DE102016225456B3

DE102016225456B3 - Verfahren und System zum Einrichten einer Supraleiterschienenanordnung, Supraleiterschienenanordnung und Beförderungssystem

Info

Publication number: DE102016225456B3
Application number: DE102016225456.1A
Authority: DE
Inventors: Kai Günther; Uwe Friedrich; Lars Kühn
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-12-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zum Einrichten einer wenigstens ein Supraleiterschienensegment (1) umfassenden Supraleiterschienenanordnung (2), so dass diese zumindest einen Teil einer Beförderungsstrecke (3) bereitstellt, entlang der ein relativ zur Supraleiterschienenanordnung (2) schwebend gelagerter Beförderungsschlitten (4) bewegbar ist, umfassend die Schritte: Positionieren (5) einer Einpräge-Magnetanordnung (6) in eine Einpräge-Position relativ zu dem Supraleiterschienensegment (1) und Einprägen (7) eines von der Einpräge-Magnetanordnung (6) bereitgestellten Magnetfeldlinienverlaufs in das Supraleiterschienensegment (1). Die Ausdehnung (8) der Einpräge-Magnetanordnung (6) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) ist geringer als die Ausdehnung (9) des Supraleiterschienensegments (1) in Richtung der Beförderungsstrecke (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten einer wenigstens ein Supraleiterschienensegment umfassenden Supraleiterschienenanordnung, so dass diese zumindest einen Teil einer Beförderungsstrecke bereitstellt, entlang der ein relativ zur Supraleiterschienenanordnung schwebend gelagerter Beförderungsschlitten bewegbar ist, umfassend die Schritte: Positionieren einer Einpräge-Magnetanordnung in einer Einpräge-Position relativ zu dem Supraleiterschienensegment und Einprägen eines von der Einpräge-Magnetanordnung bereitgestellten Magnetfeldlinienverlaufs in das Supraleiterschienensegment.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, eine magnetische Wechselwirkung zwischen einem Supraleiterschienensegment und einem magnetischen Beförderungsschlitten zu nutzen, um eine schwebende Lagerung des Beförderungsschlittens gegenüber dem Supraleiterschienensegment bereitzustellen. Damit diese magnetische Wechselwirkung gegeben ist, muss das Supraleiterschienensegment zunächst auf eine bestimmte Art und Weise konditioniert werden. Diese Konditionierung soll auch als Einrichten der Supraleiterschienenanordnung bezeichnet werden.
Die Konditionierung des Supraleiterschienensegments erfolgt in der Regel dadurch, dass mithilfe einer Einpräge-Magnetanordnung ein von der Einpräge-Magnetanordnung bereitgestellter Magnetfeldlinienverlauf in das Supraleiterschienensegment eingeprägt wird.
Die US 5,631,617 A beschreibt ein System zum Schweben und Führen eines Objekts durch eine magnetische Kraft. Das System umfasst ein Stützglied und eine Supraleitereinheit mit Supraleitermaterial zum Einfrieren von Magnetfluss. Gegenüberliegend dem Stützglied ist ein Beförderungsglied angeordnet, auf dem magnetisches Material angeordnet ist. Auf dem Stützglied befindet sich ein Magnet zur Erzeugung von Magnetfluss, der in das magnetische Material durch das Supraleitermaterial eindringt.
Die US 2014/0266523 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einem Substrat und planaren Bändern, die jeweils ein supraleitendes Material aufweisen.
Die JP H05-272 539 A beschreibt eine Supraleiter-Magnetlager-Vorrichtung, bei der ein Bewegungselement mit Supraleitermaterial und einem Permanentmagneten ausgestattet ist und ein Stator einen Permanentmagnet aufweist. Durch eine Abstoßung zwischen den Permanentmagneten wird eine Fluktuation der Schwebung unterdrückt.
Die WO 2016/023567 A1 beschreibt eine Führungseinrichtung zur gelenkigen Verbindung eines ersten Vorrichtungsteils mit einem zweiten Vorrichtungsteil. Dem ersten Vorrichtungsteil ist ein erster Gelenkteil zugeordnet und dem zweiten Vorrichtungsteil ist ein zweiter Gelenkteil zugeordnet. Das erste Gelenkteil und das zweite Gelenkteil bilden eine Magnetanordnung, die wenigstens einen Supraleiter und wenigstens einen Permanentmagneten umfasst und die für eine berührungslose linearbewegliche Lagerung ausgebildet ist.
Die DE 10 2005 005 706 A1 beschreibt eine Magnetschwebevorrichtung, bestehend aus mindestens zwei Supraleiterformkörper mit gespeicherten Magnetfeldkonfigurationen über einen magnetischen Führweg, wobei die mindestens zwei Supraleiterformkörper eine bei unterschiedlichem vertikalen Abstand zum Führweg und/oder eine bei unterschiedlicher horizontaler Lage gegenüber dem Führweg gespeicherte Magnetfeldkonfiguration aufweisen und in einer von ihrer Speicherposition abweichenden Position über dem Führweg mechanisch gehalten und miteinander verbunden sind.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, das eingangs genannte Verfahren so zu modifizieren, dass sich ein mit dem Verfahren konditioniertes Supraleiterschienensegment besonders gut für eine Übergabe des schwebend gelagerten Beförderungsschlittens von bzw. zu einem weiteren Supraleiterschienensegment eignet.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß wird zum Einprägen des Magnetfeldlinienverlaufs eine Einpräge-Magnetanordnung verwendet, deren Ausdehnung in Richtung der Beförderungsstrecke geringer ist als die Ausdehnung des Supraleiterschienensegment in Richtung der Beförderungsstrecke.
Durch die Verwendung einer solchen Einpräge-Magnetanordnung wird erzielt, dass das Supraleiterschienensegment an seinen Randbereichen bzw. seinen distalen Enden in Richtung der Beförderungsstrecke, insbesondere seinen Stirnseiten in Richtung der Beförderungsstrecke, eine abgeschwächte oder keine Konditionierung erfährt. Dies führt wiederum zu dem Vorteil, dass eine gleichmäßigere Übergabe des Beförderungsschlittens von bzw. zu einem weiteren Supraleiterschienensegment ermöglicht wird.
Wird stattdessen nämlich – entgegen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise – eine Einpräge-Magnetanordnung verwendet, deren Ausdehnung in Richtung der Beförderungsstrecke genauso groß wie oder größer als die Ausdehnung des Supraleiterschienensegments ist, so führt dies dazu, dass auch die Randbereiche bzw. die distalen Enden in Richtung der Beförderungsstrecke, insbesondere die Stirnseiten in Richtung der Beförderungsstrecke, des Supraleiterschienensegment konditioniert werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass ein Beförderungsschlitten, der bei der Übergabe von bzw. zu dem Supraleiterschienensegment die Randbereiche bzw. die distalen Enden überquert, in Richtung hin zu dem Supraleiterschienensegment gezogen wird, so dass keine gleichmäßige Übergabe erreicht werden kann.
Der verwendete Ausdruck „Ausdehnung in Richtung der Beförderungsstrecke” soll insbesondere die größte Abmessung in Richtung der Beförderungsstrecke bezeichnen. In dem Fall, in dem die Längsrichtung eines Körpers und die Richtung der Beförderungsstrecke übereinstimmen, ist die „Ausdehnung in Richtung der Beförderungsstrecke” beispielsweise die Länge des Körpers.
Mit dem vorstehend genannten „Einprägen eines Magnetfeldlinienverlaufs in ein Supraleiterschienensegment” ist die an sich bekannte Vorgehensweise gemeint, zur Erzielung des Flussverankerungseffekts (auch als „Flux-Pinning” bekannt) in dem Supraleiterschienensegment Flussschläuche zu erzeugen, deren Verlauf dem Verlauf des Magnetfelds entspricht, das das Supraleiterschienensegment durchdringt. Der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf kann auch als Magnetfeldprofil bezeichnet werden.
Bei dem genannten Flux-Pinning- bzw. dem Flussverankerungs-Effekt nimmt eine Magnetanordnung relativ zu dem konditionierten Supraleiterschienensegment eine Vorzugsposition ein, bei der der Magnetfeldlinienverlauf des das Supraleiterschienensegment durchdringenden Magnetfelds der Magnetanordnung mit dem eingeprägten Magnetfeldlinienverlauf übereinstimmt bzw. dieselbe Ausrichtung wie der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf aufweist.
Solange das Supraleiterschienensegment auf oder unter seiner Sprungtemperatur gehalten wird, ist die Magnetanordnung bestrebt, die Übereinstimmung zwischen dem Magnetfeldlinienverlauf des das Supraleiterschienensegment durchdringenden Magnetfelds und dem in dem Supraleiterschienensegment eingespeicherten Magnetfeldlinienverlauf beizubehalten. Die Magnetanordnung nimmt relativ zu dem Supraleiterschienensegment eine Position ein, bei der sich der Magnetfeldlinienverlauf des Magnetfelds und der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf entsprechen.
Zur Nutzung des beschriebenen Effekts eignen sich insbesondere Supraleiter zweiter Art, wie z. B. keramische Hochtemperatursupraleiter. Als Beispiele für derartige Supraleiter seien hier YBaCuO (Yttrium-Barium-Kupferoxid) und BiSrCaCuO (Bismut-Strontium-Kalzium-Kupferoxid) genannt.
Die Magnetanordnung kann beispielsweise einen oder mehrere Permanentmagnete und/oder einen oder mehrere Elektromagnete umfassen. Die genannte Ausdehnung der Magnetanordnung ist insbesondere die Ausdehnung desjenigen räumlichen Bereichs der Magnetanordnung, in dem ein oder mehrere Magnetfelder erzeugt werden. Bei Permanentmagneten ist die genannte Ausdehnung z. B. die Ausdehnung des permanent magnetisierten Bereichs. Bei Elektromagneten ist die genannte Ausdehnung z. B. die Ausdehnung desjenigen Bereichs, der von den Magnetfeld-erzeugenden Spulen eingenommen wird.
Die Richtung der Beförderungsstrecke ist insbesondere diejenige Richtung, in der der schwebend gelagerte Beförderungsschlitten die geringsten Gegenkräfte erfährt. Die Richtung der Beförderungsstrecke wird durch den in dem Supraleiterschienensegment eingeprägten Magnetfeldlinienverlauf bestimmt. Insbesondere ist die Richtung der Beförderungsstrecke diejenige Richtung, in der der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf im Wesentlichen homogen bzw. konstant ist. Bei der schwebenden Lagerung handelt es sich insbesondere um eine lineare Lagerung.
Die Erfindung weiterbildende Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Einpräge-Magnetanordnung und/oder das Supraleiterschienensegment länglich ausgebildet. Insbesondere wird die Einpräge-Magnetanordnung bei dem Schritt des Positionierens so positioniert, dass die Längsachse der Einpräge-Magnetanordnung parallel zu der gewünschten Beförderungsstrecke ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist auch die Längsachse des Supraleiterschienensegments parallel zu der Beförderungsstrecke ausgerichtet. Zweckmäßigerweise ist die Länge der Einpräge-Magnetanordnung geringer als die Länge des Supraleiterschienensegments. Diese Ausgestaltung stellt den besonders einfachen Fall dar, bei dem die Längsrichtung der Einpräge-Magnetanordnung bzw. die Längsrichtung des Supraleiterschienensegments und die Richtung der Beförderungsstrecke identisch sind. In diesem Fall kann der erfindungsgemäße Vorteil dadurch erzielt werden, dass zum Einprägen des Magnetfeldlinienverlaufs eine Einpräge-Magnetanordnung verwendet wird, die kürzer ist als das Supraleiterschienensegment.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Supraleiterschienenanordnung wenigstens zwei Supraleiterschienensegmente. Vorzugsweise sind die beiden Supraleiterschienensegmente in Richtung der Beförderungsstrecke beabstandet zueinander angeordnet. Insbesondere stellen die wenigstens zwei Supraleiterschienensegmente die Beförderungsstrecke bereit. Es hat sich herausgestellt, dass der erfindungsgemäße Ansatz bei einer solchen Konfiguration besonders vorteilhaft ist, da es gerade bei zueinander beabstandeten Supraleiterschienensegmenten in der Regel schwierig ist, eine optimale Übergabe des Beförderungsschlittens zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist jedes Supraleiterschienensegment in einem eigenen Kryostaten untergebracht. In diesem Fall sind die Supraleiterschienensegmente voneinander beabstandet, so dass der erfindungsgemäße Ansatz hier besonders vorteilhaft ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Einpräge-Magnetanordnung bei dem Schritt des Positionierens in Richtung der Beförderungsstrecke mittig zu dem Supraleiterschienensegment positioniert. Auf diese Weise wird erzielt, dass an beiden distalen Enden des Supraleiterschienensegments ein maximal großer Bereich nicht oder nur abgeschwächt konditioniert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Einpräge-Magnetanordnung wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Magnetabschnitte entgegengesetzter Magnetisierung auf. Vorzugsweise wird die Einpräge-Magnetanordnung bei dem Schritt des Positionierens so positioniert, dass die Magnetabschnitte parallel zu der Richtung der gewünschten Beförderungsstrecke verlaufen. Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein Magnetfeldlinienverlauf in das Supraleiterschienensegment eingeprägt werden, der eine verbesserte Stabilisierung des Beförderungsschlittens in Richtung senkrecht zur Beförderungsstrecke bereitstellt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Differenz zwischen der Ausdehnung des Supraleiterschienensegments in Richtung der Beförderungsstrecke und der Ausdehnung der Einpräge-Magnetanordnung in Richtung der Beförderungsstrecke größer gleich dem doppelten Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetabschnitten. Es hat sich herausgestellt, dass ein mit einer solchen Einpräge-Magnetanordnung konditioniertes Supraleiterschienensegment besonders gut für eine möglichst gleichmäßige Übergabe des Beförderungsschlittens geeignet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Einrichten einer wenigstens ein Supraleiterschienensegment umfassenden Supraleiterschienenanordnung, so dass diese zumindest einen Teil einer Beförderungsstrecke bereitstellt, entlang der ein relativ zur Supraleiterschienenanordnung schwebend gelagerter Beförderungsschlitten bewegbar ist, umfassend eine relativ zum Supraleiterschienensegment in eine Einpräge-Position positionierbare Einpräge-Magnetanordnung zum Einprägen eines von der Einpräge-Magnetanordnung bereitgestellten Magnetfeldlinienverlaufs in das Supraleiterschienensegment. Erfindungsgemäß ist vorgehen, dass die Ausdehnung der Einpräge-Magnetanordnung in Richtung der Beförderungsstrecke geringer ist als die Ausdehnung des Supraleiterschienensegments in Richtung der Beförderungsstrecke. Mit einem derart ausgestalteten System kann der vorstehend bereits erläuterte Vorteil erzielt werden – nämlich eine Konditionierung des Supraleiterschienensegments, so dass es besonders gut für eine gleichmäßige Übergabe des Beförderungsschlittens geeignet ist.
Das System kann insbesondere dazu verwendet werden, das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen. Ferner kann das System zweckmäßigerweise gemäß einer der Ausgestaltungen ausgebildet sein, die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Supraleiterschienenanordnung zur Bereitstellung zumindest eines Teils einer Beförderungsstrecke, entlang der ein relativ zur Supraleiterschienenanordnung schwebend gelagerter Beförderungsschlitten bewegbar ist, umfassend ein Supraleiterschienensegment mit einem eingeprägten Magnetfeldlinienverlauf. Erfindungsgemäß entspricht der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf dem Magnetfeldlinienverlauf einer Einpräge-Magnetanordnung, deren Ausdehnung in Richtung der Beförderungsstrecke geringer ist als die Ausdehnung des Supraleiterschienensegments in Richtung der Beförderungsstrecke, in einem Zustand, in dem die Einpräge-Magnetanordnung in einer Einpräge-Position relativ zu dem Supraleiterschienensegment positioniert ist.
Eine derartige Supraleiterschienenanordnung kann beispielsweise mittels des vorstehend genannten Verfahrens oder Systems bzw. den vorstehend genannten Ausgestaltungen davon bereitgestellt werden. Der Aspekt, dass der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf dem der genannten Einpräge-Magnetanordnung entspricht, kann sich insbesondere dadurch manifestieren, dass an den distalen Enden bzw. den Randbereichen des Supraleiterschienensegments in Richtung der Beförderungsstrecke, insbesondere an dessen Stirnseiten in Richtung der Beförderungsstrecke, kein Magnetfeldlinienverlauf eingeprägt ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Beförderungssystem umfassend die vorstehend genannte Supraleiterschienenanordnung sowie einen Beförderungsschlitten mit einer Schlitten-Magnetanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Schlitten-Magnetanordnung in Richtung der Beförderungsstrecke größer als die Ausdehnung der Einpräge-Magnetanordnung in Richtung der Beförderungsstrecke und/oder größer gleich der Ausdehnung des Supraleiterschienensegments in Richtung der Beförderungsstrecke ist.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Beförderungssystems,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems zum Einrichten einer Supraleiterschienenanordnung,
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Beförderungssystems,
4 eine schematische Darstellung einer Einpräge-Magnetanordnung,
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einrichten einer Supraleiterschienenanordnung.
Die 1 zeigt ein Beförderungssystem 22 mit einer Supraleiterschienenanordnung 2 und einem Beförderungsschlitten 4. Der Beförderungsschlitten 4 ist gegenüber der Supraleiterschienenanordnung 2 schwebend gelagert und kann relativ zur Supraleiterschienenanordnung 2 entlang einer Beförderungsstrecke 3 bewegt werden. Der Beförderungsschlitten 4 dient beispielsweise dazu, ein in den Figuren nicht gezeigtes Beförderungsgut von einer ersten Position zu einer zweiten Position entlang der Beförderungsstrecke 3 zu befördern.
Für den Antrieb des Beförderungsschlittens 4 kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Antriebseinrichtung, beispielsweise ein bekannter elektromagnetischer, mechanischer oder pneumatischer Linearantrieb verwendet werden.
Die Beförderungsstrecke 3 verläuft im gezeigten Beispiel entlang einer Geraden, kann alternativ oder zusätzlich dazu aber auch eine oder mehrere Kurven umfassen.
Die Beförderungsstrecke 3 verläuft parallel zu der in den Figuren eingezeichneten x-Richtung. Orthogonal zu der x-Richtung verläuft die z-Richtung. Im gezeigten Beispiel ist der Beförderungsschlitten 4 in z-Richtung von der Supraleiterschienenanordnung beabstandet. Orthogonal zu der x-Richtung und der z-Richtung verläuft die y-Richtung. Diese ist z. B. in der 4 eingezeichnet.
Der Beförderungsschlitten 4 umfasst eine Schlitten-Magnetanordnung 23. Im gezeigten Beispiel besteht der Beförderungsschlitten 4 aus der Schlitten-Magnetanordnung 23; alternativ dazu kann der Beförderungsschlitten 4 auch einen Schlittenkörper aufweisen, an dem die Schlitten-Magnetanordnung 23 befestigt ist. Der Beförderungsschlitten 4 bzw. die Schlitten-Magnetanordnung 23 ist exemplarisch quaderförmig ausgebildet.
Die Supraleiterschienenanordnung 2 umfasst zwei Supraleiterschienensegmente 1, 15, die entlang der Beförderungsstrecke 3 angeordnet sind. Die beiden Supraleiterschienensegmente 1, 15 sind in Richtung der Beförderungsstrecke 3 beabstandet zueinander angeordnet. Die beiden Supraleiterschienensegmente 1, 15 stellen die Beförderungsstrecke 3 bereit. Abweichend von dem gezeigten Beispiel kann die Supraleiterschienenanordnung 2 auch mehr oder weniger Supraleiterschienensegmente umfassen, die zusammen die Beförderungsstrecke 3 bereitstellen.
Die Supraleiterschienensegmente 1, 15 können jeweils aus einem einzigen Supraleiterelement bestehen. Vorzugsweise weist das Supraleiterelement dabei die Form einer Platte auf, deren größte Oberfläche insbesondere parallel zur Beförderungsstrecke 3 ausgerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Supraleiterschienensegmente 1, 15 auch jeweils eine Vielzahl von Supraleiterelementen umfassen.
Im gezeigten Beispiel ist jedes der beiden Supraleiterschienensegmente 1, 15 in einem jeweiligen Kryostaten 16, 17 untergebracht. Die Kryostaten 16, 17 dienen dazu, die Supraleiterschienensegmente 1, 15 auf oder unter ihre Sprungtemperatur zu temperieren, insbesondere zu kühlen. Alternativ zu dem gezeigten Beispiel können jedoch auch mehrere, zweckmäßigerweise auch sämtliche, Supraleiterschienensegmente in ein und demselben Kryostaten untergebracht sein.
Die schwebende Lagerung des Beförderungsschlittens 4 wird durch eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Schlitten-Magnetanordnung 23 und den Supraleiterschienensegmenten 1, 15 erzielt. Diese kontaktlos kraftübertragende Kopplung beruht insbesondere auf dem Flux-Pinning- bzw. dem Flussverankerungs-Effekt. Die erwähnte kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Schlitten-Magnetanordnung 23 und den Supraleiterschienensegmenten 1, 15 setzt voraus, dass jedes der Supraleiterschienensegmente 1, 15 in einer bestimmten Weise konditioniert wird. Die Konditionierung eines Supraleiterschienensegments wird hier auch als Einrichten der Supraleiterschienenanordnung 2 bezeichnet.
Die 2 zeigt ein System 31, das dazu verwendet werden kann, die Supraleiterschienensegmente 1, 15 zu konditionieren. Im gezeigten Beispiel wird das Supraleiterschienensegment 1 konditioniert. Das System 31 umfasst eine Supraleiterschienenanordnung 2, die in diesem Fall nur das Supraleiterschienensegment 1 aufweist. Die Supraleiterschienenanordnung 2 kann aber natürlich auch zwei oder mehr Supraleiterschienensegmente aufweisen.
Das System 31 dient dazu, das Supraleiterschienensegment 1 so zu konditionieren, dass ein gegenüber dem Supraleiterschienensegment 1 schwebend gelagerter, in der 2 nicht gezeigter Beförderungsschlitten entlang einer Beförderungsstrecke 3 bewegbar ist. Das Supraleiterschienensegment soll insbesondere so konditioniert werden, dass die Supraleiterschienenanordnung 2 zumindest einen Teil der Beförderungsstrecke 3 bereitstellt.
Hierzu muss in das Supraleiterschienensegment 1 ein Magnetfeldlinienverlauf eingeprägt werden, der in Richtung der Beförderungsstrecke 3 im Wesentlichen homogen ist, so dass eine Bewegung in dieser Richtung ohne signifikante Gegenkräfte möglich ist. Zweckmäßigerweise sollte darüber hinaus der Magnetfeldlinienverlauf in alle anderen Richtungen im Wesentlichen inhomogen sein, so dass bei Bewegungen in die anderen Richtungen Gegenkräfte hervorgerufen werden, die den Beförderungsschlitten 4 stabil auf der Beförderungsstrecke 3 halten.
Das Supraleiterschienensegment 1 soll nun insbesondere derart konditioniert werden, dass für den Fall, dass die Beförderungsstrecke 3 über mehrere Supraleiterschienensegmente 1, 15 hinweg läuft, eine Übergabe des Beförderungsschlittens 4 von einem Supraleiterschienensegment 1 zu einem nächsten Supraleiterschienensegment 15 möglichst optimal erfolgen kann. Insbesondere soll verhindert werden, dass der Beförderungsschlitten 4 bei der Übergabe zwischen zwei Supraleiterschienensegmenten 1, 15 in Richtung senkrecht zu der Beförderungsstrecke 3 – also in z-Richtung – hin zu den Supraleiterschienensegmenten 1, 15 gezogen wird.
Zur Erzielung einer solchen Konditionierung des Supraleitersegments 1 verfügt das System 31 über eine Einpräge-Magnetanordnung 6. Die Einpräge-Magnetanordnung 6 stellt ein Magnetfeld bereit, dessen Magnetfeldlinienverlauf dem Magnetfeldlinienverlauf entspricht, der dem Supraleiterschienensegment eingeprägt werden soll. Die Einpräge-Magnetanordnung 6 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das von ihr bereitgestellte Magnetfeld in einer bestimmten Richtung im Wesentlichen homogen ist. Durch diese Richtung kann die Richtung der Beförderungsstrecke 3 festgelegt werden. Die Einpräge-Magnetanordnung 6 umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Permanentmagnete. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Einpräge-Magnetanordnung 6 auch Elektromagnete – also Spulen zur Erzeugung eines Magnetfelds – umfassen.
Die Einpräge-Magnetanordnung 6 kann relativ zum Supraleiterschienensegment 1 positioniert werden, und zwar in einer Einpräge-Position. Die Einpräge-Position hängt von der gewünschten Richtung der Bewegungsstrecke 3 ab. Zweckmäßigerweise wird die Einpräge-Position derart gewählt, dass in der Einpräge-Position das Magnetfeld der Einpräge-Magnetanordnung 6 das Supraleiterschienensegment 1 durchdringt und dass der Magnetfeldlinienverlauf des Magnetfelds, das das Supraleiterschienensegment 1 durchdringt, in Richtung der gewünschten Bewegungsstrecke 3 im Wesentlichen homogen ist. Zweckmäßigerweise ist die Einpräge-Magnetanordnung 6 in der Einpräge-Position insbesondere in z-Richtung so zu dem Supraleiterschienensegment 1 positioniert, wie später auch der zu befördernde Beförderungsschlitten 4 positioniert sein soll.
In der Einpräge-Position ist die Ausdehnung 8 der Einpräge-Magnetanordnung 6 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 geringer als die Ausdehnung 9 des Supraleiterschienensegments 1 in Richtung der Beförderungsstrecke 3.
Durch die Verwendung einer solchen Einpräge-Magnetanordnung 6 wird bewirkt, dass das Supraleiterschienensegment an seinen Randbereichen 27, 28 bzw. seinen distalen Enden, insbesondere seinen Stirnseiten 29, 30, in Richtung der Beförderungsstrecke 3 eine abgeschwächte oder keine Konditionierung erfährt. Zweckmäßigerweise wird an diesen Randbereichen 27, 28 bzw. den distalen Enden, insbesondere den Stirnseiten 29 30, kein Magnetfeldlinienverlauf eingeprägt. Dies führt zu dem Vorteil, dass eine gleichmäßigere Übergabe des Beförderungsschlittens von bzw. zu einem weiteren Supraleiterschienensegment 15 ermöglicht wird.
Zur Positionierung der Einpräge-Magnetanordnung 6 kann beispielsweise eine in den Figuren nicht gezeigte Positioniereinrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, die Einpräge-Magnetanordnung 6 in die Einpräge-Position zu versetzen.
In dem Ausführungsbeispiel der 2 befindet sich die Einpräge-Magnetanordnung 6 in einer exemplarischen Einpräge-Position, in der die Einpräge-Magnetanordnung 6 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 mittig zu dem Supraleiterschienensegment 1 positioniert wird.
Ferner weisen die Einpräge-Magnetanordnung 6 und das Supraleiterschienensegment 1 in dem Ausführungsbeispiel der 2 eine exemplarische Ausgestaltung auf, gemäß welcher die Einpräge-Magnetanordnung 6 und das Supraleiterschienensegment 1 länglich ausgebildet sind. Die Einpräge-Magnetanordnung 6 ist in einer Einpräge-Position positioniert, in der die Längsachse 11 der Einpräge-Magnetanordnung 6 parallel zu der gewünschten Beförderungsstrecke 3 ausgerichtet ist. Die Längsachse 12 des Supraleiterschienensegments 12 ist parallel zu der Beförderungsstrecke 3 ausgerichtet. In diesem Fall ist die vorgenannte „Ausdehnung in Richtung der Beförderungsstrecke” jeweils die Länge der Einpräge-Magnetanordnung 6 bzw. des Supraleiterschienensegments 1. Die Länge 13 der Einpräge-Magnetanordnung 6 ist kürzer als die Länge 14 des Supraleiterschienensegments 1. Exemplarisch sind die Einpräge-Magnetanordnung 6 und das Supraleiterschienensegment 1 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils quaderförmig ausgebildet.
Werden die Supraleiterschienensegmente 1, 15 der in der 1 gezeigten Supraleiterschienenanordnung 2 nun auf die vorstehend beschriebene Weise konditioniert, so kann die Übergabe des Beförderungsschlittens 4 von einem der Supraleiterschienensegmente 1, 15 auf ein anderes der Supraleiterschienensegmente verbessert werden. Insbesondere kann verhindert werden, dass der Beförderungsschlitten 4 bei der Übergabe in Richtung senkrecht zu der Beförderungsstrecke 2 hin zu den Supraleiterschienensegmenten 1, 15 gezogen wird.
Eine derart eingerichtete Supraleiterschienenanordnung 2 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der in dem Supraleiterschienensegment 1 eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf dem Magnetfeldlinienverlauf einer Einpräge-Magnetanordnung 6 entspricht, deren Ausdehnung 8 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 geringer ist als die Ausdehnung 9 des Supraleiterschienensegments 1 in Richtung der Beförderungsstrecke 3, in einem Zustand, in dem die Einpräge-Magnetanordnung 6 in einer Einpräge-Position relativ zu dem Supraleiterschienensegment 1 positioniert ist.
Dies bedeutet insbesondere, dass der in dem Supraleiterschienensegment 1 eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf derart ausgestaltet ist, dass er nicht bis in die Randbereiche bzw. distalen Enden, insbesondere nicht bis in die Stirnseiten, in Richtung der Bewegungsstrecke 3, hineinreicht. Zweckmäßigerweise ist in den Randbereichen bzw. distalen Enden, insbesondere den Stirnseiten, kein Magnetfeldlinienverlauf eingeprägt.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Beförderungssystems. Das Beförderungssystem der 3 entspricht dem Beförderungssystem 22 der 1 mit dem Unterschied, dass das Beförderungssystem der 3 nur ein Supraleiterschienensegment 1 aufweist. Ferner ist in der 3 der Beförderungsschlitten 4 an dem Supraleiterschienensegment 1 ausgerichtet, so dass ersichtlich ist, dass der Beförderungsschlitten 4 bzw. dessen Schlitten-Magnetanordnung 23 und das Supraleiterschienensegment 1 dieselbe Ausdehnung 24, 9 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 aufweisen. Die Ausdehnung 24 der Schlitten-Magnetanordnung 23 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 ist folglich größer als die in der 2 gezeigte Ausdehnung 8 der Einpräge-Magnetanordnung 6 in Richtung der Beförderungsstrecke 3.
Die 3 dient ferner zur Illustration eines konventionellen System zur Einrichtung einer Supraleiterschienenanordnung 2. Konventionell wurde nämlich als Einpräge-Magnetanordnung die Schlitten-Magnetanordnung 23 des Beförderungsschlittens 4 oder eine mit dieser Schlitten-Magnetanordnung 23 baugleiche Magnetanordnung verwendet. Demnach wurde zum Einprägen des Magnetfeldlinienverlaufs eine Magnetanordnung verwendet, die in Richtung der Beförderungsstrecke 3 in etwa dieselbe Ausdehnung aufweist wie das Supraleiterschienensegment 1. Dies führt jedoch, wie vorstehend bereits erwähnt, zu Problemen bei der Übergabe des Beförderungsschlittens 4.
Die 4 zeigt die erfindungsgemäße Einpräge-Magnetanordnung 6 in einer y-z-Ansicht. Exemplarisch verfügt die Einpräge-Magnetanordnung 6 über drei parallel zueinander verlaufende Magnetabschnitte 18, 19, 20. Die Magnetabschnitte 18, 19, 20 verlaufen jeweils in x-Richtung. Benachbarte Magnetabschnitte 18 und 19 bzw. 19 und 20 sind jeweils zueinander entgegengesetzt magnetisiert. Im gezeigten Beispiel verläuft die Magnetisierung der Magnetabschnitte 18, 19, 20 in z-Richtung und damit senkrecht zur Beförderungsstrecke 3. Die Magnetisierungen der Magnetabschnitte 18, 19, 20 werden in der 4 durch jeweilige Pfeile angedeutet. Zwei benachbarte Magnetabschnitte sind jeweils mit einem Abstand 21 in y-Richtung zueinander angeordnet. Die Magnetabschnitte 18, 19, 20 umfassen vorzugsweise Permanentmagnete und/oder Elektromagnete. Im gezeigten Beispiel umfasst jeder Magnetabschnitt 18, 19, 20 einen stabförmigen Permanentmagneten.
Die Magnetabschnitte 18, 19, 20 sind exemplarisch länglich ausgebildet; die Längsrichtung der Magnetabschnitte 18, 19, 20 verläuft in x-Richtung und damit senkrecht zur Zeichnungsebene. In Längsrichtung ist die Magnetisierung der Magnetabschnitte 18, 19, 20 konstant, so dass das von den Magnetabschnitten 18, 19, 20 bereitgestellte Magnetfeld in Längsrichtung im Wesentlichen homogen ist.
Wird der Magnetfeldlinienverlauf dieses Magnetfelds in das Supraleiterschienensegment 1, 15 eingeprägt, so ergibt sich die Richtung der Beförderungsstrecke 3 als die Richtung, in der der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf homogen ist. Im gezeigten Beispiel stimmt diese Richtung mit der Längsrichtung der Einpräge-Magnetanordnung 6 bzw. der Längsrichtung der Magnetabschnitte 18, 19, 20 überein.
Zum Einprägen des Magnetfeldlinienverlaufs wird die Einpräge-Magnetanordnung 6 dementsprechend in eine Einpräge-Position versetzt, in der die Magnetabschnitte 18, 19, 20 parallel zu bzw. in Richtung der gewünschten Beförderungsstrecke 3 verlaufen.
Vorzugsweise sind die Ausdehnungen 8, 9 der Einpräge-Magnetanordnung 6 und des Supraleiterschienensegments 1 in Abhängigkeit von dem Abstand 21 zwischen den Magnetabschnitten 18, 19, 20 gewählt. Insbesondere sind die Ausdehnungen 8, 9 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 so gewählt, dass die Differenz zwischen der Ausdehnung 9 des Supraleiterschienensegments 1 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 und der Ausdehnung 8 der Einpräge-Magnetanordnung 6 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 gleich dem doppelten Abstand 21 zwischen zwei benachbarten Magnetabschnitten 18 und 19 bzw. 19 und 20 ist. Beträgt beispielsweise die Ausdehnung 9 des Supraleiterschienensegments 1 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 200 mm und der Abstand zwischen zwei benachbarten Magnetabschnitten 18, 19, 20 10 mm, so ergibt sich eine Ausdehnung 8 der Einpräge-Magnetanordnung 6 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 von 180 mm.
Die Schlitten-Magnetanordnung 23 eines Beförderungsschlittens 4, der auf Supraleiterschienensegment 1, das mittels einer Einpräge-Magnetanordnung 6 konditioniert wurde, schwebend gelagert werden soll, ist vorzugsweise in Entsprechung zu der Einpräge-Magnetanordnung 6 ausgebildet. Insbesondere ist eine solche Schlitten-Magnetanordnung 23 in ihrem y-z-Schnitt bzw. ihrem Querschnitt senkrecht zur Richtung der Beförderungsstrecke 3 identisch zu der Einpräge-Magnetanordnung 6 ausgebildet, mit der das Supraleiterschienensegment 1 konditioniert wurde.
Wird die in der 4 gezeigte Einpräge-Magnetanordnung 6 zur Konditionierung des Supraleiterschienensegments 1 verwendet, so kann die Schlitten-Magnetanordnung 23 in ihrem y-z-Schnitt baugleich zu dieser Einpräge-Magnetanordnung 6 ausgeführt sein.
Grundsätzlich kann die Schlitten-Magnetanordnung 23 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 jedoch eine größere Ausdehnung als die Einpräge-Magnetanordnung 6 aufweisen. So weist die in den 1 und 3 gezeigte Schlitten-Magnetanordnung 23 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 eine Ausdehnung 24 auf, die größer ist als die Ausdehnung 8 der in der 2 gezeigten Einpräge-Magnetanordnung 6. Darüber hinaus kann die Ausdehnung 24 der Schlitten-Magnetanordnung 23 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 auch größer oder gleich der Ausdehnung 8 des Supraleiterschienensegments 1 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 sein.
In dem Fall, in dem die Schlitten-Magnetanordnung 23 länglich ausgebildet ist und mit ihrer Längsachse 26 parallel zur Beförderungsstrecke 3 ausgerichtet ist, kann die Länge 25 der Schlitten-Magnetanordnung 23 länger sein als die Länge 13 der Einpräge-Magnetanordnung 6. Darüber hinaus kann die Länge 25 der Schlitten-Magnetanordnung 23 auch gleich lang oder länger sein als die Länge 14 des Supraleiterschienensegments 1.
Die 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 10 zum Einrichten der Supraleiterschienenanordnung 2. Durch die Einrichtung der Supraleiterschienenanordnung 2 soll die Beförderungsstrecke 3 bzw. zumindest ein Teil davon definiert werden. Entlang der Beförderungsstrecke 3 soll der relativ zur Supraleiterschienenanordnung 2 schwebend gelagerter Beförderungsschlitten 4 bewegbar sein. Das Verfahren 10 kann insbesondere mithilfe des in der 2 gezeigten Systems 31 durchgeführt werden.
Das Verfahren 10 umfasst einen Schritt 5, in dem die Einpräge-Magnetanordnung 6 in eine Einpräge-Position relativ zu dem Supraleiterschienensegment 1 positioniert wird.
Ferner umfasst das Verfahren 10 einen Schritt 7, in dem der von der Einpräge-Magnetanordnung 6 bereitgestellte Magnetfeldlinienverlauf in das Supraleiterschienensegment 1 eingeprägt wird.
Die Einprägung des Magnetfeldlinienverlaufs in das Supraleiterschienensegment 1 kann dadurch erfolgen, dass das Supraleiterschienensegment 1 in einem Zustand, in dem es bereits von dem Magnetfeld, dessen Magnetfeldlinienverlauf einzuprägen ist, durchdrungen wird, von einer Temperatur oberhalb seiner Sprungtemperatur auf seine Sprungtemperatur oder darunter abgekühlt wird. Diese Abkühlung kann beispielsweise mit Hilfe des Kryostaten 16, 17 erfolgen, in dem sich das zu konditionierende Supraleiterschienensegment 1, 15 befindet.
Erfindungsgemäß ist in der Einpräge-Position die Ausdehnung 8 der Einpräge-Magnetanordnung 6 in Richtung der Beförderungsstrecke 3 geringer als die Ausdehnung 9 des Supraleiterschienensegments 1 in Richtung der Beförderungsstrecke 3.

Claims

Verfahren (10) zum Einrichten einer wenigstens ein Supraleiterschienensegment (1) umfassenden Supraleiterschienenanordnung (2), so dass diese zumindest einen Teil einer Beförderungsstrecke (3) bereitstellt, entlang der ein relativ zur Supraleiterschienenanordnung (2) schwebend gelagerter Beförderungsschlitten (4) bewegbar ist, umfassend die Schritte: Positionieren (5) einer Einpräge-Magnetanordnung (6) in eine Einpräge-Position relativ zu dem Supraleiterschienensegment (1) und Einprägen (7) eines von der Einpräge-Magnetanordnung (6) bereitgestellten Magnetfeldlinienverlaufs in das Supraleiterschienensegment (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung (8) der Einpräge-Magnetanordnung (6) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) geringer ist als die Ausdehnung (9) des Supraleiterschienensegments (1) in Richtung der Beförderungsstrecke (3).
Verfahren (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpräge-Magnetanordnung (6) und das Supraleiterschienensegment (1) länglich ausgebildet sind, die Einpräge-Magnetanordnung (6) bei dem Schritt des Positionierens (5) so positioniert wird, dass die Längsachse (11) der Einpräge-Magnetanordnung (6) parallel zu der Beförderungsstrecke (3) ausgerichtet ist, die Längsachse (12) des Supraleiterschienensegments (12) parallel zu der Beförderungsstrecke (3) ausgerichtet ist und die Länge (13) der Einpräge-Magnetanordnung (6) geringer ist als die Länge (14) des Supraleiterschienensegments (1).
Verfahren (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Supraleiterschienenanordnung (2) wenigstens zwei Supraleiterschienensegmente (1, 15) umfasst, die in Richtung der Beförderungsstrecke (3) beabstandet zueinander angeordnet sind.
Verfahren (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Supraleiterschienensegment (1, 15) in einem eigenen Kryostaten (16, 17) untergebracht ist.
Verfahren (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpräge-Magnetanordnung (6) bei dem Schritt des Positionierens (5) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) mittig zu dem Supraleiterschienensegment (1) positioniert wird.
Verfahren (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpräge-Magnetanordnung (6) wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Magnetabschnitte (18, 19, 20) entgegengesetzter Magnetisierung aufweist, wobei die Einpräge-Magnetanordnung (6) bei dem Schritt des Positionierens (5) so positioniert wird, dass die Magnetabschnitte (18, 19, 20) parallel zu der Beförderungsstrecke (3) verlaufen.
Verfahren (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Ausdehnung (9) des Supraleiterschienensegments (1) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) und der Ausdehnung (8) der Einpräge-Magnetanordnung (6) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) gleich dem doppelten Abstand (21) zwischen zwei benachbarten Magnetabschnitten (18, 19, 20) ist.
System (31) zum Einrichten einer wenigstens ein Supraleiterschienensegment (1) umfassenden Supraleiterschienenanordnung (2), so dass diese zumindest einen Teil einer Beförderungsstrecke (3) bereitstellt, entlang der ein relativ zur Supraleiterschienenanordnung (2) schwebend gelagerter Beförderungsschlitten (4) bewegbar ist, umfassend eine relativ zum Supraleiterschienensegment (1) in eine Einpräge-Position positionierbare Einpräge-Magnetanordnung (6) zum Einprägen eines von der Einpräge-Magnetanordnung (6) bereitgestellten Magnetfeldlinienverlaufs in das Supraleiterschienensegment (1), dadurch gekennzeichnet, dass in der Einpräge-Position die Ausdehnung (8) der Einpräge-Magnetanordnung (6) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) geringer ist als die Ausdehnung (9) des Supraleiterschienensegments (1) in Richtung der Beförderungsstrecke (3).
Supraleiterschienenanordnung (2) zur Bereitstellung zumindest eines Teils einer Beförderungsstrecke (3), entlang der ein relativ zur Supraleiterschienenanordnung (2) schwebend gelagerter Beförderungsschlitten (4) bewegbar ist, umfassend ein Supraleiterschienensegment (1) mit einem eingeprägten Magnetfeldlinienverlauf, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf dem Magnetfeldlinienverlauf einer Einpräge-Magnetanordnung (6) entspricht, deren Ausdehnung (8) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) geringer ist als die Ausdehnung (9) des Supraleiterschienensegments (1) in Richtung der Beförderungsstrecke (3), in einem Zustand, in dem die Einpräge-Magnetanordnung (6) in einer Einpräge-Position relativ zu dem Supraleiterschienensegment (1) positioniert ist.
Beförderungssystem (22) umfassend eine Supraleiterschienenanordnung (2) nach Anspruch 9 sowie einen Beförderungsschlitten (4) mit einer Schlitten-Magnetanordnung (23), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung (24) der Schlitten-Magnetanordnung (23) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) größer als die Ausdehnung (8) der Einpräge-Magnetanordnung (6) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) und/oder größer gleich der Ausdehnung (9) des Supraleiterschienensegments (1) in Richtung der Beförderungsstrecke (3) ist.