehäuse, die verschlossenen und/oder abgedichteten Öffnungen in dem Gehäuse derart abgeschlossen, dass in dem Raum besondere Bedingungen hergestellt werden können. Dazu gehören gegenüber der Umgebung veränderte Druckverhältnisse wie Unterdruck oder Überdruck, die Einbringung technischer Gase und/oder Chemikalien, die Anwendung veränderter Temperaturen, von Magnetfeldern, die Verhinderung des Eintrittes von Licht oder die Schaffung besonderer Lichtverhältnisse sowie Kombinationen dieser Bedingungen.
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Der abgeschlossene Raum kann mit der Atmosphäre, peripheren Anlagen und/oder Komponenten sowie mit anderen abgeschlossenen Räumen verbunden sein, und zwar vorzugsweise mittels Ventilen, Schleusen und/oder Klappen oder direkt ohne eine dichtende Verbindung.
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Der abgeschlossene Raum muss nicht ortsfest sein. Er kann beispielsweise Fahr-, Schwenk- und Hubbewegungen unterworfen sein.
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Sind eine erste Handhabungseinrichtung, die die Hauptebene aufweist, und eine zweite Handhabungseinrichtung, die die Gegenebene aufweist, vorhanden, kann die Vorrichtung besonders vorteilhaft in folgender Weise eingesetzt werden:
- – Bearbeitung und/oder Verarbeitung und/oder Veredelung von Substraten: Das Substrat läuft in die Hauptebene ein (Transportbewegung) und wird durch eine Querbewegung der Hauptebene zur Gegenebene befördert. Das Substrat, das sich zwischen den beiden Ebenen befindet, kann nun bearbeitet, verarbeitet und/oder veredelt werden, wobei die hierfür erforderlichen Einrichtungen auf einer oder beiden Hubeinrichtungen oder außerhalb der Hubeinrichtungen in dem abgeschlossenen Raum angeordnet sein können. Für diese Bearbeitung, Verarbeitung oder Veredelung können auch die Kräfte der Antriebe einer oder beider Ebenen dazu genutzt werden. Wird das Substrat so gegen die Gegenebene gepresst, dass es nicht verrutschen kann, so kann beispielsweise auch der abgeschlossene Raum bewegt werden, beispielsweise kann eine Schwenkbewegung des gesamten abgeschlossenen Raumes ausgeführt werden.
- – Handling von Substraten: Das Substrat läuft in die Hauptebene ein (Transportbewegung), wird durch eine Querbewegung der Hauptebene zur Gegenebene befördert und an diese übergeben. Der Weitertransport erfolgt mit einem entsprechenden Querversatz. Dazu können in der Gegenebene Halteeinrichtungen zum Halten des Substrates, beispielsweise Sauger, mechanische Klemmungen und andere, vorgesehen sein.
Diese Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonderes geeignet zur Realisierung eines Registers, Lagers oder Verteilers, bei dem die Substrate in mehrere Ebenen (Levels, Niveaus, Plattformen, Transportsysteme) befördert werden, um dort gelagert oder weitertransportiert zu werden.
- – Temperierung von Substraten: Das Substrat läuft in die Hauptebene ein (Transportbewegung) und wird durch eine Querbewegung der Hauptebene zur gegenüberliegenden Gegenebene befördert. Dort wird das Substrat temperiert, d. h. gekühlt und/oder erhitzt, was sowohl flächig als auch partiell geschehen kann. Die hierfür erforderlichen Einrichtungen können auf einer oder beiden Hubeinrichtungen oder außerhalb der Hubeinrichtungen in dem abgeschlossenen Raum angeordnet sein. Sind sowohl in dem ersten Hubelement, das die Hauptebene umfasst, als auch in dem Hubelement, das die Gegenebene umfasst, Einrichtungen zur Temperierung des Substrates vorgesehen, so kann die Temperierung des Substrates beidseitig erfolgen.
- – Test von Substraten: Das Substrat läuft in die Hauptebene ein (Transportbewegung) und wird durch eine Querbewegung der Hauptebene zur gegenüberliegenden Gegenebene befördert. Dort wird das Substrat Testprozessen unterzogen. Die hierfür erforderlichen Einrichtungen können auf einer oder beiden Hubeinrichtungen oder außerhalb der Hubeinrichtungen in dem abgeschlossenen Raum angeordnet sein.
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Weitere Merkmale der Erfindungen lassen sich den nachstehend erläuterten Ausführungsbeispielen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden und die Erfindung nicht einschränken sollen, entnehmen. Dabei zeigen
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1 eine schematische Darstellung der Lage eines flächigen Substrates in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2a–c schematische Seitenansichten einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in unterschiedlichen Lagen in der Umgebung;
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3 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung;
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4 eine schematische Ansicht der Anordnung der Exzenter in Bezug auf die Hauptebene von oben;
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5 eine schematische Darstellung von Konturen der ersten und/oder zweiten Ebene und mögliche Segmentierungen dieser Ebenen;
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6 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung;
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7 eine schematische geschnittene Seitenansicht des in 6 gezeigten Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung, wobei zusätzlich das Hubelement einer zweiten Handhabungseinrichtung, das die Gegenebene umfasst, gezeigt ist;
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8 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung;
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9 eine andere schematische Seitenansicht der in 8 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung;
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10 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Handhabungseinrichtung, die Führungen für das Hubelement aufweist;
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11 eine Ansicht des Hubelementes der in 9 gezeigten Ausführungsform der Handhabungseinrichtung von unten;
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12 eine Ansicht des Hubelementes der in 10 gezeigten Ausführungsform der Handhabungseinrichtung von oben;
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13 Detailansichten der Zentralführung (13a: Seitenansicht; 13b: Ansicht von unten);
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14 eine schematische Seitenansicht eines Ausschnittes einer Ausführungsform einer Handhabungseinrichtung mit einem Hubelement, das Transportwalzen aufweist;
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15 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung;
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16 eine schematische Ansicht der Anordnung der Exzenter in Bezug auf die Hauptebene von oben für die in 15 gezeigten Ausführungsform;
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17 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Ausschnittes der in 14 gezeigten Ausführungsform;
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Die 1 und 2a bis 2c sind Prinzipskizzen einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine außerhalb des Gehäuses angeordnete Zahnstange aufweist.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse 1, das einen abgeschlossenen Raum 2 in allen Richtungen umgrenzt und damit von der Umgebung 3 abgrenzt. In den abgegrenzten Raum 2 kann ein flächiges Substrat 4 über verschließbare Öffnungen (nicht gezeigt) in dem Gehäuse 1 eingebracht werden. In 1 ist das flächige Substrat 4 in verschiedenen Lagen gezeigt: in vertikaler Lage 4a, in horizontaler Lage 4b und in einer beliebigen Winkellage 4c. In dem abgeschlossenen Raum 2 sind ferner Einrichtungen 5 zur Bearbeitung und/oder Behandlung des Substrates 4 angeordnet. Die Einrichtungen 5 zur Bearbeitung und/oder Behandlung des Substrates 4 werden im Folgenden auch als Behandlungseinrichtungen 5 bezeichnet. In 1 ist zu erkennen, dass in dem abgeschlossenen Raum 2 die Lage des flächigen Substrates 4 nach Belieben verändert werden kann, und zwar unter Einsatz der erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtungen.
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Die Wirkungsweise der Handhabungseinrichtungen ist in den 2a bis 2c gezeigt. Dabei sind jeweils zwei Handhabungseinrichtungen 6, 6’ (siehe 2b) dargestellt, obwohl nach Maßgabe der Erfindung die Vorrichtung auch nur eine Handhabungseinrichtung umfassen kann.
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Wie in den 2a bis 2c gezeigt, umfasst eine Handhabungseinrichtung 6 ein Hubelement 7, das eine Fläche 8 aufweist, die dem flächigen Substrat 4 zugewandt ist. Die Fläche 8 ist die Hauptebene. Ferner umfasst die Handhabungseinrichtung 6 eine Antriebswelle 12, auf der Exzenter 10 befestigt sind. Die Mantelfläche der Exzenter grenzt an die Seite der Hubelemente, die der Hauptebene 8 gegenüberliegt, an.
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Die Antriebswelle 12 ist durch eine Durchführung 11 in dem Gehäuse 1 von der Umgebung 3 in den abgeschlossenen Raum geführt. Außerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein Antrieb 9, der die Antriebswelle 12 in eine Drehbewegung versetzen kann. Eine Drehung der Antriebswelle 12 bewirkt eine Drehung der Exzenter 10 und damit eine translatorische Bewegung des Hubelementes 7 mit der Hauptebene 8 entlang der Flächennormalen der Hauptebene 8. Die Antriebswellen 12 sind in herkömmlicher Weise gelagert. Die Durchführung 11 ist abgedichtet, um einen Kontakt zwischen dem abgeschlossenen Raum 2 und der Umgebung 3 zu verhindern.
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Die Exzenter haben vorzugsweise gleiche Abmessungen und sind parallel und versetzt zu einander auf der Antriebswelle 12 angeordnet. Die Antriebswelle 12 ist in herkömmlicherweise gelagert.
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Es kann mehr als eine Exzenterwelle 12 vorgesehen sein. In der in den 2a bis 2c gezeigten Ausführungsform ist für jede Exzenterwelle 12 eine gesonderte Durchführung 11 vorgesehen. Dies ist jedoch nicht erforderlich.
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Der Antrieb 9 kann über die Antriebswelle 12 und die darauf befestigten Exzenter 10 eine Bewegung des Hubelementes 7 in Richtung der Flächennormalen der Hauptebene 8 bewirken. In den 2a bis 2c ist dies durch Pfeile A dargestellt, die gleichzeitig die Kraft veranschaulichen, die über die Exzenter 10 mittels des Hubelementes 7 auf das Substrat 4 ausgeübt werden kann. Ebenso können die Exzenter 10 eine Bewegung entgegengesetzt zur Pfeilrichtung A bewirken.
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Es ist in den 2a bis 2c zu erkennen, dass der Antrieb 9 der Handhabungseinrichtung 6 außerhalb des abgeschlossenen Raumes in der Umgebung 3 angeordnet sind, während die Hubelemente 7 mit der Hauptebene 8 in dem abgeschlossenen Raum 2 angeordnet sind. Diese räumliche Trennung von Antrieb und Ebene ist einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung.
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Die in den 2a bis 2c gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung benötigen nur einen einzigen Antrieb 9 pro Handhabungseinrichtung, um die Antriebswelle 12 in eine Drehbewegung zu versetzen. Die Antriebswelle 11 bestimmt die Lage der Exzenter 10. Der Antrieb 9 für die Antriebswelle 12 ist außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet. Die Antriebswelle 12 erstreckt sich von dem Antrieb 9 durch eine abgedichtete Durchführung 11 in den von dem Gehäuse 1 umschlossenen Raum 2. Eine Drehung der Antriebswelle 12 bewirkt eine Drehung der Exzenter 11 und damit eine translatorische Bewegung des Hubelementes 7 und der Hauptebene 8 entlang der Flächennormalen der Hauptebene 8.
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Der Antrieb kann beispielsweise ein Motor sein. Sind jedoch mehrere Antriebswellen 12 vorgesehen, so kann eine Einrichtung zur Koordinierung der Drehbewegung der Antriebswellen 12, beispielsweise eine Zahnstange, vorgesehen sein.
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Das Hubelement 7 kann Behandlungseinrichtungen 5 aufweisen, die in das Hubelement 7 integriert sind und Teile der Hauptebene 8 bilden. In dem abgeschlossenen Raum können weitere Behandlungseinrichtungen 5’’ angeordnet sein, die nicht in das Hubelement 7 integriert sind.
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In den 2a bis 2c ist zusätzlich zu der ersten Handhabungseinrichtung 6 eine zweite Handhabungseinrichtung 6’ (siehe 2b) vorgesehen. Der Aufbau dieser Handhabungseinrichtung 6’ entspricht dem Aufbau der Handhabungseinrichtung 6. Den Bezugszeichen, die Elemente der zweiten Handhabungseinrichtung 6’ zeigen, denen Elemente der ersten Handhabungseinrichtung 6 entsprechen, wurde demzufolge ein Strich hinzugefügt. Die zweite Handhabungseinrichtung 6’ umfasst ein Hubelement 7’, das eine Fläche 8’ aufweist, die die Gegenebene bildet. Die Gegenebene 8’ ist gegenüber der Hauptebene 8 angeordnet und verläuft parallel zu dieser. Zwischen der Hauptebene 8 und der Gegenebene 8’ befindet sich das Substrat. Mit anderen Worten, die Hauptebene 8 ist einer Flächenseite des Substrates 4 zugewandt, während die Gegenebene 8’ der anderen Flächenseite des Substrates 4 zugewandt ist. Das Substrat 4 wird von dem Hubelement 7, dem Hubelement 7’ oder beiden Hubelementen 7, 7’ gehalten.
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In 2a verlaufen die Hauptebene 8, die Gegenebene 8’ und das flächige Substrat 4 in der Vertikalen, was der mit dem Bezugszeichen 4a gekennzeichneten Lage des Substrates 4 in 1 entspricht. In 2b verlaufen die Hauptebene 8, die Gegenebene 8’ und das flächige Substrat 4 in der Horizontalen, was der mit dem Bezugszeichen 4b gekennzeichneten Lage des Substrates 4 in 1 entspricht. In 2c verlaufen die Hauptebene 8, die Gegenebene 8’ und das flächige Substrat 4 in einer Winkellage zur Vertikalen und zur Horizontalen, was der mit dem Bezugszeichen 4c gekennzeichneten Lage des Substrates 4 in 1 entspricht. Damit veranschaulichen die 1 und 2a bis 2c, dass die Bewegung der Hauptfläche 8 und der Gegenfläche 8’ erfindungsgemäß entlang ihrer Flächennormalen erfolgen soll, während der abgeschlossene Raum 2 jede beliebige Lage in der Umgebung 3 einnehmen kann.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zu erkennen sind die Handhabungseinrichtung 6, das Hubelement 7’ der Handhabungseinrichtung 6’ mit der Gegenebene 8’ sowie ein Teil des Gehäuses 1, das den abgeschlossenen Raum 2 von der Umgebung 3 trennt.
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Das Hubelement 7 der Handhabungseinrichtung 6 ist in der gezeigten Ausführungsform ein plattenförmiges Gebilde mit einer Oberfläche, die die Hauptebene 8 bildet. An der Oberfläche des Hubelementes 7, die der Hauptebene 8 gegenüberliegt, (in 3 ist dies die Unterseite des Hubelementes 7) sind Verstärkungen 13 ausgebildet, die die Steifigkeit des Hubelementes 7 und damit der Hauptebene 8 gewährleisten sollen. In der gezeigten Ausführungsform umfassen die Verstärkungen mehrere parallel zur Flächennormalen verlaufende und voneinander beabstandete Stege 14 gleicher Länge, die sich von der Unterseite des Hubelementes 7 zu einem orthogonal zu den Stegen 14 verlaufenden Träger 15 erstrecken. Jeder Träger 15 sitzt auf einem Exzenter 10, der wiederum auf einer Antriebswelle 12 befestigt ist. Die Antriebswelle 12 ist mit einem Antrieb 9 verbunden. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass jeder Träger auf einem Exzenter aufliegt. Solche Träger, die nicht auf einem Exzenter aufliegen, haben eine zusätzlich versteifende Wirkung.
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Jede Handhabungseinrichtung umfasst vorzugsweise Sicherungselemente, insbesondere eine Rückzugssicherung. Eine solche Rückzugssicherung 16 ist besonders dann zweckmäßig, wenn die durch Pfeil A gekennzeichnete Bewegung des Hubelementes 7 mit der Richtung der Erdanziehungskraft zusammenfällt. Die Sicherungselemente verhindern eine Bewegung der Hauptebene 8 ohne die Einwirkung der Antriebe 9. Die Sicherungselemente sind dabei vorzugsweise so gestaltet, dass sie eine thermische Ausdehnung der Hauptebene 8 in x- und/der y-Richtung nicht behindern.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung grenzt die Rückzugssicherung 16 an die Seite des Trägers 15 an, die der Hauptebene 8 abgewandt ist. Bei der Rückzugssicherung 16 kann es sich um eine Klammer oder eine Kulisse handeln.
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In 3 sind Verstärkungen 13 und Rücksicherungen 16 nur im Zusammenhang mit der Handhabungseinrichtung 6 gezeigt. Ebenso kann die zweite Handhabungseinrichtung 6’, die die Gegenebene 8’ umfasst, derartige Verstärkungen und Rücksicherungen aufweisen, wobei an die Stelle der Hauptebene die Gegenebene tritt.
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4 veranschaulicht die Anordnung der Exzenter 10 einer Handhabungseinrichtung 6 in Bezug auf die Hauptebene 8. Gezeigt ist die Draufsicht auf die Ebene 8 des Hubelementes 7. Die Unterseite eines Hubelementes 7 oder eines oder mehrerer Trägers 15, die an der Unterseite des Hubelementes 7 ausgebildet sind, befinden in Kontakt mit der Mantelfläche der Exzenter 10. Werden die Exzenter 10 mittels einer Antriebswelle 12 in eine Drehbewegung versetzt, so wird die Bewegung der Exzenter 10 auf das Hubelement 7 übertragen, wodurch die Ebene 8 in Richtung ihrer Flächennormalen bewegt wird. Die Exzenter 10 sind dabei in Bezug auf die Hauptebene 8 gleichmäßig verteilt, so dass die vom Antrieb 9 erzeugte Kraft gleichmäßig auf das Hubelement 7 einwirken kann, was eine exakte und gleichmäßige Bewegung der Ebene 8 bewirkt.
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Wie in 4 gezeigt, können zur Steuerung der translatorischen Bewegung der Hubelemente 7 mehrere Antriebswellen 12 vorgesehen sein. Die Lage der Exzenter 10 ist in 4 durch Sterne gekennzeichnet. Die Antriebswellen 12 verlaufen parallel zueinander in einer Wellen-Ebene (beides ist jedoch nicht zwingend erforderlich), wobei der Abstand zwischen den Antriebswellen 12 in Abhängigkeit von dem Einsatzzweck der Vorrichtung gewählt wird. Jede der Antriebswellen 12 verläuft durch eine Durchführung 11 von der Außenseite des Gehäuses 1 in den Raum 2, der von dem Gehäuse 1 umschlossen ist. Die Bewegung der Antriebswellen 12 muss koordiniert werden, um eine präzise Führung des Hubelementes 7 zu ermöglichen. Dazu kann beispielsweise eine Zahnstange 9a vorgesehen sein. Wie in 4 gezeigt, kann die Zahnstange außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sein, so dass kein Platz in dem Gehäuse 3 beansprucht wird. In diesem Fall sitzt außerhalb des Gehäuses 1 auf jeder der Antriebswellen 12 ein Zahnrad, das in die Zahnstange 9a eingreift. Die Zahnstange 9a wird von dem Antrieb 9 in Richtung des Pfeiles B oder in entgegengesetzter Richtung bewegt, wodurch die Antriebswellen 12 eine Drehbewegung ausführen. Der Antrieb 9 kann beispielsweise ein Elektromotor sein, der eine Welle mit einem Zahnrad antreibt, dass ebenso in die Zahnstange 9a eingreift. Ebenso kann jeder andere in der Technik bekannte Antrieb für die Zahnstange 9a verwendet werden.
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In 5 sind Konturen der Ebene 8 gezeigt, wobei die Gegenebene 8’ ebenso solche Konturen aufweisen kann. Beispielsweise kann die Ebene eine runde, achteckige oder polygonale Kontur aufweisen. Die Ebenen 8, 8’ können jeweils aus Teilflächen 26 zusammengesetzt sein (siehe 5a und 5b). Beispielsweise kann das Hubelementes 7, 7’ aus miteinander verbundenen Segmenten zusammengesetzt sein, was die Stabilität erhöht und Fertigung und Handhabung der Hubelemente vereinfacht.
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6 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Handhabungseinrichtung 6 in schematischer Darstellung, wobei die Handhabungseinrichtung der in 4 gezeigten Handhabungseinrichtung entspricht, wobei zusätzlich gezeigt ist, dass das Hubelement 7 ein plattenförmiger Hohlkörper ist, wobei in den Hohlraum eine Behandlungseinrichtung 5a, beispielsweise eine Temperiereinrichtung wie Kühlung oder Heizung, eingebracht ist. Ferner umfasst die Handhabungseinrichtung zusätzlich Behandlungseinrichtungen 5b, die eine Transportbewegung des Substrates 4 auf der Hauptebene 8 bewirken können. Diese sind scheibenförmig aufgebaut, wobei an den Mantelflächen der Scheiben Auflagen aus Kunststoff ausgebildet sind, die in Kontakt mit der Unterseite des Substrates 4 gelangen können. In der Hauptebene 8 sind Öffnungen ausgebildet, durch die die Behandlungseinrichtungen 5b geführt sind, damit diese in Kontakt mit dem Substrat 4 gelangen können. Die Handhabungseinrichtung 6 weist Exzenter 10 auf, die auf einer Antriebswelle 12 befestigt sind. Die Antriebswelle 12 wird von einem Antrieb 9 angetrieben, der außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet. Die Antriebswelle 12 erstreckt sich dazu durch eine Durchführung 11 in das Gehäuse 1. Auf der Mantelfläche der Exzenter 10 sitzen die Träger 15 auf. Die in 6a gezeigte Detailansicht zeigt einen Schnitt quer zur Längsachse der Antriebswelle 12. Zu erkennen ist, dass der Exzenter 10 eine Scheibe ist, deren geometrischer Mittelpunkt außerhalb der Längsachse der Antriebswelle 12 liegt. Der Abstand zwischen der Längsachse der Antriebswelle 12 und dem geometrischen Mittelpunkt des Exzenters ist durch den Buchstaben „e“ gekennzeichnet. In 6 ist ferner zu erkennen, dass der Träger 15 auf zwei Exzentern 12 aufsitzt. Damit kann eine präzisere Hubbewegung des Hubelementes 7 erreicht werden. Pro Träger 15 kann jedoch auch nur ein Exzenter 10 oder mehr als zwei Exzenter 10 vorgesehen sein.
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In 7 ist zusätzlich noch das Hubelement 7’ der zweiten Handhabungseinrichtung 6’ gezeigt, das die Gegenebene 8‚ bildet. Das Hubelement 7’ kann ebenso wie das Hubelement 7 ein plattenförmiger Hohlkörper sein, in dessen Hohlraum eine Behandlungseinrichtung 5a’, beispielsweise eine Temperiereinrichtung wie Kühlung oder Heizung, eingebracht ist.
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Die Pfeile A und A’ veranschaulichen eine Bewegung der beiden Ebenen 8, 8’ entlang ihrer Flächennormalen in entgegengesetzter Richtung. In diesem Falle wirken die Kräfte der Antriebe 9, 9’ in Pfeilrichtung A, A’ auf das Substrat ein. Allerdings können die beiden Ebenen 8, 8’ unabhängig voneinander in entgegengesetzter Richtung zur Richtung der Pfeile A, A’ bewegt werden. Mit anderen Worten, beide Ebenen 8, 8’ können unabhängig voneinander in Pfeilrichtung A, A’ oder entgegengesetzt dazu bewegt werden, solange die Bewegung entlang der Flächennormalen der jeweiligen Ebenen 8, 8’ erfolgt, wie sie auch in den 2a bis 2c gezeigt ist.
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Wie in den 8 und 9 gezeigt, ist es bei Verwendung eines Exzenterantriebes nicht erforderlich, dass Verstärkungen 13 mit Trägern 15 und Stegen 14 vorgesehen sind. Vielmehr kann das Hubelement 7 direkt auf der Mantelfläche des Exzenters 12 aufsitzen. In den 8 und 9 ist die Zahnstange 9a (nicht gezeigt) außerhalb des Gehäuses 1 angebracht ist. Sie kann jedoch ebenso innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sein. Die in 8 und 9 beschriebene Ausführungsform kann selbstverständlich auch für die zweite Handhabungseinrichtung 6’ verwendet werden.
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Die 10 bis 12 zeigen eine Ausführungsform einer Handhabungseinrichtung 6, die Führungen für das Hubelement 7 aufweist. Die Antriebswellen 12, die Exzenter 10 und der Antrieb für die Antriebswellen 12 sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Diese Führungen umfassen Führungsstangen 20a, 20b, die sich von der Unterseite des Hubelementes 7 in orthogonaler Richtung in Bezug auf die Ebene 8 erstrecken. Die Führungsstangen 20a, 20b sind zwischen Führungsrollen 21a, 21b gespannt, deren Drehachsen orthogonal zur Längsachse der Führungsstangen 20a, 20b verlaufen und deren Mantelflächen sich in Kontakt mit den Führungsstangen 20a, 20b befinden. In dem Gehäuse 1 sind Hauben 22 vorgesehen, die einen Teil der Führungsstangen 20a, 20b aufnehmen. Die Kontaktstellen zwischen den Hauben 22 und dem Gehäuse 1 sind durch Dichtungen 23 verschlossen.
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In den 11 und 12 ist zu erkennen, dass die mittig zur Ebene angeordnete Führungstange 20a zusammen mit den Lagern 21a ein Festlager ist, das die Zentralführung darstellt. Das Festlager besitzt vier Führungsrollen, deren Drehachsen in einer Ebene liegen, wobei die Drehachsen benachbarter Führungsrollen in einem Winkel von 90° zueinander verlaufen. Die beiden übrigen Führungen mit den Führungsstangen 20b und den Führungsrollen 21b sind Loslager. Beide Loslager besitzen jeweils zwei Führungsrollen 21b, deren Drehachsen in einer Ebene liegen, wobei die Drehachsen beider Führungsrollen 21b parallel zueinander verlaufen. Die Loslager ermöglichen die Ausdehnung der Ebene 8 in x-Richtung.
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Die Führungsrollen für das Festlager und die Nebenlager sind, wie dies für die Zentralführung in den 13a und 13b gezeigt ist, drehbar an Lagerblöcken 23 befestigt, wobei die Lagerblöcke wiederum an dem Gehäuse 1 befestigt sind.
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14 zeigt eine Ausführungsform eines Hubelementes 7, bei dem eine Behandlungseinrichtung 5 in Form von Stützrollen 25 vorgesehen ist. Die Stützrollen 25 ermöglichen den Transport des Substrates 4 parallel zur Ebene 8, wobei die Drehachsen der Stützrollen 25 orthogonal zur Flächennormalen der Ebene 8 verlaufen und die Mantelflächen der Stützrollen 25 in Kontakt mit dem Substrat gelangen können. Die Stützrollen 25 können auf Transportwellen (nicht gezeigt) angeordnet sein, die wiederum parallel zueinander liegen und gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Drehachse der Transportwellen verläuft orthogonal zur Flächennormalen der Ebene 8. Die Transportwellen sind in herkömmlicherweise gelagert. Die Transportwellen können über einen gemeinsamen Antrieb angetrieben werden. Dazu können die Transportwellen an einer ihrer Stirnseiten Zahnräder aufweisen, wobei die Zahnräder benachbarter Transportwellen ineinander greifen.
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Die in den 15 bis 17 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 1 bis 11 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Zahnstange 9a in dem Gehäuse 1 angeordnet ist. Die Zahnstange 9a beansprucht damit zwar Platz in dem abgeschlossenen Raum 2, der von dem Gehäuse 1 umschlossen ist, jedoch wird nicht mehr für jede Antriebswelle 12 eine gesonderte Durchführung 11 benötigt. Der Antrieb 9 für die Zahnstange 9a umfasst zweckmäßigerweise einen Innenantrieb 9b, der in dem Gehäuse 1 angeordnet ist und mit einem Außenantrieb 9c zusammenwirkt, der außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Innenantrieb 9b und Außenantrieb 9c können beispielsweise über eine Welle 9d, die durch eine Durchführung 11 durch das Gehäuse 1 geführt ist, mechanisch zusammenwirken. Der Innenantrieb 9b für die Zahnstange 9a ist im einfachsten Fall ein Zahnrad, das auf der Welle 9d aufsitzt. Wird die Welle 9d nun von dem Außenantrieb 9c gedreht, so führt die Zahnstange 9a eine translatorische Bewegung in Richtung des Pfeiles B oder in entgegengesetzter Richtung aus. Die Antriebswellen 12, auf denen die Exzenter 10 sitzen, weisen jeweils ein Zahnrad auf, dass in die Zahnstange 9a eingreift. Wird die Zahnstange 9a bewegt, so drehen sich die Antriebswellen 12 und mit ihnen die Exzenter 10, so dass das Hubelement eine translatorische Bewegung entlang der Flächennormale der Hauptebene 8 ausführt. In 16 ist gezeigt, dass die Welle 9d auf einer Achse, in der die Längsachse der Zahnstange 9a verläuft, oder auf einer Achse, quer zur Längsachse der Zahnstange 9a, angeordnet sein kann. Die Länge der Welle 9d kann der Fachmann in Abhängigkeit von den konstruktiven Anforderungen, die wiederum vom konkreten Einsatzzweck der Vorrichtung abhängen, bestimmen.
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Unabhängig davon, ob die Zahnstange 9a innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist, sind die Antriebswellen 12 der in den 1 bis 16 gezeigten Ausführungsformen zweckmäßigerweise zwischen den Transportwellen und parallel zu diesen angeordnet. Dabei sind die Antriebe 9 oder 9b, 9c und 9d vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zum Antrieb für die Transportwellen angeordnet, beispielsweise indem die Zahnstange 9a in der Ebene der Transportwellen quer zu deren Längsrichtung angeordnet ist, während der Antrieb für die Transportwellen in einer ersten Variante jeweils einzeln über Durchführungen aus dem abgeschlossenen Raum 2 herausgeführt und außen mit einem Antrieb verbunden sind oder in einer zweiten Variante innerhalb des abgeschlossenen Raumes miteinander verbunden sind und dann über eine einzelne Durchführung aus dem abgeschlossenen Raum 2 herausgeführt und außerhalb des abgeschlossenen Raumes 2 mit einem Antrieb verbunden sind.
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Die in Bezug auf die einzelnen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale können vom Fachmann ohne weiteres kombiniert werden, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen worden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- abgeschlossener Raum
- 3
- Umgebung
- 4
- flächiges Substrat
- 5
- Behandlungseinrichtung
- 6
- Handhabungseinrichtung
- 7
- Hubelement
- 8
- Hauptebene
- 8'
- Gegenebene
- 9
- Antrieb
- 9a
- Zahnstange
- 9b
- Innenantrieb
- 9c
- Außenantrieb
- 9d
- Welle
- 10
- Exzenter
- 11
- Durchführung
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Verstärkung
- 14
- Steg
- 15
- Träger
- 16
- Rückzugssicherung
- 17
- Membranbalg
- 18
- Steg
- 19
- Flansch
- 20
- Führungsstange
- 21
- Führungsrolle
- 22
- Haube
- 23
- Dichtung
- 24
- Lagerblöcke
- 25
- Stützrollen
- 26
- Teilflächen