DE112015006310B4

DE112015006310B4 - Fördereinrichtung zur kontaktlosen Förderung von Transportgütern und Verfahren zum Betreiben einer Fördereinrichtung

Info

Publication number: DE112015006310B4
Application number: DE112015006310.2T
Authority: DE
Inventors: Wilfried Stoll; Georg Berner; Elvira Stegmeyer; Marco Stocker; Jens Förster
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: WO2016184517A1; DE112015006310A5

Abstract

Fördereinrichtung zur kontaktlosen Förderung von Transportgütern (38), mit einem Transportmittel (22), das für eine Zuordnung zu einem Transportgut (38) ausgebildet ist und mit einer Führungsanordnung (23), die zur kontaktlosen Führung des Transportmittels (22) längs einer Transportstrecke (24) ausbildet ist, wobei das Transportmittel (22) wenigstens eine Magneteinrichtung, insbesondere einen Permanentmagneten (18), umfasst und wobei die Führungsanordnung (23) wenigstens einen Supraleiter (10) umfasst, wobei der Führungsanordnung (23) wenigstens eine Kühleinrichtung (42) zugeordnet ist, die für eine Kühlung des Supraleiters (10) zur Bereitstellung von supraleitenden Eigenschaften für eine kontaktlose Beabstandung des Transportmittels (22) ausgebildet ist, wobei der Supraleiter (10) in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen (X, Y) jeweils eine Erstreckung aufweist, die größer als eine Erstreckung des Transportmittels (22) in den jeweiligen Raumrichtungen (X, Y) ist, um eine frei wählbare Gestaltung der Transportstrecke (24) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein flexibles, permanentmagnetisches Bandmaterial (48) für eine Anlage auf der Führungsanordnung (23) ausgebildet ist, um eine Festlegung der Transportstrecke (24) zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung zur kontaktlosen Förderung von Transportgütern, mit einem Transportmittel, das für eine Zuordnung zu einem Transportgut ausgebildet ist und mit einer Führungsanordnung, die zur kontaktlosen Führung des Transportmittels längs einer Transportstrecke ausbildet ist, wobei das Transportmittel wenigstens eine Magnetanordnung, insbesondere einen Permanentmagneten, umfasst und wobei die Führungsanordnung wenigstens einen Supraleiter umfasst, wobei der Führungsanordnung wenigstens eine Kühleinrichtung zugeordnet ist, die für eine Kühlung des Supraleiters zur Bereitstellung von supraleitenden Eigenschaften für eine kontaktlose Beabstandung des Transportmittels ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Fördereinrichtung.
Aus der EP 0 483 748 A2 ist eine Fördereinrichtung bekannt, bei der eine aus mehreren Permanentmagneten erstellte Magnetbahn zur kontaktlosen, schwebenden Führung eines Supraleiters ausgebildet ist, der zum Transport von Transportgütern vorgesehen ist. Für einen Vortrieb des Supraleiters ist eine Vielzahl von Spulen vorgesehen, die sich längs der Bewegungsbahn des Supraleiters erstrecken und die durch gezielte Ansteuerung eine Antriebskraft kontaktlos auf den Supraleiter ausüben können.
Aus der JP H01- 295 606 A ist es bekannt, während eines Schwebens eines Trägers eine Bewegung des Trägers durch Bereitstellen eines Mechanismus zum Erwärmen eines dünnen supraleitenden Films über die kritische Temperatur auf einem Schwebetisch zu bewirken. Hierzu sind am Träger mehrere Magnetelemente befestigt und der Mechanismus zum Erwärmen des dünnen supraleitenden Filmelements, das auf eine flache Lauffläche aufgebracht ist, ist dicht an einem der Magnetelemente angeordnet, wobei die oberste Fläche der ebenen Lauffläche aus magnetischem Material besteht, auf das die dünne supraleitende Schicht aufgebracht ist. Wenn die flache Lauffläche durch den Heizmechanismus erwärmt wird und ihre Supraleitung aufgehoben wird, dringt der Fluss des Magnetelements in das magnetische Element ein, wodurch eine Anziehung zwischen diesem Abschnitt und dem Magnetelement erzeugt und der Schwebeträger bewegt wird.
Die US 6 418 857 B1 offenbart ein Transportsystem mit hohem Wirkungsgrad und großer Kapazität, das potentielle Energie nutzt. Ein Transportfahrzeug bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit durch potentielle Energie mittels eines Höhenunterschieds auf einer Magnetschwebeführung, die in einer Vakuumtransportpassage angeordnet ist, um Transportgüter zu einem Zielort zu transportieren. Das Transportfahrzeug wird durch Supraleitung berührungslos und mit geringem Reibungswiderstand auf der Magnetschwebeführung schwebend gehalten. Die supraleitende Magnetschwebeführung hält das Transportfahrzeug in einer stabilen Schwebeposition, wobei hauptsächlich eine Bindungskraft durch den Pinning-Effekt eines Supraleiters genutzt wird.
Die DE 103 57 264 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Erzielung von Fahrtrichtungsänderungen für supraleitende Magnetschwebesysteme, nämlich für Fahrzeuge und Transporteinrichtungen, die mittels supraleitender Bauteile über magnetischen Fahrschienen schwebend gehalten und entlang der Fahrschienen bewegt werden. Hierzu weisen die Fahrschienen am Ort der gewollten Fahrtrichtungsänderung eine Unterbrechung auf, an die sich in Fahrtrichtung zwei oder mehrere Magnetschienenstücke anschließen, wobei im Falle magnetischer Dipole mindestens zwei, zu einem Dipol quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke vorhanden sind und im Falle gegenpoliger Fahrschienen quer zur Fahrtrichtung versetzte Magnetschienenstücke um einen halben oder ganzen Abstand zwischen gegenpoligen Schienen verlagert stationär angeordnet und teilweise magnetisch umpolbar ausgeführt sind oder wobei die Magnetschienenstücke quer zur Fahrtrichtung seitlich verschiebbar angeordnet sind oder wobei im Falle gegenpoliger Fahrschienen die Magnetschienenstücke mit den Fahrschienen fluchtend stationär angeordnet sind.
Aus der JP 2008- 1 496 A ist ein Mechanismus auf der Basis von Magnetschwebetechnik bekannt, bei dem eine bewegliche Einheit eine Grundplatte mit einem Supraleiter umfasst und ferner ein bewegliches Element vorgesehen ist, das berührungslos über die Grundplatte bewegt werden kann. Die Grundplatte wird gekühlt, um einen supraleitenden Zustand zu erreichen. Das bewegliche Element umfasst eine Vielzahl von Aktuatoren, ein Befestigungsteil zur Fixierung der einen Endteile der Aktuatoren und eine Vielzahl von Gewichten, die jeweils an den anderen Endteilen der Aktuatoren befestigt sind. Die Gewichte sind jeweils mit dem Befestigungsteil durch die jeweiligen Aktuatoren verbunden. Mindestens entweder die Gewichte oder das Befestigungsteil umfassen Magnete, so dass dem Aktuator selektiv Energie zugeführt wird.
Aus der EP 0 483 748 B1 ist eine supraleitende Magnetschwebevorrichtung bekannt, die einen Hubmagneten zur Bildung einer Spur, einen Schwebekörper aus einem Hochtemperatur-Supraleitermaterial und eine Kühlvorrichtung zum Halten des Schwebekörpers in einem supraleitenden Zustand umfasst, bei der auf dem als Antriebs-Elektromagneten zu verwendenden Hubmagneten mehrere Spulen zur Erzeugung eines für den Lauf des Schwebekörpers notwendigen Magnetfeldes angeordnet sind, wobei jede der Spulen eine flache Luftspule ist und die Spulen durch einen mehrphasigen Wechselstrom erregt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Fördereinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Fördereinrichtung bereit zu stellen, die eine flexiblere Gestaltung der Transportstrecke ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Hierbei ist vorgesehen, dass der Supraleiter eine Flächenausdehnung aufweist, die von den zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen bestimmt ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Supraleiter in einer Ebene. Die Flächenausdehnung des Supraleiters, insbesondere einer Ebene, bestimmt beispielsweise einen Arbeitstisch, der sich in der Horizontalen erstreckt. Die Fläche, insbesondere Ebene, in der sich der Supraleiter erstreckt, ist so bemessen, dass ihre Abmessungen wesentlich größer sind, als die Abmessungen des Transportmittels. Sie kann in der einen Raumrichtung und/oder in der anderen Raumrichtung, also in X- und/oder in Y-Richtung, um das 5 bis 500 fache, insbesondere um das 10 bis 100 fache, bevorzugt um das 50 fache größer sein, als das Transportmittel. Die Fläche oder Ebene kann dann z.B. die Basis eines Handling- und Bearbeitungssystems bilden, auf dem das Transportmittel mit dem daran aufgenommenen Transportgut kontaktlos beabstandet von der Fläche oder Ebene bewegt werden kann.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Supraleiter eine dreidimensional geformte Oberfläche, beispielsweise eine gewölbte Oberfläche aufweist.
Die dem Transportmittel zugeordnete Magneteinrichtung kann exemplarisch eine Permanentmagnetanordnung umfassen oder als Permanentmagnetanordnung für eine Bereitstellung eines konstanten magnetischen Flusses ausgebildet sein. Ergänzend oder alternativ kann die Magneteinrichtung eine oder mehrere elektrisch betreibbare Magnetspulen umfassen, die für eine bedarfsabhängige, dynamische Bereitstellung von magnetischem Fluss vorgesehen sind.
Vorteilhaft ist der Führungsanordnung und/oder dem Transportmittel eine Antriebseinrichtung zugeordnet, um eine Transportbewegung des Transportmittels längs der Transportstrecke zu bewirken. Mittels der Antriebseinrichtung kann nun die gewünschte Bewegung des Transportmittels und des zugeordneten Transportguts längs der Transportstrecke bewirkt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Transportmittel nicht nur das Transportgut trägt, sondern auch mit der Antriebseinrichtung ausgestattet ist, um Vortriebskräfte gegenüber dem Supraleiter ausbilden zu können. Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass dem Supraleiter eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Diese kann für eine Bereitstellung von Antriebskräften auf das Transportmittel, beispielsweise mit Hilfe magnetischer Kopplung und/oder Fluidströmen, insbesondere Luftstrahlen ausgebildet sein. Ergänzend oder alternativ kann die dem Supraleiter zugeordnete Antriebseinrichtung als Stellantrieb für eine Verlagerung des Supraleiters, insbesondere einer Verkippung des Supraleiters, ausgebildet sein, um dadurch eine Bewegung des Transportmittels hervorzurufen. In diesem Fall ist die Antriebseinrichtung stationär entlang des Supraleiters, also in der Ebene angeordnet. Das Transportmittel dient bei dieser Variante als rein passives Bauteil zum Transport des Transportgutes.
Die Antriebseinrichtung befindet sich somit wahlweise im Transportmittel und/oder längs der Transportstrecke.
Da die Kühlvorrichtung für die Supraleitung nicht im Transportmittel untergebracht sein muss, kann das Transportmittel wesentlich kleiner dimensioniert sein und besitzt ein wesentlich kleineres Gewicht, weshalb das Transportmittel größere und/oder schwerere Transportgüter aufnehmen kann. Die erfindungsgemäßen Transportmittel sind wesentlich flexibler gegenüber Transportmittel mit integrierten Kühlvorrichtungen.
Dabei ist die Antriebseinrichtung für eine Bewegungseinleitung zwischen Transportmittel und Führungsanordnung ausgebildet. Sofern sich die Antriebseinrichtung im Transportmittel befindet, umfasst dieses beispielsweise auch eine Energieversorgung und eine Steuerung. Befindet sich die Antriebseinrichtung im Arbeitstisch, dann bedarf es im Transportmittel z.B. lediglich entsprechend angeordneter Permanentmagnete für den kontaktlosen, beabstandeten Schwebezustand gegenüber dem Supraleiter.
Vorzugsweise ist die Antriebseinrichtung als Spuleneinrichtung ausgebildet ist, die dem Transportmittel oder dem Supraleiter zugeordnet ist. Eine Spuleneinrichtung mit mehreren diskreten Spulen hat den Vorteil, dass diesen Spulen entsprechende Permanentmagnete gegenüber stehen können, wodurch der Vortrieb erzeugt wird. Außerdem kann eine Richtungsänderung durchgeführt werden (Vorwärts- und Rückwärtsfahrt) und es können gezielt Weichen überfahren werden, wodurch zueinander alternative Transportstreckenabschnitte befahren werden können.
Vorteilhaft enthält die Führungsanordnung einen Supraleiter und ist bevorzugt innerhalb des Tisches angeordnet. Der Supraleiter ist vorzugsweise als Hochtemperatursupraleiter oder Typ-II-Supraleiter ausgebildet, insbesondere aus Werkstoffen wie Yttriumbariumkupferoxid (YBCO) und stellt bei Abkühlung auf oder unter seine materialspezifische Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften bereit. Bei geeigneter „Programmierung“ des Supraleiters durch ein geeignetes externes „Programmiermagnetfeld“ während seiner Abkühlung auf oder unter seine Sprungtemperatur stellt der Supraleiter gegenüber dem mit der Magneteinrichtung ausgerüsteten Transportmittel zumindest magnetische Wechselwirkungen bereit, die ein kontaktloses Schweben des Transportmittels über dem Supraleiter ermöglichen. Vorzugsweise ist eine „Programmierung“ des Supraleiters dergestalt auf das Transportmittel und die daran vorgesehene Magneteinrichtung abgestimmt, dass das Transportmittel längs eines in den Supraleiter „einprogrammierten“ Bewegungswegs schwebend beabstandet geführt wird und dabei in wenigstens einer Raumrichtung längs des Supraleiters verfahren werden kann.
Exemplarisch ist der Supraleiter aus einem dünnen, supraleitenden Bandmaterial hergestellt. Das Bandmaterial ist relativ flexibel und bildet die Transportstrecke in einem Arbeitstisch.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung bildet das supraleitende Bandmaterial zumindest bereichsweise eine dem Transportmittel zugewandte Oberfläche der Führungsanordnung oder ist unterhalb einer Isolationsschicht, die eine dem Transportmittel zugewandte Oberfläche der Führungsanordnung bestimmt, angeordnet. Die Isolationsschicht kann exemplarisch von einem Schaumstoffmaterial oder auch von einem evakuierten Bereich gebildet werden. Eine Kühlung des Supraleiters wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass eine Kühleinrichtung stationär im Arbeitstisch integriert ist oder dass die gesamte Fördereinrichtung in einer Umgebung angeordnet ist, in der Temperaturen auf oder unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters vorherrschen.
Damit das Transportmittel sich zwar längs der Transportstrecke fortbewegen kann, aber die Transportstrecke seitlich nicht verlässt, z.B. bei Kurvenfahrt, ist das dem Supraleiter während des Abkühlvorgangs auf oder unter seine Sprungtemperatur bereitgestellte „Programmiermagnetfeld“ längs der Transportstrecke gleichbleibend ausgebildet und bildet eine Tragstrecke für den kontaktlosen Schwebezustand des Transportmittels. Um gegebenenfalls eine kontaktlose Bereitstellung von Vortriebskräften auf das Transportmittel vorzusehen, können parallel zur Tragstrecke erstreckte, exemplarisch mit wechselnder magnetischer Polarisierung ausgebildete Antriebsmagnetfelder während der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur „einprogrammiert“ werden. Diese entsprechend konditionierten Bereiche des Supraleiters ermöglichen eine dynamische Wechselwirkung mit einer dem Transportmittel zugeordneten, zur Bereitstellung von magnetischen Wechselfeldern ausgebildeten Antriebseinrichtung zur Bereitstellung von Vortriebskräften.
Erfindungsgemäß ist ein flexibles, permanentmagnetisches Band für eine Anlage auf der Führungsanordnung ausgebildet, um als „Programmiermagnet“ während der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur eine Festlegung der Transportstrecke zu ermöglichen. Ein hoch flexibles Montage- oder Bearbeitungssystem kann erfindungsgemäß dadurch realisiert werden, dass die Transportstrecke frei festlegbar und änderbar ist. Entlang der Transportstrecke können eine oder mehrere, insbesondere unterschiedlich ausgebildete Bearbeitungsstationen vorgesehen sein, wobei diese an den unterschiedlichsten Positionen liegen können. Hierzu umfasst der „Programmiermagnet“ eine oder mehrere Permanentmagnetanordnungen und/oder Spulenanordnungen, die zur Bereitstellung von Magnetfeldern auf den Supraleiter ausgebildet sind und zumindest die Tragstrecke der Transportstrecke bestimmen. Ergänzend kann der „Programmiermagnet“ auch parallel zur Tragstrecke angeordnete, insbesondere längs der Transportstrecke alternierend wechselnde Magnetfelder bereitstellen, die eine magnetische Wechselwirkung mit dem Transportmittel zur Bereitstellung von Vortriebskräften ermöglichen.
Hierzu ist vorgesehen, dass das flexible, permanentmagnetische Band wenigstens eine längs einer Erstreckungslinie durchgehend verlaufende Magnetisierung und wenigstens eine parallel dazu angeordnete, längs der Erstreckungslinie strukturiert, insbesondere mit wechselnder magnetischer Polung ausgebildete, Magnetisierung aufweist. Vorzugsweise stellt das permanentmagnetische Band ein Magnetfeld bereit, das in definierten Raumrichtungen ausgebildet ist, sodass bei der „Speicherung“ dieses Magnetfelds im Supraleiter, die bei der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur erfolgt, eine eindeutige räumliche Zuordnung zwischen dem permanentmagnetischen Band und dem wenigstens einen Supraleiter erreicht wird.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Führungsanordnung wenigstens eine vom Transportmittel anfahrbare Bearbeitungsstation zugeordnet ist. Dabei ist die Fördereinrichtung ein Handling-System, auf welchem eine oder mehrere Handling- und/oder Bearbeitungsstationen vorgesehen ist/sind, die angefahren werden können. Auf diese Weise können mehr oder weniger große Systemtische gebildet werden, auf welchen eine Vielzahl von Stationen vorgesehen sind. Dabei können eine oder mehrere Handling- und/oder Bearbeitungsstationen bewusst angefahren werden, wobei andere Stationen passiert werden.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass der Bearbeitungsstation eine Vortriebseinrichtung zugeordnet ist, die für eine, vorzugsweise kontaktlose, Wechselwirkung mit dem Transportmittel zur Bereitstellung von Vortriebskräften für das Transportmittel ausgebildet ist. Mit dieser Vortriebseinrichtung kann das Transportmittel ohne eigene Antriebseinrichtung zumindest bis zur nächsten Bearbeitungsstation transportiert werden. Das Transportmittel bedarf hierfür selbst keines aktiven Antriebs, sondern es ist selbst passiv. Eine solche Vortriebsvorrichtung kann insbesondere zur kontaktbehafteten oder kontaktlosen Bereitstellung eines Impulses auf das Transportmittel ausgebildet sein, beispielsweise mittels eines Fluidstroms oder magnetischen Abstoßungskräften.
Eine vorzugsweise Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Transportstrecke wenigstens eine Verzweigung aufweist, wobei der Führungsanordnung im Bereich der Verzweigung eine Schalteinrichtung zur Beeinflussung einer Bewegungsrichtung für das Transportmittel an der Verzweigung zugeordnet ist und/oder wobei eine dem Transportmittel zugeordnete Antriebseinrichtung für eine Beeinflussung einer Bewegungsrichtung für das Transportmittel an der Verzweigung ausgebildet ist. Dabei sind bereichsweise mehrere Transportstrecken in den Supraleiter „einprogrammiert“, die vorzugsweise wahlfrei vom Transportmittel befahren werden können. Vorzugsweise sind an den Verzweigungen der Transportstrecken jeweils Weichen angeordnet, so dass das Transportmittel unterschiedliche Transportstreckenabschnitte befahren kann. Vorzugsweise kann das Transportmittel hiermit frei wählbar in unterschiedlicher Reihenfolge mehrere Handling- und/oder Bearbeitungsstationen anfahren. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Transportstrecke im Bereich der Verzweigung durch eine unterhalb des Supraleiters angeordnete Spulenanordnung, die ein starkes Magnetfeld bereitstellen kann, bei Beibehaltung oder Unterschreitung der Sprungtemperatur umprogrammiert wird, so dass ohne ein Zutun des Transportmittels jeweils eine Vorgabe für den jeweils zu befahrenden Transportstreckenabschnitt gemacht werden kann.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben einer Fördereinrichtung gelöst, wie es im Anspruch 11 angegeben ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.
In der Zeichnung zeigen:

1 eine Draufsicht auf ein Handling- und Bearbeitungssystem;
2 eine Seitensicht des Handling- und Bearbeitungssystems gemäß 1;
3 eine Draufsicht auf ein Transportmittel;
4 einen Schnitt IV - IV durch das Transportmittel gemäß 3 und 5;
5 eine Ansicht auf die Unterseite des Transportmittels;
6 eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts VI gemäß 1 der Transportstrecke;
7 eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts VII gemäß 1 der Transportstrecke;
8 einen Ausschnitt auf die Unterseite eines permanentmagnetischen Bandes;
9 einen Schnitt IX - IX durch das Band gemäß 8;
10 einen Ausschnitt auf die Unterseite eines permanentmagnetischen Bandes für ein erstes Weichenteil; und
11 einen Ausschnitt auf die Unterseite eines permanentmagnetischen Bandes für ein zweites Weichenteil.

In der 1 ist ein Handling- und Bearbeitungssystem 8 dargestellt, das mehrere Handling- und/oder Bearbeitungsstationen 28, 30, 32, 34 und 36 umfasst. Eine frei gestaltbare Transportstrecke 24 verläuft derart auf einer Oberfläche eines Arbeitstischs, dass die Bearbeitungsstationen 28, 30, 32, 34 und 36 von einem Transportmittel 22 angefahren werden können. Dabei transportiert das Transportmittel 22 ein Transportgut 38, welches in den einzelnen Stationen 28 bis 36 zugeführt, dort beispielsweise bearbeitet und anschließend wieder abgeführt wird.
Das Transportgut 38 wird exemplarisch in einer Einschleusestation 50 dem Transportmittel 22 zugeführt und in einer Ausschleusestation 52 vom Transportmittel 22 abgenommen und abgeführt. In der 1 ist noch eine alternative, frei gestaltbare Transportstrecke 25 erkennbar, die mittels einer Weiche 54 von der Transportstrecke 24 abweicht und in einer Weiche 56 in diese wieder eingegliedert wird. Alternativ kann sich die Transportstrecke 25 auch streckenweise parallel neben der Transportstrecke 24 erstrecken, was andeutungsweise dargestellt ist.
Die 2 zeigt eine Seitenansicht des Handling- und Bearbeitungssystems 8, wobei der interne Aufbau ersichtlich ist. Unter einem Arbeitstisch 26 befindet sich eine Kühleinrichtung 42, z.B. ein Stirlingmotor mit einem Kühlfinger 58, mit dem ein Supraleiter 10, insbesondere ein Hochtemperatursupraleiter, auf oder unter seine Sprungtemperatur abgekühlt werden kann. Der Supraleiter 10 ist als Flächensupraleiter aus einem Bandmaterial, insbesondere YBCO, mit supraleitenden Eigenschaften ausgebildet und sitzt exemplarisch auf einer geeigneten Isolationssicht 60 auf und ist ansonsten beispielhaft von einem Vakuum 64 umgeben, welches, zusammen mit dem Supraleiter 10, der Isolationsschicht 60 und dem Kühlfinger 58 in einem fluiddichten Behälter 62 herrscht, um eine vorteilhafte Isolation des Supraleiters 10 zu bewirken. Eventuelle Abstandshalter zwischen Supraleiter 10 und Behälter 62 sind vorzugsweise nicht erforderlich, zumindest jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt. Auf oder oberhalb des Arbeitstischs 26 befinden sich die Handling- und/oder Bearbeitungsstationen 28, 30 und 36, während das Transportmittel 22 mit dem Transportgut 38 oberhalb der Oberfläche des Supraleiters 10 schwebt. Unterhalb des Transportmittels 22 befindet sich die im Supraleiter 10 „einprogrammierte“ Transportstrecke 24, was aus 1 ersichtlich ist. Ferner ist aus der 1 erkennbar, dass der als Führungsanordnung dienende, den Supraleiter 10 umfassende Arbeitstisch in einer x-Richtung und in einer hierzu senkrechten y-Richtung jeweils eine größere Flächenausdehnung als das Transportmittel 22 aufweist Grundsätzlich wird davon ausgegangen, dass die im Supraleiter 10 „einprogrammierte“ Transportstrecke 24 für einen zumindest nahezu vollständig konstanten Abstand des Transportmittels 22 gegenüber dem Supraleiter 10 ausgebildet ist. Bei einer nicht näher dargestellten Weiterbildung des Handling- und Bearbeitungssystems ist vorgesehen, die im Supraleiter 10 „einprogrammierte“ Transportstrecke 24 mit einer variablen Tiefenkomponente zu versehen, so dass sich der Abstand des Transportmittels 22 gegenüber dem Supraleiter 10 längs der Transportstrecke verändert. Hierdurch kann beispielsweise vorgesehen werden, dass das Transportmittel 22 die Bearbeitungsstationen mit einem geringeren Abstand gegenüber dem Supraleiter 10 anfährt als in anderen Bereichen der Transportstrecke 24.
Die 3 zeigt in vergrößerter Darstellung und rein schematisch eine Draufsicht auf das Transportmittel 22, das nach Art eines Shuttles ausgebildet ist und das Transportgut 38 trägt. Im in 4 dargestellten Schnitt IV - IV ist erkennbar, dass sich an der Unterseite eine exemplarisch als Permanentmagnet 18 ausgebildete Magnetanordnung befindet. Der Permanentmagnet 18 ist stabförmig ausgebildet und erstreckt sich, wie aus der Ansicht der Unterseite gemäß 5 ersichtlich ist, entlang der Mittellinie des Transportmittels 22. Exemplarisch weist der Permanentmagnet 18 eine gemäß der Darstellung der 4 in vertikaler Richtung verlaufende, zeichnerisch nicht dargestellte Magnetisierung auf, so dass beispielhaft an einer Unterseite des Transportmittels 22 der Nordpol des Permanentmagneten 18 angeordnet ist. Ferner ist der Permanentmagnet 18 auf seinen beiden Längsseiten von einer Vielzahl von diskreten elektrischen Spulen 66 flankiert, die einzeln angesteuert werden können und deren Wicklungsachsen gemäß der Darstellung der 4 ebenfalls in vertikaler Richtung ausgerichtet sind. Die Spule 66 dienen zur Bereitstellung von Magnetfeldern und sind hierzu jeweils elektrisch mit einer Steuerung 68 und einer Energieversorgungseinrichtung 70, z.B. einem Akkumulator, verbunden. Die Steuerung 68 kann jeder der Spulen 66 elektrische Energie in vorgebbarer Polung zur Verfügung stellen, so dass die Spulen 66 magnetische Felder längs ihrer Wicklungsachsen bereitstellen können, wobei die Feldrichtung von der elektrischen Polung abhängt.
Die 6 und 7 zeigen in vergrößerter Darstellung die Ausschnitte VI und VII der in der 1 dargestellten Transportstrecke 24, wie sie in den Supraleiter 10 „einprogrammiert“ ist. Zunächst ist der kontinuierliche, mit stets gleicher Orientierung der gespeicherten Magnetfeldlinien ausgebildete Bahnverlauf 72 erkennbar, der sich durchgehend längs der Transportstrecke 24 erstreckt. Beidseits des Bahnverlaufs 72 befinden sich in den Supraleiter 10 eingeprägte, inselförmige Bereiche 74, die durch äußere Magnetfelder mit unterschiedlicher Polung während der Abkühlung des Supraleiters 10 auf oder unter seine Sprungtemperatur in den Supraleiter 10 eingeprägt oder „einprogrammiert“ wurden und rein exemplarisch abwechselnd einen Nordpol N oder einen Südpol S aufweisen. Der Bahnverlauf 72 weist z.B. ein Polung Süd-Nord-Süd auf. Auch in der 7 sind der Bahnverlauf 72 sowie die seitlich neben diesem sich erstreckende, eingeprägte inselförmige Bereiche 74 erkennbar. Der Bahnverlauf 72 teilt sich und bildet die Weiche 54.
Das Transportmittel 22 wird kontaktlos schwebend längs der Transportstrecke 24 geführt, da der Permanentmagnet 18 aufgrund seines Magnetfelds eine magnetische Wechselwirkung mit den im Supraleiter 10 enthaltenen und durch die „Programmierung“ mittels des externen Magnetfelds hervorgerufenen Flußschläuchen (Pinning), die auf eine Veränderung des Magnetfelds des Permanentmagneten 18 mit Gegenkräften reagieren, geführt und gehalten wird. Der Permanentmagnet 18 wird somit kontaktlos schwebend auf einem gewissen Abstand oberhalb des Arbeitstisches 26 und exakt oberhalb des Bahnverlaufes 72 gehalten.
Durch geeignete Ansteuerung und Bestromung der Spulen 66 des Transportmittels 22 kann dieses in magnetische Wechselwirkung mit den Bereichen 74 treten, wodurch Vortriebskräfte auf das Transportmittel 22 hervorgerufen werden können. Bevorzugt werden die Spulen 66 von der Steuerung 68 mit elektrischen Wechselströmen versorgt und erzeugen dadurch magnetische Wanderfelder zur Wechselwirkung mit den Bereichen 74. Grundsätzlich kann sich das Transportmittel 22 längs der in der 6 dargestellten Transportstrecke 24 bewegen, wobei eine Bewegungsgeschwindigkeit des Transportmittels insbesondere von einer Frequenz der von den Spulen 66 bereitgestellten Wanderfelder abhängt. Im Bereich der Weiche 56 kann das Transportmittel 22 entweder der Transportstrecke 24 oder der Transportstrecke 25 folgen. Auf diese Weise können in Supraleiter 10 des Arbeitstisches 26, der vorteilhaft als Flächensupraleiter 44 ausgebildet ist, zwei unterschiedliche Transportstrecken 24 und 25 gespeichert werden, die das Transportmittel 22 wahlweise einnehmen kann.
Zum erstmaligen oder erneuten, beliebigen Einprogrammieren der Transportstrecke 24, 25 in den Supraleiter 10 wird zunächst dessen Temperatur soweit angehoben, so dass sie oberhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur des Supraleiters 10 liegt. Anschließend wird auf den Arbeitstisch 26 beispielhaft ein permanentmagnetisches Band 48 gelegt, welches exemplarisch aus Kunststoff besteht und in der Art eines flexiblen Lineals in wenigstens einer Raumrichtung krümmbar ist. Ein Ausschnitt eines solchen Bandes 48 ist in 8 gezeigt, wobei 9 den Querschnitt IX - IX wiedergibt. Innerhalb des Bandes 48 befinden sich ein erster Permanentmagnetstrang 76 und eine Vielzahl von diskreten Permanentmagneten 78, die seitlich neben dem Permanentmagnetstrang 76 angeordnet sind. Die Lage der Position des Permanentmagnetstranges 76 und der einzelnen Permanentmagnete 78 ist so gewählt, dass sie der Position des Permanentmagneten 18 und der Spulen 66 im Transportmittel 22 entsprechen. Außerdem ist in 8 erkennbar, dass das Magnetfeld des zentralen Permanentmagnetstranges 76 exemplarisch derart ausgerichtet ist, dass dessen Nordpol N in Richtung der Unterseite des Bandes 48 zeigt, während die Magnetfelder der seitlich benachbart angeordneten Permanentmagnetstränge in gegensinniger Richtung ausgerichtet sind. Die einzelnen Permanentmagnete 78 weisen abwechselnde Magnetfelder auf, so dass die Permanentmagnete 78 abwechselnd mit ihrem Nordpol N und Südpol S in Richtung der Unterseite des Bandes 48 zeigen.
In der 9 ist erkennbar, dass im Band 48 ein flexibler Bandstahl 80 integriert ist, der dem Band 48 eine gewisse Formstabilität verleiht. Außerdem weisen die Unterseiten des Permanentmagnetstranges 76 und der seitlichen Permanentmagnete 78 einen Abstand 82 zur auf der Oberseite des Arbeitstisches zu liegen kommenden Unterseite des Bandes auf. Dieser Abstand 82 dient als Abstandhalter für den Permanentmagnetstrang 76 und die Permanentmagnete 78. Die Permanentmagnete 76, 78 werden nun mit dem Band 48 entlang der gewünschten Transportstrecke 24 für das Transportmittel 22 auf die Oberfläche des Arbeitstisches 26 aufgelegt. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform eines solchen Bandes kann vorgesehen sein, dass dieses ohne den Bandstahl ausgebildet ist und somit auch bezogen auf die ebene Oberfläche des Supraleiters 10 bereichsweise mit geringerem oder größerem Abstand angeordnet werden kann, um eine nicht dargestellte Transportstrecke zu bestimmen, bei der das Transportmittel einen variablen Abstand gegenüber dem Supraleiter 10 einnimmt.
Nach dem Auflegen des Bandes 48 auf den Arbeitstisch 26 durchdringen die Magnetfelder des Permanentmagnetstranges 76 und der seitlichen Permanentmagnete 78 den als Typ-II-Supraleiter ausgebildeten Flächensupraleiter 44, dessen Temperatur, z.B. mittels der Kühleinrichtung 42 unterhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur reduziert wird. Im Flächensupraleiter 44 ist nun das eingeprägte Magnetfeld gespeichert und das Band 48 kann entfernt werden.
Wird nun das Transportmittel 22 in den Wirkungsbereich der im Supraleiter 10 „einprogrammierten“ Transportstrecke 24 gebracht, findet eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten 18 des Transportmittels 22 und dem Supraleiter 10 statt, wodurch das Transportmittel 22 exakt derart ausgerichtet wird, dass es seitlich nicht ausweichen kann und kontaktlos schwebend eine definierte Lage oberhalb des Arbeitstisches 26 einnimmt. Wirken nunmehr Antriebskräfte auf das Transportmittel 22 ein, so bewegt sich dieses schwebend entlang der im Supraleiter 10 eingeprägten Transportstrecke 24, 25. Der Permanentmagnet 18 und der Supraleiter 10 bilden eine Führungsanordnung 23. Unterhalb des Permanentmagneten 18 befindet sich zwar kein Abstandhalter, die Magnetfelder von Supraleiter 10 und Permanentmagnet 18 weisen aber nur in dieser Position eine ungestörte Lage ein, bzw. werden nur in dieser Position am wenigsten gestört und sind bestrebt, eventuelle Störungen oder Abweichungen zu verringern.
Um dem Transportmittel 22 nun auch unterschiedliche Transportstrecken 24 zuweisen zu können, sind Weichen 54 und 56 vorgesehen, die ebenfalls in den Supraleiter 10 eingeprägt werden. Die 10 und 11 zeigen jeweils ein Weichenteil 84 und 86 einer Weiche 54 oder 56. Das Weichenteil 84 besitzt einen Permanentstrang 76 und ist an einer Seite mit den Permanentmagneten 78 versehen, die, wie in 8 dargestellt, abwechselnd einen Nordpol N und einen Südpol S der Unterseite des Weichenteils 84 zuweisen. Entsprechend ist das Weichenteil 86 ausgebildet, bei welchem der Permanentstrang 76 und auf der anderen Seite die Permanentmagnete 78 versehen vorgesehen sind. Die beiden Weichenteile 84 und 86 werden nun vor der Durchführung der Abkühlung des Supraleiters 10 an der für die Weiche 54 bzw. 56 vorgesehenen Position zusammengesetzt und bilden die in 1 angedeutete Weiche 54 bzw. 56. Nach erfolgter Abkühlung des Supraleiters 10 auf oder unterhalb seiner Sprungtemperatur können die Weichenteile 84, 86 ebenso entfernt werden wie die übrigen Bänder und anderen nicht dargestellten Weichenteile und die Transportstrecken 24, 25 sind in den Supraleiter 10 eingeprägt, solange die Sprungtemperatur erreicht oder unterschritten bleibt.
Durch geeignete Ansteuerung und Bestromung der Spulen 66 des Transportmittels 22 kann, wie bereits oben erwähnt, das Transportmittel 22 entweder den einen oder den anderen Bahnverlauf 72 oder 73 einnehmen, so dass das Transportmittel 22 die eine oder andere Richtung einschlägt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass bei einer Annäherung an die Weiche 56 zeitweilig wahlweise nur eine links des Permanentmagneten 18 angeordnete Gruppe von Spulen 66 mit elektrischer Energie versorgt wird oder alternativ nur eine rechts des Permanentmagneten 18 angeordnete Gruppe von Spulen 66 mit elektrischer Energie versorgt wird. Dadurch kann beeinflusst werden, in welche Richtung sich das Transportmittel 22 im Bereich der Weiche 56 weiterbewegt. Wahlweise in Geradeausrichtung bei ausschließlicher zeitweiliger Bestromung der linken Spulengruppe oder in Abbiegerichtung nach rechts bei ausschließlicher zeitweiliger Bestromung der rechten Spulengruppe 66.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine bedarfsabhängige „Umprogrammierung“ der Transportstrecke im Bereich einer Weiche dadurch erfolgt, dass unterhalb des Supraleiters im Weichenbereich eine Spulenanordnung angebracht wird, die wahlweise ein in der einen oder der anderen Richtung verlaufendes Magnetfeld bereitstellen kann. Dieses Magnetfeld ist so gewählt, dass es trotz Beibehaltung oder Unterschreitung der Sprungtemperatur für den Supraleiter eine Neuausrichtung der im Supraleiter vorhandenen Flusschläuche (Pinning) im Bereich der Weiche vornehmen kann, so dass eine lokale Umprogrammierung des Supraleiters ohne Temperaturänderung erfolgen kann.

Claims

Fördereinrichtung zur kontaktlosen Förderung von Transportgütern (38), mit einem Transportmittel (22), das für eine Zuordnung zu einem Transportgut (38) ausgebildet ist und mit einer Führungsanordnung (23), die zur kontaktlosen Führung des Transportmittels (22) längs einer Transportstrecke (24) ausbildet ist, wobei das Transportmittel (22) wenigstens eine Magneteinrichtung, insbesondere einen Permanentmagneten (18), umfasst und wobei die Führungsanordnung (23) wenigstens einen Supraleiter (10) umfasst, wobei der Führungsanordnung (23) wenigstens eine Kühleinrichtung (42) zugeordnet ist, die für eine Kühlung des Supraleiters (10) zur Bereitstellung von supraleitenden Eigenschaften für eine kontaktlose Beabstandung des Transportmittels (22) ausgebildet ist, wobei der Supraleiter (10) in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen (X, Y) jeweils eine Erstreckung aufweist, die größer als eine Erstreckung des Transportmittels (22) in den jeweiligen Raumrichtungen (X, Y) ist, um eine frei wählbare Gestaltung der Transportstrecke (24) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein flexibles, permanentmagnetisches Bandmaterial (48) für eine Anlage auf der Führungsanordnung (23) ausgebildet ist, um eine Festlegung der Transportstrecke (24) zu ermöglichen.
Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsanordnung (23) und/oder dem Transportmittel (22) eine Antriebseinrichtung (40) zugeordnet ist, um eine Transportbewegung des Transportmittels (22) längs der Transportstrecke (24) zu bewirken.
Fördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (40) als Aktor für eine Bewegungseinleitung auf die Führungsanordnung (23) ausgebildet ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (40) als Spuleneinrichtung (66) ausgebildet ist, die dem Transportmittel (22) zugeordnet ist.
Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Supraleiter (10) als Flächensupraleiter (44) ausgebildet ist und aus einem supraleitenden Bandmaterial hergestellt ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Bandmaterial zumindest bereichsweise eine dem Transportmittel (22) zugewandte Oberfläche der Führungsanordnung (23) bildet oder unterhalb einer Isolationsschicht (60), die eine dem Transportmittel (22) zugewandte Oberfläche der Führungsanordnung (23) bestimmt, angeordnet ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible, permanentmagnetische Bandmaterial (48) wenigstens eine längs einer Erstreckungslinie durchgehend verlaufende Magnetisierung und wenigstens eine längs der Erstreckungslinie strukturierte, insbesondere mit wechselnder magnetischer Polung (N, S) ausgebildete, Magnetisierung aufweist.
Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsanordnung (23) wenigstens eine vom Transportmittel (22) anfahrbare Bearbeitungsstation (28, 30, 32, 34, 36) zugeordnet ist.
Fördereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsstation (28, 30, 32, 34, 36) eine Vortriebseinrichtung zugeordnet ist, die für eine, vorzugsweise kontaktlose, Wechselwirkung mit dem Transportmittel (22) zur Bereitstellung von Vortriebskräften für das Transportmittel (22) ausgebildet ist.
Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportstrecke (24) wenigstens eine Verzweigung aufweist, wobei der Führungsanordnung (23) im Bereich der Verzweigung eine Schalteinrichtung zur Beeinflussung einer Bewegungsrichtung für das Transportmittel (22) an der Verzweigung zugeordnet ist und/oder wobei eine dem Transportmittel (22) zugeordnete Antriebseinrichtung (40) für eine Beeinflussung einer Bewegungsrichtung für das Transportmittel (22) an der Verzweigung ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Fördereinrichtung, die zur kontaktlosen Förderung von Transportgütern (38) ausgebildet ist und die eine Führungsanordnung (23) zur kontaktlosen Führung eines Transportmittels (22) längs einer Transportstrecke (24) umfasst, die wenigstens einen Supraleiter (10) und wenigstens eine Kühleinrichtung (42) aufweist, die für eine Kühlung des Supraleiters (10) zur Bereitstellung von supraleitenden Eigenschaften für eine kontaktlose Beabstandung eines Transportmittels (22) ausgebildet ist, wobei der Supraleiter (10) in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen (X, Y) jeweils eine Erstreckung aufweist, die größer als eine Erstreckung des Transportmittels (22) in den jeweiligen Raumrichtungen (X, Y) ist, um eine frei wählbare Gestaltung der Transportstrecke (24) zu ermöglichen, gekennzeichnet durch die Schritte: Anheben der Temperatur des Supraleiters (10) auf eine Temperatur oberhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur des Supraleiters (10), Auflegen eines flexiblen, permanentmagnetischen Bandmaterials (48) auf die Führungsanordnung (23), um eine Festlegung der Transportstrecke (24) zu ermöglichen, Reduzieren der Temperatur des Supraleiters (10) mittels der Kühleinrichtung (42) auf eine Temperatur unterhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur des Supraleiters (10), um das eingeprägte Magnetfeld im Supraleiter (10) zu speichern, Entfernen des Bandmaterials (48) und Einbringen eines Transportmittels (22) in einen Wirkungsbereich der Transportstrecke (24), so dass eine magnetische Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld eines Permanentmagneten (18) des Transportmittels (22) und dem Supraleiter (10) erfolgt, wodurch das Transportmittel (22) derart ausgerichtet wird, dass es seitlich nicht ausweichen kann und kontaktlos schwebend eine definierte Lage oberhalb der Führungsanordnung (23) einnimmt.