-
Die Erfindung betrifft ein Transportsystem mit mehreren entlang einer Transportstrecke angeordneten und jeweils drehbeweglich gegenüber einem Grundkörper gelagerten, rotationssymmetrisch ausgebildeten Wälzelementen zur Abstützung von zu fördernden Transportgütern.
-
Aus der
DE 196 22 903 C2 ist ein Fördersystem bekannt, bei dem eine Mehrzahl identisch ausgebildeter Kugelrollentransporteinheiten an einer Kugel-Plattform angeordnet sind, um eine Auflagefläche zu bilden, über die zu transportierende Objekte wie zum Beispiel Container reibungsarm geschoben werden können. Dabei umfasst die einzelne Kugelrollentransporteinheit im Wesentlichen eine sphärische Tragschale mit einer Vielzahl darin angeordneter Tragkugeln, auf denen eine Laufkugel drehbar gelagert ist, um darauf das Objekt aufzulegen. Dabei kann vorgesehen sein, die Laufkugel federnd zu lagern, um durch eine begrenzte Auf- und Abwärtsbewegung eine gleichmäßige Verteilung der Last auf mehrere Kugelrollentransporteinheiten zu ermöglichen.
-
Die
KR 10 2007 0 115 188 A offenbart eine Glastransfervorrichtung, um ein Glassubstrat zu transferieren, während das Glassubstrat vor Fremdmaterialien und Reibung geschützt wird. Eine Vielzahl von Rotationswellen ist mit einem vorbestimmten Abstand in einer Richtung des Transfers eines Glases angeordnet. Die Drehwellen sind entlang ihres Außenumfangs mit Magneten unterschiedlicher Polarität versehen. Eine Vielzahl von Rotationsrollen ist an den Rotationswellen befestigt, um das Glas entsprechend der Rotation der Rotationswellen zu transportieren. Der erste Dauermagnet ist am ersten Ende der Drehwelle befestigt. Der zweite Dauermagnet ist entsprechend dem ersten Dauermagneten vorgesehen. Der zweite Dauermagnet hat die gleiche Polarität wie der erste Dauermagnet, um die Mitte der Drehwelle unter Verwendung der Abstoßungskraft zwischen den Magneten zu halten. Eine Spaltaufrechterhaltungseinheit ist am äußeren Abschnitt der Drehwelle entsprechend den Magneten vorgesehen, um den Spalt zwischen den Drehwellen aufgrund der Abstoßungskraft zwischen den Magneten aufrechtzuerhalten.
-
Die
EP 0 695 027 A1 offenbart einen ferromagnetischen Körper eines beweglichen Teils, der so angeordnet ist, dass er einem hochtemperatursupraleitenden Körper eines feststehenden Teils gegenübersteht, und der hochtemperatursupraleitende Körper wird in einem Magnetfeld auf eine Temperatur unterhalb einer kritischen Temperatur abgekühlt, um ihn in einen supraleitenden Zustand zu versetzen. Die Anziehungskraft zwischen dem hochtemperatursupraleitenden Körper und dem ferromagnetischen Körper, die erzeugt wird, wenn der an den hochtemperatursupraleitenden Körper angeheftete Magnetfluss durch den ferromagnetischen Körper geleitet wird, wird als die Kraft genutzt, die das bewegliche Teil hält. Stabiles Schweben kann berührungslos nur durch eine Kombination des hochtemperatursupraleitenden Körpers und des ferromagnetischen Körpers erreicht werden, die so beschaffen ist, dass die Anziehungskraft nachlässt, wenn der Spalt unter einen vorgegebenen Wert sinkt.
-
Die
US 5 220 232 A offenbart ein verbessertes supraleitendendes Lager, bei dem die Flussdichte und der Flussdichtegradient zwischen einer Magnetquelle und einem Element aus supraleitendem Material erhöht werden, indem eine Vielzahl von Magneten wird Ende-an-Ende magnetisiert und in wechselnder Polarität nebeneinander gestapelt wird und zwischen den Magneten nichtmagnetische Ausgleichsscheiben angeordnet sind, so dass Flusslinien zwischen den Enden benachbarter Magnete fließen und mit dem Bauteil in Verbindung stehen. Das Ergebnis ist eine höhere Tragfähigkeit und Steifigkeit. Wenn das Element aus einem supraleitenden Material vom Typ II besteht, bietet das Lager sowohl in radialer als auch in axialer Richtung Halt.
-
Die
WO 2005/ 063 600 A1 offenbart eine Kraftübertragungseinheit und einen Förderer, der die Kraftübertragungseinheit verwendet. Zur Kraftübertragung zwischen einer ersten und einer zweiten Welle, die im Winkel zueinander stehen, umfasst die Kraftübertragungseinheit einen ersten Rotor, der an der ersten Welle befestigt ist und fächerförmige N- und S-Pole aufweist, die abwechselnd auf einer ersten konischen Oberfläche ausgebildet sind; und einen zweiten Rotor, der an der zweiten Welle befestigt ist und fächerförmige S- und N-Pole aufweist, die abwechselnd auf einer zweiten konischen Oberfläche ausgebildet sind, wobei die erste und die zweite konische Oberfläche mit einem Spalt dazwischen angeordnet sind, so dass während der Kraftübertragung sukzessive ein Magnetfeldhaftungsraum gebildet wird.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Transportsystem bereit zu stellen, das für eine Verwendung in Reinräumen und/oder zum Transport von hochempfindlichen Transportgütern ausgebildet ist.
-
Diese Aufgabe wird für ein Transportsystem der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Wälzelemente und der Grundkörper eine Magnetlagereinrichtung bilden, die für eine kontaktlose Lagerung der Wälzelemente gegenüber dem Grundkörper ausgebildet ist und die ein Supraleitsystem und ein Permanentmagnetsystem umfasst, die zur gegenseitigen kontaktlosen Bereitstellung von Stützkräften aufeinander abgestimmt sind.
-
Bei dem eingangs genannten Stand der Technik ist eine reibungsbehaftete, drehbewegliche Lagerung der Laufkugel auf einer Vielzahl von Tragkugeln vorgesehen, die ihrerseits in einer Tragschale drehbeweglich aufgenommen sind. Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Transportsystem eine kontaktlose Lagerung der Wälzelemente gegenüber dem Grundkörper vorgesehen. Durch diese kontaktlose Lagerung entfällt ein direkter mechanischer Kontakt zwischen den Wälzelementen und dem Grundkörper, wodurch keine Reibungseffekte auftreten und eine Freisetzung von Abriebpartikeln bei der Bewegung der Wälzelemente ausgeschlossen werden kann. Ferner wird durch die kontaktlose Lagerung der Wälzelemente sichergestellt, dass an den Transportgütern anhaftende Partikel, die auf eines der Wälzelemente abgewälzt werden, nicht zu einer Blockierung des Wälzelements führen, wie dies bei der aus dem Stand der Technik bekannten Kombination von Tragkugeln und der Laufkugel der Fall sein kann.
-
Zur Gewährleistung der kontaktlosen Lagerung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die die Wälzelemente und der Grundkörper zur gegenseitigen Ausübung von Stützkräften ein Supraleitersystem und ein Permanentmagnetsystem umfassen. Bei dem Supraleitersystem handelt es sich vorzugsweise um einen oder mehrere Körper aus einem Material, das durch Temperierung auf eine oder unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist, was eine Verdrängung eines äußeren Magnetfelds mit umfasst und für die kontaktlose Lagerung der Wälzelemente ausgenutzt wird. Bevorzugt ist für das erfindungsgemäße Supraleitersystem die Verwendung von sogenannten Hochtemperatursupraleitern vorgesehen, die supraleitende Eigenschaften auch bei Temperaturen über 23 Kelvin aufweisen, insbesondere noch bei einer Temperatur von 77 Kelvin, die der Siedetemperatur des flüssigen Stickstoffs entspricht, wodurch in relativ einfacher Weise eine länger anhaltende Kühlung des Supraleitersystems auf der oder unterhalb der Sprungtemperatur gewährleistet werden kann. Das Permanentmagnetsystem ist derart auf die Eigenschaften des Supraleitersystems angepasst, dass eine drehbewegliche Lagerung der Wälzelemente zumindest um eine Rotationsachse, vorzugsweise um mehrere Rotationsachsen, insbesondere um beliebige Rotationsachsen, gewährleistet wird.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Supraleitersystem dem Grundkörper zugeordnet ist und wenn das Permanentmagnetsystem mehrere der Wälzelemente umfasst, die jeweils mit einer Permanentmagnetanordnung ausgerüstet sind. Durch die Zuordnung des Supraleitersystems zum Grundkörper kann eine einfache Aufbauweise für das Supraleitersystem realisiert werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine zentrale Kühlung für mehrere Supraleiter des Supraleitersystems, insbesondere für alle Supraleiter des Supraleitersystems, vorgesehen ist. Diese zentrale Kühlung kann wahlweise mittels eines verflüssigten Gases, insbesondere mittels flüssigen Stickstoffs, realisiert werden, das in einem Tanksystem aufgenommen ist und das die Supraleiter des Supraleitersystems umspült. Hierbei wird ausgenutzt, dass die zur Verdampfung des verflüssigten Gases notwendige Wärme der Umgebung, insbesondere den vom verflüssigten Gas umspülten Supraleitern, entzogen wird, so dass diese gekühlt werden. Alternativ kann vorgesehen werden, in dem Grundkörper oder benachbart zum Grundkörper eine elektrische Kühleinrichtung anzuordnen, die über geeignete Kühlleitungen mit den einzelnen Supraleitern verbunden ist, um bei Vorliegen einer geeigneten Energiezufuhr an die Kühleinrichtung eine zeitlich unbeschränkte Kühlung für die Supraleiter gewährleisten zu können. Ferner ist vorgesehen, dass mehrere der Wälzelemente mit einer Permanentmagnetanordnung ausgerüstet sind, die jeweils ein Magnetfeld bereitstellt, das während einer Abkühlung der Supraleiter auf die beziehungsweise unterhalb der Sprungtemperatur gewissermaßen in dem jeweiligen Supraleiter „eingefroren“ wird. Anschließend führt eine Veränderung der räumlichen Lage der jeweils mit einer Permanentmagnetanordnung ausgerüsteten Wälzelemente gegenüber dem jeweiligen Supraleiter zu Reaktionskräften auf die Wälzelemente, wodurch die zumindest im Wesentlichen ortsfeste Positionierung der Wälzelemente erzielt werden kann.
-
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Permanentmagnetanordnung des Wälzelements für eine Bereitstellung eines zur Rotationsachse rotationssymmetrischen Magnetfelds ausgebildet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass sich das entsprechend ausgerüstete Wälzelement um die Rotationsachse drehen kann, ohne dass hierdurch Reaktionskräfte ausgehend vom Supraleiter ausgeübt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Wälzelement in der Art eines kreiszylindrisch ausgebildeten und in axialer Richtung längs einer Zylinderachse magnetisierten Stabmagneten ausgebildet ist. Während einer Inbetriebnahme des Transportsystems, also während der Abkühlung der Supraleiter auf oder unterhalb der Sprungtemperatur muss das jeweilige Wälzelement hinsichtlich seines Magnetfelds so gegenüber dem Supraleiter ausgerichtet werden, wie seine Rotationsachse im späteren Betrieb ausgerichtet sein soll, da mit erfolgter Abkühlung auf die oder unterhalb der Sprungtemperatur die Festlegung für die reaktionskraftfreie Ausrichtung für das Wälzelement erfolgt.
-
Vorteilhaft ist es, wenn Rotationsachsen der Wälzelemente in einer gemeinsamen Transportebene angeordnet sind und/oder in vorgebbaren Winkelstellungen, insbesondere parallel, zueinander ausgerichtet sind. Für einen schonenden Transport von hochempfindlichen Transportgütern ist es vorteilhaft, wenn das jeweilige Transportgut zumindest nahezu erschütterungsfrei über die Wälzelemente hinweg transportiert werden kann. Hierzu ist es zumindest bei identisch ausgeführten Wälzelementen von Vorteil, wenn deren Rotationsachsen in einer gemeinsamen Transportebene angeordnet sind. Für eine Förderung des Transportguts entlang einer gewünschten Transportstrecke ist vorgesehen, dass die Rotationsachsen der Wälzelemente in vorgebbaren Winkelstellungen zueinander ausgerichtet sind, um eine möglichst reibungsarme, vorzugsweise nahezu reibungsfreie Beförderung des Transportguts gewährleisten zu können. Sofern Wälzelemente unterschiedlicher Größe und/oder Geometrie vorgesehen sein sollten, wird alternativ zur Anordnung der Rotationsachsen der Wälzelemente in einer gemeinsamen Transportebene eine Anordnung von Berührflächen der jeweiligen Wälzelemente in einer gemeinsamen Transportebene vorgesehen, wobei diese Berührflächen diejenigen Flächen an den Wälzelementen sind, die in Berührkontakt mit dem zu fördernden Transportgut kommen können. Für manche Transportanwendungen ist es ausreichend, wenn das Transportgut entlang einer geraden Transportstrecke befördert werden kann. Hierbei ist es zur Vermeidung von unerwünschten Reibungseffekten vorteilhaft, wenn die Rotationsachsen der Wälzelemente parallel zueinander ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wälzelemente längs der Transportstrecke in einer festen Teilung, also äquidistant, angeordnet sind, um möglichst an jedem Ort längs der Transportstrecke und zu jedem Zeitpunkt während des Transports eines Transportguts zumindest eine gewisse Anzahl von Wälzelementen in Berührkontakt mit dem Transportgut zu halten.
-
Beispielhaft ist vorgesehen, dass das Wälzelement als Permanentmagnetanordnung ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders einfache Aufbauweise für das jeweilige Wälzelement ermöglicht, insbesondere bei einer stabförmigen Ausgestaltung des Wälzelements, da hierbei möglicherweise auf kostengünstig hergestellte Stabmagnete zurückgegriffen werden kann. Zur Vermeidung von unerwünschten Wechselwirkungen mit den zu transportierenden Transportgütern kann eine Beschichtung des Wälzelements, insbesondere mit einer Kunststoffschicht, vorgesehen werden. Vorzugsweise besteht das Wälzelement aus der Permanentmagnetanordnung und gegebenenfalls aus einer zugeordneten Beschichtung.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Grundkörper ein Antriebsmittel angeordnet ist, das für eine kontaktlose Drehmomenteinleitung auf wenigstens ein Wälzelement ausgebildet ist, um eine Förderbewegung für die Transportgüter zu bewirken. Vorzugsweise ist die Drehmomenteinleitung bezogen auf die Rotationsachse des jeweiligen Wälzelements vorgesehen, sodass dieses bereits ohne einen Berührkontakt mit dem Transportgut in eine Rotationsbewegung versetzt werden kann und bei herannahendem Transportgut ruckarme oder vorzugsweise ruckfrei eine Förderbewegung auf das Transportgut ausüben kann. Dabei kann wahlweise eine Steuerung oder eine Regelung für das Antriebsmittel vorgesehen sein, um eine konstante Förderbewegung oder eine an äußere Randbedingungen angepasste, geschwindigkeitsveränderliche Förderbewegung für die Transportgüter bereitstellen zu können. Bei dem Antriebsmittel kann es sich insbesondere um einen Elektromotor oder einen fluidischen Drehantrieb handeln. Die kontaktlose Drehmomenteinleitung vom Antriebsmittel auf das jeweilige Wälzelement wird vorzugsweise mittels einer Magnetkupplung verwirklicht. Hierzu können exemplarisch sowohl am Wälzelement als auch am Antriebsmittel zueinander korrespondierende Permanentmagnete vorgesehen werden, die idealerweise abseits der Permanentmagnetanordnung des jeweiligen Wälzelements angeordnet sind und zumindest nahezu vollständig außerhalb des Einflussbereichs des Supraleiters liegen. Gegebenenfalls können geeignete Abschirmmittel vorgesehen werden, um die Magnetfelder der Magnetkupplung unabhängig von den Supraleitern in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse des Wälzelements versetzen zu können.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine bewegliche, insbesondere schwenkbewegliche, Anordnung des Supraleitersystems oder einzelner Supraleiter des Supraleitersystems am Grundkörper vorgesehen ist, um eine Beeinflussung einer räumlichen Ausrichtung und/oder Position von Wälzelementen zu ermöglichen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, das Supraleitersystem schwenkbar um eine normal zur Transportebene ausgerichtete Schwenkachse am Grundkörper anzuordnen, um wahlweise eine Richtung der Rotationsachsen der Wälzelemente durch Verschwenken des Supraleitersystems zu beeinflussen. Alternativ können einzelne Supraleiter des Supraleitersystems schwenkbeweglich am Grundkörper angeordnet sein, um beispielsweise durch Verschwenken eines oder mehrerer Supraleiter, insbesondere um eine Schwenkachse quer zur Rotationsachse, eine selektive Umleitung von Transportgütern in der Art einer Weiche entlang wenigstens zweier unterschiedlicher Transportstrecken zu ermöglichen. Vorzugsweise sind zumindest einige Supraleiter des Supraleitersystems jeweils mit einem Schrittmotor gekoppelt, der eine zumindest nahezu freie Winkeleinstellbarkeit für den jeweiligen Supraleiter um eine Schwenkachse quer zur Transportebene ermöglicht. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, einzelne Supraleiter oder Gruppen von Supraleitern beweglich am Grundkörper um eine oder mehrere Schwenkachsen zu lagern, um beispielsweise eine räumliche Krümmung für die Transportstrecke abweichend von der an sich vorgesehenen Transportebene zu realisieren.
-
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass der Grundkörper in einem ersten Raumbereich aufgenommen ist und dass die Wälzelemente in einem zweiten Raumbereich aufgenommen sind, wobei der zweite Raumbereich von einer Trennwand gegenüber dem ersten Raumbereich abgetrennt ist. Eine derartige Ausgestaltung des Transportsystems ist insbesondere bei einer Verwendung in Reinräumen von Interesse, bei der die Wälzelemente in einem Reinraumbereich mit einer höheren Reinraumklasse (geringere Partikeldichte und/oder Partikelgröße) als der Grundkörper angeordnet sind, der seinerseits in einem Reinraumbereich niedriger Reinraumklasse (höhere Partikeldichte und/oder Partikelgröße) angeordnet ist. Durch die kontaktlose Bereitstellung von Stützkräften kann somit eine Förderbewegung für die Transportgüter mit einer äußerst geringen Wahrscheinlichkeit hinsichtlich der Erzeugung von unerwünschten Partikeln gewährleistet werden.
-
Zweckmäßig ist es, wenn das Wälzelement kugelförmig oder kreiszylindrisch oder konisch oder als Anordnung eines ersten, rotationssymmetrischen Abschnitts und eines längs der Rotationsachse an den ersten Abschnitt angerenzenden zweiten, insbesondere rotationssymmetrischen, Abschnitts ausgebildet ist. Eine kugelförmige Ausgestaltung der Wälzelemente ist insbesondere dann von Interesse, wenn einzelne Supraleiter des Supraleitersystems beweglich, insbesondere schwenkbeweglich, am Grundkörper angeordnet sind, um eine Art Weichenfunktion für das Transportsystem und die längs wenigstens zweier unterschiedlicher Transportstrecken zu fördernden Transportgüter vorgesehen ist. Durch die kugelförmige Ausgestaltung der Wälzelemente werden unerwünschte Scherbewegungen zwischen den Wälzelementen und den zu fördernden Transportgütern auf Grund des nahezu punktförmigen Berührkontakts zwischen Wälzelement und Transportgut nahezu vollständig vermieden. Eine kreiszylindrische oder konische Ausgestaltung der Wälzelemente ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Wälzelemente, insbesondere auf der Basis von Stabmagneten. Dabei ist bei der konischen Geometrie der Wälzelemente, die rotationssymmetrisch zur Rotationsachse vorgesehen ist, eine Zentrierwirkung für die zu fördernden Transportgüter möglich. Bei einer Ausgestaltung der Wälzelemente als Anordnungen zweier unterschiedlich gestalteter Abschnitte kann beispielsweise eine randseitige Begrenzung eines Transportwegs für die zu fördernden Transportgüter realisiert werden, wenn die Transportgüter auf den ersten rotationssymmetrischen Abschnitten mit kleinerem Durchmesser aufliegen und gegebenenfalls randseitig an den zweiten Abschnitten zur Anlage kommen, wenn sie möglicherweise von der vorgesehenen Transportstrecke abweichen.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Transportsystems mit zwei Reihen von parallel zueinander ausgerichteten kugelförmigen Wälzelementen,
- 2 eine seitliche Schnittdarstellung des Transportsystems gemäß der 1,
- 3 eine schematische Darstellung eines kugelförmigen Wälzelements zur Verwendung in dem Transportsystem gemäß den 1 und 2,
- 4 eine zweite Ausführungsform eines Transportsystems mit walzenförmig ausgebildeten Wälzelementen, denen jeweils Antriebsmittel zur Einleitung von Förderbewegungen zugeordnet sind,
- 5 eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform des Transportsystem gemäß der 4,
- 6 eine Detaildarstellung des walzenförmigen Wälzelements aus dem Transportsystem gemäß den 4 und 5,
- 7 eine stirnseitige Ansicht des Wälzelements aus dem Transportsystem gemäß den 4 und 5,
- 8 eine dritte Ausführungsform eines Transportsystems, bei dem kugelförmige Wälzelemente zumindest teilweise mit drehbar gelagerten Supraleitern in einer kontaktlosen kraftübertragenden Beziehung stehen, wobei in 8 alle Wälzelemente mit parallel zueinander ausgerichteten Rotationsachsen für eine geradlinige Förderung von Transportgütern vorgesehen sind,
- 9 eine zweite Betriebssituation für das Transportsystem gemäß der 8 mit teilweise verschwenkt angeordneten Rotationsachsen der Wälzelemente für eine weichenartige Funktion des Transportsystems und
- 10 eine schematische Schnittdarstellung eines beschichteten kugelförmigen Wälzelements zur Verwendung in der ersten oder dritten Ausführungsform des Transportsystems.
-
Eine in den 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsform eines Transportsystems 1 ist zum Transport von exemplarisch plattenförmig ausgebildeten Transportgütern 2 längs einer Transportstrecke 3 ausgebildet. Bei den Transportgütern 2 kann es sich beispielsweise um Halbleitersubstrate (Wafer), um Probenträger für den chemischen oder biologischen Laborbedarf oder um andere empfindliche Güter handeln. Bei der Ausführungsform des Transportsystems 1 gemäß den 1 und 2 ist die Transportstrecke 3 geradlinig ausgeführt. Wie nachstehend noch näher beschrieben wird, kann ein Transportsystem auch eine gekrümmte, möglicherweise auch in mehreren Raumrichtungen gekrümmte, Ausgestaltung einer Transportstrecke aufweisen.
-
Das in den 1 und 2 dargestellte Transportsystem 1 umfasst mehrere jeweils kugelförmig ausgebildete Wälzelemente 4, die exemplarisch in zwei zueinander parallelen Reihen längs der Transportstrecke 3 angeordnet sind. Jedes der Wälzelemente 4 weist auf Grund seiner nachstehend noch näher beschriebenen Eigenschaften eine vorgebbare Rotationsachse auf, die vorzugsweise identisch mit einer Rotationssymmetrieachse der äußeren Gestalt der Wälzelemente 4 ausgebildet ist. Bei den kugelförmigen Wälzelementen 4 gemäß den 1 und 2 ist dementsprechend die Rotationsachse 5 identisch mit einer nicht bezeichneten Kugelachse der Wälzelemente 4.
-
Ferner umfasst das Transportsystem 1 einen exemplarisch kastenförmig ausgebildeten Grundkörper 6, dessen längste Kante 7 sich ebenfalls parallel zur Transportstrecke 3 erstreckt und der beispielhaft eine quaderförmige Gestalt aufweist. Dem Grundkörper sind gemäß der ausschnittartigen Darstellung in der 1 mehrere längs der Transportstrecke 3 in einer vorgebbaren Teilung, insbesondere einer konstanten Teilung, angeordnete Materialstücke, insbesondere Bandstücke, aus einem metallischem oder keramischen Werkstoff zugeordnet, der bei Erreichen oder Unterschreiten einer materialspezifischen Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist. Diese Materialabschnitte, insbesondere Bandstücke, werden im Sinne der Patentanmeldung als Supraleiter 8 bezeichnet. Exemplarisch weisen die Supraleiter 8 eine kreiszylindrische Gestalt auf und sind in einer kanalförmigen, nutartigen Ausnehmung 9 im Grundkörper 6 angeordnet. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Supraleiter 8 durch Abstandshalter 10 in einem vorgebbaren Abstand zu einer Grundfläche 11 der Ausnehmung angeordnet sind und ein Supraleitersystem 22 bilden. Vorzugsweise sind die Abstandshalter 10 und die Supraleiter 8 derart ausgebildet, dass Oberflächen 12 der Supraleiter 8 in einer gemeinsamen Abschlussebene angeordnet sind. Ferner ist die Ausnehmung 9 derart ausgebildet, dass zwischen den Supraleitern 8 und den Seitenflächen 15, 16 der Ausnehmung 9 jeweils noch 1 Spalt besteht.
-
Die Ausnehmung 9 im Grundkörper 6 ist beispielhaft durch eine Abschlussplatte 17 verschlossen, die exemplarisch auf den Oberflächen 12 der Supraleiter 8 aufliegt. Beispielsweise kann die Abschlussplatte aus einem bruchfesten, thermisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise Glaskeramik, hergestellt sein. Ein von der Ausnehmung 9 und der Abschlussplatte 17 begrenzter und von den Supraleitern 8 sowie den Abstandshaltern 10 zumindest teilweise ausgefüllter Hohlraum 18 innerhalb des Grundkörpers 6 ist exemplarisch zur Aufnahme eines Kühlfluids vorgesehen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kühlfluid um flüssigen Stickstoff, der mit einer Siedetemperatur von 77 Kelvin eine Kühlung von sogenannten Hochtemperatursupraleitermaterialien wie beispielsweise Yttrium-Barium-Kupferoxid auf deren Sprungtemperatur ermöglicht und somit die Bereitstellung von supraleitenden Eigenschaften des verwendeten Hochtemperatursupraleiters gewährleisten kann. Exemplarisch ist der Hohlraum 18 durch ein nicht näher dargestelltes Kanalsystem mit einem Tankbereich 19, der zentral im Grundkörper 6 angeordnet ist, fluidisch kommunizierend verbunden. Hierdurch kann unter der Voraussetzung einer geeigneten Werkstoffauswahl für den Grundkörper 6 und möglicherweise vorgenommener, nicht dargestellter Isolationsmaßnahmen, eine länger anhaltende Kühlung der Supraleiter 8 aufrechterhalten werden, ohne dass hierzu eine ständige Bereitstellung von Kühlfluid wie flüssigem Stickstoff notwendig ist.
-
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind anstelle der vorstehend angeführten Kühleinrichtung, die auf der Verdampfung eines verflüssigten Gases basiert, fremdkraftbetätigte Kühleinrichtungen wie beispielsweise eine elektrische Kühlung, die beispielsweise als Pulsröhrenkühler in der Art eines Stirling-Motors ausgebildet sein kann, vorgesehen.
-
Die kugelförmig ausgebildeten Wälzelemente 4 sind bei dem Transportsystem 1 gemäß den 1 und 2 exemplarisch als Permanentmagnetanordnung 14 aus einem permanentmagnetischen Material hergestellt und bilden in ihrer Gesamtheit ein Permanentmagnetsystem 23. Zur Gewährleistung einer freien Drehbarkeit um die Rotationsachse 5 kann eine Magnetisierung der Permanentmagnetanordnung 14 vorgesehen sein, wie sie in der 3 dargestellt ist. Hierbei ist vorgesehen, dass das vom Wälzelement 4 bereitgestellte Magnetfeld rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 5 ist, so dass bei einer Rotation des Wälzelements 4 um seine Rotationsachse 5 keine Reaktionskräfte durch den jeweils zugeordneten Supraleiter 8 hervorgerufen werden. Eine derartige Magnetisierung des in der 3 dargestellten Wälzelements 4 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass zwei kreiszylindrisch ausgebildete Stabmagnete, die jeweils eine längs ihrer Zylinderachse erstreckte Magnetisierung aufweisen, mit gleichsinnigen Polen stirnseitig aneinander befestigt werden, um anschließend durch Materialabtrag rotationssymmetrisch zur Zylinderachse eine Kugelform zu erzeugen, wie sie in der 3 dargestellt ist. Durch diese Maßnahme kann die gewünschte Rotationssymmetrie für das Magnetfeld des Wälzelements 4 erzeugt werden.
-
Für eine Inbetriebnahme des Transportsystems 1 kann beispielsweise vorgesehen werden, die Wälzelemente 4 in gleichartige Vertiefungen einer nicht dargestellten Planparallelplatte einzulegen, die ihrerseits auf die Abschlussplatte 17 aufgelegt wird. Durch diese Maßnahme wird die Anordnung der Wälzelemente 4 sowohl längs der Transportstrecke 3 als auch quer dazu festgelegt. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt die Befüllung der Hohlräume 18 und des Tankbereichs 19 mit dem Kühlfluid, insbesondere flüssigem Stickstoff, so dass die gewünschte Abkühlung der Supraleiter 8 erfolgt und die Magnetfelder der Wälzelemente 4 gewissermaßen in den Supraleitern 8 „eingefroren“ werden. Es versteht sich, dass anstelle der Kühlung mit dem Kühlfluid auch eine fremdkraftbetätigte Kühlung, insbesondere eine elektrische Kühlung, vorgesehen werden kann. Nach Erreichen oder Unterschreiten der Sprungtemperatur für die Supraleiter 8 wird in einem nachfolgenden Schritt die Planparallelplatte entfernt, die beispielsweise mit einklappbaren Stützelementen auf der Abschlussplatte 17 aufgelegt war, um hierdurch die Wälzelemente 4 mechanisch freigeben zu können. Durch den „Einfriervorgang“ für die Magnetfelder der Wälzelemente 4 in den Supraleitern 8 werden die Wälzelemente 4 gegenüber den Supraleitern 8 ortsfest gehalten. Jede räumliche Veränderung des Magnetfelds der Wälzelemente 4 führt zu entsprechenden Reaktionskräften der Supraleiter 8. Da die Magnetfelder der Wälzelemente 4 wie vorstehend beschrieben rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 5 ausgebildet sind, kann nunmehr eine Rotation der Wälzelemente 4 um ihre Rotationsachsen 5 stattfinden, ohne dass hierbei Reaktionskräfte der Supraleiter 8 auftreten. Dementsprechend erfolgt bei einer linearen Bewegung eines Transportguts 2 über die Wälzelemente 4 hinweg eine Punktberührung zwischen dem Wälzelement 4 und dem plattenförmig ausgebildeten Transportgut 2. Ein beim Transport des Transportguts 2 längs des Transportwegs 3 stattfindender Abwälzvorgang der Wälzelemente 4 an der Oberfläche des Transportguts 2 ist zumindest nahezu vollständig reibungsfrei, da keine relevanten Reibungskräfte auf das Wälzelement 4 einwirken, wie dies beispielsweise beim Stand der Technik der Fall ist.
-
Das in den 1 und 2 dargestellte Transportsystem 1 weist auf Grund der schwebenden Anordnung der Wälzelemente 4 und der Eigenschaften der Supraleiter 8 auch Stoßdämpfungseigenschafte auf, die gerade für eine Beförderung von empfindlichen Transportgütern von Vorteil sind. Bei einer Auslenkung der Wälzelemente 4 aus der Vorzugsposition, die durch das „Einfrieren“ ihres Magnetfelds in dem jeweils zugeordneten Supraleiter 8 bestimmt wird, erfolgt eine Bereitstellung von Reaktionskräften auf das ausgelenkte Wälzelement durch den jeweils zugeordneten Supraleiter. Diese Reaktionskräfte führen jedoch nicht zu einer Begrenzung der Bewegung des Wälzelements 4 ausgehend von seiner Vorzugsposition. Vielmehr wird lediglich mit zunehmender Entfernung von der Vorzugsposition eine Verstärkung der Reaktionskräfte hervorgerufen, so dass eine Rückstellbewegung für ein ausgelenktes Wälzelement in seine Vorzugsposition stattfindet, wobei diese Rückstellbewegung insbesondere aufgrund von Luftreibung und Trägheitskräften bedämpft ist. Dementsprechend kann durch geeignete Auswahl der Masse der Wälzelemente 4 und der Beabstandung gegenüber den Supraleitern 8 sowie der jeweiligen magnetischen Eigenschaften auch eine gewisse Elastizität in der Art einer Stoßdämpfungsfunktion für die von den Oberflächen der Wälzelemente 4 bestimmte Transportebene 20 angenommen werden. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Wälzelemente mit unterschiedlichem Kugeldurchmesser ausgeführt, wobei jeweils Berührpunkte der Wälzelemente mit dem Transportgut in der gleichen Transportebene liegen. Hierdurch kann beispielsweise in einem Bereich des Transportsystems, in dem das Transportgut auf die Wälzelemente aufgelegt wird, eine geringere Masse für die Wälzelemente vorgesehen werden, um in diesem Bereich vorteilhafte Stoßdämpfungseigenschaften zu gewährleisten, während ansonsten längs der Transportstrecke Wälzelemente mit höherer Masse vorgesehen sind, die eine Förderung des Transportguts in einer Transportebene sicherstellen.
-
Rein exemplarisch ist in der 2 eine zwischen den Wälzelementen 4 und dem Grundkörper 6 angeordnete Trennwand 21 eingezeichnet, bei der es sich beispielsweise um einen Wandabschnitt eines Reinraums handeln kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wälzelemente 4 innerhalb eines ersten Raumbereichs angeordnet sind, in dem höhere Anforderungen an eine Partikeldichte und Partikelgröße gestellt werden als in einem durch die Trennwand 21 abgetrennten Raumbereich, in dem der Grundkörper 6 angeordnet ist. Aufgrund der kontaktlosen Kraftübertragung kann somit gewährleistet werden, dass die Wälzelemente 4 auch im Betriebsfall ortsfest gelagert sind.
-
Die in den 4 bis 7 dargestellte zweite Ausführungsform eines Transportsystems 31 unterscheidet sich von dem in den 1 bis 3 dargestellten Transportsystem 1 dadurch, dass die Wälzelemente 34 als Anordnung von kreiszylindrischen Abschnitten mit zueinander konzentrischen Achsen ausgebildet sind, wie nachstehend näher beschrieben wird. Ferner unterscheidet sich das Transportsystem 31 vom Transportsystem 1 dadurch, dass anstelle der Fluidkühlung, insbesondere mittels verflüssigten Stickstoffs, eine elektrische Kühlung vorgesehen ist, wie dies in der 5 schematisch dargestellt ist. Darüber hinaus ist das Transportsystem 31 unabhängig von der gewählten Art der Kühlung für eine aktive Förderung des Transportguts 2 vorgesehen und weist dementsprechend am Grundkörper 36 angeordnete Antriebsmittel auf, die zur Einleitung von Drehmomenten um die jeweiligen Rotationsachsen 35 der Wälzelemente 34 vorgesehen sind. Ein weiterer Unterschied zwischen dem Transportsystem 31 und dem Transportsystem 1 besteht darin, dass das Transportsystem 31 exemplarisch als Modul ausgebildet ist, das für eine einseitige Abstützung des Transportguts 2 vorgesehen ist. Für einen tatsächlichen Transport des Transportguts 2 sind dementsprechend 2 spiegelbildlich zueinander angeordnete Transportsysteme 31 vorzusehen.
-
Bei dem Transportsystem 31 sind im Grundkörper 36 übereinstimmend mit dem Transportsystem 1 jeweils Supraleiter 38 in gleicher Teilung längs der Transportstrecke 33 angeordnet. Abweichend vom Transportsystem 1 ist beim Transportsystem 31 rein exemplarisch eine elektrische Kühlung der Supraleiter 38 vorgesehen. Dies wird mittels einer im Grundkörper 36 angeordneten Kühleinrichtung 39 erreicht, bei der es sich beispielsweise um einen Kühlkompressor oder eine Wärmepumpe handeln kann. Die Kühleinrichtung 39 steht mit den Supraleitern 38 über Kühlleitungen 40 in einer wärmeübertragenden Verbindung und kann dementsprechend Wärme von den Supraleitern 38 abziehen, so dass diese auf eine oder unterhalb einer Sprungtemperatur abgekühlt werden können. Somit kann das Transportsystem 31 unter der Voraussetzung von dauerhafter Bereitstellung von elektrischer Energie nahezu unbegrenzt betrieben werden.
-
Die Wälzelemente 34 weisen exemplarisch 3 jeweils kreiszylindrisch ausgebildete rotationssymmetrische Abschnitte 42, 43 und 44 auf. Der erste Abschnitt 42 des Wälzelements 34 dient zur Auflage des Transportguts 2 und kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Konzentrisch zum ersten Abschnitt 42 ist ein zweiter Abschnitt 43 des Wälzelements 34 als Permanentmagnetanordnung ausgebildet, wobei ein Magnetfeld dieser Permanentmagnetanordnung rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 35 des Wälzelements 34 ausgebildet ist. Exemplarisch handelt es sich bei dem zweiten Abschnitt 43 um eine Anordnung von zwei kreiszylindrisch ausgebildeten Stabmagneten, die jeweils mit gleichsinnig magnetisierten Stirnflächen aneinander befestigt sind, so dass an von einander abweisenden Stirnflächen des zweiten Abschnitts 43 jeweils gleichsinnige Pole vorliegen. Angrenzend an den zweiten Abschnitt 43 ist der dritte Abschnitt 44 angeordnet, bei dem es sich um einen Bestandteil einer Magnetkupplung 45 handelt, die für eine Drehmomentübertragung zwischen den Antriebsmitteln 41 und dem Wälzelement 34 vorgesehen ist. Rein exemplarisch handelt es sich bei dem dritten Abschnitt 44 um eine Kombination eines in radialer Richtung magnetisierten, kreiszylindrisch ausgebildeten Permanentmagnetabschnitts 46 und einen diesen Permanentmagnetabschnitt 46 umgebenden Abschirmungsring 47. Vorzugsweise ist der Abschirmungsring 47 aus einem Material hergestellt, das stark dämpfende Eigenschaften für Magnetfelder aufweist, so dass eine Wechselwirkung des Permanentmagnetabschnitts 46 mit dem Supraleiter 38 minimiert wird oder verschwindet und lediglich eine axiale, drehmomentübertragende Wechselwirkung mit dem gegenüberliegend angeordneten Antriebsmittel 41 ermöglicht wird.
-
Das dem jeweiligen Wälzelement 34 zugeordnete Antriebsmittel 41 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 48, insbesondere einen Schrittmotor, an dessen Motorwelle 49 stirnseitig ein Magnetelement 50 angeordnet ist, das wie der dritte Abschnitt 44 des Wälzelements 34 als Bestandteil einer Magnetkupplung 45 dient. Das Magnetelement 50 weist den gleichen Aufbau wie der dritte Abschnitt 44 des Wälzelements 34 auf, wobei die jeweils gegensinnig gegenüberliegenden Pole der Permanentmagnetabschnitte 46 eine Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebsmittel 48 und dem Wälzelement 34 ermöglichen. Durch eine Rotation einzelner oder sämtlicher Antriebsmittel 48 des Transportsystems 31 in eine einheitliche Rotationsrichtung mit gleicher oder unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit kann eine aktive Förderung des Transportguts 2 längs der Transportstrecke 33 bewirkt werden. Dabei kann längs der Transportstrecke 33 durch unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten für die einzelnen Antriebsmittel 48 eine Abbremsung oder Beschleunigung des Transportguts 2 hervorgerufen werden.
-
Durch die unterschiedlichen Durchmesser des ersten Abschnitts 42 und des zweiten Abschnitts 43 des Wälzelements 34 wird zudem eine randseitige Begrenzung der Transportstrecke 33 bewirkt, so dass das Transportgut 2 quer zur Transportstrecke 33 in einem vorgegebenen Bereich transportiert wird und bei Verlassen dieses Bereichs an die ringförmige Stirnfläche des zweiten Abschnitts 43 anläuft, um darauffolgend wieder in Richtung der Transportstrecke 33 weitergefördert zu werden.
-
Bei der in den 8 und 9 dargestellten dritten Ausführungsform eines Transportsystems 51 ist grundsätzlich der gleiche Aufbau wie beim Transportsystem 1 gewählt. Allerdings weist das Transportsystem 51 exemplarisch vier zueinander parallele Reihen von Wälzelementen 4 auf, wobei zumindest einige der in den 8 und 9 nicht dargestellten Supraleiter schwenkbeweglich um normal zur Transportebene 70, die der Darstellungsebene der 8 und 9 entspricht, verschwenkbar gelagert sind. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die aus dem Transportsystem 1 bekannten Abstandshalter drehbeweglich im Grundkörper 56 aufgenommen sind und mit nicht dargestellten Schwenkantrieben verbunden sind, die die gewünschte Schwenkbewegung um die jeweiligen Schwenkachsen ermöglichen. Wie aus der 8 entnommen werden kann, sind die Rotationsachsen 5 sämtlicher Wälzelemente 4 parallel zueinander ausgerichtet, so dass Transportgüter 2 längs geradlinig ausgebildeter Transportstrecken 53, 54 befördert werden können. Demgegenüber ist bei der alternativen Betriebsweise für das Transportsystem 51 gemäß der 9 vorgesehen, dass zumindest einige der Wälzelemente 4 um normal zur Darstellungsebene gemäß der 9 ausgerichtete Schwenkachsen individuell verschwenkt sind, so dass deren Rotationsachsen 5 einen spitzen Winkel mit den Rotationsachsen 5 der übrigen Wälzelemente 4 einnehmen. Hierdurch kann für ein Transportgut 2 eine gekrümmte Transportstrecke 55 vorgegeben werden, so dass das Transportsystem 51 beispielsweise in der Art einer Weiche für eine individuelle Veränderung der Transportstrecke 53, 54 oder 55 eines zu transportierenden Transportguts 2 eingestellt werden kann.
-
Bei der in 10 dargestellten dritten Ausführungsform eines Wälzelements 64 ist das aus der 3 bekannte Wälzelement 4 zusätzlich mit einer Beschichtung 65 versehen, die beispielsweise an das zu transportierende Transportgut 2 angepasst sein kann und bei der es sich exemplarisch um eine Kunststoffbeschichtung handeln kann.
-
Bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Transportsystems können anstelle der zylindrisch ausgebildeten Supraleiter auch anders geformte Supraleiter, insbesondere bandförmige ausgebildete Supraleiter, eingesetzt werden.
