Bezeichnung der Erfindung

Handhabungsvorrichtung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine zur Handhabung von beispielsweise elektrischen oder elektronischen Teilen geeignete Handhabungsvorrichtung.

Hintergrund der Erfindung

Eine Handhabungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der US 6,224,319 B1 bekannt. Diese Handhabungsvorrichtung umfasst zwei um eine gemeinsame Drehachse schwenkbare innere Arme, an denen jeweils ein äußerer Arm angelenkt ist. Die äußeren Arme sind mit einer beispielsweise zum Transport von Siliziumwafern nutzbaren Plattform gekoppelt. Die Plattform weist zwei kreisrunde öffnungen auf, in denen jeweils ein Lager zur Verbindung mit einem äußeren Arm aufgenommen ist. Mit der Vorrichtung nach der US 6,244,319 B1 ist es möglich, die Plattform über das Zentrum der Vorrichtung hinaus zu verfahren.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungsvorrichtung, wel- che zwei um eine gemeinsame Drehachse schwenkbare innere Arme und zwei mit diesen verbundene, gemeinsam eine Plattform tragenden äußere Arme aufweist, anzugeben, die ein Verfahren der Plattform über die Drehachse der inneren Arme hinweg ermöglicht und sich zugleich durch einen besonders ein-

fachen konstruktiven Aufbau auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Handhabungsvorrichtung weist eine erste Lagervorrichtung auf, welche einen Anlenkpunkt von zwei inneren Schwenkarmen definiert, wobei an den dem Anlenkpunkt abgewandten Enden der inneren Schwenkarme jeweils ein äußerer Schwenkarm angelenkt ist. Die beiden äußeren Schwenkarme tragen gemeinsam eine Plattform, welche in einer zur Drehachse der ersten Lagervorrichtung normalen Ebene verfahrbar ist. Die Plattform ist mittels einer einzigen Lagervorrichtung, nämlich eines äußeren Dreiringlagers, schwenkbeweglich mit den beiden äußeren Schwenkar- men verbunden. Die vier Schwenkarme der Handhabungsvorrichtung bilden somit insgesamt eine Viergelenkkette. Die erste Lagervorrichtung ist vorzugsweise ebenso wie das äußere Dreiringlager als Dreiring-Wälzlagerung ausgebildet. Als Wälzkörper dieser Lagerungen sind beispielsweise Kugeln oder Zylinderrollen geeignet. Im letztgenannten Fall sind die Wälzlagerungen vor- zugsweise als Kreuzrollenlager gestaltet. In jedem Fall können die verschieden Wälzkörperreihen eines Dreiringslagers entweder in einer gemeinsamen Ebene oder in voneinander beanstandeten Ebenen angeordnet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist konzentrisch zur ersten Lagervor- richtung eine Synchronisationsscheibe angeordnet, welche mechanisch derart mit den inneren Schwenkarmen gekoppelt ist, dass bei einer Verschwenkung eines inneren Schwenkarms relativ zur Synchronisationsscheibe um einen bestimmten Winkel der andere innere Schwenkarm relativ zur Synchronisationsscheibe um den gleichen Winkel, jedoch in die entgegengesetzte Richtung verschwenkt wird. Zur Realisierung dieser Synchronisationsfunktion ist beispielsweise ein Zahnradgetriebe, insbesondere ein Kegelradgetriebe, geeignet. Die Synchronisationsscheibe ist in diesem Fall mit dem Kegelradträger fest verbunden oder identisch. Die Drehachse der Synchronisationsscheibe stimmt

mit der Drehachse der ersten Lagervorrichtung, das heißt der inneren Schwenkachse der inneren Lagerarme, überein.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Synchronisations- scheibe als Zahnriemenscheibe ausgebildet oder mit einer solchen drehfest verbunden. Die Zahnriemenscheibe dient zusammen mit einem Zahnriemen und einer zweiten Riemenscheibe, welche konzentrisch zur Drehachse zwischen einem inneren Schwenkarm und einem äußeren Schwenkarm angeordnet ist, dazu, die Bewegung des äußeren Schwenkarms mit der Bewegung des inneren Schwenkarms zu synchronisieren. Die äußere, am Drehpunkt zwischen dem inneren Schwenkarm und dem äußeren Schwenkarm angeordnete Riemenscheibe weist den halben Durchmesser und damit die halbe Zähnezahl wie die innere, als Synchronisationsscheibe bezeichnete Zahnriemenscheibe auf. Anstelle eines Zahnriemens kann auch eine Kette oder ein anders Zugmittel zum Einsatz kommen.

Zum Antrieb der inneren Schwenkarme sind vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbare Antriebsvorrichtungen vorgesehen. Werden mittels der Antriebsvorrichtungen die beiden inneren Schwenkarme um den gleichen Be- trag, jedoch in entgegengesetzte Richtungen verschwenkt, so verfährt die Plattform längs einer Geraden, während die Synchronisationsscheibe in unveränderter Winkelposition verbleibt. Durch die Synchronisation des ersten inneren Schwenkarms mit dem zweiten inneren Schwenkarms mittels des Zahnradgetriebes und die gleichzeitige Synchronisation eines inneren Schwenkarms mit dem daran abgelenkten äußeren Schwenkarm mittels des Riemengetriebes ist die zwei Freiheitsgrade aufweisende Viergelenkkette definiert positionierbar. Als zwei Parameter, welche die Positionierung der Schwenkarme eindeutig festlegen, sind beispielsweise die Winkelposition der Synchronisationsscheibe und der zwischen den inneren Schwenkarmen eingeschlossene Winkel geeig- net.

Die erste Lagervorrichtung, die beiden Lager zwischen den inneren Schwenkarmen und den äußeren Schwenkarmen, sowie das äußere Dreiringlager wer-

den zusammenfassend als Gelenke der Handhabungsvorrichtung bezeichnet. Hierbei stellen die jeweils zwischen einem inneren Schwenkarm und einem äußeren Schwenkarm angeordnete Gelenke die mittleren Gelenke der Handhabungsvorrichtung dar. Unter der Vorraussetzung, dass die absolute Winkel- position eines jeden inneren Schwenkarms mittels der jeweiligen Antriebsvorrichtung separat einstellbar ist, ist zum Betrieb der Handhabungsvorrichtung keine gesonderte Synchronisation zwischen einem inneren und einem äußeren Schwenkarm, etwa mittels des oben erläuterten Riementriebs, erforderlich. Da jedoch Spiel innerhalb der Handhabungsvorrichtung unvermeidlich ist, trägt eine solche Synchronisation zur Erhöhung der Präzision, insbesondere der Wiederholgenauigkeit beim Verfahren der Plattform, bei. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist nicht nur zwischen dem ersten inneren Schwenkarm und dem daran angelenkten ersten äußeren Schwenkarm, sondern auch zwischen dem zweiten inneren Schwenkarm und dem zweiten äußeren Schwenk- arm eine mechanischen Synchronisierung, insbesondere mittels eines Riementriebs, gegeben. Zwar bedeutet dies theoretisch eine überbestimmung des mechanischen Systems, doch werden mechanische Verspannungen durch die Elastizität der gewählten Komponenten, insbesondere Riemen, vermieden.

Die Rotationsachse der ersten Lagervorrichtung sowie die Rotationsachse des äußeren Dreiringlagers liegen in einer gemeinsamen Ebene, zu der die Plattform in bevorzugter Ausgestaltung nicht drehbar ist. Dies bedeutet, dass die äußeren Schwenkarme ebenso wie die inneren Schwenkarme stets symmetrisch zur genannten Ebene bewegt werden, während die Plattform immer mittig von der Ebene geschnitten wird. Um dies zu erreichen, ist theoretisch eine mechanische Synchronisation zwischen einem der äußeren Schwenkarme und der Plattform ausreichend. Vorzugsweise jedoch sind beide äußeren Schwenkarme zugleich mit der Plattform mechanisch synchronisiert. Zur Erfüllung dieser Funktion ist analog zur Synchronisationsvorrichtung an der ersten Lagervor- richtung ein Zahnradgetrieben, insbesondere ein Kegelradgetriebe, geeignet. Im Fall des äußeren Dreiringlagers ist hierbei eine Synchronisationsscheibe drehfest mit der Plattform verbunden.

Nachfolgend wir ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 in vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf eine Handhabungsvorrichtung in einer ersten Positionierung,

Figur 2 die Handhabungsvorrichtung in einer zweiten Positionierung,

Figur 3 eine Explosionsdarstellung der Handhabungsvorrichtung,

Figur 4 eine Draufsicht auf die Handhabungsvorrichtung in Mittelstellung,

Figur 5 einen Schnitt durch die Anordnung nach Figur 4,

Figuren 6-8 verschiedene Varianten eines Dreiringlagers der Handhabungsvorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die Figuren 1 bis 5 zeigen eine Handhabungsvorrichtung 1 , hinsichtlich deren prinzipieller Funktion auf die DE-Patentanmeldung 10 2006 018 590.0 verwiesen wird. Die Handhabungsvorrichtung 1 weist zwei innere Schwenkarme 2, 3 auf, welche mittels einer ersten Lagervorrichtung 4 um eine gemeinsame Dreh- achse D1 , die im Allgemeinen ortsfest ist, schwenkbar sind. An jedem inneren Schwenkarm 2, 3 ist ein äußerer Schwenkarm 5, 6 mittels jeweils eines mittleren Lagers 7, 8, insbesondere eines Wälzlagers, angelenkt. Die beiden äußeren Schwenkarme 5, 6 tragen zusammen eine Plattform 9, wobei sie mit dieser

durch ein äußeres Dreiringlager 10, dessen Drehachse mit D2 bezeichnet ist, schwenkbeweglich verbunden sind. Das äußere Dreiringlager 10, die ebenfalls als Dreiringlager ausgebildete erste Lagervorrichtung 4, sowie die mittleren Lager 7, 8 werden zusammenfassend als Gelenke der Handhabungsvorrich- tung 1 bezeichnet und bilden zusammen mit den Schwenkarmen 2, 3, 5, 6 eine Viergelenkkette. Wie insbesondere ein Vergleich der Figuren 1 , 2, 5 veranschaulicht, ist es möglich, die Plattform 9 über die erste Lagervorrichtung 4 hinweg zu verfahren, wobei in der Anordnung nach Figur 4 die Drehachsen D1 , D2 zusammenfallen.

Jeder innere Schwenkarm 2, 3 ist über einen Zahnring 11 , 12 gesondert antreibbar. Damit sind radiale Bewegungen, Schwenkbewegungen oder beliebig kombinierte Bewegungen der Plattform 9 realisierbar. Mit den beiden zur Drehachse D1 konzentrischen Zahnringen 11 , 12 ist über ein Kegelradgetriebe 13 eine Synchronisationsscheibe 14 mechanisch gekoppelt. Es handelt sich hierbei um eine Zahnriemenscheibe, welche bei einer Verschwenkung des ersten inneren Schwenkarms 2 um einen ersten Schwenkwinkel und einer gleichzeitigen Verschwenkung des zweiten inneren Schwenkarms 3 um einen zweiten Schwenkwinkel um die Hälfte der Summe der beiden Schwenkwinkel ver- dreht wird. Wird beispielsweise der erste innere Schwenkarm 2 um einen bestimmten Schwenkwinkel in einer ersten Richtung verdreht und der zweite Schwenkarm 3 gleichzeitig um den betragsmäßig gleichen Schwenkwinkel in der entgegengesetzten Richtung verdreht, so bleibt die Zahnriemenscheibe 14 in unveränderter Winkelposition. Die Plattform 9 wird hierbei, bezogen auf die erste Drehachse D1 , ausschließlich in radialer Richtung verlagert. Einen anderen Extremfall stellt der Antrieb der beiden Zahnringe 11 , 12 mit übereinstimmender Winkelgeschwindigkeit in derselben Drehrichtung dar: In diesem Fall bleibt die Winkelrelation zwischen der Synchronisationsscheibe 14 und den Zahnringen 11 , 12 unverändert. Die zweite Drehachse D2 wird damit relativ zur ersten Lagervorrichtung 4 auf einer Kreisbahn verschwenkt.

Um die Synchronisationsscheibe 14 sind zwei Zahnriemen 15, 16 gelegt, welche jeweils innerhalb eines inneren Schwenkarms 2, 3 verlaufen und um eine

zweite Riemenscheibe 17 gelegt sind, welche drehfest mit einem äußeren Schwenkarm 5, 6 verbunden ist. Die zweite Riemenscheibe 17 weist entsprechend der gewünschten Synchronisation zwischen dem äußeren Schwenkarm 5, 6 und dem inneren Schwenkarm 2, 3 den halben Durchmesser der inneren Zahnriemenscheibe 14 auf. Mit dem Kegelradgetriebe 13 und den beiden die Riemen 15, 16 umfassenden, insgesamt mit den Bezugszeichen 18, 19 gekennzeichneten Zugmittelgetrieben umfasst die Handhabungsvorrichtung 1 somit insgesamt drei Synchronisationsvorrichtungen, welche der Viergelenkkette zuzurechnen sind. Eine weitere Synchronisationsvorrichtung 20 stellt sicher, dass die Plattform 9 stets in unveränderter Winkelposition zu einer durch die Drehachsen D1 und D2 gelegte Ebene bleibt. Die Synchronisationsvorrichtung 20 ist analog der die Synchronisationsscheibe 14 umfassenden so genannten inneren Synchronisationsvorrichtung als Kegelradgetriebe aufgebaut und wird auch als äußere Synchronisationsvorrichtung bezeichnet.

In den Figuren 6 bis 8 sind verschiedene mögliche Bauformen eines Dreiringlagers 21 dargestellt, welches sowohl als erste Lagervorrichtung 4 als auch als äußeres Dreiringlager 10 der Handhabungsvorrichtung 1 verwendbar ist. Jedes Dreiringlager 21 weist einen ersten Ring 22 und in konzentrischer Anordnung hierzu einen zweiten Ring 23 sowie einen dritten Ring 24 auf, wobei alle Ringe 22, 23, 24 unabhängig voneinander verdrehbar sind. Als Wälzkörper 25 der Dreiringlager 21 sind Zylinderrollen vorgesehen; es handelt sich um Kreuzrollenlager. Die als Kreuzrollenlager ausgebildeten Dreiring-Wälzlager 21 sind zur Aufnahme von Radial- und Axialbelastungen ebenso wie zur Aufnahme von Kippmomenten geeignet. Im Fall der Verwendung als erste Lagervorrichtung 4 ist beispielsweise der erste Ring 22 gestellfest angeordnet, während die beiden anderen Ringe 23, 24 mit den inneren Schwenkarmen 2, 3 verbunden sind. Im Fall des äußeren Dreiringlagers 10 ist dagegen beispielsweise der erste Ring 22 des Dreiringlagers 21 starr mit der Plattform 9 verbunden, während die Rin- ge 23, 24 mit den äußeren Schwenkarmen 5, 6 verschraubt sind. Dank der zwei Dreiringlager 4, 10 weist die Handhabungsvorrichtung 1 insgesamt lediglich vier Gelenke 4, 7, 8, 10 auf.

Bezugszeichenliste

1 Handhabungsvorrichtung

2,3 innere Schwenkarme

4 Lagervorrichtung

5,6 äußere Schwenkarme

7 mittleres Lager

8 mittleres Lager

9 Plattform

10 äußeres Dreiringlager

11 , 12 konzentrische Zahnringe

13 Kegelradgetriebe

14 Synchronisationsscheibe

15, 16 Zahnriemen

17 Riemenscheibe

18, 19 Zugmittelgetriebe

20 Synchronisationsvorrichtung

21 Dreiringlager

22 erster Ring

23 zweiter Ring

24 dritter Ring

25 Wälzkörper

D1 ,D2 Drehachsen