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Die Erfindung betrifft eine Supraleiter-Kopplungseinrichtung für eine berührungslose, kraftübertragende Kopplung eines ersten Kupplungsteils mit einem zweiten Kupplungsteil in einer Funktionsposition, wobei das erste Kupplungsteil wenigstens eine Magnetanordnung zur Bereitstellung eines Magnetfelds umfasst und wobei das zweite Kupplungsteil einen Supraleiter und eine dem Supraleiter zugeordnete Kühlanordnung umfasst, die für eine Abkühlung des Supraleiters in einen supraleitenden Funktionszustand ausgebildet ist, sowie mit einem beweglich ausgebildeten Positioniermittel zur Festlegung einer räumlichen Anordnung der Kupplungsteile in der Funktionsposition während einer Abkühlung des Supraleiters in den Funktionszustand. Ferner betrifft die Erfindung ein Positionierverfahren zum Positionieren eines ersten Kupplungsteils, das eine Magnetanordnung zur Bereitstellung eines Magnetfelds umfasst, in eine Funktionsposition gegenüber einem zweiten Kupplungsteil, das einen Supraleiter und eine dem Supraleiter zugeordnete Kühlanordnung umfasst.
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Gemäß einem der Anmelderin bekannten, druckschriftlich nicht niedergelegten Stand der Technik wird eine Supraleiter-Kopplungseinrichtung als Wellenlagerung für eine berührungslose Axiallagerung einer drehbaren Welle eingesetzt. Hierbei ist vorgesehen, dass die drehbar zu lagernde Welle mit einer Permanentmagnetanordnung ausgerüstet ist und ein erstes Kupplungsteil bildet, während ein gehäusefest angeordnetes zweites Kupplungsteil einen Supraleiter und eine zugeordnete Kühlanordnung umfasst. Für die Anordnung der Kupplungsteile in einer Funktionsposition ist vorgesehen, die Welle mit Hilfe eines Positioniermittels in der gewünschten Position festzulegen und anschließend die Abkühlung des Supraleiters durchzuführen, um hierdurch das Magnetfeld des ersten Kupplungsteils im Supraleiter zu fixieren. Nach Erreichen oder Unterschreiten der Sprungtemperatur des Supraleiters, wodurch die supraleitenden Eigenschaften des Supraleiters eintreten, kann das Positioniermittel entfernt werden, da ab diesem Zeitpunkt durch die Wechselwirkung zwischen den Kupplungsteilen die berührungslose Lagerung und kraftübertragende Kopplung zwischen den Kupplungsteilen gewährleistet ist, so dass beispielsweise eine ortsfeste und drehbare Lagerung der Welle gegenüber dem Supraleiter gegeben ist.
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Die
US 7 959 139 B2 offenbart eine berührungslos arbeitende Vorrichtung zum Durchführen eines Drehvorgangs für ein Bearbeitungsobjekt, ohne dass die Umwelt in einem luftdichten Behälter kontaminiert wird. Hierzu ist ein Drehkopf an einer Halterung in dem luftdichten Behälter aufgenommen und ist durch Pinning-Kräfte, die von einem Typ-II-Supraleiter ausgehen, schwebend gehalten, wobei dem Typ-II-Supraleiter eine Hebeeinrichtung zugeordnet ist. Rotationskräfte werden mit Hilfe eines Drehkraftübertragungskörpers berührungslos erzeugt, der in der Mitte des Typ-II-Supraleiters angeordnet ist und der von einem Antriebsmotor angetrieben wird.
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Aus der
EP 1 731 217 A1 ist eine supraleitende, berührungslos arbeitende Drehvorrichtung bekannt, die einen Bulk-Supraleiter mit Pinning-Effekt umfasst, der in einem wärmeisolierenden Kryostat angeordnet ist und dem ein erster Permanentmagnet an einer ersten Seite des Kryostaten sowie ein zweiter Permanentmagnet an einer zweiten Seite des Kryostaten zugeordnet sind, wobei einer der Permanentmagnete rotiert werden kann, um den anderen Permanentmagnet in eine Rotationsbeweghung zu versetzen.
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Die
US 2011/0250044 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Tragen und Drehen eines scheibenartigen Gegenstands mit einem ersten Rotor, der einen Träger für den scheibenförmigen Gegenstand trägt, wobei der erste Rotor innerhalb einer Prozesskammer angeordnet ist; mit einem zweiten Rotor, dem ein Antriebsmechanismus zur Erzeugung einer Drehbewegung zugeordnet ist, wobei der zweite Rotor mit dem ersten Rotor durch magnetische Kräfte gekoppelt ist, ohne den ersten Rotor zu berühren, und wobei der zweite Rotor außerhalb der Prozesskammer angeordnet ist, so dass eine Wand zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor angeordnet ist. Ferner sind ein erstes Kupplungsteil und ein zweites Kupplungsteil vorgesehen, wobei das erste Kupplungsteil einen Kupplungsmagnet an dem ersten Rotor und das zweite Kupplungsteil einen Hochtemperatursupraleiter umfasst, wobei die Kupplungsteile derart angeordnet sind, dass kein Freiheitsgrad zwischen dem ersten und zweiten Rotor bleibt, so dass sich der erste Rotor mit dem zweiten Rotor zusammen bewegt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Supraleiter-Kopplungseinrichtung und ein Positionierverfahren bereitzustellen, die im Funktionszustand des Supraleiters einen reproduzierbaren Austausch des ersten Kupplungsteils ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt für eine Supraleiter-Kopplungseinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das Positioniermittel wenigstens ein Haltemittel zur Bereitstellung einer Haltekraft für wenigstens ein Kupplungsteil umfasst, um ein Entfernen und Einbringen eines der Kupplungsteile, insbesondere des ersten Kupplungsteils, aus der Funktionsposition und in die Funktionsposition während des Funktionszustands zu ermöglichen.
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Exemplarisch umfasst das Positioniermittel eine Auflagefläche für das erste Kupplungsteil, auf die das erste Kupplungsteil aufgelegt werden kann. Dabei wird die Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils über die Auflagefläche in das Positioniermittel eingeleitet. In der Funktionsposition zwischen erstem Kupplungsteil und zweitem Kupplungsteil ist während des Funktionszustands eine magnetische Wechselwirkung zwischen der Magnetanordnung und dem Supraleiter vorgesehen. Die aus dieser Wechselwirkung resultierenden Kräfte können gegebenenfalls bereits bei einer Annäherung des ersten Kupplungsteils an das zweite Kupplungsteil die Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils übersteigen. Somit kann es bei einem Absenken des Positioniermittels in Richtung des zweiten Kupplungsteils und einem auf der Auflagefläche aufliegenden ersten Kupplungsteil dazu kommen, dass bereits vor Erreichen der Funktionsposition das erste Kupplungsteil von der Auflagefläche abgehoben wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bereits vor Erreichen der Funktionsposition die Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils durch die magnetische Wechselwirkung zwischen den Kupplungsteilen kompensiert wird. Um ein solches Abheben des ersten Kupplungsteils vom Positioniermittel an einer Position abseits der Funktionsposition zu vermeiden, ist das erfindungsgemäße Haltemittel vorgesehen, das eine zuverlässige Anordnung des ersten Kupplungsteils gegenüber dem Positioniermittel bis in die Funktionsposition gewährleistet. Durch eine Verwendung dieses Haltemittels wird für einen Austausch des ersten Kupplungsteils zunächst das bislang verwendete erste Kupplungsteil mit Hilfe der Positioniermittel aus der Funktionsposition entfernt und durch ein zukünftig zu verwendendes, erstes Kupplungsteil ersetzt, das seinerseits mit Hilfe der Positioniermittel in die Funktionsposition positioniert wird. Während dieses Austauschs des ersten Kupplungsteils wird der Funktionszustand des Supraleiters aufrechterhalten. Ferner ist vorgesehen, die Haltekräfte des Haltemittels zumindest so lange auf das erste Kupplungsteil einwirken zu lassen, bis die Funktionsposition erreicht ist und die vorgesehene Wechselwirkung zwischen den Kupplungsteilen gewährleistet ist.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Haltemittel für eine zeitweilige oder dauerhafte Bereitstellung von Magnetkräften auf das Kupplungsteil, insbesondere das erste Kupplungsteil, ausgebildet ist. Ein Einsatz von Magnetkräften für das Haltemittel ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Supraleiter-Kopplungseinrichtung in schmutzempfindlichen Bereichen, insbesondere Reinräumen, eingesetzt werden soll, in denen bewegte Haltemittel für die Bereitstellung von Haltekräften als mögliche Verschmutzungsquelle vermieden werden sollen. Hierzu kann das Haltemittel für eine zeitweilige Bereitstellung von Magnetkräften ausgebildet sein, beispielsweise durch Ausgestaltung als Magnetspule, die mit einem geeigneten Spulenstrom beaufschlagt wird. Das dadurch hervorgerufene Magnetfeld wird dazu genutzt, um das erste Kupplungsteil während des Entfernens und/oder Einbringens aus der Funktionsposition bzw. in die Funktionsposition während des Funktionszustands so am Positioniermittel zu halten, dass ein Erreichen der Funktionsposition gewährleistet ist. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Haltemittel für eine dauerhafte Bereitstellung von Magnetkräften ausgebildet ist, wodurch eine besonders einfache Aufbauweise für das Haltemittel und das Positioniermittel gewählt werden kann. Beispielsweise umfasst das Haltemittel einen Permanentmagneten oder eine Permanentmagnetanordnung oder weist zumindest abschnittsweise angeordnete ferromagnetische Elemente auf, die in Wechselwirkung mit der Magnetanordnung des ersten Kupplungsteils gebracht werden können. Exemplarisch kann das Haltemittel als Edelstahlplatte am Positioniermittel ausgebildet sein, auf der das erste Kupplungsteil aufliegt, wobei das Edelstahlmaterial zumindest einen geringen ferromagnetischen Anteil aufweist, der ein Anhaften der Magnetanordnung des ersten Kupplungsteils ermöglicht. Bei geeigneter Anordnung des Haltemittels am Positioniermittel kann somit eine Addition der Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils mit der Haltekraft des Haltemittels erzielt werden, um beim Einbringen des Kupplungsteils in die Funktionsposition ein frühzeitiges Abheben des Kupplungsteils vom Positioniermittel zu vermeiden.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Haltemittel für eine fremdkraftbetätigte, lösbare mechanische Arretierung des Kupplungsteils am Positioniermittel ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Haltemittel eine oder mehrere schwenkbewegliche Halteklammern umfassen, die elektrisch oder pneumatisch angesteuert werden, um die lösbare mechanische Arretierung des Kupplungsteils am Positioniermittel zu gewährleisten. Eine derartige Ausgestaltung des Haltemittels ist insbesondere dann von Interesse, wenn während des Funktionszustands unterschiedliche Kupplungsteile in die Funktionsposition gebracht werden sollen. Beispielsweise unterscheiden sich die Kupplungsteile hinsichtlich ihrer Gewichtskraft und/oder hinsichtlich des von der jeweiligen Magnetanordnung bereitgestellten Magnetfelds. In diesem Fall wird durch die Haltemittel stets eine vorteilhafte Arretierung des Kupplungsteils bis zum Erreichen der Funktionsposition gewährleistet.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Positioniermittel einen Aktor für eine Bewegung des, insbesondere ersten, Kupplungsteils zwischen der Funktionsposition und einer Wechselposition abseits der Funktionsposition umfasst, wobei dem Aktor eine Steuerungseinrichtung für eine Durchführung der Bewegung zugeordnet ist. Mit Hilfe des Aktors und der zugeordneten Steuerungseinrichtung kann eine Automatisierung für einen Bewegungsablauf des Positioniermittels erzielt werden. Exemplarisch ist der Aktor zumindest als elektrisches Linearstellglied oder als Pneumatikzylinder ausgebildet, so dass dementsprechend die Steuerungseinrichtung für eine Bereitstellung eines elektrischen Stroms oder eines Fluidstroms an den Aktor dient. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Bewegung des Kupplungsteils mit Hilfe des Aktors und der Steuerungseinrichtung in einem gesteuerten oder geregelten Betrieb stattfindet, um eine vorteilhafte Reproduzierbarkeit für die Funktionsposition der Kupplungsteile im Funktionszustand zu gewährleisten. Für eine Regelung der Bewegung des Positioniermittels ist ein Positionssensor am Aktor und/oder am Positioniermittel vorzusehen.
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Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, bei einer Bewegung des Positioniermittels aus der Wechselposition in die Funktionsposition eine Bewegung des Kupplungsteils in eine Kopplungsposition zu bewirken, in der ein Abstand zwischen den Kupplungsteilen kleiner als in der Funktionsposition ist, um ein zuverlässiges Erreichen der Funktionsposition zu gewährleisten. Hierbei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass die Kupplungsteile aufgrund der magnetischen Wechselwirkungen zwischen der Magnetanordnung und dem Supraleiter bei Unterschreitung eines durch die Funktionsposition bestimmten Abstands nachfolgend stets den Abstand einnehmen, der während der Abkühlung des Supraleiters in den Funktionszustand durch die Kupplungsteile eingenommen wurde. Hingegen stellt sich die Anordnung der Kupplungsteile in der Funktionsposition nicht zwingend ein, wenn das erste Kupplungsteil in einem Abstand vom zweiten Kupplungsteil durch das Positioniermittel freigegeben wird, der größer als der Abstand der Kupplungsteile in der Funktionsposition ist, so dass in diesem Fall keine zuverlässige Kopplung zwischen den Kupplungsteilen sichergestellt ist. Dementsprechend ist es vorteilhaft, die Kupplungsteile zum Erreichen der Funktionsposition zunächst in einen Abstand zu bringen, der kleiner als in der Funktionsposition ist, um anschließend nach Freigabe des ersten Kupplungsteils ein Rückkehren dieses Kupplungsteils in die Funktionsposition zu ermöglichen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ein Speichermittel für eine Speicherung von mehreren Funktionspositionen und jeweils zugeordneten Kopplungspositionen für unterschiedlich ausgebildete Kupplungsteile umfasst. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Funktionszustand des Supraleiters bei Austausch des ersten Kupplungsteils nicht aufgehoben werden soll und unterschiedliche erste Kupplungsteile nacheinander in eine jeweils zugeordnete Funktionsposition gebracht werden sollen. Eine derartige Verwendung einer Supraleiter-Kopplungseinrichtung ist beispielsweise dann von Interesse, wenn an den ersten Kupplungsteilen unterschiedliche Bearbeitungs- und/oder Detektionsmittel angebracht sind, mit denen eine Oberflächenbearbeitung und/oder eine Oberflächenuntersuchung eines Werkstücks erfolgen kann. In Abhängigkeit von den unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen ersten Kupplungsteile sind diese von den Positioniermitteln und den zugeordneten Haltemitteln in unterschiedliche Kopplungspositionen zu bringen, um ausgehend von diesen Kopplungspositionen jeweils in die entsprechenden Funktionspositionen gelangen zu können und dabei eine zuverlässige Ankopplung an den Supraleiter zu gewährleisten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerungseinrichtung für eine kontaktlose Datenübertragung mit dem jeweiligen ersten Kupplungsteil ausgebildet ist, um nach Austausch der Informationen über das erste Kupplungsteil aus dem Speichermittel die jeweils gültige Funktionsposition sowie die zugeordnete Kopplungsposition abrufen zu können und das Positioniermittel in diese Position bewegen zu können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt mit einem Positionierverfahren gelöst, wie es im Anspruch 4 angegeben ist. Dabei dient das Positionierverfahren zum Positionieren eines ersten Kupplungsteils, das eine Magnetanordnung zur Bereitstellung eines Magnetfelds umfasst, in eine Funktionsposition gegenüber einem zweiten Kupplungsteil, das einen Supraleiter und eine den Supraleiter zugeordnete Kühlanordnung umfasst, wobei eine Festlegung einer räumlichen Anordnung der Kupplungsteile in der Funktionsposition während einer Abkühlung des Supraleiters in einen supraleitenden Funktionszustand unter Verwendung eines Positioniermittels vorgenommen wird, das wenigstens ein Haltemittel zur Bereitstellung einer Haltekraft für wenigstens ein Kupplungsteil umfasst, um ein Entfernen und Einbringen eines der Kupplungsteile, insbesondere des ersten Kupplungsteils, aus der Funktionsposition und in die Funktionsposition zu ermöglichen, wobei bei einem Austausch des Kupplungsteils während des Funktionszustands jeweils eine Annäherung der Kupplungsteile in eine Kopplungsposition vorgenommen wird, in der ein Abstand der Kupplungsteile geringer als ein Abstand der Kupplungsteile in der Funktionsposition ist, um eine zuverlässige Kopplung der Kupplungsteile zu gewährleisten.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für unterschiedlich ausgebildete Kupplungsteile, insbesondere bei Beibehaltung des Funktionszustands für den Supraleiter, unterschiedliche Funktionspositionen und unterschiedliche Kopplungspositionen eingenommen werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Hierbei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Supraleiter-Kopplungseinrichtung mit zwei Kupplungsteilen, die exemplarisch für eine berührungslose Lagerung eines Sensors ausgebildet ist.
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Die Supraleiter-Kopplungseinrichtung 1 umfasst ein erstes Kupplungsteil 2, ein zweites Kupplungsteil 3 sowie ein Positioniermittel 4, das exemplarisch zum Entfernen und Einbringen des ersten Kupplungsteils 2 relativ zum zweiten Kupplungsteil 3 ausgebildet ist.
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Für eine berührungslose Lagerung des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 sind dem ersten Kupplungsteil 2 eine Magnetanordnung 5 und dem zweiten Kupplungsteil 3 ein Supraleiter 6 zugeordnet. Exemplarisch wird die Magnetanordnung 5 durch drei in axialer Richtung parallel zu einer Rotationsachse 7 magnetisierte und konzentrisch zueinander angeordnete Ringmagnete 8, 9 und 10 gebildet. Der Supraleiter 6 am zweiten Kupplungsteil 3 ist beispielhaft ebenfalls ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Rotationsachse 7 angeordnet.
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Ferner ist der Supraleiter 6 nahezu vollständig in einem Kühlgehäuse 11 aufgenommen, das seinerseits ebenfalls ringförmig konzentrisch zur Rotationsachse 7 ausgebildet ist. Im Kühlgehäuse 11 ist rein schematisch ein ringförmig umlaufender Kühlkanal 12 eingezeichnet. Der Kühlkanal 12 ist exemplarisch zur Befüllung mit einem nicht dargestellten Kühlmedium, insbesondere einem verflüssigten Gas wie Stickstoff, vorgesehen. Somit kann der Kühlkörper 11 den Supraleiter 6 auf eine Temperatur unterhalb einer materialabhängigen Sprungtemperatur des Supraleiters 6 abkühlen, damit dieser seine supraleitenden Eigenschaften aufweist. Mit dem Erreichen oder Unterschreiten der Sprungtemperatur wird das Magnetfeld der Magnetanordnung 5 gewissermaßen im Supraleiter 6 fixiert, wodurch die Funktionsposition des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 bestimmt wird.
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Jede Veränderung der Position des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 geht mit einer Veränderung des Feldlinienverlaufs der Magnetfelder der Magnetanordnung 5 gegenüber dem Supraleiter 6 einher. Diese Veränderung des Feldlinienverlaufs führt zu einer Reaktionskraft des Supraleiters 6 auf die Magnetanordnung 5, so dass das erste Kupplungsteil 2 in der Funktionsposition gehalten wird. Vorzugsweise sind die Kupplungsteile 2, 3 derart aufeinander abgestimmt, dass eine ortsfeste und relativ zur Rotationsachse 7 drehbewegliche Lagerung des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 erreicht wird.
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Um eine Einleitung einer Drehbewegung von dem gehäusefest an einem nicht dargestellten Gehäuse aufgenommenen zweiten Kupplungsteil 3 auf das erste Kupplungsteil 2 zu ermöglichen, ist eine Magnetkupplung 15 vorgesehen. Die Magnetkupplung 15 umfasst jeweils den Kupplungsteilen 2, 3 zugeordnete Permanentmagnete 16, 17. Dabei sind die Permanentmagnete 16 ortsfest im ersten Kupplungsteil 2 aufgenommen. Die Permanentmagnete 17 sind bezüglich des zweiten Kupplungsteils 3 drehbar gelagert in einer Schwungscheibe 18 aufgenommen, die mit einer Antriebswelle 19 eines elektrischen Antriebsmotors 20 gekoppelt ist. Für eine vorteilhafte Drehmomentübertragung zwischen den beiden Kupplungsteilen 2, 3 ist die Schwungscheibe 18 mit den Permanentmagneten 17 in einer zentralen, zirkular ausgebildeten Ausnehmung 21 des Kühlgehäuses 11 angeordnet. Die Permanentmagnete 16 und 17 sind derart aufeinander abgestimmt, insbesondere in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse 7 magnetisiert, dass eine drehfeste Kopplung zwischen dem ersten Kupplungsteil 2 und dem zweiten Kupplungsteil 3 vorliegt.
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Das Positioniermittel 4 umfasst exemplarisch einen elektrisch betreibbaren Antrieb 22, der exemplarisch ein gehäusefest angebrachtes Motorgehäuse 23 und eine bereichsweise im Motorgehäuse 23 aufgenommene, Koppelstange 24 aufweist. Die Koppelstange 24 kann durch Antriebsmittel, die in nicht näher dargestellter Weise im Motorgehäuse 23 aufgenommen sind, beliebige Bewegungen in alle drei Raumrichtungen, insbesondere eine translatorische Bewegung längs der Rotationsachse 7 sowie eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 7 ausführen.
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Die Koppelstange 24 ist mit einem exemplarisch tellerförmig ausgebildeten Trägerteil 25 gekoppelt, das einen konzentrisch zur Rotationsachse 7 ausgebildeten Tragring 26, eine kreisrund konzentrisch zur Rotationsachse 7 ausgebildete Tragscheibe 27 und eine ebenfalls konzentrisch zur Rotationsachse 7 kreisringförmig ausgebildete Spulenanordnung 28 umfasst. Dabei kann exemplarisch vorgesehen sein, dass der Tragring 26 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und keinerlei magnetische Eigenschaften aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Tragscheibe 27 aus einem Edelstahlmaterial hergestellt ist, das geringfügig magnetisierbar ist. Die Spulenanordnung 28 kann als Anordnung mehrerer, im Wesentlichen kreisrund ausgebildeter Spulenwicklungen vorgesehen sein und ist elektrisch mit einer Steuereinrichtung 29 verbunden.
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Die Aufgabe der Positioniermittel 4 besteht darin, das erste Kupplungsteil 2 in eine Funktionsposition relativ zum zweiten Kupplungsteil 3 zu bringen und ferner das erste Kupplungsteil 2 aus der Funktionsposition gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 zu entfernen.
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Für die nachstehende Beschreibung der Funktionsweise der Supraleiter-Kopplungseinrichtung 1 wird davon ausgegangen, dass in einem nicht dargestellten Magazin mehrere Kupplungsteile 2 angeordnet sind, die mit unterschiedlichen Werkzeugen und/oder Detektoren ausgerüstet sind. Rein exemplarisch ist das erste Kupplungsteil 2 mit einem optischen Detektor 30 für eine berührungslose Erfassung einer Oberflächengeometrie eines nicht dargestellten Werkstücks ausgebildet.
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In einem ersten Schritt wird zur Inbetriebnahme der Supraleiter-Kopplungseinrichtung das erste Kupplungsteil 2 mit Hilfe des Positioniermittels 4 in eine Funktionsposition gebracht, in der ein vorgebbarer Abstand gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 gegeben ist. Rein exemplarisch befindet sich hierbei eine Oberkante des ersten Kupplungsteils 2 in einem Abstand d1 gegenüber einer Oberkante des zweiten Kupplungsteils 3. In diesem Zustand wird das Positioniermittel 4 in nicht näher dargestellter Weise festgestellt und es erfolgt eine Abkühlung des Supraleiters 6 durch Bereitstellung von Kühlenergie, insbesondere in Form einer Einleitung eines verflüssigten Gases in den Kühlkanal des Kühlgehäuses 11.
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Mit dem Erreichen bzw. Unterschreiten einer materialabhängigen Sprungtemperatur des Supraleiters 6 werden die von den Ringmagneten 8 bis 10 der Magnetanordnung 5 bereitgestellten Magnetfelder gewissermaßen im Supraleiter 6 fixiert, so dass nachfolgend jede Positionsabweichung des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 in entsprechenden Reaktionskräften zwischen den Ringmagneten 8 bis 10 und dem Supraleiter 6 resultiert. Hierdurch wird eine berührungslos schwebende Lagerung des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 ermöglicht.
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Um nunmehr das erste Kupplungsteil 2 gegen ein nicht näher dargestelltes, gleichartig oder unterschiedlich ausgebildetes weiteres Kupplungsteil austauschen zu können, vollzieht der Antrieb 22 im Funktionszustand des Supraleiters 6, also ohne Aufhebung der supraleitenden Eigenschaften des Supraleiters 6, eine vorher definierte Bewegung, insbesondere eine kombinierte Translations- und Rotationsbewegung bezüglich der Rotationsachse 7. Exemplarisch wird das erste Kupplungsteil 2 zunächst im Zuge einer Translationsbewegung längs der Rotationsachse 7 vom zweiten Kupplungsteil 3 entfernt, um anschließend durch eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 7 eine Ablage des ersten Kupplungsteils 2 in einem nicht näher dargestellten Magazin zu ermöglichen, in dem weitere erste Kupplungsteile gespeichert sind. Nach Auflegen eines anderen ersten Kupplungsteils 2 auf die Tragscheibe 27 des Positioniermittels 4 erfolgt eine vorher definierte Bewegung des Trägerteils 25, insbesondere eine kombinierte Dreh-Schwenkbewegung des Trägerteils 25 um die Rotationsachse 7 bzw. längs der Rotationsachse 7, wodurch das erste Kupplungsteil 2 in den Wirkungsbereich des Supraleiters 6 gebracht wird.
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Um eine zuverlässige Einkopplung des ersten Kupplungsteils 2 in den Wirkungsbereich des Supraleiters 6 zu gewährleisten, wird das erste Kupplungsteil 2 mit Hilfe des Positioniermittels 4 in einen Abstand gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 gebracht, der kleiner als der Abstand zwischen den Kupplungsteilen 2 und 3 in der Funktionsposition ist und der in der 1 mit d2 bezeichnet ist.
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Da die Wechselwirkung zwischen den Ringmagneten 8 bis 10 des ersten Kupplungsteils 2 und dem Supraleiter 6 des zweiten Kupplungsteils 3 bei zunehmender Annäherung stark zunimmt, sind am Positioniermittel 4 Vorkehrungen getroffen, um ein verfrühtes Abheben des ersten Kupplungsteils 2 von der Tragscheibe 27 des Trägerteils 25 zu vermeiden, da hierdurch ein zu großer Abstand zwischen den Kupplungsteilen 2, 3 auftreten könnte, in dem keine zuverlässige Einbindung der Magnetanordnung 5 in den Wirkungsbereich des Supraleiters 6 gewährleistet ist.
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Eine erste Vorkehrung besteht darin, dass die Tragscheibe 27 exemplarisch aus einem Edelstahlmaterial hergestellt ist, das zumindest in geringem Maße magnetisierbar ist, so dass die Ringmagnete 8 bis 10 des ersten Kupplungsteils 2 eine gewisse Haftwirkung gegenüber der Tragscheibe 27 ausbilden. Vorzugsweise sind die Ringmagnete 8 bis 10 der Magnetanordnung 5 und die Tragscheibe 27 derart aufeinander abgestimmt, dass die resultierende Haftkraft zusammen mit der Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils 2 dafür ausreicht, dass das erste Kupplungsteil 2 den Abstand d2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 einnimmt, bevor eine Ablösung des ersten Kupplungsteils 2 vom Trägerteil 25 stattfindet. Nach der Ablösung des ersten Kupplungsteils 2 vom Trägerteil 25 kann das Trägerteil 25 mit Hilfe des Antriebs 22 um die Rotationsachse 7 aus dem Spalt zwischen den Kupplungsteilen 2 und 3 ausgeschwenkt werden.
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Sofern das erste Kupplungsteil 2 nach Einnehmen des Funktionszustands durch den Supraleiter 6 durch ein anderes erstes Kupplungsteil ersetzt werden soll, das möglicherweise eine andere Magnetanordnung und/oder ein anderes Eigengewicht aufweist, kann für zuverlässige Einkopplung des jeweiligen ersten Kupplungsteils 2 in das Feld des Supraleiters 6 auf die Funktion der Spulenanordnung 28 zurückgegriffen werden. Die Spulenanordnung 28 ist dazu ausgebildet, eine Anziehungskraft auf die Ringmagnete 8 bis 10 des ersten Kupplungsteils 2 auszuüben und somit als Haltemittel zu wirken.
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Exemplarisch ist vorgesehen, die Spulenanordnung 28 durch Bereitstellung eines Spulenstroms durch die Steuereinrichtung 29 bei Annäherung des jeweiligen ersten Kupplungsteils 2 an das zweite Kupplungsteil 3 so lange zu aktivieren, bis das erste Kupplungsteil 2 einen Abstand gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 einnimmt, der kleiner als ein vorgesehener Abstand zwischen den Kupplungsteilen 2, 3 in der jeweiligen Funktionsposition ist. Bei Erreichen dieses Abstands kann dann eine Abschaltung des Spulenstroms für die Spulenanordnung 28 durch die Steuereinrichtung 29 vorgenommen werden, so dass ab diesem Zeitpunkt eine im Wesentlichen ungestörte Wechselwirkung zwischen Supraleiter 6 und erstem Kupplungstell 2 stattfinden kann.
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Bei einer weiteren Annäherung des Trägerteils 25 an das zweite Kupplungsteil 3 findet dann eine Ablösung des ersten Kupplungsteils 2 von der als Auflagefläche dienenden Tragscheibe 27 statt und das erste Kupplungsteil 2 nimmt anschließend die gewünschte Funktionsposition gegenüber dem zweiten Kupplungstell 3 ein, ohne dass hierzu eine weitere Einwirkung der Positioniermittel 4 erforderlich ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Steuereinrichtung 29 eine nicht näher dargestellte Speichereinrichtung ausgebildet ist, in der für unterschiedlich ausgebildete erste Kupplungsteile 2 in Abhängigkeit von der jeweiligen Gewichtskraft und der Ausgestaltung der jeweiligen Ringmagnete 8 bis 10 jeweils vorteilhafte Funktionspositionen sowie diesen Funktionspositionen zugeordnete Kopplungspositionen gespeichert sind. Dabei ist stets vorzusehen, dass ein Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil 2 und dem zweiten Kupplungsteil 3 in der Kopplungsposition geringer als in der Funktionsposition ist.
