DE102018200474A1

DE102018200474A1 - Trageinrichtung und Transportsystem

Info

Publication number: DE102018200474A1
Application number: DE102018200474.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schauz; Frohmut Rösch; Markus Aegerter; Frederik Widmaier
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trageinrichtung für eine Bereitstellung von Magnetfeldern an ein Tragmittel (2) eines kontaktlosen Transportsystems (1), mit einer Magnetanordnung (6), die aus mehreren längs eines Bewegungswegs aufgereihten Magnetmitteln (7; 27; 47) gebildet ist, die jeweils für eine Bereitstellung eines magnetischen Flusses an einer Oberfläche (17) der Magnetanordnung (6) ausgebildet sind, um durch eine kontaktlose magnetische Wechselwirkung mit einem Tragmittel (2) jeweils einen Tragabstand (20) zwischen dem Tragmittel (2) und der Oberfläche (17) zu bestimmen. Erfindungsgemäß umfasst wenigstens eines der Magnetmittel (7; 27; 47) einen Permanentmagneten (8; 48, 49) und eine Umschalteinrichtung (10, 11), die dazu ausgebildet sind, in einer Funktionsstellung an der Oberfläche (17) einen ersten, für die Einhaltung des Tragabstands erforderlichen magnetischen Fluss bereitzustellen und in einer Ruhestellung an der Oberfläche (17) einen zweiten magnetischen Fluss bereitzustellen, der geringer als der erste magnetische Fluss ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trageinrichtung für eine Bereitstellung von Magnetfeldern an ein Tragmittel eines kontaktlosen Transportsystems, mit einer Magnetanordnung, die aus mehreren längs eines Bewegungswegs aufgereihten Magnetmitteln gebildet ist, die jeweils für eine Bereitstellung eines magnetischen Flusses an einer Oberfläche der Magnetanordnung ausgebildet sind, um durch eine kontaktlose magnetische Wechselwirkung mit einem Tragmittel jeweils einen Tragabstand zwischen dem Tragmittel und der Oberfläche zu bestimmen. Ferner betrifft die Erfindung ein Transportsystem.
Aus der DE 10 2015 222 678 A1 ist eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines Bewegungsmittels längs eines Bewegungswegs bekannt, wobei die Bewegungseinrichtung eine Führungsanordnung umfasst, der eine erste Magnetanordnung zugeordnet ist, und wobei die Führungsanordnung ein Bewegungsmittel umfasst, dem eine zweite Magnetanordnung zugeordnet ist, wobei eine der Magnetanordnungen einen Supraleiter umfasst und die andere der Magnetanordnungen wenigstens einen Permanentmagneten und/oder wenigstens eine Magnetspule umfasst, wobei der Supraleiter eine vorgebbare Magnetfeldprägung aufweist und wobei die Magnetanordnung mit dem Permanentmagneten und/oder der Magnetspule einen auf die Magnetfeldprägung des Supraleiters angepassten ersten Magnetflussbereich und einen zumindest zeitweilig abweichend von der Magnetfeldprägung des Supraleiters ausgebildeten zweiten Magnetflussbereich umfasst, wobei die magnetischen Wechselwirkungen jeweils für eine kontaktlose Bereitstellung von Tragkräften und/oder Antriebskräften von der Führungsanordnung auf das Bewegungsmittel dienen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Trageinrichtung sowie ein Transportsystem bereitzustellen, bei denen die Magnetanordnung an ihrer Oberfläche abseits des Tragmittels möglichst geringe magnetische Wechselwirkungen mit Gegenständen oder Personen hervorruft, die sich auf der Oberfläche der Magnetanordnung aufhalten.
Diese Aufgabe wird für eine Trageinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Magnetmittel einen Permanentmagneten und eine Umschalteinrichtung umfasst, die dazu ausgebildet sind, in einer Funktionsstellung an der Oberfläche einen ersten, für die Einhaltung des Tragabstands erforderlichen magnetischen Fluss bereitzustellen und in einer Ruhestellung an der Oberfläche einen zweiten magnetischen Fluss bereitzustellen, der geringer als der erste magnetische Fluss ist.
Bei einer solchen Trageinrichtung ist es vorteilhaft, dass der für die Einhaltung des Tragabstands erforderliche magnetische Fluss nur in einer unmittelbaren Umgebung eines Tragmittels bereitgestellt wird, das längs des Bewegungswegs durch die Magnetanordnung in einem vorgebbaren Tragabstand kontaktlos gegenüber der Magnetanordnung angeordnet sein soll. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Oberfläche der Magnetanordnung gleichbedeutend mit einer Bodenfläche ist, auf der sich Personen bewegen und Gegenstände bewegt oder gegebenenfalls auch abgestellt werden können. Um unerwünschte magnetische Wechselwirkungen zwischen den Magnetmitteln und diesen Personen oder den Gegenständen zu verhindern, ist wenigstens eines der Magnetmittel, das einen Permanentmagneten und eine Umschalteinrichtung umfasst, derart ausgebildet, dass es lediglich für den Fall, dass ein Tragmittel längs des Bewegungswegs kontaktlos bewegt werden soll, an der Oberfläche der Magnetanordnung den zur Einhaltung des gewünschten Tragabstands zwischen dem Tragmittel und der Oberfläche der Magnetanordnung erforderlichen erste magnetischen Fluss bereitstellt. Im Übrigen ist zu gewährleisten, dass abseits des Tragmittels ein erheblich geringerer zweiter magnetischer Fluss an der Oberfläche der Magnetanordnung vorliegt, von dem beispielsweise keine unerwünschten magnetischen Wechselwirkungen mit Gegenständen oder Personen zu erwarten sind.
Dementsprechend ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Permanentmagnet des Magnetmittels mit Hilfe der zugeordneten Umschalteinrichtung nur dann die Funktionsstellung einnimmt, wenn ein Tragmittel im Einflussbereich des jeweiligen Magnetmittels angeordnet ist, um hierbei den zur Einhaltung des Tragabstands erforderlichen ersten magnetischen Fluss bereitzustellen und ansonsten die Ruhestellung einnimmt, in der an der Oberfläche der Magnetanordnung lediglich der geringere, zweite magnetische Fluss vorliegt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßig ist es, wenn die Umschalteinrichtung ein Stellmittel umfasst, das für eine Bewegung des Permanentmagneten relativ zur Oberfläche der Magnetanordnung ausgebildet ist. Beispielhaft ist das Stellmittel als elektrischer Aktor, insbesondere als elektrischer Linearsteller, oder als fluidischer Aktor, insbesondere als Pneumatikzylinder, ausgebildet und ermöglicht bei Bereitstellung der jeweils erforderlichen Energieform eine, insbesondere lineare, Bewegung des Permanentmagneten. Hierzu ist vorzugsweise vorzusehen, dass das Stellmittel mit einer Steuereinrichtung verbunden ist oder zur Ansteuerung durch eine Steuereinrichtung und eine zwischengeschaltete Ventileinrichtung oder einen zwischengeschalteten elektrischen Motorcontroller ausgebildet ist. Hierbei dient die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der wenigstens einen Umschalteinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit von einer Position des Tragmittels längs des Bewegungswegs.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Stellmittel für eine Veränderung eines Abstands des Permanentmagneten gegenüber der Oberfläche der Magnetanordnung ausgebildet ist. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass die magnetische Flussdichte allein durch Vergrößerung eines Abstands zwischen dem Permanentmagneten und der Oberfläche der Magnetanordnung eine Abschwächung erfährt, wobei der Abschwächungseffekt bezogen auf die Abstandsveränderung überproportional ist. Somit kann durch eine Verlagerung des Permanentmagneten aus der Funktionsstellung, bei der der Permanentmagnet einen verschwindenden Abstand gegenüber der Oberfläche aufweisen kann, in die Ruhestellung, bei der der Permanentmagnet einen erheblichen Abstand gegenüber der Oberfläche aufweisen kann, die gewünschte Reduzierung des magnetischen Flusses an der Oberfläche der Magnetanordnung bewirkt werden. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass ein Abstand des Permanentmagneten von der Oberfläche der Magnetanordnung in der Funktionsstellung 10 Millimeter beträgt und in der Ruhestellung 40 Millimeter beträgt.
Bei einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umschalteinrichtung ein Flussleitmittel und ein Stellmittel umfasst, wobei das Stellmittel zur Einleitung einer Relativbewegung zwischen dem Flussleitmittel und dem Permanentmagneten ausgebildet ist und wobei das Flussleitmittel in der Funktionsstellung für eine zumindest lokale Flusskonzentration und/oder in der Ruhestellung für eine zumindest lokale Flussstreuung des vom Permanentmagneten bereitgestellten magnetischen Flusses ausgebildet ist. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung kann wahlweise vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet ortsfest angeordnet ist und das Stellmittel zur Einleitung einer Bewegung auf das Flussleitmittel ausgebildet ist, um durch diese Bewegung des Flussleitmittels die Veränderung des magnetischen Flusses herbeizuführen oder dass das Flussleitmittel ortsfest angeordnet ist und das Stellmittel zur Einleitung einer Bewegung auf den Permanentmagneten ausgebildet ist, um hierdurch die Veränderung des magnetischen Flusses herbeizuführen. Bei dem Flussleitmittel handelt es sich vorzugsweise um einen Festkörper aus einem Material, das magnetfeldleitende Eigenschaften aufweist. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass das Flussleitmittel ortsfest unmittelbar im Bereich der Oberfläche der Magnetanordnung angeordnet ist und der Permanentmagnet aus einer entfernt von der Oberfläche angeordneten Ruhestellung in eine benachbart zur Oberfläche angeordneten Funktionsstellung bewegt wird und hierbei eine Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Fluss des Permanentmagneten und dem Flussleitmittel eintritt, die zu einer Flusskonzentration im Bereich der Oberfläche der Magnetanordnung führt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Flussleitmittel entfernt von der Oberfläche der Magnetanordnung angeordnet ist und in der Ruhestellung des vom Stellmittel bewegbaren Permanentmagneten für eine Streuung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten eingesetzt wird. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Flussleitmittel in Abhängigkeit von der gewünschten Bereitstellung des magnetischen Flusses längs des Permanentmagneten bewegt wird, um wahlweise eine Flusskonzentration oder eine Flussstreuung zu bewirken.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Flussleitmittel ringförmig ausgebildet ist und einen Endbereich des Permanentmagneten umgreift. Hierdurch lässt sich bei einer Ausgestaltung des Flussleitmittels aus einem magnetfeldleitenden Material eine vorteilhafte Flusskonzentration entweder an einem der Oberfläche der Magnetanordnung zugewandten Endbereich des Permanentmagneten oder an einem der Oberfläche der Magnetanordnung abgewandten Endbereich des Permanentmagneten bewirken, wodurch wahlweise die gewünschte lokale Flusskonzentration an der Oberfläche oder die gewünschte Flussstreuung an der Oberfläche gewährleistet werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellmittel zur Einleitung einer linearen Relativbewegung des Permanentmagneten quer zur Oberfläche der Magnetanordnung ausgebildet ist und dass das Flussleitmittel beabstandet zur Oberfläche der Magnetanordnung angeordnet ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass das Flussleitmittel bezogen auf die Oberfläche der Magnetanordnung ortsfest angeordnet ist und aus einem magnetfeldleitenden Material, beispielsweise einem ferromagnetischen Material, hergestellt ist. Bevorzugt ist das Flussleitmittel derart beabstandet zur Oberfläche angeordnet, dass es in Abhängigkeit von der Positionierung des Stellmittels zwischen der Funktionsposition und der Ruheposition jeweils in magnetischer Wechselwirkung mit einem der beiden Endbereiche des Permanentmagneten steht.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Polung des Permanentmagneten und damit eine Magnetachse des Permanentmagneten quer zur Oberfläche der Magnetanordnung ausgerichtet ist und eine Länge des Permanentmagneten sowie ein Stellweg des Stellmittels für die Bewegung des Permanentmagneten derart aufeinander abgestimmt sind, dass das beabstandet zur Oberfläche der Magnetanordnung angeordnete Flussleitmittel in der Funktionsstellung ein der Oberfläche der Magnetanordnung abgewandtes Ende des Permanentmagneten ringförmig umgreift. Hierdurch kann eine Verbesserung des magnetischen Flusses erzielt werden, wodurch die vom Permanentmagneten an der Oberfläche der Magnetanordnung bereitzustellende Flussdichte vergrößert wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet in der Ruhestellung an seinem der Oberfläche der Magnetanordnung zugewandten Endbereich vom Flussleitmittel ringförmig umgriffen wird, wodurch eine Streuung des magnetischen Flusses des Permanentmagneten erzielt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Endbereich des Permanentmagneten, der der Oberfläche der Magnetanordnung zugewandt ist, einen größeren Abstand zur Oberfläche der Magnetanordnung aufweist als das vorzugsweise ringförmig ausgebildete Flussleitmittel.
Hierbei ist es nicht zwingend notwendig, dass die Relativbewegung des Permanentmagneten ausschließlich quer, also in einem rechten Winkel von 90 Grad zur Oberfläche der Magnetanordnung stattfindet. Vielmehr ist es bereits ausreichend, wenn die Relativbewegung des Permanentmagneten eine Bewegungskomponente, insbesondere eine überwiegende Bewegungskomponente, quer zur Oberfläche der Magnetanordnung aufweist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Magnetmittel zwei gegensinnig polarisierte Permanentmagnete umfasst, die linearbeweglich mit parallel zur Oberfläche der Magnetanordnung ausgerichteten Magnetachsen gelagert sind, wobei die Umschalteinrichtung ein Stellmittel zur Einleitung einer gegensinnigen Relativbewegung auf die beiden Permanentmagnete längs der jeweiligen Magnetachse sowie mehrere Flussleitmittel umfasst, wobei ein erstes, insbesondere plattenförmig ausgebildetes, Flussleitmittel zwischen einander gegenüberliegenden Stirnseiten der beiden Permanentmagnete angeordnet ist, um in der Funktionsstellung eine zumindest lokale Flusskonzentration einander zugewandter Endbereiche der beiden Permanentmagnete zu ermöglichen und/oder wobei wenigstens ein zweites Flussleitmittel derart angeordnet ist, dass es in der Ruhestellung eine zumindest lokale Flussstreuung an einem Endbereich eines Permanentmagneten ermöglicht. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Magnetachsen der Permanentmagnete quer zum Bewegungsweg, der von der Magnetanordnung bestimmt wird, ausgerichtet sind und die gegensinnige Relativbewegung der Permanentmagnete wahlweise zu einer Verringerung oder zu einer Vergrößerung des Abstands einander zugewandter Oberflächen der Permanentmagnete führt.
Um in der Funktionsstellung eine vorteilhafte Flusskonzentration zu ermöglichen, kann zwischen den beiden Permanentmagneten ein plattenförmig ausgebildetes Flussleitmittel angeordnet sein, an dem die einander zugewandten Oberflächen der Permanentmagnete in der Funktionsstellung anliegen oder zumindest nahezu anliegen, um die gewünschte Flusskonzentration zu ermöglichen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das plattenförmig ausgebildete Flussleitmittel mit einer zumindest im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Magnetanordnung ausgerichteten Stirnfläche in unmittelbarer Nachbarschaft der Oberfläche der Magnetanordnung angeordnet ist.
Ergänzend oder alternativ ist jedem der Permanentmagnete ein, insbesondere ringförmig ausgebildetes, Flussleitmittel zugeordnet, das einen Endbereich der Permanentmagnetanordnung in der Ruhestellung umgibt und hierdurch eine Flussstreuung des jeweiligen Permanentmagneten ermöglicht. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass jedem der Permanentmagnete zwei beabstandet voneinander angeordnete Flussleitmittel zugeordnet sind, die in der Ruhestellung jeweils teilweise vom Permanentmagneten durchsetzt werden, um die gewünschte Flussstreuung zu ermöglichen, während in der Funktionsstellung lediglich noch eines der beiden Flussleitmittel in unmittelbarer magnetischer Wechselwirkung mit einem Endbereich des Permanentmagneten steht, wobei hier die Anordnung zwischen Flussleitmittel und Permanentmagnet so gewählt ist, dass eine Flusskonzentration stattfindet.
Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Transportsystem der eingangs genannten Art gelöst, wie es im Anspruch 8 angegeben ist. Hierbei ist vorgesehen, dass das Transportsystem eine erfindungsgemäße Trageinrichtung sowie wenigstens ein Tragmittel umfasst, wobei das Tragmittel für eine kontaktlose magnetische Wechselwirkung mit der Magnetanordnung ausgebildet ist und wenigstens einen auf die Magnetmittel abgestimmten, Flussschläuche aufweisenden Supraleiter umfasst. Das Tragmittel kann beispielsweise für einen Transport von Werkstücken ausgebildet sein und in der Art eines Tabletts ausgestaltet sein, auf dessen Oberseite ein Werkstück aufgelegt oder festgelegt wird. Beispielhaft ist vorgesehen, dass an einer Unterseite des Tragmittels, die der darunter liegenden Oberfläche der Magnetanordnung zugewandt ist, ein Supraleiter, insbesondere einen Typ II-Supraleiter (beispielsweise aus Yttriumbariumkupferoxid, YBCO) angeordnet ist, der insbesondere plattenförmig ausgebildet ist. Dieser Supraleiter kann in Abhängigkeit von einem Einsatzfall für das Transportsystem in einem Isolierbehälter, der auch als Kryostat bezeichnet wird, aufgenommen sein, sofern das Tragmittel oder gar das gesamte Transportsystem in einer Umgebung betrieben werden, in der Temperaturen oberhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur des Supraleiters vorliegen. Alternativ kann der Supraleiter unmittelbar ohne eine Isolierung an der Unterseite des Tragmittels angeordnet sein, sofern das Tragmittel oder gar das gesamte Transportsystem in einer Umgebung betrieben werden, in der Temperaturen unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur des Supraleiters vorliegen.
In jedem Fall ist vorgesehen, dass der Supraleiter bei einer Abkühlung unterhalb seiner Sprungtemperatur einem Magnetfeld ausgesetzt wird, das auf das Magnetfeld der Magnetmittel abgestimmt ist, so dass im Supraleiter Flussschläuche ausgebildet werden, die einer Veränderung des von außen durch die Magnetmittel aufgeprägten Magnetfelds entgegenwirken und hierdurch die gewünschte kontaktlose magnetische Wechselwirkung zwischen den Magnetmitteln und dem Supraleiter ermöglichen. Sofern das Tragmittel oder das gesamte Transportsystem in einer Umgebung betrieben werden, in der eine Umgebungstemperatur vorliegt, die höher als die Sprungtemperatur des Supraleiters ist, kann wahlweise eine Aufnahme des Supraleiters in einem auch als Kryostat bezeichneten Isolierbehälter vorgesehen sein, der beispielsweis unter Zuhilfenahme eines verflüssigten Gases, insbesondere Stickstoff, gekühlt wird. Alternativ kann dem Isolierbehälter eine, insbesondere elektrisch betriebene, Wärmekraftmaschine zugeordnet sein, mit deren Hilfe eine Kühlung des Supraleiters auf bzw. unterhalb seiner Sprungtemperatur gewährleistet werden kann.
Vorzugsweise ist dem Tragmittel eine Antriebseinrichtung zugeordnet, die für eine Bereitstellung einer längs des Bewegungswegs ausgerichteten Antriebskraft auf das Tragmittel ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Supraleiter derart auf die Magnetmittel abgestimmt, dass das Tragmittel längs des Bewegungswegs zumindest nahezu reibungsfrei bewegt werden kann und dass eine Beschleunigung oder Abbremsung des Tragmittels ausschließlich durch eine Antriebseinrichtung erfolgt, die nicht in einem unmittelbaren Zusammenhang mit den Magnetmitteln der Magnetanordnung steht. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung als Strahlantrieb ausgebildet ist, bei dem ein Elektromotor mit einem Propeller versehen ist und in einem Strahlrohr aufgenommen ist, um eine Luftströmung längs des Bewegungswegs zu erzeugen, wodurch das Tragmittel in Richtung des Bewegungswegs beschleunigt oder abgebremst werden kann.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetanordnungen und der Supraleiter derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Bewegung eines Permanentmagnets zwischen der Funktionsstellung und der Ruhestellung eine Bereitstellung einer längs des Bewegungswegs ausgerichteten Antriebskraft auf das Tragmittel bewirkt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung dient somit das dem jeweiligen Permanentmagneten zugeordnete Stellmittel zumindest mittelbar auch als Antriebsmittel für das Tragmittel. Hierzu ist es erforderlich, dass die Flussschläuche im Supraleiter derart ausgeprägt sind, dass die magnetische Wechselwirkung zwischen dem jeweiligen Magnetmittel und dem Supraleiter sowohl zu einer Ausbildung einer Tragkraft für das Tragmittel als auch zur Ausbildung einer Antriebskraft auf das Tragmittel führt.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

1 eine rein schematische Draufsicht auf ein Transportsystem mit einer Magnetanordnung, die aus mehreren längs eines Bewegungswegs aufgereihten Magnetmitteln gebildet ist,
2 eine schematische Vorderansicht des Transportsystems gemäß der 1,
3 eine Detaildarstellung eines Magnetmittels, das in dem Transportsystem gemäß den 1 und 2 eingesetzt werden kann, in einer Ruhestellung,
4 eine Detaildarstellung des Magnetmittels gemäß der 3 in einer Funktionsstellung,
5 eine alternative Ausführungsform eines Magnetmittels einer Ruhestellung, und
6 eine Darstellung des Magnetmittels gemäß der 5 in einer Funktionsstellung.

Ein in den 1 und 2 dargestelltes Transportsystem 1 ist dazu ausgebildet, ein Tragmittel 2, bei dem es sich beispielsweise um einen plattenförmig ausgebildeten Werkstückträger für ein nicht näher dargestelltes Werkstück handeln kann, längs eines rein exemplarisch geradlinig ausgebildeten Bewegungswegs 3 kontaktlos zu transportieren. Dazu ist vorgesehen, dass das Transportsystem 1 neben dem Tragmittel 2 eine Trageinrichtung 4 umfasst, die beispielsweise unterhalb eines in der 2 nur schematisch dargestellten Hallenbodens 5 einer nicht näher dargestellten Produktionshalle angeordnet ist. Rein exemplarisch umfasst die Trageinrichtung 4 mehrere längs des Bewegungswegs 3 angeordnete Magnetmodule 6, die auch als Magnetanordnungen bezeichnet werden, wobei in den 1 und 2 eines dieser rein exemplarisch kastenförmig ausgebildeten Magnetmodule 6 näher dargestellt ist.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in der 1 der Hallenboden 5 nicht dargestellt, so dass die Draufsicht gemäß der 1 neben dem Tragmittel 2 ein Magnetmodul 6 mit den darin enthaltenen und in der 2 näher dargestellten Magnetmitteln 7 zeigt. Hierbei befinden sich die in der 1 mit einem Kreis markierten Magnetmittel 7 übereinstimmend mit der Darstellung der 2 in einer Ruhestellung, während die mit einem Kreuz im Kreis markierten Magnetmittel 7 gemäß den Darstellungen der 1 und 2 in einer Funktionsstellung angeordnet sind.
Wie aus der Darstellung der 2 entnommen werden kann, umfasst jedes der im Magnetmodul 6 aufgenommenen Magnetmittel 7 einen rein exemplarisch quaderförmig ausgebildeten Permanentmagneten 8 sowie eine Umschalteinrichtung 9. Beispielhaft ist die Umschalteinrichtung 9 als Kombination eines Stellmittels 10 und einer Steuereinrichtung 11 ausgebildet. Dabei kann das Stellmittel 10 beispielhaft als elektrischer oder fluidischer Linearsteller ausgebildet sein und ist über eine Steuerleitung 12, die in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Stellmittels 10 als elektrische Versorgungsleitung oder als fluidische Versorgungsleitung ausgebildet sein kann, mit der Steuereinrichtung 11 verbunden. Die Steuereinrichtung 11 ist beispielhaft als Motorsteuerung oder als Ventilanordnung ausgebildet und umfasst einen nicht näher dargestellten Steuerprozessor, der beispielsweise als Mikrocomputer ausgebildet sein kann und der für eine Verarbeitung eines Steuerprogramms zur Ansteuerung der Stellmittel 10 mit der jeweiligen Energieform (z.B. mit elektrischem Strom oder mit Druckluft) dient.
Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass im Hallenboden 5 nicht näher dargestellte Sensoren angeordnet sind, mit deren Hilfe die Steuereinrichtung 11 eine Position des Tragmittels 2 längs des Bewegungswegs 3 ermitteln kann, um in Abhängigkeit von der ermittelten Position die Stellmittel 10 in geeigneter Weise anzusteuern. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass lediglich diejenigen Permanentmagnete 8 unmittelbar unterhalb des Hallenbodens 5 angeordnet sind, die direkt zur kontaktlosen magnetischen Wechselwirkung mit dem Tragmittel 2 erforderlich sind, um einen Tragabstand 20 zwischen den Magnetmitteln 7 und dem Tragmittel 2 zu gewährleisten. Alle anderen Magnetmittel 7 sind in einer vom Hallenboden 5 entfernten Ruhestellung angeordnet, wie dies in der 1 durch die mit dem Kreis markierten Magnetmittel 7 symbolisiert wird, um an einer Oberseite 17 des Hallenbodens 5, die aus Gründen der Vereinfachung als Oberfläche der Magnetanordnung bzw. des Magnetmoduls 6 angesehen wird, einen magnetischen Fluss bereitzustellen, der nicht zu relevanten magnetischen Wechselwirkungen mit Personen oder Gegenständen führt, die auf dem Hallenboden 5 vorhanden sein können.
Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass Magnetachsen 15 der Magnetmittel 7 koaxial zu Bewegungsachsen 16 der Stellmittel 10 ausgerichtet sind. Ferner ist beispielhaft vorgesehen, dass sämtliche Permanentmagnete 8 des Magnetmoduls 6 mit ihrem magnetischen Nordpol, der mit einem N gekennzeichnet ist, gegenüberliegend zum Hallenboden 5 angeordnet sind, während der jeweilige magnetische Südpol, der mit einem S gekennzeichnet ist, dem Hallenboden 5 entgegengesetzt ist.
Bei der Ausführungsform des Transportsystems 1 gemäß den 1 und 2 wird eine lokale Veränderung des an der Oberseite 17 des Hallenbodens 5 vorliegenden magnetischen Flusses, der durch die Permanentmagnete 8 hervorgerufen wird, allein durch die Veränderung eines Abstands 18 zwischen dem jeweiligen Permanentmagneten 8 und der Unterseite 19 des Hallenbodens 5 bewirkt. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Abstand 18 in der Ruhestellung zumindest nahezu der Erstreckung des Permanentmagneten 8 längs der Bewegungsachse 16 entspricht und der Abstand 18 in der Funktionsstellung des jeweiligen Magnetmittels 7 verschwindet, also gegen 0 geht.
Bei einer in den 3 und 4 dargestellten Variante eines Magnetmittels 27 wird eine Veränderung des an einer Oberseite 17 des Hallenbodens 5 vorliegenden magnetischen Flusses durch zwei unterschiedliche Effekte bewirkt. Der erste Effekt beruht übereinstimmend mit dem Magnetmittel 7 gemäß den 1 und 2 auf einer Veränderung des Abstands 18 zwischen dem jeweiligen Permanentmagneten 8 und der Unterseite 19 des Hallenbodens 5. Zusätzlich ist dem Magnetmittel 27 ein rein exemplarisch ringförmig ausgebildetes Flussleitmittel 28 zugeordnet, das in nicht näher dargestellter Weise ortsfest festgelegt ist und das aus einem magnetfeldleitfähigen Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, hergestellt ist.
Beispielhaft sind eine axiale Erstreckung 29 des Flussleitmittels 28 längs der Bewegungsachse 16 sowie ein Abstand 30 des Flussleitmittels 28 von der Unterseite 19 des Hallenbodens 5 auf eine axiale Erstreckung 31 des Permanentmagneten 8 sowie ein Stellweg 32 des Stellmittels 10 aufeinander abgestimmt. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Permanentmagnet 8 in der Ruhestellung gemäß der 3 mit einem dem Hallenboden 5 zugewandten Endbereich 33 derart im Flussleitmittel 28 angeordnet ist, dass eine Flussstreuung für den Endbereich 33 stattfindet. Somit wird erreicht, dass ein nur geringer magnetischer Fluss an der Oberseite 17 des Hallenbodens 5 nicht nur aufgrund des Abstands 18 dem Permanentmagneten 8 und der Oberseite 17 gewährleistet ist, sondern auch aufgrund der Flussstreuung.
Demgegenüber ergibt sich gemäß der 4 in der Funktionsstellung für den Permanentmagneten 8 eine Flussverstärkung durch die Wechselwirkung des unteren Endbereichs 34 mit dem Flussleitmittel 28, die zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Oberseite 17 des Hallenbodens 5 führt.
Bei der in den 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsform eines Magnetmittels 47 sind zwei Permanentmagnete 48, 49 vorgesehen, die gegensinnig zueinander magnetisiert sind, wobei Magnetachsen 50, 51 der Permanentmagnete 48, 49 koaxial zueinander ausgerichtet sind. Ferner ist vorgesehen, dass die Magnetachsen 50, 51 der unterhalb des Hallenbodens 5 angeordneten Magnetmittel 47 quer zum Bewegungsweg 3 ausgerichtet sind, der in den 5 und 6 durch ein Kreuz im Kreis angedeutet ist und normal zur Darstellungsebenen der 5 und 6 ausgerichtet ist.
Beispielhaft ist jedem der Permanentmagnete 48, 49 ein außenliegend angeordnetes Flussleitmittel 52, 53 sowie ein innenliegend angeordnetes Flussleitmittel 54, 55 zugeordnet. Diese Flussleitmittel 52 bis 55 sind jeweils rein exemplarisch ringförmig ausgebildet und koaxial zu den Magnetachsen 50, 51 ausgerichtet. Ferner sind die Flussleitmittel 52 bis 55 aus einem magnetfeldleitenden Material, insbesondere einem ferromagnetischen Material, hergestellt. Darüber hinaus sind die Flussleitmittel 52 und 54 bzw. 53 und 55 jeweils derart längs der Magnetachsen 50 bzw. 51 angeordnet, dass die Permanentmagnete 48 bzw. 49 in der Ruhestellung gemäß der 5 jeweils endseitig von den Flussleitmitteln 52 und 54 bzw. 53 und 55 endseitig umgeben sind und hierdurch eine Flussstreuung an beiden Endbereichen 56 und 58 bzw. 57 und 59 gewährleistet ist.
Darüber hinaus ist zentral zwischen den beiden Permanentmagneten 48, 49 ein weiteres Flussleitmittel 60 angeordnet, das rein exemplarisch als Planparallelplatte ausgebildet ist und mit einer oberen Stirnfläche 61 unmittelbar an die Unterseite 19 des Hallenbodens 5 angrenzt. Die beiden Permanentmagnete 48, 49 sowie die zugehörigen Flussleitmittel 52 bis 54 sind derart angeordnet, dass bei einer Verschiebung der Permanentmagnete 48, 49 längs der Magnetachsen 50, 51 sowie einer stirnseitigen Anlage der inneren Endbereiche 58 und 59 der Permanentmagnete 48, 49 zum einen durch das Flussleitmittel 60 eine Flusskonzentration in einem zentralen Bereich des Magnetmittels 47 gewährleistet ist. Darüber hinaus wird durch die jeweils innenliegenden Flussleitmittel 54 bzw. 55 eine zusätzliche Flusskonzentration für den jeweiligen Permanentmagneten 48 bzw. 49 ermöglicht.
Rein exemplarisch ist das in den 5 und 6 nicht dargestellte Tragmittel derart auf die Magnetmittel 47 abgestimmt, dass bei einer Annäherungsbewegung der beiden Permanentmagnete 48, 49 nicht nur eine Tragkraft für die kontaktlose Abstützung des Tragmittels hervorgerufen werden kann, sondern auch eine Vortriebskraft in Richtung des Bewegungswegs 3 erzeugt wird. Hierzu ist eine entsprechende Anpassung der Magnetisierung während der Abkühlung des Supraleiters, der dem nicht näher dargestellten Tragmittel zugeordnet ist (oder aus dem das Tragmittel besteht) unter seine Sprungtemperatur erforderlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015222678 A1 [0002]

Claims

Trageinrichtung für eine Bereitstellung von Magnetfeldern an ein Tragmittel (2) eines kontaktlosen Transportsystems (1), mit einer Magnetanordnung (6), die aus mehreren längs eines Bewegungswegs aufgereihten Magnetmitteln (7; 27; 47) gebildet ist, die jeweils für eine Bereitstellung eines magnetischen Flusses an einer Oberfläche (17) der Magnetanordnung (6) ausgebildet sind, um durch eine kontaktlose magnetische Wechselwirkung mit einem Tragmittel (2) jeweils einen Tragabstand (20) zwischen dem Tragmittel (2) und der Oberfläche (17) zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Magnetmittel (7; 27; 47) einen Permanentmagneten (8; 48, 49) und eine Umschalteinrichtung (10, 11) umfasst, die dazu ausgebildet sind, in einer Funktionsstellung an der Oberfläche (17) einen ersten, für die Einhaltung des Tragabstands erforderlichen magnetischen Fluss bereitzustellen und in einer Ruhestellung an der Oberfläche (17) einen zweiten magnetischen Fluss bereitzustellen, der geringer als der erste magnetische Fluss ist.
Trageinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (10, 11) ein Stellmittel (10) umfasst, das für eine Bewegung des Permanentmagneten (8; 48, 49) relativ zur Oberfläche (17) der Magnetanordnung (6) ausgebildet ist.
Trageinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (11) für eine Veränderung eines Abstands (30) des Permanentmagneten (8; 48, 49) gegenüber der Oberfläche (17) der Magnetanordnung (6) ausgebildet ist.
Trageinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (10, 11) ein Flussleitmittel (28) und ein Stellmittel (11) umfasst, wobei das Stellmittel (11) zur Einleitung einer Relativbewegung zwischen dem Flussleitmittel (28) und dem Permanentmagneten (8) ausgebildet ist und wobei das Flussleitmittel (28) in der Funktionsstellung für eine zumindest lokale Flusskonzentration und/oder in der Ruhestellung für eine zumindest lokale Flussstreuung des vom Permanentmagenten (8) bereitgestellten magnetischen Flusses ausgebildet ist.
Trageinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussleitmittel (28) ringförmig ausgebildet ist und einen Endbereich (33, 34) des Permanentmagneten (8) umgreift.
Trageinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (11) zur Einleitung einer linearen Relativbewegung des Permanentmagneten (8) quer zur Oberfläche (17) der Magnetanordnung (6) ausgebildet ist und dass das Flussleitmittel (28) beabstandet zur Oberfläche (17) der Magnetanordnung (6) angeordnet ist.
Trageinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetmittel (47) zwei gegensinnig polarisierte Permanentmagnete (48, 49) umfasst, die linearbeweglich mit parallel zur Oberfläche (17) der Magnetanordnung ausgerichteten Magnetachsen (50, 51) gelagert sind, wobei die Umschalteinrichtung ein Stellmittel zur Einleitung einer gegensinnigen Relativbewegung auf die beiden Permanentmagnete (48, 49) längs der jeweiligen Magnetachse (50, 51) sowie mehrere Flussleitmittel (52, 53, 54, 55, 60) umfasst, wobei ein erstes, insbesondere plattenförmig ausgebildetes, Flussleitmittel (60) zwischen einander gegenüberliegenden Stirnseiten der beiden Permanentmagnete (48, 49) angeordnet ist, um in der Funktionsstellung eine zumindest lokale Flusskonzentration einander zugewandter Endbereiche der beiden Permanentmagnete (48, 49) zu ermöglichen und/oder wobei wenigstens ein zweites Flussleitmittel (52, 53, 54, 55) derart angeordnet ist, dass es in der Ruhestellung eine zumindest lokale Flussstreuung an einem Endbereich eines Permanentmagenten (48, 49) ermöglicht.
Transportsystem mit einer Trageinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mit einem Tragmittel (2), das für eine kontaktlose magnetische Wechselwirkung mit der Magnetanordnung (6) ausgebildet ist und das einen auf die Magnetmittel (7; 27; 47) abgestimmten, Flussschläuche aufweisenden Supraleiter umfasst.
Transportsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Tragmittel (2) eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist, die für eine Bereitstellung einer längs des Bewegungswegs (3) ausgerichteten Antriebskraft auf das Tragmittel ausgebildet ist.
Transportsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnungen (6) und der Supraleiter derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Bewegung eines Permanentmagnets (48, 49) zwischen der Funktionsstellung und der Ruhestellung eine Bereitstellung einer längs des Bewegungswegs (3) ausgerichteten Antriebskraft auf das Tragmittel (2) bewirkt.