Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers und ein Verfahren zum Betrieb derselben. Vorzugsweise kommt hierbei eine magnetische Levitation zum schwebenden Transport und/oder zur Positionierung und/oder Orientierung des mindestens einen Wafers zum Einsatz. Die hier vorgestellte Lösung kann dabei bevorzugt im Bereich der Halbleiterfertigung zur Anwendung gelangen.

Stand der Technik

Im Rahmen der Halbleiterfertigung müssen oftmals Objekte wie Wafer transportiert oder po sitioniert werden. Dazu werden herkömmlicherweise Transportsysteme eingesetzt, welche die Wafer auf festgelegten Fahrspuren oder Schienen bewegen. Entsprechend festgelegte Fahrspuren oder Schienen erlauben in der Regel nur eine auch als eindimensional bezeich- nete Bewegung, welche insbesondere den Nachteil aufweist, dass die Wafer in festgelegter Reihenfolge befördert werden und insbesondere ein Vorziehen eines hinteren Wafers vor ei nen vorderen in der Regel nicht möglich ist.

Darüber hinaus ist es bekannt zum Wafertransport innerhalb eines sogenannten Cluster- Werkzeugs eine zentral angeordnete Handhabungseinrichtung zu verwenden, die die Wafer jeweils entlang einer radialen Richtung (eindimensional) hin zu in einem Kreis um die Hand habungseinrichtung angeordneten Bearbeitungsstationen des Cluster-Werkzeugs befördern kann. Diese bis dato übliche Art des Wafertransport innerhalb des Cluster-Werkzeugs führt jedoch zu Einschränkungen bei der Auslegung des Cluster-Werkzeugs. Es ist daher wünschenswert, eine Beförderungsvorrichtung bereitzustellen, die eine flexiblere Beförderung mindestens eines Wafers insbesondere hin zu einer Bearbeitungsstation und/o der innerhalb einer Bearbeitungsstation ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 eine Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers, mit zumindest einem Transportkörper, wobei der Transportkörper zumindest zum Tragen oder zum Halten mindestens eines Wafers eingerichtet ist und wobei die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper zu mindest zweidimensional auf einer Beförderungsfläche zu bewegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Bei einem Wafer handelt es sich in der Regel um eine insbesondere in der Mikroelektronik, Photovoltaik und/oder Mikrosystemtechnik zur Anwendung kommende, beispielsweise kreis runde oder quadratische, etwa ein Millimeter dicke Scheibe. Diese Wafer bzw. Scheiben werden regelmäßig aus ein- oder polykristallinen (Halbleiter-) Rohlingen, sogenannten Ingots, hergestellt und dienen in der Regel als Substrat (Grundplatte) für elektronische Bauele mente, unter anderem für integrierte Schaltkreise (IC,„Chip“), mikromechanische Bauele mente und/oder photoelektrische Beschichtungen.

Der Transportkörper ist zum Tragen und/oder zum Halten mindestens eines Wafers einge richtet. In diesem Zusammenhang kann der mindestens eine Wafer (oben) auf dem Trans portkörper, unterhalb des Transportkörpers oder neben dem Transportkörper positioniert werden. Darüber hinaus kann der Transportkörper auch zum Tragen und/oder zum Halten eines Stapels von mehreren Wafern eingerichtet sein. In diesem Zusammenhang ist es be sonders bevorzugt, wenn der Transportkörper weiterhin dazu eingerichtet ist, einzelne Wafer aus dem Stapel von Wafern heraus und ggf. wieder in den Stapel hinein zu bewegen. Der Transportkörper kann eine oder mehrere Gabeln aufweisen, die jeweils zum Halten oder Tra gen mindestens eines Wafers oder eines Stapels von mehreren Wafern eingerichtet sind. Al ternativ oder kumulativ kann der Transportkörper eine Ablage (in der Arte einer Platte) auf weisen, die derart eingerichtet ist, dass darauf mindestens ein Wafer oder ein Stapel von mehreren Wafern ablegbar ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Ablage ein Fixierungselement aufweist, welches dazu eingerichtet ist einen oder mehrere auf der Ablage abgelegte Wafer (während des Transports) (lösbar) zu fixieren.

Die Beförderungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den zumindest einen Transportkörper zu mindest zweidimensional (oder ggf. sogar dreidimensional) auf einer Beförderungsfläche zu bewegen. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Beförderungs vorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper entlang eines zumin dest zweidimensionalen oder sogar dreidimensionalen Beförderungsweges (auf der Beförde rungsfläche) zu bewegen. Eine zweidimensionale Bewegung zeichnet sich hierbei insbeson dere dadurch aus, dass sie in einer Ebene erfolgt. Darüber hinaus ist es (wie auch weiter un ten erörtert) vorteilhaft, wenn der Transportkörper in sechs Freiheitsgraden bewegbar ist.

Die hier vorgeschlagene Lösung ermöglicht insbesondere ein besonders vorteilhaftes Trans portsystem für die Halbleiterfertigung, bei dem ein oder mehrere Wafer frei auf einer Beför derungsfläche bzw. in einer Ebene befördert werden können. Diese hier auch als zweidimen sional bezeichnete Bewegung erlaub in vorteilhafter Weise eine flexiblere Beförderung min destens eines Wafers insbesondere hin zu einer Bearbeitungsstation und/oder innerhalb ei ner Bearbeitungsstation. Dies erlaubt auch den weiteren Vorteil, dass Halbleiterfertigungsan lagen, insbesondere sogenannte Cluster-Werkzeuge besser ausgelegt werden können.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrich tung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper in kontrollierter Weise schwebend zu befördern. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere eine kontaktlose bzw. berührungslose Beförderung des Transportkörpers. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Beförderungsvorrichtung in der Art eines magnetischen Transportsystems gebildet bzw. die schwebende Beförderung magnetisch realisiert ist. Eine schwebende Beförderung ist insbesondere im Zusammenhang mit Reinräumen, wie diese auch in der Halbleiterfertigung zum Einsatz kommen, voreilhaft, da dadurch das Risiko einer möglichen Kontamination der Reinräume weiter reduziert werden kann. Hierbei ist eine mag netische Realisierung insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die Beförderung unter Vakuumbedingungen erfolgen soll. Insbesondere außerhalb solcher Vakuumbedingungen wären beispielsweise auch Druckluftsysteme einsetzbar, die beispielsweise ein Luftkissen unter dem Transportkörper bereitstellen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Beförderungsvorrichtung weiter hin einen Stator auf, wobei die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper in kontrollierter Weise relativ zum Stator zu befördern. Hierbei kann der Stator mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten aufweisen, von denen jeder über ein Stellelement mit dem Stator verbunden ist, wobei das Stellelement dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten relativ zum Stator in kontrollierter Weise zu ändern; der zumindest eine Transportkörper zumindest zwei Stationärmagneten aufweisen, welche mit dem Transportkörper derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten relativ zum Transportkörper unbeweglich sind; der Stator und der zumindest eine Transportkörper mittels der zumindest zwei Stationärmagne ten und der mehreren Stellmagneten magnetisch gekoppelt sein; und die Beförderungsvor richtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehreren Stellmagneten mittels der Stellelemente relativ zum Stator zu befördern. Alternativ kann hierbei der zumindest eine Transportkörper mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten aufweisen, von denen jeder über ein Stel lelement mit dem Transportkörper verbunden ist, wobei das Stellelement dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten relativ zum Transportkörper in kontrollierter Weise zu ändern; der Stator zumindest zwei Stationär magneten aufweisen, welche mit dem Stator derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten relativ zum Stator unbeweglich sind; der zumindest eine Transportkörper und der Stator mittels der zumindest zwei Stationärmagneten und der mehreren Stellmagne ten magnetisch gekoppelt sein; und die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientie rung der mehreren Stellmagneten mittels des Stellelements relativ zum Stator zu befördern.

In diesem Zusammenhang wird insbesondere zur Bereitstellung eines schwebenden Trans ports eine Beförderungsvorrichtung mit einem Stator zur kontrollierten Beförderung eines Transportkörpers relativ zum Stator vorgeschlagen. Hierbei wird in vorteilhafter Weise eine kontrollierte Beförderung eines Transportkörpers relativ zu einem Stator ermöglicht, indem eines der beiden Elemente über eine Vielzahl zumindest teilweise beweglich angeordneter Stellmagneten verfügt, deren jeweilige Position und/oder Orientierung relativ zu diesem Ele ment über Stellelemente in kontrollierter Weise vorgegeben werden kann, und das andere der beiden Elemente über zumindest zwei unbeweglich mit diesem Element verbundene Sta- tionärmagneten verfügt, wobei die Stationärmagneten mit Stellmagneten magnetisch gekop pelt sind. Die Beförderungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Transportkörper relativ zum Stator durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung von Stellmagneten zu befördern. Dabei umfasst das Befördern insbesondere, den zumindest einen Transportkör per in eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator zu bringen.

Dies ermöglicht insbesondere eine vollständige magnetische Levitation des Transportkörpers in sechs Freiheitsgraden, d.h. in drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden relativ zum Stator. Dies hat den Vorteil, dass die Beförderung des Transportkörpers flexibler erfolgen kann, als bei herkömmlichen Systemen.

Ferner bietet dies den Vorteil, dass eine Levitation und/oder eine Vorwärtsbewegung des Transportkörpers relativ zum Stator durch eine entsprechende Positionierung und/oder Ori entierung der Stellmagneten mittels der jeweiligen Stellelemente ermöglicht werden kann. Dadurch kann auf eine Bereitstellung einer komplexen Anordnung und Ansteuerung von Magnetspulen verzichtet werden. Dies reduziert nicht nur die Komplexität der Beförderungs vorrichtung und somit die Herstellungskosten, sondern erlaubt auch den Einsatz von Perma nentmagneten, welche oftmals eine sehr viel größere Flussdichte bereitstellen können als für derartige Zwecke verwendbare Magnetspulen. Dies kann wiederum eine größere Hubhöhe bzw. einen größeren Luftspalt zwischen dem Stator und dem Transportkörper ermöglichen, wodurch sich ein größerer Bewegungsspielraum bei Bewegungen in Z-Richtung und oder im Nick- und Roll-Winkelbereich ergeben kann. Ferner bietet dies den Vorteil, dass auch eine Unterbrechung der Versorgung mit elektrischer Energie nicht zwangsläufig zu einer Fehl funktion oder gar der Verursachung eines Schadens führen muss. Insbesondere führt eine Unterbrechung der Leistungsversorgung nicht zu einem Verlust des Magnetfelds bzw. der magnetischen Kopplung zwischen Stator und Transportkörper. Beispielsweise können im Falle einer Unterbrechung der Leistungsversorgung die Kopplungskräfte zwischen den Stell magneten und den Stationärmagneten zunehmen, sobald die Position und/oder die Orientie rung der Stellmagneten der anziehenden Kraftwirkung der Stationärmagneten nachgibt, wo raufhin der Transportkörper auf den Stator gezogen wird und so gegen unkontrolliertes Her abfallen gesichert ist. Darüber hinaus bietet diese vorteilhafte Ausgestaltung den Vorteil, dass die magnetische Kopplung zwischen dem Stator und dem Transportkörper sowohl eine Levitation des Transportkörpers, d.h. einen Hub über dem Stator, bewirken kann, als auch eine Fortbewegung des Transportkörpers relativ zum Stator, d.h. Beförderung, ohne dass dafür noch weitere berührende oder berührungslose Systeme zwingend erforderlich wären. Dadurch kann ein berührungsloser Transport ermöglicht werden, so dass die Beförderungs vorrichtung auch in Umgebungen mit erhöhten Sauberkeitsanforderungen (wie etwa den oben erwähnten Reinräumen bei der Halbleiterfertigung) zum Einsatz gelangen kann. Bei spielsweise kann der Transportkörper in einer Umgebung mit erhöhten Sauberkeitsanforde rungen befördert werden, während der Stator außerhalb in einer Umgebung mit geringeren Sauberkeitsanforderungen angeordnet ist. Durch einen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Transportkörper können beispielsweise Trennelemente verlaufen, um die verschiede nen Sauberkeitsbereiche zu trennen. Somit eignet sich die Beförderungsvorrichtung auch zur Anwendung bei chemischen Verfahren, etwa im chemischen Bereich einer Halbleiterferti gung, sowie beispielsweise in gasdichten, flüssigkeitsdichten und/oder abgekapselten Berei chen.

Ferner kann der Vorteil ermöglicht werden, dass weder im Transportkörper noch im Stator zwingend Magnetspulen bereitgestellt werden müssen, so dass eine Erwärmung des Trans portkörpers und/oder des Stators durch in solchen Spulen auftretende Ströme vermieden werden kann. Dies begünstigt einen Einsatz der Beförderungsvorrichtung in wärmekritischen Umgebungen oder zur Beförderung von wärmeempfindlichen Objekten und verbessert die Energieeffizienz der Beförderungsvorrichtung, da die Dissipation von elektrischer Energie re duziert werden kann.

Durch die vorteilhafte Levitation bzw. Beförderung mittels magnetischer Kopplung kann auch auf effiziente Weise eine Entkopplung des Transportkörpers bzw. der Beförderungsvorrich tung von Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder Körperschallwellen erreicht werden, wodurch die Beförderungsvorrichtung auch bei der Beförderung von empfindlichen Objekten, wie etwa Halbleiterprodukten, in besonders vorteilhafter Weisezum Einsatz kommen kann.

Vorzugsweise weist die Beförderungsvorrichtung eine Mehrzahl von Stellmagneten und/oder eine Mehrzahl von Stationärmagneten auf. Besonders bevorzugt sind die Stellmagneten und/oder die Stationärmagneten über eine Beförderungsfläche in oder am Stator bzw. in o- der am Transportkörper angeordnet, so dass der Transportkörper entlang der Beförderungs fläche levitiert und/oder befördert werden kann. Auf diese Weise lässt sich ein größerer Be reich erzeugen, in welchem der Transportkörper befördert werden kann. Besonders bevor- zugt weisen die Stellmagneten insgesamt eine Anzahl von Freiheitsgraden auf, welche min destens so groß ist wie die Anzahl der Freiheitsgrade des Transportkörpers, in welchen der Transportkörper kontrolliert befördert bzw. positioniert werden soll. Soll beispielsweise der Transportköper in sechs Freiheitsgraden befördert und/oder positioniert werden, ist es vor teilhaft, mehrere Stellmagneten bereitzustellen, welche insgesamt sechs oder mehr Frei heitsgrade aufweisen. Beispielsweise können dazu die Stellmagneten derart eingerichtet sein, dass zu jedem Zeitpunkt der Transportköper mit zumindest sechs Stellmagneten wech selwirkt.

Vorzugsweise ist das Magnetfeld der Stellmagneten und/oder das Magnetfeld der zumindest zwei Stationärmagneten der Beförderungsfläche zugewandt, d.h. ein Magnetpol ist der Be förderungsfläche zugewandt. Die Beförderungsfläche ist dabei die Fläche, entlang welcher der Transportkörper in kontrollierter Weise relativ zum Stator befördert wird. Insbesondere kann die Beförderungsfläche mit einer Statorebene und/oder einer Wirkfläche des Stators zusammenfallen. Besonders bevorzugt liegt die Beförderungsfläche in einer (Transport- ) Ebene. Darüber hinaus kann die Beförderungsfläche aber auch gekrümmt und/oder mit min destens einen Knick bzw. unstetig verlaufen. Beispielsweise kann eine zwischen dem Stator und einem von dem Stator levitierten Transportkörper liegende Fläche die Beförderungsflä che darstellen. Eine derartige Anordnung bietet den Vorteil, dass die magnetische Kopplung zwischen den Stellmagneten und den Stationärmagneten vergrößert bzw. optimiert werden kann. Vorzugsweise sind die Magnetpole der Stellmagneten und Stationärmagneten einan der zugewandt bzw. derart angeordnet, dass deren magnetische Felder einen Überlapp auf weisen und/ oder wechselwirken. Vorzugsweise werden dabei die magnetischen Felder in von der Beförderungsfläche abgewandten Richtungen minimiert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrich tung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper auf der Beförderungsfläche ent lang unterschiedlicher Beförderungswege (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) zu be fördern, insbesondere so, dass ein Transportkörper einen anderen Transportkörper überho len kann. In diesem Zusammenhang können auch Wartezonen gebildet sein, insbesondere so, dass ein wartender Transportkörper einen anderen passieren lassen kann. Darüber hin aus kann vorgesehen sein, dass ein überholender Transportkörper einen (vordefinierten) Mindestabstand zu dem anderen Transportkörper einhält. Der Mindestabstand ist in diesem Zusammenhang insbesondere derart vordefiniert, dass der überholende Transportkörper nicht das magnetische Schweben des anderen Transportkörpers beeinträchtigt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungs vorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper auf der Beförderungsflä che entlang eines zumindest zweispurigen Beförderungsweges (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) zu befördern. Hierdurch können in vorteilhafter Weise mehrspurige Transport wege auf der Beförderungsfläche ermöglicht werden, wodurch die Produktionskapazität vor teilhaft erhöht werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungs vorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) hin zu einer (Wafer-) Bearbeitungsstation zu befördern und/oder den mittels des Transportkörpers transportierten Wafer in einer Bearbeitungsstation zu posi tionieren und/oder auszurichten (zu orientieren). Bei der Bearbeitungsstation kann es sich beispielsweise um eine chemische Bearbeitungsstation, eine lithographische Bearbeitungs station oder eine Untersuchungsstation handeln, in der der Wafer beispielsweise mittels ei nes Mikroskops untersucht werden kann.

Alternativ oder kumulativ kann die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zu mindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) hin zu einem Lager bzw. Speicher für Wafer zu befördern und/oder den mittels des Transportkörpers transpor tierten Wafer in einem Lager bzw. Speicher für Wafer zu positionieren und/oder auszurichten (zu orientieren). Bevorzugt ist die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet, den zumindest einen Transportkörper aus und/oder von einem Lager bzw. Speicher für Wafer bis hin zu ei ner und/oder in eine Bearbeitungsstation zu befördern.

Weiterhin bevorzugt ist die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest ei nen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) durch eine (Wafer-) Bearbei tungsstation hindurch zu befördern. Weiterhin kann die Beförderungsvorrichtung dazu einge richtet sein, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) derart entlang einer (Wafer-) Bearbeitungsstation zu befördern, dass der mittels des Trans portkörpers transportierte Wafer durch die (Wafer-) Bearbeitungsstation hindurch befördert wird. Darüber hinaus kann die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den mittels des Transportkörpers transportierten Wafer während des Transports durch die Bearbeitungs station in der Bearbeitungsstation zu positionieren und/oder auszurichten (zu orientieren).

In der Bearbeitungsstation kann beispielsweise eine Umgebung mit erhöhten Sauberkeitsan forderungen (Reinraum) und/oder ein Vakuum eingestellt sein. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn zum Verbringen des Wafers in die Bearbeitungsstation ledig lich ein Teil des Transportkörpers, beispielsweise ein Halter oder Greifer bzw. eine Zange des Transportkörpers in die Bearbeitungsstation hineinragt. Hierbei kann dieser Teil des Transportkörpers beispielsweise durch eine der Bearbeitungsstation vorgeordneten

Schleuse hindurchgreifen.

Eine Ausrichtung des Wafers (der Lage des Wafers) in der Bearbeitungsstation kann bei spielsweise durch eine Neigung des Transportkörpers relativ zur Beförderungsfläche und/o der durch eine Drehung des Transportkörpers um dessen Hochachse erfolgen. Eine Positio nierung des Wafers (der Lage des Wafers) in der Bearbeitungsstation kann beispielsweise auch durch eine (zweidimensionale) Bewegung entlang der Beförderungsfläche und/oder eine Drehung des Transportkörpers um dessen Hochachse erfolgen. Eine Neigung des Transportkörpers relativ zur Beförderungsfläche kann darüber hinaus auch während der Be förderung entlang der Beförderungsfläche vorteilhaft sein, da hierdurch ggf. eine erhöhte Be förderungsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Beispielsweise könnte durch ein (gezieltes) Neigen des Transportkörpers ein Herunterfallen des Wafers während einer Beschleunigung des Transportkörpers vermieden werden.

Vorzugsweise weisen die zumindest zwei Stationärmagneten und/oder die Stellmagneten je weils zumindest einen Permanentmagneten auf. Dies hat den Vorteil, dass im Stator und/o der im Transportkörper die Verwendung von Magnetspulen verringert oder gar ganz vermie den werden kann und somit der Energieverbrauch der Beförderungsvorrichtung gesenkt wer den kann. Ferner kann mittels Permanentmagneten ein im Vergleich zu Magnetspulen sehr starkes Magnetfeld erzeugt werden, welches darüber hinaus auf kleinem Raum bereitgestellt werden kann. Auch ist bei der Verwendung von Permanentmagneten zur Bereitstellung des Magnetfeldes keine Versorgung der Magneten mit elektrischer Leistung erforderlich, wie dies beispielsweise bei der Verwendung von Magnetspulen der Fall ist. Zudem dissipieren Per manentmagneten keine elektrische Leistung und tragen somit nicht zu einer unerwünschten Erwärmung der Beförderungsvorrichtung bei. Besonders bevorzugt weisen ein Stationär magnet und/oder ein Stellmagnet ausschließlich einen oder mehrere Permanentmagneten auf, ohne zusätzlich Magnetspulen aufzuweisen. Auf diese Weise kann beispielsweise ver mieden werden, dass der Transportkörper mit einer bei der Fortbewegung hinderlichen Zu fuhrleitung für elektrische Energie kontaktiert werden muss.

Vorzugsweise liefert ein Permanentmagnet (an einem Punkt der Oberfläche) eine magneti sche Flussdichte von zumindest 0,05 T, bevorzugt zumindest 0,1 T, weiter bevorzugt zumin dest 0,25 T, noch weiter bevorzugt zumindest 0,5 T, besonders bevorzugt zumindest 0,75 T, am meisten bevorzugt zumindest 1 T auf. Insbesondere können Permanentmagneten derart ausgewählt werden, dass durch die gewählten Flussdichten die zum Transport und/oder zur Positionierung des Transportkörpers erforderlichen Kräfte und Momente erzielt werden. Per manentmagneten mit einer größeren Flussdichte können beispielsweise dazu dienen, einen größeren Hub zu bewirken und/oder höhere Beschleunigungen zu bewirken und/oder schwe rere Lasten mit dem Transportkörper zu befördern.

Vorzugsweise weist ein Stellmagnet eine Magnetgruppe auf, welche vorzugsweise mehrere Permanentmagneten und/oder Magnetspulen aufweist. Vorzugsweise bilden auch die Statio närmagneten zumindest eine Magnetgruppe, wobei die Magnetgruppe vorzugsweise meh rere Permanentmagneten und/oder Magnetspulen aufweist. Insbesondere für den Fall, dass die mehreren Magneten einer Magnetgruppe entlang einer Geraden angeordnet sind, kann es vorteilhaft sein, die Magneten derart anzuordnen, dass die mehreren Magneten derart ori entiert bzw. angeordnet sind, dass deren magnetische Dipole nicht parallel ausgerichtet sind bzw. nicht in die gleiche Richtung zeigen, insbesondere nicht alle parallel zu der Geraden ausgerichtet sind. Eine nicht-parallele Anordnung der Dipole kann dabei für eine kontrollierte Beförderung bzw. Bewegung des Transportkörpers in allen sechs Freiheitsgraden von Vorteil sein.

Besonders bevorzugt ist die Mehrzahl von Permanentmagneten und/oder Magnetspulen der zumindest einen Magnetgruppe zumindest teilweise gemäß einem Halbach-Array angeord net. Dies bietet den Vorteil, dass sich die durch die mehreren Magneten erzeugten Magnet felder in eine Richtung vom Halbach-Array wegführend verstärken und in eine andere Rich tung vom Halbach-Array wegführend verringern oder gar ganz auslöschen. Dies kann bei spielsweise dahingehend vorteilhaft sein, dass die Magnetfelder in einer Richtung zwischen dem Stator und dem Transportkörper verstärkt werden können, während sich die Magnetfel der in andere Richtungen reduzieren oder gar ganz auslöschen. Somit kann das Magnetfeld auf eine besonders effiziente Weise zur Levitation genutzt werden und/oder die ein Halbach- Array aufweisenden Magneten aneinander angrenzend, insbesondere auf engem Raum, an geordnet werden, ohne sich gegenseitig negativ zu beeinflussen. Vorzugsweise werden die Halbach-Arrays derart angeordnet, dass sich ein Magnetfeld der Magnetgruppe vorzugs weise zur Beförderungsfläche bzw. Wirkfläche hin erstreckt. Insbesondere kann durch die Anordnung als Halbach-Array bei gleichen Kopplungskräften und -momenten das Gesamtge wicht und/oder das Trägheitsmoment der Magneten reduziert werden. Am meisten bevorzugt sind flächige Anordnungen von Magneten, die in verschiedenen Raumrichtungen Halbach- Arrays ausbilden, um hohe Kräfte und Momente in allen Freiheitsgraden zu übertragen.

Bevorzugt weist das Stellelement ein Antriebselement auf, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten in kontrollierter Weise zu ändern. Beispielsweise kann ein solches Antriebselement einen Elektromotor auf weisen, welcher direkt oder über ein Getriebe und/oder ein Gestänge mit dem Stellmagneten verbunden ist, um diesen zu bewegen. Zudem kann ein Antriebselement derart eingerichtet sein, dass mehrere Stellmagneten damit bewegt werden können. Derartige Anordnungen ha ben den Vorteil, dass die mit einem Stellelement verbundenen Stellmagneten individuell in ihrer Position bzw. Orientierung geändert werden können. Beispielsweise kann das Stellele ment derart eingerichtet sein, dass es den bzw. die Stellmagneten um eine Achse und/oder einen Schwerpunkt des Stellmagneten rotieren kann. Des Weiteren kann ein Antriebsele ment so eingerichtet sein, dass damit mehr als ein Freiheitsgrad des mindestens einen Stell magneten bewegt werden kann. Weiter bevorzugt weist das Stellelement ein Sensorelement auf, welches dazu eingerichtet ist, um die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement verbundenen Stellmagneten zu ermitteln. Dies ermöglicht es, die Orientierung und/oder Position des Stellmagneten zu regeln und den gewünschten Effekt mittels des Stellmagneten auf effiziente und effektive Weise zu bewirken. Weiter bevorzugt weist das Stellelement ein Kontrollelement auf, welches dazu eingerichtet ist, um die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement verbundenen Stellmagneten mittels des Antriebs auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Beispielsweise kann das Kontrollelement eine Steuer- und/oder Regelungseinheit aufweisen, mittels welcher die Bewegung des Stellmag neten über das Antriebselement gesteuert und/oder geregelt wird. Auf diese Weise kann die Positionierung bzw. Orientierung des Stellmagneten besonders schnell und/oder genau erfol gen.

Darüber hinaus kann eine Beförderungsvorrichtung auch eine Positionsbestimmungseinheit aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, eine relative Position und/oder Orientierung des zu mindest einen Transportkörpers relativ zum Stator zu ermitteln. Beispielsweise kann die Po sitionsbestimmungseinheit optische Sensoren und/oder kapazitive Sensoren und/oder Mag netfeldsensoren, wie etwa Hall-Sensoren, aufweisen, welche auf Basis des von einem Transportkörper verursachten Magnetfeldes zumindest teilweise eine Position und/oder Ori entierung des Transportkörpers relativ zum Stator ermitteln.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer hier vorgeschlage nen Beförderungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei der zumindest eine Transportkörper frei auf der Beförderungsfläche hin zu einer gewünschten Position und/oder Orientierung bewegt wird.

Die im Zusammenhang mit der Beförderungsvorrichtung erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfah ren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Cha rakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kom binationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne von der vorliegenden Erfindung ab zuweichen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dar gestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrie ben, ohne jedoch auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Gleiche oder ähnliche Elemente werden dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ent sprechende Erläuterungen werden im Sinne der Knappheit nicht wiederholt.

Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt schematisch eine Beförderungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform in einer Draufsicht.

Figuren 2A bis 2 E zeigen Beförderungsvorrichtungen gemäß bevorzugter Ausführungsfor men in einer schematischen Darstellung.

Figuren 3A und 3B zeigen einen Transportkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungs form.

Die Figuren 4A bis 4M zeigen verschiedene Anordnungen von Stationärmagneten bzw. von Magnetgruppen in einer schematischen Darstellung in Draufsicht.

Figuren 5A bis 5C zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines Transportkörpers.

Figur 6 zeigt einen Transportkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Zu satzfunktion.

Figuren 7A bis 7D zeigen in einer schematischen Darstellung Statoren gemäß bevorzugten Ausführungsformen.

Figuren 8A bis 8E zeigen beispielhafte Anordnungen von Magnetgruppen bzw. Stellmagne ten.

Figuren 9A bis 9H zeigen bevorzugte Ausführungsformen von Stellmagneten und Magnet gruppen und bevorzugte Anordnungen.

Figuren 10A und 10B zeigen in schematischen Darstellungen bevorzugter Ausführungs-for- men von Stellelementen. Figur IOC zeigt in einem Blockdiagramm ein beispielhaftes Funktionsprinzip eines Stellele ments.

Figur 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Positionsbestimmungseinheit.

Figur 12 zeigt ein beispielhaftes Steuerungsdiagramm.

Figuren 13A bis 13C zeigen bevorzugte Ausführungsformen von Beförderungsvorrichtungen. Figur 14 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Beförderungsvorrichtung.

Figur 15 zeigt ein beispielhaftes Verfahrensablaufschema.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt schematisch eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Aus führungsform in einer Draufsicht. Die Beförderungsvorrichtung 10 dient zum Befördern min destens eines Wafers 36. Die Beförderungsvorrichtung 10 hat hier beispielhaft zwei Trans portkörper 200. Jeder Transportkörper 200 ist zum Tragen und/oder zum Halten mindestens eines Wafers 36 eingerichtet, hier beispielhaft dadurch, dass Teile der Transportkörper 200 in der Art von Greifern gebildet sind. Weiterhin ist die Beförderungsvorrichtung 10 dazu ein gerichtet, die Transportkörper 200 zweidimensional auf einer Beförderungsfläche 35 zu be wegen.

Die Transportkörper 200 können sich im Wesentlichen frei auf der Beförderungsfläche 35 be wegen und dabei Wafer 36 hin zu Bearbeitungsstationen 37 verbringen und diese ggf. sogar in den Bearbeitungsstationen 37 halten oder sogar darin positionieren und/oder ausrichten. Um dabei trotzdem eine möglichst gute Trennung des Innenraums der Bearbeitungsstatio nen 37 von der Umgebung gewährleisten zu können, können beispielsweise Schlitzventile 39 vorgesehen sein, durch die zumindest der den oder die Wafer 36 haltende Teil des Trans portkörpers 200 (bei geöffnetem Ventil) hindurchragen kann.

Figur 2A zeigt eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung mit zugehörigen Koordinatensystemen 900 und 920. Die dargestellte Beförderungsvorrichtung 10 ist auf einem Maschinentisch 12 angeordnet und weist einen Stator 100 und einen Transportkörper 200 auf. Zwischen dem Stator 100 und dem Transportkörper 200 ist schematisch ein Levitationsfeld 14 dargestellt, welches in die sem Fall ein aktiv geregeltes Magnetfeld ist. Das Levitationsfeld 14 wird durch Stellmagneten und Stationärmagneten (nicht gezeigt) an der Wirkfläche 102 des Stators 100 erzeugt, die im Stator 100 bzw. im Transportkörper 200 ausgebildet sind. Das Levitationsfeld 14 befindet sich zwischen dem Stator 100 und dem Transportkörper 200, wobei der Transportkörper 200 im Levitationsfeld 14 schwebt. Die gestrichelte Linie zeigt schematisch eine optional anbring- bare hermetische Abdichtung 16, welche es ermöglicht, mit dem Stator 100 außerhalb der hermetischen Abdichtung 16 den Transportkörper 200 innerhalb der hermetischen Abdich tung 16 zu befördern. Ferner sind schematisch Anschlüsse 18 gezeigt, mittels welcher die Beförderungsvorrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgt werden kann und über welche Kommunikationsdaten zu- und/oder abgeführt werden können.

Die Position und Orientierung des Transportkörpers relativ zum Stator kann dabei in einem Statorkoordinatensystem 900, welches durch eine x-Richtung 902, eine y-Richtung 904 und eine z-Richtung 906 aufgespannt wird, dargestellt werden. Der Transportkörper besitzt ein eigenes Transportkörperkoordinatensystem 920, welches durch eine xl-Richtung 922, eine yl- Richtung 924, und zl-Richtung 926 aufgespannt wird und einen Roll-Winkel 932, einen Nick-Winkel 934 und einen Gier-Winkel 936 aufweist.

Die Beförderungsvorrichtung 10 wird dabei vorzugsweise derart geregelt, dass der Trans portkörper 200 stabil levitiert und hinsichtlich der Translation und Rotation auf einer vorgege benen Sollkurve geführt wird.

Während Figur 2A eine Beförderungsvorrichtung 10 im Tischbetrieb zeigt, d.h. in einer Ebene angeordnet bzw. aufliegend, so dass der Transportkörper 200 durch die Erdanzie hungskraft 940 in Richtung des Stators 100 beschleunigt wird, zeigt Figur 2B eine Beförde rungsvorrichtung 10 im Wandbetrieb, bei der die Schwerkraft den Transportkörper im We sentlichen parallel zur Beförderungsfläche beschleunigt. Dabei wird die magnetische Kopp lung zwischen dem Stator 100 und dem Transportköper 200 so eingestellt, dass die Kräfte zur Kompensation der Schwerkraft ebenfalls parallel zur Beförderungsfläche wirken. Das Le vitationsfeld 14 verhindert dabei ein Abrutschen und/oder Abstürzen des Transportkörpers 200. Sofern Stellmagneten und Stationärmagneten (nicht gezeigt) Permanentmagneten auf weisen, kann auch bei einer Unterbrechung der Zufuhr von elektrischer Leistung gegebenen falls ein Abrutschen und/oder Abstürzen verhindert werden. Gleiches gilt für eine Beförde rungsvorrichtung 10 im Deckenbetrieb, die in Figur 2C schematisch dargestellt ist.

Figur 2D zeigt in einer schematischen Darstellung eine Beförderungsvorrichtung 10 mit drei Transportkörpern 200, welche über drei aneinander angrenzend angeordnete Statoren 100 bzw. Stator- Module transportiert werden, wobei die Stator-Module eine ebene Wirkfläche 102 bilden. Ferner ist in Figur 2D eine Positionierung der Transportkörper 200 in unter schiedlichen Hubhöhen bzw. in unterschiedlichen Abständen in z-Richtung 906 gezeigt.

Figur 2E zeigt in einer schematischen Darstellung eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welcher ein Transportkörper 200 durch zwei separate Statoren 100 befördert bzw. positioniert bzw. orientiert wird, wobei jeder Stator nur an einen Teilbereich der Magnetanordnung im Transportkörper ankoppelt. Auf diese Weise kann der Transportkörper 200 um den Gierwinkel 936 gedreht und/oder um den Roll winkel 932 gekippt und/oder um den Nickwinkel 934 geneigt werden.

Figur 3A zeigt einen Transportkörper 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in ei ner schematischen Darstellung in einem Querschnitt in der Xl/Zl-Ebene, wobei der Trans portkörper 200 eine Magnetgruppe 24 von Stationärmagneten 22 aufweist. Figur 3B zeigt den Transportkörper aus Figur 3A in Draufsicht. Der Transportkörper 200 weist ferner ein oberes Deckelement 202 und ein unteres Deckelement 204 auf, welche an die Magnet gruppe 24 oben bzw. unten angrenzend angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform werden mit oben und unten verschiedene Positionen entlang der zl-Richtung 926 bezeich net. An den Seiten des Transportkörpers 200 in xl-Richtung 922 und yl-Richtung 924 ist an die Magnetgruppe 24 angrenzend ein Randelement 206 ausgebildet.

Der Transportkörper 200 kann dabei als ein mechanisches Bindeglied zwischen einem Transportgut 20, z. B. einem Halter zum Halten eines Wafers 36, einerseits und dem Stator 100 andererseits dienen. Vorzugsweise ist der Transportkörper 200 als ein mechanisch star res Element ausgebildet und dazu eingerichtet, auf einer Oberseite des oberen Deckele ments 202 ein Transportgut 20 zu stützen bzw. zu transportieren. Vorzugsweise kann das Transportgut 20 auf dem Transportkörper 200 fixiert werden und dann gemeinsam mit dem Transportkörper 200 auf einer Sollkurve über dem Stator 100 geführt und/oder stabil an einer Sollposition gehalten werden. Der Transportkörper 200 ist gemäß der gezeigten Ausfüh rungsform elektrisch passiv, d.h. zur Ausführung seiner Funktion benötigt er keine elektri sche Energie oder Anschlüsse und weist insbesondere keine Stellmagneten auf.

Der Transportkörper 200 umfasst gemäß der gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von Stationärmagneten 22 in einer flächigen Anordnung in der Xl/Yl-Ebene, welche als eine Magnetgruppe 24 in einer geometrischen Anordnung angeordnet sind, wobei die geometri sche Anordnung der Stationärmagneten 22 relativ zum Transportkörper 200 fixiert ist und sich die Stationärmagneten 22 somit relativ zum Transportkörper 200 nicht bewegen. Bei spielsweise können das obere Deckelement 202 und/oder das untere Deckelement 204 und/oder das Randelement 206 dazu eingerichtet sein, die Stationärmagneten 22 zumindest teilweise in ihrer Position bzw. in ihrer geometrischen Anordnung zu fixieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Transportkörper 200 eines oder mehrere weitere Bauteile aufweisen, um die Stationärmagneten 22 zu fixieren. Vorzugsweise umfassen die Stationärmagneten 22 ei nen Permanentmagneten und/oder sind als Permanentmagneten ausgebildet. Besonders bevorzugt weisen die Stationärmagneten 22 Permanentmagneten aus Selten- Erd-Legierun- gen auf.

Unter der Position eines Magneten bzw. Stationärmagneten 22 wird dabei vorzugsweise die Position seines Schwerpunkts verstanden. Eine Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Sta tionärmagneten wird durch einen Dipolvektor beschrieben, welcher symbolisch als entspre chender Pfeil dargestellt ist. So ist in Figur 3A erkennbar, dass gemäß der gezeigten Ausfüh rungsform jeder Stationärmagnet 22 hinsichtlich seiner Magnetisierungsrichtung anders an geordnet bzw. ausgerichtet ist, als die jeweiligen benachbart angeordneten Stationärmagne ten 22. Sie bilden im gezeigten Fall ein Halbach-Array, dessen Magnetfeld in -Zl-Richtung besonders stark ist und in der Gegenrichtung abgeschwächt ist. Vorzugsweise werden als Stationärmagneten 22 Magneten verwendet, die im Wesentlichen homogen magnetisiert sind, so dass die Dipolvektoren einzelner Teilvolumina des jeweiligen Stationärmagneten 22 annähernd in die gleiche Richtung weisen wie der Gesamt-Dipolvektor des Stationärmagne ten 22. Der Dipolvektor zeigt in die Richtung der Pfeilspitze. Die Anordnung der Stationärmagneten 22 im Transportkörper 200 wird vorzugsweise derart auf eine Anordnung von Stellmagneten 26 (siehe beispielsweise Figur 8) im Stator 100 abge stimmt bzw. angepasst, dass in einem Arbeitsbereich des Transportkörpers 200 auf dem je weiligen Stator 100 die zum Transport erforderlichen Kräfte und Momente vom Stator 100 auf den Transportkörper 200 übertragen werden können und/oder stets alle gewünschten Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 unabhängig steuerbar sind.

Die Figuren 4A bis 4M zeigen verschiedene Anordnungen von Stationärmagneten 22, wel che eine Magnetgruppe 24 bilden, in einer schematischen Darstellung in Draufsicht. Auch bei diesen Figuren indizieren die Pfeile die Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Stationär magneten 22, wobei die mit einem Punkt bzw. mit einem X versehenen Stationärmagneten 22 eine Magnetisierungsrichtung aufweisen, welche in zl-Richtung 926 aus der Zeichen ebene heraus bzw. in die Zeichenebene hinein verläuft.

Die Figuren 4A bis 4G zeigen Anordnungen von Stationärmagneten 22 in einem regelmäßi gen, rechteckigen Raster. Bevorzugt weist ein Transportkörper 200 mindestens zwei Statio närmagneten 22 auf (siehe Figur 4A), welche linear auf einer Geraden angeordnet sind, wo bei das Dipolmoment mindestens eines der Stationärmagneten nicht parallel zu dieser Gera den orientiert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, um den Transportkörper 200 in allen sechs Freiheitsgraden steuern bzw. kontrolliert bewegen zu können. Vorzugsweise besitzt ein Transportkörper 200 jeweils mindestens drei Stationärmagneten 22 (siehe Figuren 4B bis 3G), die sich in einer räumlichen Ebene, beispielsweise in der xl-yl-Ebene, befinden und/o der eine komplexe dreidimensionale, räumliche Anordnung bilden.

Anordnungen, bei welchen die Stationärmagneten 22 alle in einer Anordnungsebene ange ordnet sind, sind besonders für Anwendungen geeignet, bei denen vorwiegend translatori sche Bewegungen parallel zur Anordnungsebene auszuführen sind und/oder Rotationen um die z-Achse des Stators 100 bzw. die zl-Achse des jeweiligen Transportkörpers 200.

Die Magnetgruppen 24 weisen vorzugsweise Stationärmagneten 22 auf, die als zumindest ein Halbach-Array angeordnet sind. Das bzw. die Halbach-Arrays sind vorzugsweise derart orientiert bzw. angeordnet, dass das Magnetfeld bzw. die Magnetfeldstärke in Richtung des Stators 100 erhöht wird und/oder in Richtung des Transportgutes 20 und/oder in Richtung möglicher benachbarter Transportkörper 200, welche gegebenenfalls auf demselben Stator 100 befördert werden, reduziert wird. Beispielhafte Anordnungen von Stationärmagneten 22, welche unter anderem Halbach-Arrays bilden, sind in den Figuren 4D, 4F und 4G dargestellt. Eine Länge l indiziert dabei die Länge einer Halbach-Periode, d.h. einer Periode eines Halb ach-Arrays.

Die Figuren 4H bis 4K zeigen Magnetgruppen 24, bei welchen die Stationärmagneten 22 entlang einem hexagonalen Raster angeordnet sind. Die Anordnungen gemäß Figuren 41 und 4K basieren dabei auf einer 2-dimensionalen Anordnung von Halbach-Arrays. Die Figu ren 4L und 4M zeigen Magnetgruppen 24, bei welchen die Stationärmagneten 22 entlang ei nem zirkularen Raster angeordnet sind. Insbesondere zeigt Figur 4L eine Anordnung, bei welcher die Stationärmagneten 22 in fünf Halbach-Arrays bzw. Halbach-Perioden über je weils einen Winkelbereich von 72° angeordnet sind. Die Stationärmagneten 22 sind dabei äquidistant mit einem Winkelabstand von 18° angeordnet. Die Anordnung in Figur 4M weist zusätzlich zur in Figur 4L gezeigten Anordnung fünf radial angeordnete Halbach-Arrays auf, welche sich einen gemeinsamen Stati onärmagneten 22 im Mittelpunkt bzw. im Zentrum der zirkularen Anordnung teilen. Derartige Anordnungen können vorteilhaft mit einer Stator- Mag netanordnung mit quadratischem Raster kombiniert werden. Insbesondere kann eine derar tige Anordnung vorteilhaft sein, um Singularitäten hinsichtlich der Anordnung von Stellmag neten und Stationärmagneten relativ zueinander zu vermeiden.

Die Figuren 5A bis 5C zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines Transportkörpers 200, welche eine Magnetgruppe 24 aufweisen, bei denen die Stationärmagneten 22 in einer drei dimensionalen Anordnung angeordnet sind. Zur besseren Darstellung sind die untere Deck schicht 204 und die obere Deckschicht 202 nicht dargestellt. Figur 5A zeigt dabei eine teil zylindrische Anordnung der Stationärmagneten 22, welche beispielsweise bei Drehungen um die yl-Achse einen vergrößerten Schwenkbereich bereitstellen kann. Figur 5B zeigt eine ku gelsegmentförmige Anordnung der Stationärmagneten 22, welche sowohl bei Drehungen um die xl-Achse als auch um die yl-Achse einen größeren Schwenkbereich bereitstellen kann. Beide Anordnungen unterliegen nicht notwendigerweise Beschränkungen hinsichtlich einer Drehbarkeit bzw. Schwenkbarkeit um die zl-Achse.

Die Anordnung der Stationärmagneten 22 auf einer gekrümmten Ebene kann einen erhöhten Schwenkwinkelbereich in zumindest einer Richtung des Transportkörpers 200 bieten. Bei spielsweise kann ein zylinderförmiger Transportkörper 200, dessen gekrümmte Mantelfläche als Wirkfläche auf einem Stator 100 levitiert, gegebenenfalls eine Endlos-Drehung um seine Zylinderachse durchführen. Zusätzlich kann eine Endlos-Drehung um die z-Achse des Sta tors 100 möglich sein.

Durch eine in zwei Raumrichtungen gekrümmte Fläche kann beispielsweise der Schwenk winkelbereich in zwei Raumrichtungen des Transportkörpers 200 erweitert werden. Bei spielsweise kann gegebenenfalls ein mit Stationärmagneten 22 bestückter, kugelförmiger Transportkörper 200 Endlos-Drehungen in allen Raumrichtungen ausführen.

Der Transportkörper 200 kann auch als Zylinder- oder Kugelsegment, wie beispielsweise in den Figuren 5A und 5B gezeigt, ausgeführt sein, mit einer gekrümmten Seite, die mit Magne ten bestückt ist, und einer Planseite, die zur Aufnahme eines Transportguts ausgebildet ist. Diese Anordnungen können beispielsweise die Möglichkeit bieten, einen Goniometertisch mit großem Schwenkwinkelbereich (beispielsweise 90 Grad) zu realisieren, der zusätzlich eine Drehung um die zl-Achse und bevorzugt eine Translation in allen Raumrichtungen ausfüh ren kann. Diese Anordnung kann beispielsweise vorteilhaft in Bearbeitungsprozessen wie der Laserbearbeitung oder bei Prüfprozessen wie der industriellen Bildverarbeitung einge setzt werden, da beispielsweise ein als Transportgut 20 eingesetztes Werkstück in weiten Bereichen frei unter einem Bearbeitungswerkzeug oder unter dem Prüfmittel positioniert und/oder orientiert werden kann. Zusätzlich können optional Werkstücke schnell in und aus einer Prozessposition transportiert werden, so dass eine oftmals wirtschaftlich ineffiziente Werkstück-Wechselzeit, in der der Prozess nicht genutzt werden kann, minimiert werden kann.

Figur 5C zeigt einen Transportkörper 200 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungs form, bei welchem die Stationärmagneten 22 in einer winkelförmigen Anordnung angeordnet sind. Insbesondere weist der gezeigte Transportkörper 200 Stationärmagneten 22 auf, wel che sich entlang eines ersten Schenkels waagrecht in die Xl/Yl-Ebene erstrecken und ent lang eines zweiten Schenkels in die Xl/Zl-Ebene. Auf diese Weise kann ein Transportkörper 200 mit zwei Wirkflächen bereitgestellt werden, wie gezeigt beispielsweise mit einer waag rechten und einer senkrechten Wirkfläche, um beispielsweise zu verschiedenen Zeitpunkten oder gleichzeitig von verschiedenen angeordneten Statoren 100, beispielsweise von einem waagrecht angeordneten und einem senkrecht angeordneten Stator 100, levitiert bzw. beför dert zu werden. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise in einem Transportkörper 200 zum Einsatz kommen, der in laufendem Wechsel an unterschiedlich orientierten Wirkflächen betrieben wird. Beispielsweise kann ein Transportkörper 200 zwei im 90°-Winkel angeord nete Wirkflächen besitzen. Wenn dieser auf einer Anordnung von zwei Statoren betrieben wird, die ebenfalls im Winkel vom 90° zueinander angeordnet sind, wobei ein Stator 100 hori zontal und der andere Stator 100 vertikal betrieben wird, kann beispielsweise ohne zwin gende Unterbrechung vom Boden- in den Wandbetrieb gewechselt werden.

Ein Strukturbauteil bzw. Gehäuse bzw. Gerüst eines Transportkörper 200, welches beispiels weise die einzelnen Komponenten des Transportkörpers 200, wie etwa die Stationärmagne ten 22 zusammenhält, ist vorzugsweise aus nicht-ferromagnetischem Material hergestellt, beispielsweise aus Kunststoff und/oder Keramik und/oder Nichteisenmetallen. Optional hat es ein nicht mit Magneten bestücktes Randelement 206, das beispielsweise als Abstandshal ter zu anderen Transportkörper 200 dient, so dass vorzugsweise gegenseitige Kontaktkräfte zwischen zwei sich berührenden Transportkörpern 200 begrenzt werden und eine freie Posi- tionierbarkeit beider Transportkörper 200 vorzugsweise auch bei deren Berührung nicht be hindert wird.

Die Transportkörper 200 können an der dem Stator 100 zugewandten Seite hin mit einem unteren Deckelement 204 versehen sein, welches beispielsweise eine Deckschicht aufweist, die vorzugsweise als ein Distanzhalter zu möglichen Objekten im Umfeld des Transportkör pers 200 wirkt und vorzugsweise den Abstand und somit die maximalen Wirkkräfte der Stati onärmagneten 22 sicher begrenzen kann. Dadurch kann beispielsweise eine Reduzierung der Verletzungsgefahr bei der Handhabung von Transportkörpern 200 erreicht werden, wie etwa die Gefahr von Quetschungen von Fingern bei unsachgemäßer Annäherung eines fer romagnetischen Gegenstands. Ferner kann vorzugsweise eine Überlastungs-Begrenzung für Antriebe bzw. Stellmagneten im Stator 100 erreicht werden, da die Kräfte und Momente, die der Transportkörpern 200 auf die Stellmagneten im Stator 100 ausübt, vorzugsweise be grenzt werden können. Darüber hinaus kann vorzugsweise eine bessere Reinigung der Transportkörper 200 von anhaftenden ferromagnetischen Partikeln erreicht werden, da die Haltekräfte geringer sind. Auch eine optionale Integration von Zusatzfunktionen in das untere Deckelement, wie beispielsweise eine Spule zur induktiven Energieübertragung oder ein Da tenträger zur Identifikation des Transportkörpers 200, können dabei vorteilhaft sein. Mehrere Transportkörper 200 können mechanisch und/oder steuerungstechnisch gekoppelt sein, um beispielsweise gemeinsam eine Funktion auszuführen. Beispielsweise kann eine passive mechanische Stabkinematik, deren Stäbe aktiv von separaten Transportkörpern 200 angetrieben und positioniert werden, Handhabungsaufgaben ausführen. In einem anderen Beispiel können mehrere Transportkörper 200 gemeinsam Lasten transportieren, die bei spielsweise für einen einzelnen Transportkörper 200 zu schwer sind, indem sie vorzugs weise synchronisiert bewegt bzw. befördert werden.

Ein Transportkörper 200 kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch in nere Freiheitsgrade besitzen und beispielsweise aus mehreren relativ zueinander bewegli chen Bauteilen bestehen, so dass er vorzugsweise insgesamt mehr als sechs Freiheitsgrade besitzt. Durch Bereitstellen von Stationärmagneten 22 in mehreren der Bauteile können vor zugsweise die mehr als sechs Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 aktiv angesteuert werden. Wie in Figur 6 dargestellt, kann beispielsweise eine im Transportkörper 200 drehbar gelagerte Scheibe 208 separat gedreht werden, um beispielsweise eine Zusatzfunktion auf dem Transportkörper 200 auszuführen, wie beispielsweise eine Greif- oder Spannfunktion für ein Transportgut 20.

Zudem kann ein Transportkörper 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit Funkti onsgruppen für weitere Zusatzfunktionen ausgerüstet sein. Beispielsweise kann eine mecha nische Energieübertragung stattfinden, indem eine vorzugsweise drehbar gelagerte und mit Magneten bestückte Scheibe im Transportkörper 200 vom Stator 100 aktiv angetrieben wird. Zum Antrieb wird die Scheibe vom Stator 100 beispielsweise als siebter Freiheitsgrad behan delt. Auch kann optional eine elektrische, berührungslose Energieübertragung realisiert wer den, indem beispielsweise im Stator 100 und im Transportkörper 200 jeweils Spulen zur in duktiven Energieübertragung integriert werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispiels weise ein permanent rotierender Magnet im Stator 100 eine Wechselspannung in einer Spule im Transportkörper 200 induzieren, die vorzugsweise zur Stromversorgung auf dem Transportkörper 200 genutzt werden kann. Bei einer Fortbewegung des Transportkörpers 200 wird die Aufgabe der Anregung der Zusatzfunktion fortwährend auf andere Magnetgrup pen 24 bzw. Stellmagneten des Stators 100 übertragen, die beispielsweise in einem Wirkbe reich der Induktionsspule liegen. Auch kann beispielsweise eine berührungslose Datenüber tragung zwischen Stator 100 und Transportkörper 200, beispielsweise mit induktiven und/o- der optischen Sendern und Empfängern, realisiert werden. Ferner kann optional eine Lokali sierung und/oder Identifizierung des Transportkörpers 200 vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein optischer, kamerabasierter Sensor im Stator 100 einen Positions- oder Identifizie rungscode, der auf der dem Stator 100 zugewandten Seite des Transportkörpers 200 ange bracht ist, auslesen. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Transportkörper 200 mit ei nem Identifikationselement ausgestattet sein, wie etwa mit einem Strichcode, anhand dessen die Beförderungsvorrichtung 10 bzw. der Stator 100 den jeweiligen Transportkörper 200 identifizieren kann.

Die Figuren 7A und 7B zeigen in einer schematischen Darstellung einen Stator 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung (Figur 7A) und in einer Querschnittsansicht (Figur 7B). Der Stator 100 weist dabei eine Vielzahl Stellmagneten 26 auf, welche jeweils wiederum eine Magnetgruppe 24 aufweisen, . Die Stellmagneten 26 sind zumindest teilweise von einem Strukturbauteil 112 eines Statorgehäuses umschlossen. Die Magnetgruppen 24 sind dabei gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform an einer Fläche bzw. Seite des Stators 100 angeordnet, welche in dem gezeigten Fall die Ober seite des Stators 100 ist. Wenngleich die Magnetgruppen 24 in der gezeigten Darstellung in Figur 7A alle gleich ausgerichtet sind, d.h. dass ihre gesamten bzw. effektiven Dipol-Vekto ren, die sich aus den einzelnen Dipol Vektoren der zur Magnetgruppe 24 gehörenden Mag neten ergeben, parallel angeordnet sind, wird darauf hingewiesen, dass die Magnetgruppen 24 derart beweglich ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass sie sich zumindest in ihrer An ordnungsebene relativ zum Statorgehäuse drehen können. Wenngleich in der Quer schnittsansicht in Figur 7B lediglich drei Magneten in jeder Magnetgruppe in 24 gezeigt sind, können die Magnetgruppen 24 weniger oder mehr als drei Magneten aufweisen, die in einer ein-, zwei- oder dreidimensionalen Anordnung angeordnet sein können.

Die Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 sind mit Stellelementen 114 verbunden, mit tels welcher Sie in Ihrer Position und/oder Orientierung geändert werden können. Ein Stel lelement 114 weist dabei beispielsweise mindestens einen Antrieb, wie etwa einen Elektro motor auf, welcher vorzugsweise über eine Antriebswelle und/oder ein Getriebe und/oder ein Gestänge mit der Magnetgruppe 24 verbunden ist.

Die benötigten Magnetfelder zur Führung des mindestens einen Transportkörpers 200 wer den durch eine kontrollierte, beispielsweise geregelte Bewegung, der Magnetgruppen 24 bzw. Stellmagneten 26 in dem Stator 100 erzeugt. Das von den Magnetgruppen 24 erzeugte Magnetfeld tritt zumindest teilweise aus der Wirkfläche 102 des Stators 100 aus und übt auf die Stationärmagneten 22 im Transportkörper 200 Kräfte und/oder Momente aus. Die Rich tung und Stärke der Kräfte und/oder Momente im Transportkörper 200 wird durch die Lage bzw. Orientierung der Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 im Stator 100 beeinflusst.

Die Lage der Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 im Stator 100 wird dabei vorzugs weise so geregelt, dass der Transportkörper 200 schwebt und entsprechend einer vorgege benen Sollkurve in allen sechs Dimensionen geführt oder an einer vorgegebenen Sollposi tion mit einer vorgegebenen Sollorientierung stabil gehalten wird.

Wie in Figur 7B gezeigt, weist der Stator 100 eine Anordnung von beweglichen Stellmagneten 26 auf. Stellelemente 114 können die Orientierung und/oder Position der Magnetgruppen 24 bzw. der Stellmagneten 26 entsprechend einer Sollvorgabe ändern. Ein Transportkörperpositi onsbestimmungselement 116 ist dazu eingerichtet, eine Ist-Position aller auf dem Stator 100 beförderten Transportkörper 200 bzw. aller Transportkörper im Einflussbereich des jeweiligen Stators 100 zu bestimmen. Beispielsweise kann das Transportkörperpositionsbestimmungsele ment 116 eine Sensorschicht und/oder eine Leiterplatte mit Sensoren aufweisen. Ein Steue rungselement 122 kann vorzugsweise die von dem Transportkörperpositionsbestimmungsele ment 116 bereitgestellten Sensorsignale auswerten und diese beispielsweise einer übergeord neten Anlage bereitstellen. Die Stellelemente 114 können beispielsweise über eine Leiterplatte 120 kontaktiert werden.

Ferner weist der Stator 100 gemäß der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ein Magnet stellungsbestimmungselement 118 auf, mittels welchem die tatsächlich vorliegende Position und/oder Orientierung der Magnetgruppen 24 bzw. der Stellmagneten 26 ermittelt werden kann. Beispielsweise kann das Magnetstellungsbestimmungselement 118 eine Sensorschicht aufwei sen.

Die Anordnung der Magnetgruppen 24 im Stator 100 ist vorzugsweise eben, d.h. dass vor zugsweise alle Magnetgruppen 24 in einer Ebene angeordnet sind.

Die Figuren 7C und 7D zeigen einen Stator 100 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform, welcher ähnlich zur in Figur 7A und 7B gezeigten Ausführungsform ist und zu- sätzlich eine Abdeckung 112a und eine optionale Spulenschicht 128 aufweist. Die Abde ckung 112a ist vorzugsweise aus nicht-ferromagnetischen Materialien gefertigt. Das von den Magnetgruppen 24 ausgehende Magnetfeld tritt durch die Abdeckung 112a nach außen, wel che beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder nichtmagnetischem Metall und/oder Keramik und/oder Glas gefertigt ist. Die Abdeckung 112a kann beispielsweise das Innere des Stators 100 gegen den Arbeitsraum der Transportkörper 200 abschirmen und so mit ein Eindringen und/oder Austreten von Partikeln verhindern. Ferner kann die Abdeckung 112a dazu dienen, die maximalen Wirkkräfte der Stellmagneten 26 im Stator 100 auf Objekte außerhalb des Stators 100 sicher zu begrenzen. Dabei kann der Abstand derart ausgelegt sein, dass ein auf der Abdeckung 112a aufliegender Transportkörper 200 vorzugsweise nicht zu einer Blockade der Stellelemente 114 führt. Zusätzlich wird vorzugsweise eine Anzie hungskraft auf ferromagnetische Teile, die nicht bestimmungsgemäß auf der Abdeckung 112a abgelegt werden, begrenzt, so dass diese leicht wieder ablösbar sind und nicht zu Ver letzungen bei der Handhabung führen.

Die Spulenschicht 128 kann beispielsweise als eine Mehrlagen-Leiterplatte mit innenliegen den Spulen ausgebildet sein.

Die dem zumindest einen Transportkörper 200 zugewandte Oberfläche der Abdeckung 112a bildet vorzugsweise die Wirkfläche 102 des Stators 100. Optional kann eine mechanische Rückzugsvorrichtung vorgesehen sein (nicht gezeigt), die den Abstand aller Magnetgruppen 24 der Stellmagneten 26 von der Wirkfläche 102 vergrößert. Die Rückzugsvorrichtung kann beispielsweise bei Stillstand der Beförderungsvorrichtung 10 automatisch aktiviert werden, damit die im Stillstand aus der Wirkfläche 102 austretenden Magnetfelder sicher begrenzt werden. So kann beispielsweise ein gefahrloses Hantieren vor der Wirkfläche 102 ermöglicht und eine Reinigung von anhaftenden ferromagnetischen Partikeln erleichtert werden.

Der Stator 100 kann vorzugsweise in beliebiger Richtung zur Schwerkraft betrieben werden, beispielsweise im Tischbetrieb (Transportkörper 200 schwebt über der Wirkfläche 102), im Wandbetrieb (Transportkörper 200 schwebt neben der Wirkfläche 102) oder Deckenbetrieb (Transportkörper 200 schwebt unter der Wirkfläche 102). Auch ein Betrieb des Gesamtsys tems in einem beschleunigten Bezugssystem oder unter Schwerelosigkeit ist prinzipiell mög lich. Vorzugsweise ist der Stator 100 modular aufgebaut, so dass mehrere gleichartige und/oder unterschiedliche Stator-Module auf einfache Weise vorzugsweise nahtlos aneinandergereiht werden können (siehe Figur 2D). Die Stator-Module sind vorzugsweise mit Datenverbindun gen 124 ausgestattet, beispielsweise mit Kommunikationskanälen, so dass Informationen über die Zustände des Stators 100 sowie der darauf befindlichen Transportkörper 200 vor zugsweise in Echtzeit übertragen werden können.

Die Transportkörper 200 können vorzugsweise frei von einem Stator-Modul auf ein anderes Stator-Modul hinübergleiten. So kann vorzugsweise ein Arbeitsbereich der Transportkörper 200 nach Bedarf erweitert werden. Jedes Modul hat ferner vorzugsweise eine Schnittstelle zur Energieversorgung 126 und mechanische Schnittstellen zur Kopplung mit weiteren Sta tor-Modulen und zur einfachen Integration in eine Anlage.

Das Magnetfeld des Stators 100 wird vorzugsweise durch eine vorwiegend flächige bzw. ebene Anordnung der Magnetgruppen 24 erzeugt. Die Anordnung der Magnetgruppen 24 bil det bevorzugt ein regelmäßiges quadratisches Raster von Magnetgruppen 24, jedoch sind auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Anordnungen möglich.

Die Figuren 8A bis 8E zeigen beispielhafte Anordnungen von Magnetgruppen 24 bzw. Stell magneten 26. Beispielsweise zeigt Figur 8A eine Anordnung der Magnetgruppen 24 gemäß einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Raster. Figur 8B zeigt eine Anordnung der Magnetgruppen 24 gemäß einem hexagonalen Raster. Figur 8C zeigt eine beispielhafte An ordnung unterschiedlicher Magnetgruppen 24 gemäß einem rechteckigen Raster. Beispiels weise können sich die Magnetgruppen in ihrem magnetischen Dipolmoment unterscheiden. Ferner können auch manche der Magnetgruppen schnell- oder langsam-drehend sein, über unterschiedliche Getriebe mit dem Antrieb verbunden sein und/oder mit unterschiedlichen Antrieben betrieben werden. Anordnungen gemäß den Figuren 8A bis 8C sind besonders dann vorteilhaft, wenn es beabsichtigt ist, dass die Drehachsen im Wesentlichen senkrecht zur Anordnungsebene liegen. Ferner zeigen Figuren 8D und 8E Anordnungen, bei denen die Magnetgruppen über Antriebswellen 28 mit den Antrieben verbunden sind, wobei die An triebswellen im Wesentlichen parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen. Gemäß der Anordnung Figur 8D verlaufen die Antriebswellen 28 parallel, gemäß der Anordnung in Figur 8E zumin dest annähernd radial bzw. zirkular. Ein Stellmagnet 26 wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch einen einzelnen Magneten gebildet, wie in den Figur 9A und 9B dargestellt, alternativ durch eine Anordnung von mehreren Magneten in einer Magnetgruppe 24, wobei die Magneten vorzugsweise me chanisch fest miteinander verbundenen sind, wie in den Figuren 9C und 9D dargestellt. Al ternativ kann ein Stellmagnet 26 durch eine Magnetgruppe 24 gebildet werden, die mehrere unterschiedlich magnetisierte Bereiche besitzt. Vorzugsweise bildet die Magnetgruppe 24 ein Halbach-Array (siehe Figuren 9C und 9D), welches in Richtung der Wirkfläche orientiert ist. Das bietet den Vorteil, dass die Flussdichte in Richtung der Wirkfläche 102 vergrößert und in allen anderen Richtungen verringert wird, insbesondere in Richtung benachbarter Magnet gruppen 24. Die in den Figuren 9A bis 9D dargestellten Stellmagneten 26 bzw. Magnetgrup pen 24 sind dabei derart mit der Antriebswelle 28 verbunden, dass die Drehachse des An triebs senkrecht zur Wirkfläche 102 steht. Der Winkel a bezeichnet dabei den Stellwinkel der Antriebswelle 28 bzw. des Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppe 24.

Die Figuren 9E und 9F zeigen Anordnungen, bei welchen die Stellmagneten 26 bzw. die Magnetgruppen 24 derart mit der jeweiligen Antriebswelle 28 verbunden sind, dass die An triebswellen 28 im Wesentlichen parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen. Bei derartigen Anord nungen erfolgt daher eine Drehung der Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppen 24 um die X-Achse 902.

Figur 9G zeigt schematisch eine Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform von 6 x 6 Magnetgruppen 24 gemäß einem quadratischen Raster in einem Stator 100, wobei die Magnetgruppen 24 jeweils als ein Halbach-Array ausgeführt sind. Eine detaillierte Darstel lung einer einzelnen Magnetgruppe 24, insbesondere mit typischen Abmessungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer derartigen Magnetgruppe 24, ist in Figur 9H ge zeigt.

Die Magnetgruppen 24 sind vorzugsweise im Stator 100 einzeln verstellbar, sie können also in ihrer Position und/oder Orientierung verändert werden. Sie können vorzugsweise eine Li nearbewegung und/oder eine Drehung und/oder eine überlagerte Bewegung ausführen. Vor zugsweise wird eine Drehung um eine baulich fest vorgegebene Drehachse der Antriebs welle 28 ausgeführt. Um durch die Drehung eine wirksame Änderung des Magnetfeldes zu erreichen, ist der dominierende Dipolvektor der Magnetgruppe 24 vorzugsweise senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 28 orientiert. Die Drehachsen der Magnetgruppen 24 können in Bezug auf die Wirkfläche 102 unter schiedlich orientiert sein. Vorzugsweise sind sie senkrecht und/oder parallel zur Wirkfläche 102 orientiert. Der Abstand benachbarter Magnetgruppen 24 ist so gewählt, dass die Dreh momente auf die Magnetgruppen 24, die durch ihre magnetische Wechselwirkung verursacht werden, gering sind im Verhältnis zu den typischen Drehmomenten, die durch die Transport körper 200 verursacht werden.

Zur Positionierung und/oder Orientierung der Magnetgruppen 24 werden Stellelemente 114 eingesetzt, die bevorzugt Linearbewegungen und/oder Drehungen und/oder überlagerte Be wegungen ausführen können. Ein Stellelement 114 bewegt vorzugsweise mindestens eine Magnetgruppe 24. Vorzugsweise werden Stellelemente 114 eingesetzt, die einen Winkelbe reich von 360° abdecken können und vorzugsweise in der Lage sind, endlose Drehungen auszuführen. Dies kann für viele Bewegungen des Transportkörpers 200 vorteilhaft sein.

Die Figuren 10A und 10B zeigen in schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungs formen von Stellelementen 114. Bevorzugt weisen diese einen Antrieb auf, welcher bei spielsweise einen Motor 34, wie etwa einen Elektromotor, aufweist, welcher optional über ein Getriebe 32 und die Antriebswelle 28 mit dem Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppe 24 mechanisch verbunden bzw. gekoppelt ist. Vorzugsweise weist das Stellelement 114 einen Sensor 30 zur Ermittlung des Stellwinkels a auf und optional einen Regler (nicht gezeigt), der den Stellwinkel a vorzugsweise schnell und präzise auf eine vorgegebene Sollposition ein stellen bzw. nachführen kann.

Beispielsweise weist ein Stellelement 114 einen Elektromotor auf, auf dessen Achse mindes tens eine Magnetgruppe 24 montiert ist. Der Sensor 30 misst den Drehwinkel a der Antriebs welle, ein PID-Regler mit optional nachgeschaltetem Antriebsverstärker steuert vorzugs weise den Motor 34 an. Zur Erhöhung des Drehmomentes oder der Drehzahl kann ein Ge triebe 32 zwischen dem Motor 34 und der Antriebswelle 28 vorgesehen sein. Das Getriebe 32 kann beispielsweise selbsthemmend sein, so dass der Motor 34 zur Aufrechterhaltung ei nes Drehmomentes in einer konstanten Winkelstellung nicht mit Strom versorgt werden muss.

Die in den Figuren 8A bis 8E gezeigten beispielhaften, ebenen Anordnungen von gleicharti gen Magnetgruppen 24 in einem regelmäßigen Raster werden dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jede der Magnetgruppen 24 von einem separaten Stellelement 114 ange trieben bzw. bewegt werden kann. Dabei können beispielsweise die in Figur 8C dargestellten großen und kleinen Magnetgruppen 24 von unterschiedlichen Stellelementen 114 angetrie ben werden, wobei beispielsweise große Magnetgruppen 24 von Stellelementen 114 mit ho hem Drehmoment und großer Trägheit (beispielsweise mit Getriebe) angesteuert werden, während kleine Magnetgruppen 24 von Stellelementen 114 mit geringerem Drehmoment und geringerer Trägheit angesteuert werden. Figur 8D zeigt eine beispielhafte Anordnung, bei der die Antriebswellen 28 parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen und vorzugsweise jede An triebswelle 28 mehrere Magnetgruppen 24 antreibt.

Ein Stellelement 114 mit mehreren Antrieben kann vorzugsweise mehrere Freiheitsgrade ei ner Magnetgruppe 24 beeinflussen. Beispielsweise kann eine kardanisch in zwei Raumrich tungen drehbar gelagerte Magnetgruppe 24 von zwei Stellelementen 114 in zwei unter schiedlichen Raumrichtungen gedreht werden.

Anstelle von Elektromotoren können auch andere Antriebssysteme eingesetzt werden, bei spielsweise ein Hubmagnet oder ein Piezoantrieb.

Zur Erzielung einer hohen Dynamik kann es vorteilhaft sein, die Magnetgruppen 24 um eine ihrer Haupt-Trägheitsachsen mit geringem Trägheitsmoment zu drehen. Die Drehachse läuft vorzugsweise durch den Schwerpunkt der jeweiligen Magnetgruppe 24, um Vibrationen des Stators 100 aufgrund von Unwucht zu vermeiden. Um die Trägheit der mechanischen An triebe zu kompensieren, können beispielsweise unterhalb der Wirkfläche 102 zusätzlich Spu len (siehe Figuren 7c und 7D) eingesetzt werden, die beispielsweise mit hoher Dynamik ver hältnismäßig kleine Korrekturkräfte und/oder -momente auf den Transportkörper 200 ausü ben können. Das Wirkfeld bzw. Levitationsfeld 14 bzw. Magnetfeld des Stators 100 ergibt sich dann aus einer Überlagerung der Stellmagnet-Felder und der Spulen-Felder, wobei die Spulenfelder zwar gegebenenfalls deutlich schwächer, aber schneller veränderbar sein kön nen.

Da sich die Antriebe sowie die Antriebsverstärker im Betrieb erwärmen können, kann eine Kühlvorrichtung vorgesehen werden, die beispielsweise durch Wärmeableitung über einen Kühlkörper oder eine Lüftung und geeignete Lüftungskanäle im Stator 100 die Antriebe und/oder Antriebsverstärker kühlt (siehe beispielsweise Figur 7B). Figur IOC zeigt in einem Blockdiagramm ein beispielhaftes Funktionsprinzip eines Stellele ments 114. Dabei wird beispielsweise einem Regler 1002 eine Soll-Position 1001 der jeweili gen Magnetgruppe 24 übermittelt. Über einen Antriebsverstärker 1003 kann sodann der An trieb 1004 derart angesteuert werden, dass die Magnetgruppe 24 ggf. über ein Getriebe 1005 entsprechend angesteuert wird. Über einen entsprechenden Sensor 1006 kann die tat sächliche Winkellage bzw. die Ist-Position 1007 der Magnetgruppe 24 ermittelt werden und wieder dem Lageregler zugeführt werden, so dass ein Regelkreis entsteht, mittels welchem eine möglichst genaue Positionierung und/oder Orientierung der Magnetgruppe erfolgen kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beförderungsvorrichtung eine Positionsbestimmungseinheit auf. Diese ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass die Posi tion und/oder Orientierung des zumindest einen Transportkörpers 200 relativ zur Wirkfläche des Stators 100 erfasst werden kann, vorzugsweise zyklisch, besonders bevorzugt mit hoher Frequenz und geringer Latenzzeit. Vorzugsweise werden dabei alle Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 erfasst. Eine Messung kann beispielsweise die Basis für die Regelung der Transportkörper-Position darstellen. Figur 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform ei ner Positionsbestimmungseinheit, welche ein Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 aufweist. Beispielsweise kann das Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 als Leiterplatte ausgestaltet sein, welches vorzugsweise Aussparungen für die Magnetgrup pen 24 bzw. die Stellmagneten 26 aufweist und/oder mit Sensoren 132 bestückt ist, wobei die Sensoren 132 vorzugsweise als Magnetfeldsensoren ausgebildet sind.

Die Positionsbestimmungseinheit kann zumindest teilweise in den Stator 100 integriert sein oder räumlich getrennt vom Stator 100 installiert sein und die Positionsdaten an eine Stator- Regelung übertragen. Vorzugsweise ist die Positionsbestimmungseinheit jedoch im Stator 100 integriert, wodurch vorzugsweise ein konstanter Maßbezug zum Stator 100 gewährleis tet werden kann und/oder die Handhabung des Gesamtsystems vereinfacht wird. Bei In tegration in den Stator 100 kann beispielsweise auch der vorhandene Bauraum effizient ge nutzt werden, da die Positionsbestimmung auf der Seite des Transportkörpers 200 erfolgt, die dem Stator 100 zugewandt ist, und somit vorzugsweise die Positionsbestimmung nicht durch das Transportgut behindert oder verfälscht wird. Als Sensoren 132 werden bevorzugt Magnetfeldsensoren und/oder kapazitive Sensoren und/oder optische Sensoren eingesetzt. Die Sensoren werden bevorzugt in einem regelmä ßigen Raster unterhalb der Wirkfläche 102 angeordnet. Beispielsweise können Hall-Senso ren das Magnetfeld im Transportkörper 200 an mehreren Stellen und/oder in unterschiedli chen Raumrichtungen erfassen. Vorzugsweise werden alle Sensorsignale zur Auswertung an ein Rechnersystem übertragen. Dort kann beispielsweise mittels eines Algorithmus die Ist-Position des Transportkörpers 200 aus den Sensor-Signalen und einer modellhaften Be schreibung der Magnetanordnungen in Transportkörper 200 und Stator 100 ermittelt werden.

Um den Einfluss der Magnetfelder im Stator 100 auf die Positionsbestimmung des Transport körpers 200 zu reduzieren oder zu eliminieren, werden die Sensoren 132 vorzugsweise in möglichst großem Abstand zu den Magnetgruppen 24 des Stators 100 montiert. Zusätzlich können magnetische Abschirmvorrichtungen vorhanden sein, welche den Einfluss der Mag netgruppen 24 auf die als Magnetfeldsensoren ausgebildeten Sensoren 132 abschwächen. Beispielsweise kann in einem einmaligen automatischen Kalibriervorgang ohne Anwesenheit des Transportkörpers das Sensor-Signal aller Sensoren 132 in Abhängigkeit von der Position jeder einzelnen Magnetgruppe 24 gemessen werden, wobei die Messwerte als Korrekturta belle dauerhaft in einem Speicher des Rechnersystems abgelegt werden können. Im Betrieb können beispielsweise die Sensor- Rohwerte nach jeder Messung um die in der Korrekturta belle abgelegten Fehlbeträge aller Magnetgruppen - abhängig von deren aktueller Position - korrigiert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt eine Bedienschnittstelle im Stator 100 grundlegende Bedien- und Anzeigeelemente für die Einrichtung und/oder den Betrieb und/oder den Service und/oder die Wartung bereit. Beispielsweise können Ein-/Aus-Schalter, Rücksetztaster sowie Signallampen für die Anzeige des Betriebs- oder Fehlerzustandes des Stators 100 vorhanden sein. Komplexere Einrichtfunktionen sind vorzugsweise von einem über geordneten Rechnersystem aus bedienbar, das beispielsweise über eine Kommunikations schnittstelle mit dem Stator 100 verbunden ist.

Vorzugsweise erfasst eine elektronische Steuerung mit mindestens einem Rechnersystem die Sensorsignale, kommuniziert mit der übergeordneten Anlage, mit der Bedienerschnitt stelle und ggf. mit weiteren Statoren und System komponenten und steuert die Stellelemente an. Vorzugsweise ist in jeden Stator 100 bzw. in jedes Statormodul ein Rechnersystem integriert. Bei Verwendung mehrerer Statoren 100 bzw. Statormodulen können deren Rechnersysteme beispielsweise mit Bussystemen vernetzt sein, deren Topologie flexibel erweitert werden kann. Ein beispielhaftes Steuerungsdiagramm ist in Figur 12 dargestellt, welches die folgen den Elemente aufweist:

2001: Steuerung einer übergeordneten Anlage

2002: Zentralsteuerung der Beförderungsvorrichtung

2003: Bedienerschnittstelle

2004: Modulsteuerung Stator 1

2005: Modulsteuerung Stator 2

2006: Modulsteuerung Stator 3

2007: Modulsteuerung Stator 4

2008: Modulsteuerung Stator 5

2009: Modulsteuerung Stator 6

Die Bussysteme sind in der Lage, große Datenmengen in kurzer Zeit ohne Latenz zu über tragen. Die Bussysteme können die Daten auf elektrische, optische und/oder induktive Weise übertragen. Beispielsweise können benachbarte Statoren 100 bzw. Statormodule opti sche Sender und Empfänger besitzen, über die sie Zustandsinformationen austauschen. In die Bussysteme können weitere Rechnersysteme integriert sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren zum Betrieb der Beförde rungsvorrichtung 10 in Form von Algorithmen auf dem mindestens einen Rechnersystem im plementiert sein. Ein Verbund von mehreren Statoren 100 kann dabei als funktionale Einheit behandelt werden, so dass die Steuerung eines Transportkörpers 200 unabhängig davon er folgt, ob er sich im Einflussbereich nur eines Stators 100 oder mehrerer Statoren 100 befin det. Dazu sind die Rechnersysteme bevorzugt auf eine gemeinsame Zeitbasis synchroni siert.

Das mindestens eine Rechnersystem stellt vorzugsweise alle Funktionen bereit, die für die Einrichtung und/oder den sicheren Betrieb und/oder für Service und Wartung jedes Stators 100 und eines Verbundes von mehreren Statoren 100 erforderlich sind. Beispielsweise kön nen integrierte Eigendiagnosefunktionen permanent die korrekte Funktion überwachen, so dass eine Fehlfunktion sofort erkannt und gemeldet werden kann und/oder Ersatzmaßnah men getroffen werden können und das System ggf. selbsttätig in den sicheren Not-Halt ge hen kann.

Die Beförderungsvorrichtung 10 weist hier mindestens einen Stator 100 bzw. mindestens ein Statormodul und mindestens einen Transportkörper 200 auf. Dabei sind vorzugsweise viele Gestaltungsparameter vorhanden, die zur Anpassung an eine Zielapplikation beeinflusst werden können, z.B. Abmessungen des Stators 100 zur Skalierung auf die Größe bzw. das Gewicht des Transportgutes, ein maximales Drehmoment und/oder Drehzahl und/oder Träg heitsmoment der Antriebe, eine Stärke und/oder Anordnung der Stellmagneten 26 und Stati onärmagneten in Stator 100 bzw. Transportkörper 200, sowie Regelungsparameter.

Die Anordnung der Magnetgruppen 24 im Stator 100 ist vorzugsweise derart auf die Anord nung der Magnetgruppen 24 im Transportkörper 200 abgestimmt, dass ein Transportkörper 200 mit f Freiheitsgraden an jedem Punkt seines Arbeitsraumes von den Kräften und Mo menten von mindestens f Magnetgruppen 24 beeinflusst werden kann. Insbesondere sind die Magnetanordnungen so gestaltet, dass es keine Singularitäten gibt, also keine singulären Bereiche im Arbeitsraum, an denen diese Bedingung nicht erfüllt ist. Beispielhafte Paarun gen von Magnetanordnungen in Stator und Transportkörper sind wie folgt:

Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 4F mit y / l = 1 / 3.

Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 4G mit y / l = 1 / 3.

Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 41 mit g/ l = 1 / 3.

Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 4M mit y / 2r = 1 / 3.

Stator wie Figur 8B und Transportkörper wie Figur 4F mit y / l = 1 / 3.

Stator wie Figur 8E und Transportkörper wie Figur 41 mit R / r = 1.

Während l die Periodenlänge einer Halbach-Anordnung von Stationärmagneten 22 bzw. Magnetgruppen 24 von Stationärmagneten 22 bezeichnet, bezeichnet g eine Periodenlänge einer regelmäßigen Anordnung von Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 (siehe bei spielsweise Figur 8A).

Vorzugsweise sind die Transportkörper 200 überbestimmt, d.h. sie können von mehr als f Magnetgruppen 24 simultan beeinflusst werden. Die so erzielte Redundanz hat Vorteile, wie etwa eine verbesserte Ausfallsicherheit. Falls eine Magnetgruppe 24 nicht mehr wirksam steuerbar ist, kompensieren vorzugsweise andere Magnetgruppen 24 den Ausfall zumindest teilweise, so dass die Position des Transportkörpers 200 ggf. mit Einschränkungen eingehal ten werden kann. Die für eine Kraft-/Moment-Änderung erforderliche Positionsänderung kann vorzugsweise auf mehrere Magnetgruppen 24 verteilt werden. Dadurch verringert sich vor zugsweise die Positionsänderung für jede einzelne Magnetgruppe 24. Daher kann vorzugs weise die Positionsänderung insgesamt schneller ausgeführt werden, so dass die Dynamik der Beförderungsvorrichtung 10 zunimmt. Vorzugsweise verteilen sich die zur Führung eines Transportkörpers 200 aufzubringenden Kräfte und Momente auf mehrere Magnetgruppen 24, so dass kleinere Magnetgruppen 24 mit schwächeren Stellelementen 114 eingesetzt werden können, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Dies kann Vorteile für den Energiever brauch und die Kosten der Beförderungsvorrichtung 10 bringen.

Die Beförderungsvorrichtung kann vorzugsweise mit klassischen Transfersystemen kombi niert werden. Beispielsweise können die Transportkörper 200 über große Entfernungen mit einem Gurtband transportiert werden, indem sie beispielsweise einen Stator 100 verlassen, von einem Gurtband zu einer neuen Position gefahren werden, und dort wieder auf einen Stator auffahren bzw. aufgesetzt werden. Im Rahmen eines modularen Gesamtsystems kön nen Statoren 100 mit unterschiedlichen Fähigkeiten kombiniert werden. Beispielsweise kann es Stator-Module geben, die auf hohe Geschwindigkeit und/oder hohe Präzision und/oder hohe Kräfte optimiert sind. Diese Module werden vorzugsweise bereichsweise dort einge setzt, wo sie benötigt werden.

Auch Statoren mit gekrümmten Oberflächen, wie in Figur 13A dargestellt können durch ent sprechende Anordnung der Magnetgruppen realisiert werden, beispielsweise in runder Bau form, wie in den Figuren 13B und 13C dargestellt, welche einen außen- bzw. innen-geführ- ten Transportkörper 200 und einen innen- bzw. außenliegenden Stator 100 aufweisen. Bei spielsweise können derartige Beförderungsvorrichtungen für eine Verwendung als ein me chanisches Lager vorteilhaft sein, beispielsweise um eine Welle drehbar zu lagern.

Zur Einsparung von Energie können vorzugsweise die Stellelemente 114 vorübergehend mit abgesenktem Strom betrieben oder abgeschaltet werden, solange sich kein Transportkörper 200 im Einzugsbereich der jeweiligen Magnetgruppe 24 befindet. Bei Annäherung eines Transportkörpers 200 werden sie vorzugsweise kurzfristig wieder aktiviert. Die Außenflächen von Stator 100 und Transportkörper 200 können vorzugsweise so gestal tet werden, dass sie an die jeweiligen Umweltbedingungen angepasst sind, beispielsweise an extreme Temperaturanforderungen, hohe Sauberkeitsanforderungen, Partikelfreiheit, Keimfreiheit, leichte Reinigbarkeit, Beständigkeit gegen aggressive Materialien, Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, Einsatz unter Flüssigkeits- oder Gasatmosphäre etc. an gepasst sind. Dafür steht beispielsweise eine breite Palette von nicht-ferromagnetischen Ma terialien zur Verfügung, wie etwa Nichteisenmetalle, Kunststoff, Teflon, Keramik, Glas,

Gummi, Holz u.v.m.

Eine Gruppe von Transportkörpern 200 kann vorzugsweise gemeinsam eine Aufgabe aus führen. Beispielsweise können mehrere synchronisiert bewegte Transportkörper 200 eine große Last transportieren, die für einen Transportkörper 200 zu schwer ist. Oder mehrere Transportkörper 200 sind beispielsweise über eine passive Stabkinematik und Gelenke mit einander verbunden, so dass die Kinematik als Handhabungsgerät verwendet werden kann.

Nicht alle Freiheitsgrade müssen notwendigerweise levitierend ausgeführt werden, stattd es sen können einzelne Freiheitsgrade auch durch eine mechanische Führung realisiert sein.

Zur preiswerten Realisierung eines levitierenden Systems mit großem Transportbereich kann der Stator 100 vorzugsweise mit klassischen Achssystemen oder Fahrzeugen als Bewegungs einrichtung kombiniert werden. Beispielsweise transportiert ein Achssystem oder ein Fahrzeug mit Rädern einen Stator 100 in einem großen Arbeitsbereich, während der Stator 100 seiner seits einen Transportkörper 200 in einem kleinen Arbeitsbereich präzise und schwebend posi tionieren kann.

Optional befindet sich zwischen Stator 100 und Transportkörper 200 eine Zwischenebene (Partikel-Barriere). Der Transportkörper 200 kann sich dabei vorzugsweise im sauberen Be reich befinden, das Fahrzeug hingegen außerhalb. Die Fortbewegungsfunktion übernimmt beispielsweise primär das Fahrzeug mit seinem klassischen Radantrieb, die Levitationsfunk tion und Präzisionspositionierung der Stator 100 mit Transportkörper 200.

Die Wirkprinzipien von Stator 100 und Transportkörper 200 können in anderen bevorzugten Ausführungsformen vertauscht sein, so dass sich im Stator 100 beispielsweise eine Anord- nung von Stationärmagneten 22 befindet und im Transportkörper 200 aktiv bewegliche Stell magneten 26. Bei dieser Variante kann beispielswiese der Transportkörper 200 die Energie versorgung 38 mitführen (z.B. Akkumulator, Brennstoffzelle, Solarzellen) oder von außen mit Energie versorgt werden (z.B. über ein Kabel). Auf diese Weise kann sich beispielsweise ein Waferhalter zum Halten eines Wafers 36 mit aktivem Antrieb ohne Räder fortbewegen, in dem er einen Antrieb 42 mit Stellmagneten 26 aufweist, um beispielsweise auf einer am Bo den 40 befestigten mit Stationärmagneten 22 bestückten Schiene oder Ebene zu verkehren (siehe Figur 14).

Im Folgenden wird auf Basis der zuvor beschriebenen Beförderungsvorrichtung 10 ein Ver fahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, mit dem die stabile magneti sche Levitation von mindestens einem Transportkörper 200 erreicht wird, ohne dass jedoch die Erfindung auf das erläuterte Verfahren beschränkt ist.

Der mindestens eine Transportkörper 200 erfährt Kräfte und Momente in einem dynamisch veränderlichen Magnetfeld, das durch die geregelte Bewegung von Stellmagneten 26 in min destens einem Stator 100 erzeugt wird.

Zur Beschreibung der Position des mindestens einen Transportkörpers 200 sind die kartesi schen Koordinatensysteme 900 und 920 gegeben:

Jeder Transportkörper i besitzt ein Koordinatensystem 920i mit den Achsen (c,, y,, z) und ei nem ortsfesten Bezug zum Transportkörper, sein Ursprung liegt beispielsweise in dem be rechneten Massenschwerpunkt der Magnetanordnung des Transportkörpers.

Das Stator-Koordinatensystem 900 mit den Achsen (X, Y, Z) hat einen ortsfesten Bezug zum Stator. Seine X- und Y-Achse liegen in der Wirkfläche des Stators, die Z-Achse steht senk recht auf der Wirkfläche und weist in Richtung des Transportkörpers. Die Position des Trans portkörpers mit dem Index i wird im Stator- Koordinatensystem durch den Ortsvektor be schrieben, der den Ursprung des Transportkörper-Koordinatensystems angibt. Die Winkel lage des Transportkörpers i wird durch den Vektor (p _t ausgedrückt, dessen drei Komponen ten die Winkel angeben, die jeweils von den X-, Y- und Z-Achsen der Koordinatensysteme von Stator und Transportkörper eingeschlossen werden. Gegeben ist weiterhin eine Anordnung von Magnetgruppen im Stator, die einzeln in mindes tens einer Dimension relativ zum Stator beweglich sind und deren Position mit Stellelemen ten verändert werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Drehlage bzw. Winkellage der Magnetgruppe veränderlich ist, wobei die Drehachse im Stator-Koordinaten system konstant ist und durch den Massenschwerpunkt der Magnetgruppe verläuft. Die aktu elle Drehlage der Magnetgruppe k ist otk. Von der Steuerung wird der Sollwinkel otk.soii vorge geben, der von dem Regler des Stellelementes schnell und präzise umgesetzt wird, so dass nach kurzer Zeit otk = ak,soii ist.

Das Verfahren ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform als Programm in der Steuerung implementiert und wird zyklisch mit einer Frequenz von 100 - 10.000 Hz durchlaufen. Die Funktionsschritte eines beispielhaften Schleifendurchlaufes, welcher in Figur 15 beispielhaft dargestellt ist, ist im Folgenden beschrieben.

3000a) Bestimmung der Ist- Position und der Ist-Geschwindigkeit der Transportkörper

Magnetfeld-Sensoren, kapazitive Sensoren und/oder optische Sensoren sind in einem regel mäßigen Raster unterhalb der Wirkfläche des Stators angebracht. Die folgende Beschrei bung stützt sich beispielhaft auf Hall-Sensoren. Jeder Hall-Sensor misst drei magnetische Feldkomponenten in orthogonalen Richtungen. Die Sensor- Rohwerte werden von einem Rechner eingelesen, ebenso wie die Winkellage aller Magnetgruppen im Stator. Falls weitere Statoren benachbart sind, werden die dort zeitgleich ermittelten Messwerte über einen Da tenbus an den Stator übertragen. Der gesamte Einlesevorgang dauert typischerweise 0,1ms - 1ms.

Zunächst werden die Messwerte jedes Sensors um den Einfluss der ihm benachbarten Mag netgruppen korrigiert. Die Feldbeiträge der benachbarten Magnetgruppen wurden für jeden Sensor einmalig in einem Initialisierungslauf bestimmt und sind drehwinkelabhängig in Kor rekturtabellen abgelegt. Unter Verwendung der aktuell eingelesenen Drehwinkel der benach barten Magnetgruppen wird auf die Korrekturtabellen zugegriffen. Von allen Sensor- Rohwer ten werden die Feldbeiträge der benachbarten Magnetgruppen subtrahiert. Die so erhaltenen korrigierten Sensorwerte repräsentieren die Flussdichte der Transportkörper-Magnetanord- nung über der Wirkfläche. Danach wird die Position des mindestens einen Transportkörpers ermittelt. Dazu ist im Spei cher des Rechners eine Beschreibung der Magnetanordnung der Transportkörper als Liste hinterlegt. Die Liste enthält die Positionen und Dipolvektoren aller Stellmagneten und/oder Magnetgruppen 24, angegeben im Transportkörper-Koordinatensystem. Mit Hilfe dieser Liste, der Feldgleichung für einen magnetischen Dipol und des Superpositionsprinzips wird ein Rechenmodell der Flussdichteverteilung des Transportkörpers erstellt. Mit dem Modell lassen sich die Flussdichtevektoren berechnen, die bei einer vorgegebenen Transportkörper- Position am Ort der Stator-Sensoren zu erwarten sind. Eine skalare Fehlerfunktion ermittelt ein Maß für die Fehlanpassung der gemessenen und modellierten Flussdichten aller Trans portkörper und Magnetgruppen. Durch iterative Optimierung der Position und Winkellage der Transportkörper im Modell wird die Fehlerfunktion minimiert, also auf die realen Messdaten angepasst. Das Iterationsverfahren wird beendet, sobald keine Verbesserung mehr erzielt wird und/oder eine zuvor definierte Fehlerschwelle unterschritten wird.

Die so ermittelte 6D-Position des mindestens einen Transportkörpers i wird im Rahmen der Genauigkeit des Modells als reale Position des Transportkörpers i mit dem Ortsvektor und dem Winkel-Vektor <ßi interpretiert. Durch numerische Differenzierung der zyklischen Abfolge von Positionswerten wird die Ist-Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsvektor v _{i soü} für die Translation und dem Winkelgeschwindigkeits-Vektor (o _{i SO} u für die Rotation berechnet.

3000b) Bestimmung der Soll-Position und Soll-Geschwindigkeit der Transportkörper

Eine übergeordnete Anlage kann der Steuerung die gewünschte Bewegungsbahn des min destens einen Transportkörpers als Folge von 6D-Soll-Positionen, Soll-Zeiten und/oder Soll- Geschwindigkeiten mitteilen. Die Bahn kann aus Geraden, Kreisabschnitten oder anderen geometrischen Grundelementen bestehen.

Die Steuerung interpoliert die Bewegungsbahn räumlich und zeitlich. Zur räumlichen Interpo lation kommen verschiedene Interpolationsverfahren in Betracht, die in der Robotik üblich sind, beispielsweise lineare, Spline- oder Polynom-Interpolation. Zur zeitlichen Interpolation zerlegt die Steuerung die räumlich interpolierte Bahn in Stützpunkte. In jedem Zyklus stellt sie für jeden Transportkörper i die Soll-Position mit dem Ortsvektor f _{l SOÜ} und dem Winkel- Vektor (pi _SO u bereit sowie optional die Soll-Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsvektor für die Translation und dem Winkelgeschwindigkeits-Vektor w _{ί 50ίί} für die Rotation und übergibt diese an den Bahnregler.

3000c) Bahnregelung

Die Bahnregelung dient dazu, die Ist-Position der Transportkörper schnell und präzise auf die Soll-Position nachzuführen. Dazu berechnet der Bahnregler die Regelabweichung, also die Differenz zwischen Soll- und Ist-Position und/oder der Soll- und Ist-Geschwindigkeit in allen 6 Dimensionen. Diese verwendet er als Eingangsgröße für einen Regelalgorithmus, beispielsweise den PID-Algorithmus, der für jede zu regelnde Dimension separat berechnet wird. Als Ausgangsgröße liefert der Bahnregler für jeden Transportkörper i den Soll- Kraftvek tor F _{i SO} u und den Soll-Momentenvektor M _{i SO} u, der zur Korrektur der Bahn erforderlich ist. Die Reglerparameter, wie Verstärkung (P), Nachstellzeit (I) und Vorhaltzeit (D), sind entweder einmalig ermittelt und fest in der Steuerung hinterlegt, oder werden dynamisch an den Bewe- gungs- und Beladungszustand der Transportkörper angepasst, wie beispielsweise an deren Gesamtmasse oder die Massenverteilung, die durch einen Beobachter bzw. eine Beobach tungsvorrichtung (s. 3000f)) ermittelt werden kann.

3000d) Kraft-/Momentensteuerung

Aus den Soll-Kraftvektoren und den Soll-Momentvektoren für alle Transportkörper berechnet dieser Programmteil die Sollpositionen für alle Magnetgruppen, die zur Erzeugung der Soll- Kräfte und -Momente führen. Berücksichtigt werden alle Magnetgruppen, die einen Einfluss auf die zu steuernden Transportkörper haben. Dazu verwendet die Kraft-/Momentensteuerung ein räumliches Modell der Magnetanordnung im Stator und in dem mindestens einen Trans portkörper. Das Modell ist in der Lage, näherungsweise die Kräfte und Momente zu berech nen, die sich bei vorgegebener Position der Magnetgruppen einstellen. In dem Modell sind die Magnetanordnungen der Transportkörper als Liste der Positionen und Dipolvektoren aller Transportkörper-Magneten hinterlegt. Ebenso ist eine Liste der Magneten jeder Magnetgruppe hinterlegt. In dem Modell werden zunächst die partiellen Kräfte und Momente zwischen allen Magnetpaaren berechnet, daraus wird anschließend die auf jeden Transportkörper wirkende Gesamtkraft und das Gesamtmoment errechnet. Dabei werden alle Einflüsse bestmöglich be rücksichtigt, beispielsweise auch die zwischen zwei Transportkörpern gegenseitig ausgeübten Kräfte und Momente. Zur Berechnung kommen im Wesentlichen folgende Gleichungen zur Anwendung

Magnetisches Feld B eines magnetischen Dipols ß am Ort r:

mit r = |r|, wobei m ₀ die magnetische Feldkonstante ist.

Magnetisches Feld B _ges als Überlagerung der Felder B _t (Superpositionsprinzip)

wobei n die Anzahl der sich überlagernden Felder darstellt.

Kraft F auf einen magnetischen Dipol ß im Feld B:

F = n(mb).

Das Drehmoment M, das auf einen magnetischen Dipol ß im Feld B wirkt:

M = ß x B

Das zusätzliche Drehmoment M _F durch Kräfte F _u die im Abstand vom Schwerpunkt angrei fen, wobei n die Anzahl der Kräfte darstellt:

Unter Einbeziehung der Ist-Position aller Stellelemente und Transportkörper wird in dem Mo dell der Ist- Kraftvektor Fi und der Ist-Momentenvektor M _t berechnet, der aktuell auf jeden Transportkörper i wirkt. Die Fehlanpassung zwischen den Ist- und Soll-Kräften sowie den Ist- und Soll-Momenten aller Transportkörper wird durch eine skalare Fehlerfunktion E bewertet:

wobei m die Anzahl der Transportkörper darstellt, F _t bzw. M _t die Ist-Kraft bzw. das Ist-Mo ment, F _{i SOll} bzw. M _{i soll} die Soll-Kraft bzw. das Soll-Moment und F ₀ bzw. M ₀ die Referenz- Kraft bzw. das Referenz-Moment. Je kleiner E, desto besser ist die Übereinstimmung zwischen den Ist- und Soll-Kräften und - Momenten aller Transportkörper. Die Fehlerfunktion kann modifiziert oder um zusätzliche Terme erweitert werden, so dass energetisch günstigere Konstellationen bevorzugt werden. So kann das Verhalten des Gesamtsystems beispielsweise optimiert werden auf minimalen Leistungsbedarf, minimale Positionsänderung der Magnetgruppen oder minimale Anzahl von Magnetgruppen, die an einer Positionsänderung beteiligt sind.

In einem iterativen Optimierungsverfahren werden die Positionen der Magnetgruppen in dem Modell schrittweise verändert. Nach jedem Schritt werden die Kräfte und Momente im Modell neu berechnet und durch die Fehlerfunktion bewertet. Schritte, die zur Senkung des Fehlers E führen, werden beibehalten und bilden die Basis für den nächsten Iterationsschritt. Sobald der Fehler nicht weiter gesenkt werden kann und/oder eine voreingestellte Schwelle unter schreitet und/oder eine vorgegebene Anzahl von Iterationsschritten ausgeführt wurde, wird die Optimierungsschleife beendet.

3000e) Ausgabe der Soll-Positionen an die Stellelemente

Die im Modell optimierten Positionen der Magnetgruppen werden als Soll-Vorgabe an die Stellelemente ausgegeben.

3000f) Beobachter zur Ermittlung der Bewegungs Parameter (optional)

Ein als„Beobachter“ bezeichneter Algorithmus erfasst den zeitlichen Verlauf der Ist-Position der Magnetgruppen sowie der Transportkörper als Reaktion darauf. Er nutzt diese Informati onen, um mit Hilfe eines erweiterten Modells die Bewegungsparameter der Transportkörper zu bestimmen. Das erweiterte Modell basiert auf dem zuvor beschriebenen Kraft-/Momen- ten-Modell und wird um weitere physikalische Größen ergänzt, die den Bewegungszustand des Transportkörpers beschreiben, beispielsweise Masse, Dämpfung, Schwerpunkt, Schwer kraftvektor, Trägheitstensor oder Inertialbeschleunigung. Zusätzlich werden im Modell die Bewegungsgleichungen der Transportkörper berechnet, sowohl in Translation als auch in Rotation.

Da die Bewegungsparameter a priori nicht bekannt sind, wird ihr Wert zu Beginn geschätzt und anschließend in einer iterativen Berechnung des Modells durch gezielte Parametervaria- tion optimiert. Zur Bewertung der Fehlanpassung wird eine skalare Fehlerfunktion verwen det, welche die Abweichung der modellierten Bahnkurve von der gemessenen Bahnkurve über den Zeitraum der letzten Messungen bewertet.

Als Ergebnis stehen Näherungswerte für die oben genannten Bewegungsparameter zur Verfü gung. Diese können z.B. innerhalb der Steuerung zur Optimierung der Reglerparameter wie P, I und D verwendet werden. Beispielsweise kann das Gesamtgewicht m des Transportkörpers mit Zuladung ermittelt werden und in der Bahnregelung als Faktor in die Berechnung der Soll kräfte und -momente eingehen, so dass bei doppeltem Gewicht die doppelten Kräfte und Mo mente an den Transportkörper ausgegeben werden und somit die Beschleunigung a = F/m unabhängig von der Masse ist. Die Bewegungsparameter können auch als Zustandsinforma tion an die übergeordnete Anlage ausgegeben werden (Abb. 16), so dass diese beispiels weise aus dem Gewicht des Transportkörpers auf den Beladungszustand schließen und dadurch eine Prozesskontrolle durchführen kann. Beispielsweise kann die Beförderungsvor richtung zur Erkennung eines Beladungszustands bzw. der Gesamtmasse des Transportkör pers eine Beladungserkennungsvorrichtung aufweisen. In einem anderen Beispiel kann eine Schwerpunktverlagerung, beispielsweise beim Transport einer schwappenden Flüssigkeit, ak tiv ausgeregelt werden, so dass offene Behälter mit Flüssigkeit schnell und prozesssicher transportiert werden können.

Zur Weiterbildung der hier vorgeschlagenen Beförderungsvorrichtung (10) können auch eine oder mehrere der folgenden, vorteilhaften Ausgestaltungen beitragen, nach denen insbeson dere:

• die zumindest zwei Stationärmagneten (22)

- zwei Stationärmagneten (22), welche auf einer Geraden angeordnet sind, wo bei ein Dipolmoment mindestens eines der Stationärmagneten nicht parallel zu dieser Geraden orientiert ist, oder

- drei oder mehr Stationärmagneten (22)

aufweisen;

• die zumindest zwei Stationärmagneten (22) und/oder die mehreren Stellmagneten (26) jeweils zumindest einen Permanentmagneten aufweisen;

• der zumindest eine Permanentmagnet eine magnetische Flussdichte von zumindest 0,05 T, bevorzugt zumindest 0,1 T, weiter bevorzugt zumindest 0,25 T, noch weiter bevorzugt zumindest 0,5 T, besonders bevorzugt zumindest 0,75 T, am meisten be vorzugt zumindest 1 T besitzt;

• die mehreren Stellmagneten (26) jeweils eine Magnetgruppe (24) aufweisen und/oder die zumindest zwei Stationärmagneten (22) in einer Magnetgruppe (24) angeordnet sind, wobei vorzugsweise jeder Stellmagnet (26) eine Magnetgruppe (24) aufweist und/oder wobei vorzugsweise jeder Stellmagnet (26) eine Magnetgruppe (24) auf weist, und wobei jede Magnetgruppe einer Mehrzahl von Permanentmagneten und/o der Magnetspulen aufweist;

• die Mehrzahl von Permanentmagneten und/oder Magnetspulen der zumindest einen Magnetgruppe (24) gemäß zumindest einem Halbach-Array derart angeordnet sind, dass sich ein Magnetfeld der Magnetgruppe (24) vorzugsweise zur Beförderungsflä che hin erstreckt;

• das Stellelement (114) ein Antriebselement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten (26) in kontrollierter Weise zu ändern; und/oder wobei das Stellelement (114) ein Sensorele ment aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement (114) verbundenen Stellmagneten (26) zu ermitteln; und/o der wobei das Stellelement (114) ein Kontrollelement aufweist, welches dazu einge richtet ist, die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement (114) ver bundenen Stellmagneten (26) mittels des Antriebs auf einen vorbestimmten Wert ein zustellen;

• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Positionsbestimmungseinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine relative Position und/oder Orientierung des zumin dest einen Transportkörpers (200) relativ zum Stator (100) zu ermitteln;

• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Bewegungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Stator relativ zu einer Umgebung zu bewegen;

• der Transportkörper (200) oder der Stator einen Energiespeicher aufweist;

• der zumindest eine Transportkörper (200) zumindest einen internen Freiheitsgrad aufweist und vorzugsweise insgesamt mehr als sechs Freiheitsgrade aufweist;

• der Stator (100) und/oder der Transportkörper (200) ferner eine Abdeckung (112a) aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, zwischen dem Stator (100) und dem Trans portkörper (200) wirkende Kräfte zu begrenzen; • die Stationärmagneten (22) als zweidimensionale Halbach-Arrays angeordnet sind und insbesondere eine rechteckige und/oder quadratische und/oder hexagonale und/oder kreisförmige Anordnung aufweisen;

• die Stationärmagneten (22) im Transportkörper (200) zumindest teilweise zylinderför mig und/oder kugelförmig derart angeordnet sind, dass diese einen größeren Schwenkbereich aufweisen als Transportkörper (200) mit einer ebenen Anordnung von Stationärmagneten (22);

• der zumindest eine Transportkörper (200) ein Identifikationselement aufweist und die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den Transportkörper (200) an hand des Identifikationselements zu identifizieren;

• der Stator mehrere Stator-Module aufweist, welche vorzugsweise aneinander angren zend angeordnet sind;

• die Stellelemente (114) als Drehsteller ausgebildet sind, welche insbesondere eine Drehachse senkrecht zu einer Wirkfläche (102) des Stators (100) aufweisen;

• der Stator (100) eine gekrümmte Wirkfläche (102) aufweist;

• eine Anzahl von Freiheitsgraden der Stellmagneten (26) zumindest so groß ist wie eine Anzahl von Freiheitsgraden, entlang welcher der zumindest eine Transportkör pers (200) in kontrollierter Weise befördert und/oder positioniert werden soll;

• die Beförderungsvorrichtung (10) als ein berührungsloses mechanisches Lager aus gebildet ist;

• die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, im Falle einer Unterbrechung einer Leistungsversorgung den zumindest eine Transportkörper an dem zumindest einen Stator zu fixieren;

• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Beladungserkennungsvorrichtung um fasst, welche dazu eingerichtet ist, einen Beladungszustand des Transportkörpers zu ermitteln;

• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Beobachtungsvorrichtung umfasst, wel che dazu eingerichtet ist, eine Masse und/oder einen Schwerpunkt des Transportkör pers (200) relativ zum Stator (100) zu ermitteln.

Zur Weiterbildung des hier vorgeschlagenen Verfahrens können auch eine oder mehrere der folgenden, vorteilhaften Ausgestaltungen beitragen, nach denen insbesondere: • die Stellelemente (114) so angesteuert werden, dass der zumindest eine Transport körper (200) eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator (100) einnimmt;

• die gewünschte Position und/oder Orientierung sechs Freiheitsgrade hat;

· der Schritt des Ansteuerns der Stellelemente (114) so, dass der zumindest eine

Transportkörper (200) eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator (100) einnimmt, umfasst:

- Bestimmen einer Ist-Position und/oder einer Ist-Geschwindigkeit des Trans portkörpers (200) relativ zum Stator (100);

- Bestimmen einer Soll-Position und/oder einer Soll-Geschwindigkeit des Trans portkörpers (200) relativ zum Stator (100);

- Ermitteln einer Abweichung der Ist-Position und/oder der Ist-Geschwindigkeit von der Soll-Position bzw. der Soll-Geschwindigkeit;

- Berechnen von Soll-Stellungen zumindest eines Teils der Stellmagneten (26) derart, dass die jeweiligen Stellmagneten (26) auf eine Verringerung der Ab weichung der Soll-Position und/oder der Soll-Geschwindigkeit von der Ist-Po sition bzw. der Ist-Geschwindigkeit des Transportkörpers hinwirken.

- Anordnen der jeweiligen Stellmagneten (26) mittels der Stellelemente (114) derart, dass die jeweiligen Stellmagneten die Soll-Stellungen einnehmen.