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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, wobei wenigstens eines der Magnetmittel eine linearbeweglich an einem Führungsmittel gelagerte Permanentmagnetanordnung umfasst, die dazu ausgebildet ist, in einer Funktionsstellung einen ersten, für die Einhaltung des Tragabstands erforderlichen magnetischen Fluss an der Oberfläche bereitzustellen und in einer Ruhestellung einen zweiten magnetischen Fluss an der Oberfläche bereitzustellen, der geringer als der erste magnetische Fluss ist, wobei die Permanentmagnetanordnung zusammen mit dem Führungsmittel eine Verriegelungseinrichtung für eine zeitweilige Verriegelung der Permanentmagnetanordnung in der Funktionsstellung und/oder in der Ruhestellung bildet. Ferner betrifft die Erfindung ein Transportsystem.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird für eine Trageinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung eine drehbeweglich an der Permanentmagnetanordnung und am Führungsmittel gelagerte Riegelhülse umfasst, die an einer Innenoberfläche und/oder an einer Außenoberfläche mit Riegelvorsprüngen versehen ist, um eine zeitweilige Verriegelung mit einem an der Permanentmagnetanordnung oder am Führungsmittel gelagerten Riegel zu ermöglichen.
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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 vorgesehen, die Permanentmagnetanordnung nur dann in die Funktionsstellung zu bringen, wenn auch ein Tragmittel gegenüberliegend angeordnet ist, das längs des Bewegungswegs bewegt wird. In diesem Fall wird der magnetische Fluss der Permanentmagnetanordnung vom Tragmittel zumindest weitestgehend abgeschirmt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Tragmittel die Trageinrichtung überragt und somit eine Annäherung von Personen und/oder Gegenständen an den oder die in der Funktionsstellung befindlichen Permanentmagnetanordnungen verhindert.
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Durch die mechanische Verriegelung der Permanentmagnetanordnung in der Funktionsstellung kann die Permanentmagnetanordnung zumindest einen Teil der für einen kontaktlosen Schwebezustand des Tragmittels erforderlichen Tragkräfte bereitstellen, ohne dass hierzu eine Aufbringung von Energie, beispielsweise in Form einer zeitweilig aufzubringenden Stützkraft für die Permanentmagnetanordnung erforderlich ist.
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Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass das Tragmittel nach einem Passieren des jeweiligen Magnetmittels in geeigneter Weise die Verriegelung der Permanentmagnetanordnung auslöst, so dass dieser anschließend aus der Funktionsstellung in die Ruhestellung zurückkehrt. Hierdurch wird der magnetische Fluss an der Oberfläche der Magneteinrichtung im Bereich der jeweiligen Permanentmagnetanordnung gegenüber der Funktionsstellung erheblich reduziert, beispielsweise um mehr als 50 Prozent, bevorzugt um mehr als 70 Prozent, insbesondere um mehr als 90 Prozent verglichen mit dem magnetischen Fluss, der vom Permanentmagneten an der Oberfläche in der Funktionsposition bereitgestellt wird.
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Erfindungsgemäß umfasst die Verriegelungseinrichtung eine drehbeweglich an der Permanentmagnetanordnung und am Führungsmittel gelagerte Riegelhülse, die an einer Innenoberfläche und/oder an einer Außenoberfläche mit Riegelvorsprüngen versehen ist, um eine zeitweilige Verriegelung mit einem an der Permanentmagnetanordnung oder am Führungsmittel gelagerten Riegel zu ermöglichen. Hierbei kann die Verriegelungseinrichtung insbesondere in der Art einer Kugelschreibermechanik ausgebildet sein, bei der durch wiederholtes Aufbringen von Kräften in jeweils gleicher Richtung die gewünschte Verlagerung und Arretierung der Permanentmagnetanordnung bewirkt werden kann. Vorzugsweise führt die Permanentmagnetanordnung bei ihrer Bewegung zwischen der Ruhestellung und der Funktionsstellung, also sowohl bei einer Bewegung von der Ruhestellung in die Funktionsstellung als auch bei einer Bewegung von der Funktionsstellung in die Ruhestellung, eine reine Linearbewegung ohne rotatorischen Anteil durch. Damit wird vermieden, dass die Permanentmagnetanordnung bei aufeinanderfolgenden Bewegungen zwischen Ruhestellung und Funktionsstellung aufgrund einer Rotationsbewegung unterschiedliche magnetische Wechselwirkungen mit dem Tragmittel aufweist. Dementsprechend ist vorgesehen, dass die Riegelhülse sowohl an der Permanentmagnetanordnung als auch am Führungsmittel drehbeweglich gelagert ist, so dass für die gewünschte Riegelfunktion keine relative Verdrehung zwischen dem Führungsmittel und der Permanentmagnetanordnung erforderlich ist. Vielmehr führt allein die Riegelhülse die zur Verriegelung in der Funktionsstellung und/oder in der Ruhestellung erforderliche Rotationsbewegung gegenüber dem Riegel durch, der seinerseits ortsfest an der Permanentmagnetanordnung oder am Führungsmittel angeordnet ist.
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Die Anordnung der Riegelvorsprünge an der Riegelhülse ist insbesondere vom Abstand zwischen der Funktionsstellung und der Ruhestellung sowie von einer Gesamtgröße des Magnetmittels abhängig. Eine Anordnung der Riegelvorsprünge an der Außenoberfläche der Riegelhülse ist insbesondere dann von Interesse, wenn ausreichend Bauraum zur Verfügung steht und große Stützkräfte von der Riegelhülse aufgenommen werden müssen. Eine Anordnung der Riegelvorsprünge an der Innenoberfläche der Riegelhülse ermöglicht eine kompakte Gestaltung der Riegelhülse und ist somit insbesondere bei schwierigen Platzverhältnissen von Interesse. Gegebenenfalls kann auch beidseitig an der Riegelhülse, also sowohl an der Innenoberfläche als auch an der Außenoberfläche eine Anordnung von Riegelvorsprüngen vorgesehen sein. Der an der Permanentmagnetanordnung oder am Führungsmittel angeordnete Riegel greift in Abhängigkeit von einer Drehposition der vorzugsweise drehbeweglich und linearbeweglich gelagerten Riegelhülse als auch in Abhängigkeit von einer Linearposition der Permanentmagnetanordnung gegenüber dem Führungsmittel bereichsweise in einen Riegelvorsprung ein und ermöglicht hiermit die gewünschte Verriegelung zwischen Führungsmittel und Permanentmagnetanordnung.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass an der Innenoberfläche und/oder an der Außenoberfläche der Riegelhülse benachbart zu den Riegelvorsprüngen jeweils zugeordnete Transportvorsprünge angeordnet sind, die zur Einleitung einer Drehbewegung der Riegelhülse bei Auftreffen des Riegels im Rahmen einer linearen Hubbewegung ausgebildet sind. Die Aufgabe der, insbesondere als schiefe Ebenen ausgebildeten, Transportvorsprünge besteht somit darin, bei einer Hubbewegung zwischen Permanentmagnetanordnung und Führungsmittel eine Drehbewegung der Riegelhülse, insbesondere eine Drehschrittbewegung um einen vorgegebenen Drehwinkelbetrag, der Riegelhülse hervorzurufen. Somit kann beispielsweise abwechselnd eine Wechselwirkung des Riegels mit einem der Funktionsstellung zugeordneten Riegelvorsprung und einem der Ruhestellung zugeordneten Riegelvorsprung oder einer jeweiligen Mehrzahl derartiger, insbesondere abwechselnd angeordneter, Riegelvorsprünge, ermöglicht werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Riegelvorsprünge zur Einleitung einer Drehbewegung der Riegelhülse bei Auftreffen des Riegels im Rahmen einer linearen Hubbewegung ausgebildet sind und/oder dass die Permanentmagnetanordnung drehfest am Führungsmittel geführt ist. Durch die Nutzung der Riegelvorsprünge zur Einleitung einer Drehbewegung auf die Riegelhülse wird gewährleistet, dass die Riegelhülse bei einer Wechselwirkung des Riegels mit dem jeweiligen Riegelvorsprung eine Drehschrittbewegung durchführt und somit bei der nächsten linearen Hubbewegung des Riegels relativ zur Riegelhülse auch eine neue Wechselwirkung des Riegels mit einem weiteren Transportvorsprung erfolgt.
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Vorzugsweise sind die Transportvorsprünge und die Riegelvorsprünge derart ausgebildet, dass die Riegelhülse bei einer Abfolge von, insbesondere in einander entgegengesetzten Richtungen durchzuführenden, Hubbewegungen stets in die gleiche Drehrichtung mit jeweils gleicher Drehschrittweite verdreht wird, wodurch eine einfache Aufbauweise für die Riegelhülse und den Riegel gewährleistet werden kann. Die drehfeste Führung der linearbeweglich am Führungsmittel aufgelaufenen Permanentmagnetanordnung gewährleistet eine stets gleichartige Ausrichtung der Permanentmagnetanordnung im Hinblick auf den Bewegungsweg und das entlang des Bewegungswegs geführten Tragmittels.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass benachbart angeordnete Magnetmittel jeweils mit gleichartig linear magnetisierten Permanentmagnetanordnungen ausgerüstet sind, deren Magnetisierung längs des Bewegungswegs jeweils konstant ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Permanentmagnetanordnungen jeweils eine Magnetisierungsrichtung bzw. eine Polungsachse aufweisen, die quer zum Bewegungsweg ausgerichtet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass jede der Permanentmagnetanordnungen aus mehreren benachbart zueinander angeordneten und wechselweise gegensinnig magnetisierten Magnetelementen, insbesondere aus flächig aneinander anliegenden und quaderförmig ausgebildeten Magnetplatten, ausgebildet ist, um eine Bereitstellung eines stabilisierenden magnetischen Flusses für das Tragmittel zu gewährleisten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Transportsystem der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Dabei umfasst das Transportsystem eine Trageinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie ein Tragmittel, das eine Magneteinrichtung für eine magnetische Wechselwirkung mit den Magnetmitteln umfasst, um eine kontaktlose Bereitstellung einer Tragkraft auf das Tragmittel zu ermöglichen, wobei dem Tragmittel ein längs des Bewegungswegs vorauseilendes Aktivierungsmittel und ein längs des Bewegungswegs nacheilendes Deaktivierungsmittel zugeordnet sind, die jeweils für eine magnetische Wechselwirkung mit einer Permanentmagnetanordnung eines Magnetmittels ausgebildet sind, um eine Bewegung der Permanentmagnetanordnung zwischen der Ruhestellung und der Funktionsstellung zu bewirken.
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Die Aufgabe des Aktivierungsmittels und des Deaktivierungsmittels liegt somit darin, die Bewegung der jeweils gegenüberliegenden Permanentmagnetanordnung zwischen der Ruhestellung und der Funktionsstellung zu bewirken, bevor die Magneteinrichtung des Tragmittels diese Permanentmagnetanordnung erreicht bzw. nachdem die Magneteinrichtung des Tragmittels diese Permanentmagnetanordnung bereits passiert hat. Hierbei ist das Aktivierungsmittel insbesondere dazu vorgesehen, die Permanentmagnetanordnung aus der Ruhestellung in die Funktionsstellung zu bewegen, während das Deaktivierungsmittel insbesondere dazu vorgesehen ist, die Permanentmagnetanordnung in der Funktionsstellung zu entriegeln und eine Bewegung in die Ruhestellung zu ermöglichen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass sowohl das Aktivierungsmittel als auch das Deaktivierungsmittel jeweils Kräfte in gleicher Richtung auf die Permanentmagnetanordnung ausüben, wodurch dieser aus der jeweiligen Stellung in eine Übergangsstellung, beispielsweise in Eingriff mit einem Transportvorsprung gebracht werden kann, aus der er bei nachlassender oder verschwindender Wechselwirkung mit dem Aktivierungsmittel oder dem Deaktivierungsmittel in die jeweils andere Stellung bewegt wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Erstreckung der Magneteinrichtung des Tragmittels längs des Bewegungswegs derart gewählt ist, dass die Magneteinrichtung mit mehreren der Magnetmittel der Trageinrichtung in magnetischer Wechselwirkung steht, um die kontaktlose Bereitstellung der Tragkraft auf das Tragmittel zu ermöglichen. Hingegen sind die Aktivierungsmittel und die Deaktivierungsmittel vorzugsweise derart längs des Bewegungswegs angeordnet und ausgebildet, dass sie jeweils nur mit einem Magnetmittel in magnetischer Wechselwirkung stehen, um dieses zwischen den beiden Stellungen, also der Ruhestellung und der Funktionsstellung, zu bewegen. Hierbei ist zu unterstellen, dass die magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Magnetmittel und dem Aktivierungsmittel bzw. dem Deaktivierungsmittel in entgegengesetzter Richtung zu den Tragkräften ausgerichtet sind, so dass stets eine erheblich größere magnetische Wechselwirkung zwischen der Magneteinrichtung und den Magnetmitteln gewährleistet sein muss, um den Schwebezustand für das Tragmittel gegenüber der Trageinrichtung zu gewährleisten.
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Vorzugsweise sind das Aktivierungsmittel und das Deaktivierungsmittel aus der Gruppe: Permanentmagnet, Supraleiter, Magnetspule, magnetflussleitendes Material, ausgebildet. Abgesehen von der Magnetspule, die aktiv mit elektrischem Strom versorgt werden muss, um die gewünschte magnetische Wechselwirkung mit dem Magnetmittel eingehen zu können, stellt sich bei den Aktivierungsmitteln und Deaktivierungsmitteln die magnetische Wechselwirkung mit den Magnetmitteln während der Bewegung des Tragmittels längs des Bewegungswegs und der damit einhergehenden Annäherung bzw. Entfernung der Aktivierungsmittel und Deaktivierungsmittel an die bzw. von den jeweiligen Magnetmitteln ein. Vorzugsweise sind die Aktivierungsmittel und Deaktivierungsmittel derart ausgebildet, dass sie Anziehungskräfte auf die Magnetmittel ausüben, so dass die jeweilige Permanentmagnetanordnung eine Bewegung bis kurz unterhalb der Oberfläche der Magnetanordnung durchführen kann und hierbei vorzugsweise in Eingriff mit einem Transportvorsprung gelangt, wodurch eine Drehschrittbewegung der Riegelhülse hervorgerufen wird und die Permanentmagnetanordnung bei einem anschließenden Nachlassen der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Magnetmittel und dem Aktivierungsmittel bzw. dem Deaktivierungsmittel die jeweils nächste Funktionsstellung einnimmt.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Magneteinrichtung 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 ein 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.
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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.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Tragmittel eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist, 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.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Tragmittel und die Magnetmittel derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Bewegung des Tragmittels längs des Bewegungswegs zu Bewegungen der Permanentmagnetanordnungen der Trageinrichtung zwischen der Funktionsstellung und der Ruhestellung führt. Im Zuge der Bewegung des Tragmittels längs des Bewegungswegs erreicht zunächst das Aktivierungsmittel das jeweils nächste in der Bewegungsrichtung angeordnete Magnetmittel, wobei die auftretende magnetische Wechselwirkung mit den Permanentmagnetanordnungen des Magnetmittels zu einer Bewegung der Permanentmagnetanordnungen in vertikaler Richtung nach oben aus der Ruhestellung in eine Übergangsstellung führt, bei der die Permanentmagnetanordnung einen minimalen Abstand zur Oberfläche der Magneteinrichtung aufweist. Durch die, vorzugsweise stetige, Weiterbewegung des Tragmittels längs des Bewegungswegs reduziert sich die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Aktivierungsmittel und dem jeweiligen Magnetmittel wieder, so dass die Permanentmagnetanordnung aus der Übergangsstellung, die einen oberen Scheitelpunkt für die Bewegung der Permanentmagnetanordnung darstellt, in vertikaler Richtung um einen geringen Betrag nach unten in die Funktionsstellung verlagert wird und damit in, vorzugsweise formschlüssigen, Eingriff mit einem der Riegelvorsprünge der Riegelhülse gelangt. In der Funktionsstellung weist die Permanentmagnetanordnung einen geringfügig größeren Abstand gegenüber der Oberfläche der Magnetanordnung als in der Übergangsstellung auf, allerdings ist der Abstand gegenüber der Oberfläche der Magnetanordnung erheblich kleiner als in der Ruhestellung.
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Die Wegstrecke zwischen den Übergangsstellung und der Funktionsstellung ist für die Eingriffsbewegung der Riegelhülse erforderlich. Anschließend erreicht die Magneteinrichtung des Tragmittels das in der Funktionsstellung befindliche Magnetmittel, wobei die Kraftrückwirkung von der Magneteinrichtung auf die Permanentmagnetanordnung des Magnetmittels in vertikaler Richtung nach unten gerichtet ist und somit von dem jeweiligen Riegelvorsprung abgestützt werden kann. Sobald die Magneteinrichtung das Magnetmittel passiert hat, erreicht das Deaktivierungsmittel das Magnetmittel und bewirkt durch magnetische Wechselwirkung mit der Permanentmagnetanordnung, dass diese aus der Funktionsstellung erneut in eine Übergangsstellung gebracht wird, um den Eingriff der Riegelhülse zu beenden. Bei Nachlassen der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Deaktivierungsmittel und der Permanentmagnetanordnung aufgrund der Weiterbewegung des Tragmittels längs des Bewegungswegs bewegt sich die Permanentmagnetanordnung anschließend aus der Übergangsstellung in vertikaler Richtung nach unten zurück in die Ruhestellung.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine rein schematische Draufsicht auf ein Transportsystem mit zwei schienenartig parallel zueinander angeordneten Trageinrichtungen und einem schwebend oberhalb der Trageinrichtungen gelagerten Tragmittel,
- 2 eine schematische Seitenansicht des Transportsystems gemäß der 1,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Magnetmittels mit einer Permanentmagnetanordnung in einer Ruhestellung,
- 4 eine Draufsicht auf eine Riegelhülse für das Magnetmittel gemäß der 3,
- 5 eine Draufsicht auf die Permanentmagnetanordnung des Magnetmittels gemäß der 3, und
- 6 eine Abwicklung von an einer Innenoberfläche des Führungsmittels gemäß der 3 vorgesehenen Riegelvorsprünge und Transportvorsprünge.
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Ein in der 1 rein schematisch dargestelltes Transportsystem 1 ist für eine kontaktlos schwebende Bewegung eines Tragmittels 2 längs eines Bewegungswegs 3 ausgebildet, wobei der Bewegungsweg 3 beispielhaft durch zwei, in der Art von Schienen parallel zueinander ausgerichtete Trageinrichtungen 4 bestimmt wird, die rein exemplarisch jeweils als geradlinige Anreihung mehrerer Magnetmittel 5 ausgebildet sind und die damit eine Magnetanordnung 14 bilden.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Magnetmittel 5 jeweils eine Permanentmagnetanordnung 10 umfassen, die beispielhaft aus drei quaderförmigen Magnetplatten 6, 7, 8 aufgebaut ist. Dabei grenzen die Magnetplatten 6, 7, 8 mit einander zugewandten größten Oberflächen aneinander an und bilden dadurch die rein exemplarisch quaderförmig ausgebildete Permanentmagnetanordnung 10. Ferner ist beispielhaft vorgesehen, dass die benachbart zueinander angeordneten Magnetplatten 6, 7, 8 jeweils mit gegensinniger Magnetisierung aneinandergereiht sind, was durch die Polungsbezeichnungen N und S in der 1 symbolisiert ist.
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Das Tragmittel 2 ist rein exemplarisch plattenförmig ausgebildet und ermöglicht auf seiner Oberfläche 11 den Transport von nicht näher dargestellten Gegenständen, beispielsweise Werkstücken oder Werkzeugen. Innerhalb der plattenförmigen Struktur des Tragmittels 2 sind rein exemplarisch jeweils randseitig oberhalb der Trageinrichtungen 4 unterschiedlich ausgebildete, magnetische wirksame Strukturen aufgenommen, die nachstehend näher beschrieben werden.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass an einem vorderen Endbereich 12 sowie an einem hinteren Endbereich 15 des Tragmittels 2 jeweils quaderförmig ausgebildete Permanentmagnete 16, 17, 18 und 19 angeordnet sind, die derart ausgebildet sind, dass sie Anziehungskräfte auf die Permanentmagnetanordnung 10 der Magnetmittel 5 ausüben können. Dabei bilden die am vorderen Endbereich 12 angeordneten Permanentmagnete 16 und 17 jeweils Aktivierungsmittel, während die Permanentmagnete 18 und 19, die am hinteren Endbereich 15 des Tragmittels 2 angeordnet sind, jeweils Deaktivierungsmittel umfassen, wie nachstehend näher ausgeführt wird.
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In einem zentralen Abschnitt des Tragmittels 2 sind jeweils oberhalb der Trageinrichtungen 4 plattenförmig ausgebildete Supraleiter 20, 21 angeordnet. Die Supraleiter 20, 21 sind rein exemplarisch in nicht näher dargestellter Weise in Isolierbehältern, sogenannten Kryostaten, aufgenommen. Den Supraleitern 20, 21 kann jeweils eine ebenfalls nicht dargestellte Kühleinrichtung zur Aufrechterhaltung eines Temperaturniveaus zugeordnet sein, das unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur des Supraleitermaterials liegt. Die Supraleiter 20, 21 wurden während einer Abkühlung unterhalb ihrer Sprungtemperatur einem Magnetfeld ausgesetzt, das dem Magnetfeld der Permanentmagnetanordnung 10 der Magnetmittel 5 zumindest weitestgehend entspricht. Somit werden in den Supraleitern 20, 21 Flussschläuche ausgebildet, die eine lineare Bewegung des Tragmittels 2 längs des Bewegungswegs 3 in einem Schwebeabstand 22 zwischen dem Tragmittel 2 und den Trageinrichtungen 4 ermöglichen, wie dies in der 2 symbolisiert ist.
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Die Permanentmagnete 16, 17, 18 und 19 sowie die Supraleiter 20, 21 bilden rein exemplarisch die Magneteinrichtung 24 des Tragmittels 2.
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Dabei treten die Supraleiter 20, 21 derart mit der Permanentmagnetanordnung 10 der Magnetmittel 5 in magnetische Wechselwirkung, dass eine Tragkraft für das Tragmittel 2 bereitgestellt werden kann, die den Schwebeabstand 22 stabil gewährleistet.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, einerseits an einer Oberfläche 23 der Trageinrichtungen 4 einen magnetischen Fluss bereitstellen zu können, der für die magnetische Wechselwirkung mit den Supraleitern 20, 21 ausreichend ist, um die benötigten Tragkräfte zur Einhaltung des Schwebeabstands 22 zu gewährleisten und andererseits abseits des Tragmittels 2 an der Oberfläche 23 einen möglichst geringen magnetischen Fluss bereitzustellen. Dementsprechend sind die Trageinrichtungen 4 derart ausgebildet, dass die jeweilige Permanentmagnetanordnungen 10 zwischen einer durch die Bezeichnung 1 in der 2 symbolisierten Funktionsstellung und einer durch die Bezeichnung 0 in der 2 symbolisierten Ruhestellung linear bewegt werden können.
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Hierzu ist ferner vorgesehen, dass die lineare Bewegung der Permanentmagnetanordnungen 10 quer, insbesondere rechtwinklig, zur Oberfläche 23, exemplarisch in vertikaler Richtung, durch die als Aktivierungsmittel bezeichneten Permanentmagnete 16 und 17 sowie durch die als Deaktivierungsmittel bezeichneten Permanentmagnete 18 und 19 hervorgerufen werden kann, wie nachstehend näher erläutert wird.
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Rein exemplarisch befindet sich das in der 2 dargestellte Tragmittel 2 längs des Bewegungswegs 3 in einer Position, in der der Permanentmagnet 16 in seiner Funktion als Aktivierungsmittel eine durch den in der Darstellung der 2 in vertikaler Richtung nach oben weisenden Pfeil symbolisierte Anziehungskraft auf die nicht näher dargestellten Permanentmagnetanordnung des unterhalb des Permanentmagneten 16 liegenden Magnetmittels 5 ausübt. In gleicher Weise gilt dies für den als Deaktivierungsmittel dienenden, in der 2 nicht näher dargestellten Permanentmagneten des Magnetmittels 5, der unterhalb des als Deaktivierungsmittel dienenden Permanentmagneten 18 angeordnet ist. Hingegen findet zwischen dem Supraleiter 20 und den darunterliegenden, in der 2 nicht näher dargestellten Permanentmagneten der Magnetmittel 5 eine magnetische Wechselwirkung statt, die zu den durch vertikal nach unten gerichtete Pfeile angedeuteten Tragkräften führt, die kontaktlos den Schwebeabstand 22 zwischen dem Tragmittel 2 und der Trageinrichtung 4 gewährleisten.
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Wie aus der Schnittdarstellung des Magnetmittels 5 gemäß der Darstellung der 3 entnommen werden kann, umfasst das Magnetmittel 5 ein rein exemplarisch aus Kunststoff hergestelltes Gehäuseteil 25, das hülsenartig ausgebildet ist und entsprechend der Darstellung der 1 beispielhaft eine quadratische Außengeometrie aufweist. Ein oberer Abschnitt 26 des Gehäuseteils 25 ist mit einer quadratisch profilierten Ausnehmung 27 versehen, die für eine linearbewegliche Aufnahme und drehfeste Führung der Permanentmagnetanordnung 10 vorgesehen ist. In einem unteren Abschnitt 28 des Gehäuseteils 25 ist eine im Wesentlichen kreisförmig profilierte Ausnehmung 29 ausgebildet, in der eine Riegelhülse 30 sowohl linearbeweglich als auch drehbeweglich aufgenommen ist. Die rein exemplarisch kreiszylindrisch ausgebildete Riegelhülse 30 weist an einem oberen Endbereich einer nicht bezeichneten Durchgangsbohrung einen in radialer Richtung nach innen abragenden, umlaufenden Bund 31 auf, der für einen Eingriff in eine umlaufende Nut 33 eines mit der Permanentmagnetanordnung 10 verbundenen Koppelzapfens 32 ausgebildet ist. Dabei sind der Bund 31 und die umlaufende Nut 33 derart aufeinander angepasst, dass die Riegelhülse 30 drehbeweglich am Koppelzapfen 32 gelagert ist und in Richtung einer Längsachse 34 des Magnetmittels 5 eine formschlüssige Kopplung zwischen der Riegelhülse 30 und dem Koppelzapfen 32 gewährleistet ist.
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An einer zylindrischen Außenoberfläche 35 der Riegelhülse 30 sind rein exemplarisch zwei in radialer Richtung nach außen abragende Riegel 36, 37 angeordnet, die für eine mechanische Wechselwirkung mit den in der 6 näher dargestellten Riegelvorsprüngen 38 und Transportvorsprüngen 39 vorgesehen sind. Wie aus den Darstellungen der 3, 4 und 6 entnommen werden kann, sind die Riegel 36, 37 rein exemplarisch jeweils endseitig keilförmig spitz zulaufend ausgebildet. Hierdurch können die Riegel 36, 37 bei einer Bewegung der Permanentmagnetanordnung 10 mit dem daran angebrachten Koppelzapfen 32 und der formschlüssig in axialer Richtung gekoppelten Riegelhülse 30 durch die Wechselwirkung mit den Riegelvorsprüngen 38 bzw. den Transportvorsprüngen 39 eine Drehbewegung der Riegelhülse 30 um die Längsachse 34 bewirken.
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Die Riegelvorsprünge 38 und die Transportvorsprünge 39 sind an einer Innenoberfläche 40 des Gehäuseteils 25 in der Ausnehmung 29 ausgebildet und ragen in radialer Richtung nach innen von der Innenoberfläche 40 ab.
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Wie aus der 6 entnommen werden kann, ist in einer Umfangsrichtung 44 der Innenoberfläche 40 ein Versatz zwischen Vertiefungen 41 und 42 der Riegelvorsprünge 38 und Vertiefungen 43 der Transportvorsprünge 39 vorgesehen. Damit führt eine Hubbewegung der Riegelhülse 30 aufgrund der Einwirkung der Riegel 36, 37 zu der gewünschten Transportbewegung längs der Umfangsrichtung 44 und damit zur Rotationsbewegung der Riegelhülse 30 um die Längsachse 34.
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Die Draufsichten der 4 und 5 zeigen die Riegelhülse 30 und der Permanentmagnetanordnung 10, wobei in der 4 die radial abragenden Riegel 36, 37 der Riegelhülse 30 erkennbar sind.
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Die Funktionsweise des Magnetmittels 5 in Zusammenhang mit dem Tragmittel 2 kann wie folgt beschrieben werden:
- Zunächst wird davon ausgegangen, dass die Permanentmagnetanordnung 10 des Magnetmittels 5 in einer Ruhestellung angeordnet ist, die rein exemplarisch in der 3 gezeigt ist.
Hierbei liegen die Riegel 36, 37 in den unteren Vertiefungen 42 der Riegelvorsprünge 38 auf, so dass die Permanentmagnetanordnung 10 eine stabile untere Position längs der Längsachse 34 des Magnetmittels 5 einnimmt. Sofern die Permanentmagnetanordnung 10 eine magnetische Wechselwirkung mit einem in der 3 nicht näher dargestellten, insbesondere als Permanentmagnet ausgebildeten Aktivierungsmittel des Tragmittels erfährt und diese magnetische Wechselwirkung in einer vertikal nach oben gerichteten Kraft auf die Permanentmagnetanordnung 10 resultiert, wird dieser in vertikaler Richtung nach oben angehoben und führt hierbei eine rein lineare Bewegung längs einer Hubstrecke 45 sowie einer sich an die Hubstrecke 45 anschließenden Schaltstrecke 52 durch. Eine Rotation der Permanentmagnetanordnung 10 um die Längsachse 34 ist hingegen aufgrund der quadratischen Profilierung der Ausnehmung 27 sowie der quaderförmigen Ausgestaltung der Permanentmagnetanordnung 10 ausgeschlossen.
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Im Zuge der Hubbewegung der Permanentmagnetanordnung 10 findet eine Mitnahmebewegung zwischen dem fest mit der Permanentmagnetanordnung 10 verbundenen Koppelzapfen 32 und der in Richtung der Längsachse 34 formschlüssig mit dem Koppelzapfen 32 gekoppelten Riegelhülse 30 statt, so dass auch die Riegelhülse 30 der linearen Bewegung des Koppelzapfens 32 sowie der Permanentmagnetanordnung 10 längs der Hubstrecke 45 und der daran anschließenden Schaltstrecke 52 folgt. Hierbei gleiten die beiden Riegel 36, 37 während der Bewegung längs der Hubstrecke 45 und einem Teil der Schaltstrecke 52 jeweils entlang einer in vertikaler Richtung erstreckten Führungsfläche 46 der Riegelvorsprünge 38, um anschließend längs des verbleibenden Teils der Schaltstrecke 52 bei Annäherung an die Transportvorsprünge 39 mit einem oberen keilförmigen Endbereich in die Vertiefung 43 der Transportvorsprünge 39 zu gleiten. Dabei kommt es zu einer Gleitbewegung des oberen keilförmigen Endbereichs der Riegel 36, 37 mit Schrägflächen 47 der Transportvorsprünge 39, wodurch eine Verlagerung der Riegel 36, 37 der Riegelhülse 30 in der Umfangsrichtung 44 relativ zum Gehäuseteil 25 erfolgt, was gleichbedeutend mit einer Rotation der Riegelhülse 30 um die Längsachse 34 ist. Am oberen Ende der Schaltstrecke 52 greifen die Riegel 36, 37 vollständig in die jeweils gegenüberliegenden Vertiefungen 43 der Transportvorsprünge 39 ein, wobei die Permanentmagnetanordnung 10 einen minimalen Abstand gegenüber der Oberfläche 23 der Trageinrichtung 4 und damit eine (instabile) Übergangsstellung einnimmt. Da sich ausgehend von dieser Übergangsstellung durch die Weiterbewegung des Tragmittels 2 längs des Bewegungswegs 3 die magnetische Wechselwirkung des nicht dargestellten, als Aktivierungsmittel dienenden Permanentmagneten des Tragmittels mit der Permanentmagnetanordnung 10 des Magnetmittels 5 reduziert, folgt die Permanentmagnetanordnung 10 der Schwerkraft und beginnt eine in vertikaler Richtung nach unten gerichtete Bewegung längs der Schaltstrecke 52. Hierbei gleitet der untere keilförmige Endbereich des Riegels 36 bzw. 37 an einer Schrägfläche 49 ab, so dass erneut eine Relativbewegung der Riegel 36, 37 gegenüber dem Gehäuseteil 25 in der Umfangsrichtung 44 erfolgt, was ebenfalls wieder in einer Rotationsbewegung der Riegelhülse 30 um die Längsachse 34 resultiert.
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Die Bewegung der Permanentmagnetanordnung 10 in vertikaler Richtung nach unten wird durch den formschlüssigen Eingriff der Riegel 36, 37 in den oberen Vertiefungen 41 der Riegelvorsprünge 38 aufgehalten, wodurch in Richtung der Längsachse 34 eine formschlüssige Verriegelung zwischen den Riegeln 36, 37 und den Riegelvorsprüngen 38 gewährleistet ist, bei der die Permanentmagnetanordnung 10 einen nicht näher dargestellten, jedoch relativ geringen Abstand zur Oberfläche 23 der Trageinrichtung einnimmt.
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Diese Position hält die Permanentmagnetanordnung 10 auch dann ein, wenn eine magnetische Wechselwirkung des Supraleiters 20 erfolgt, die zu einer Einleitung von in vertikaler Richtung nach unten gerichteten Stützkräften auf die Permanentmagnetanordnung 10 führt.
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Nachdem der Supraleiter 20 bei seiner Bewegung längs des Bewegungswegs 3 das Magnetmittel 5 passiert hat, gelangt der weitere, auch als Deaktivierungsmittel bezeichnete, in den 1 und 2 dargestellte Permanentmagnet 18 in magnetische Wechselwirkung mit der Permanentmagnetanordnung 10 des Magnetmittels 5 und übt eine in vertikaler Richtung nach oben ausgerichtete Anziehungskraft auf die Permanentmagnetanordnung 10 aus, so dass dieser eine weitere Hubbewegung nach oben durchführen kann.
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Hierbei werden die Riegel 36, 37 aus den oberen Vertiefungen 41 der Riegelvorsprüngen 38 abgehoben und gelangen mit ihrem vertikal obenliegenden keilförmigen Endbereich in Anlage an die Schrägflächen 47 der Transportvorsprünge 39, wodurch erneut eine Relativbewegung der Riegel 36, 37 in der Umfangsrichtung 44 gegenüber dem Gehäuseteil 25 und somit eine Rotationsbewegung der Riegelhülse 30 um die Längsachse 34 stattfindet und die Permanentmagnetanordnung 10 eine Übergangsstellung einnimmt. Bei abnehmender magnetischer Wechselwirkung zwischen der Permanentmagnetanordnung 10 und dem als Deaktivierungsmittel dienenden Permanentmagneten 18 bewegen sich die Riegel 36, 37 aus der Übergangsstellung, in der die oberen keilförmigen Bereiche der Riegel 36, 37 vollständig in die Vertiefungen 43 der Transportvorsprünge 39 eingreifen, in vertikaler Richtung nach unten. Hierbei gleiten die Riegel 36, 37 an Führungsflächen 50 entlang, bis die unteren keilförmigen Endbereiche der Riegel 36, 37 in Anlage zu Schrägflächen 51 der Riegelvorsprünge 38 gelangen, wodurch erneut eine Relativbewegung der Riegel 36, 37 in Umfangsrichtung 44 gegenüber dem Gehäuseteil 25 stattfindet, was mit einer Rotationsbewegung der Riegelhülse 30 um die Längsachse 34 einhergeht, bis die Riegel 36, 37 vollständig in die unteren Vertiefungen 42 der Riegelvorsprünge 38 eingreifen und damit die Ruhestellung für die Permanentmagnetanordnung 10 wieder erreicht ist.
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Durch die mechanische Wechselwirkung zwischen den Riegeln 36, 37 der Riegelhülse 30 und den Riegelvorsprüngen 38 sowie den Transportvorsprüngen 39 wird die gewünschte stabile Lagerung der Permanentmagnetanordnung 10 in zwei voneinander unterschiedlichen Stellungen gewährleistet, die durch die Hubstrecke 45 voneinander entfernt sind und von denen die obere Stellung als Funktionsstellung und die untere Stellung als Ruhestellung bezeichnet wird.
