WO2015117629A1 - Superconductor coupling device and positioning method - Google Patents

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WO2015117629A1
WO2015117629A1 PCT/EP2014/003271 EP2014003271W WO2015117629A1 WO 2015117629 A1 WO2015117629 A1 WO 2015117629A1 EP 2014003271 W EP2014003271 W EP 2014003271W WO 2015117629 A1 WO2015117629 A1 WO 2015117629A1
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WO
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coupling
coupling part
superconductor
functional
functional position
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PCT/EP2014/003271
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Inventor
Georg Berner
Uwe Neuhoff
Martin Fuss
Original Assignee
Festo Ag & Co. Kg
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    • H02K49/10—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/104—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element
    • H02K49/108—Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with an axial air gap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings

Definitions

  • the invention relates to a superconductor coupling device for a non-contact, force-transmitting coupling of a first coupling part with a second coupling part in a functional position
  • the first coupling part comprises at least one magnet arrangement for providing a magnetic field
  • the second coupling part comprises a superconductor and a superconductor associated cooling arrangement , which is designed for a cooling of the superconductor in a superconducting functional state, as well as with a movably formed positioning means for fixing a spatial arrangement of the coupling parts in the functional position during cooling of the superconductor in the functional state.
  • the invention relates to a positioning method for positioning a first coupling part, which comprises a magnet arrangement for providing a magnetic field, in a functional position relative to a second coupling part, which comprises a superconductor and a superconductor-associated cooling arrangement.
  • a superconducting coupling device is used as a shaft bearing for a contactless axial bearing of a rotatable shaft. It is provided that the rotatably mounted shaft is equipped with a permanent magnet arrangement and a first coupling ment, while a fixed housing second coupling part comprises a superconductor and an associated cooling arrangement. For the arrangement of the coupling parts in a functional position is provided to fix the shaft by means of a positioning in the desired position and then carry out the cooling of the superconductor, thereby fixing the magnetic field of the first coupling part in the superconductor.
  • the positioning can be removed, since from this time through the interaction between the coupling parts, the non-contact storage and force-transmitting coupling between the coupling parts is guaranteed, so that, for example, a stationary and rotatable mounting of the shaft is given to the superconductor.
  • the object of the invention is to provide a superconducting coupling device and a positioning method, which enable a reproducible replacement of the first coupling part in the functional state of the superconductor.
  • the positioning means comprises at least one holding means for providing a holding force for at least one coupling part to allow removal and insertion of one of the coupling parts, in particular of the first coupling part, from the functional position and in the functional position during the functional state.
  • the positioning means comprises a bearing surface for the first coupling part, to which the first coupling part can be placed. The weight of the first coupling part on the support surface in the
  • the holding means which ensures a reliable arrangement of the first coupling part relative to the positioning means into the functional position.
  • the holding means By using this holding means, the previously used first coupling part with the aid of the positioning means is removed from the functional position and replaced by a future to be used, the first coupling part, which in turn is positioned by means of the positioning in the functional position for replacement of the first coupling part. During this replacement of the first coupling part, the functional state of the superconductor maintained. Furthermore, it is provided that the holding forces of the holding means act on the first coupling part at least until the functional position is reached and the intended interaction between the coupling parts is ensured.
  • the holding means for a temporary or permanent provision of magnetic forces on the coupling part, in particular the first coupling part is formed.
  • the use of magnetic forces for the holding means is of particular interest when the superconducting coupling device is to be used in dirt-sensitive areas, in particular clean rooms, in which moving holding means for the provision of holding forces as a possible source of contamination should be avoided.
  • the holding means for a temporary provision of magnetic forces may be formed, for example by design as a magnetic coil, which is acted upon by a suitable coil current. The resulting magnetic field is used to hold the first coupling part during the removal and / or introduction of the functional position or in the functional position during the functional state of the positioning so that reaching the functional position is ensured.
  • the holding means is designed for a permanent provision of magnetic forces, whereby a particularly simple structure for the holding means and the positioning means can be selected.
  • the holding means comprises a permanent magnet or a permanent magnet arrangement or has ferromagnetic elements arranged at least in sections, which are in interaction with each other. kung can be brought to the magnet assembly of the first coupling part.
  • the holding means may be formed as a stainless steel plate on the positioning means, on which rests the first coupling part, wherein the stainless steel material has at least a small ferromagnetic portion, which allows adhesion of the magnet assembly of the first coupling part. With a suitable arrangement of the holding means on the positioning means, an addition of the weight of the first coupling part with the holding force of the holding means can be achieved in order to avoid premature lifting of the coupling part from the positioning when introducing the coupling part in the operating position.
  • the holding means for a power-operated, releasable mechanical locking of the coupling part is formed on the positioning means.
  • the holding means may comprise one or more pivotable retaining clips, which are controlled electrically or pneumatically, in order to ensure the releasable mechanical locking of the coupling part on the positioning means.
  • Such a configuration of the holding means is of particular interest when different coupling parts are to be brought into the functional position during the functional state.
  • the coupling parts differ with regard to their weight force and / or with regard to the magnetic field provided by the respective magnet arrangement. In this case, an advantageous locking of the coupling part is always guaranteed by the holding means until reaching the functional position.
  • the positioning means an actuator for a movement of, in particular first, coupling part between the Functional position and a change position away from the functional position includes, wherein the actuator is associated with a control device for performing the movement.
  • the actuator is at least as an electrical linear actuator or as
  • a movement of the coupling part takes place with the aid of the actuator and the control device in a controlled or regulated operation in order to ensure an advantageous reproducibility for the functional position of the coupling parts in the functional state.
  • a position sensor is to be provided on the actuator and / or on the positioning means.
  • the control device is designed to cause a movement of the coupling part in a coupling position in a movement of the positioning means from the change position to the operating position in which a distance between the coupling parts is smaller than in the functional position to ensure reliable achievement of the functional position .
  • the coupling parts due to the magnetic interactions between the magnet arrangement and the superconductor, fall below a distance determined by the functional position and always occupy the distance occupied by the coupling parts during the cooling of the superconductor into the functional state has been.
  • the arrangement of the coupling parts in the func- Onsposition not necessarily when the first coupling part at a distance from the second coupling part by the
  • Positioning means is released, which is greater than the distance of the coupling parts in the operating position, so that in this case no reliable coupling between the coupling parts is ensured. Accordingly, it is advantageous to first bring the coupling parts to reach the functional position at a distance which is smaller than in the functional position, in order subsequently to enable the return of this coupling part to the functional position after release of the first coupling part.
  • the control device comprises a storage means for storing a plurality of functional positions and respectively associated coupling positions for differently shaped coupling parts. This is particularly advantageous if the functional state of the superconductor is not to be canceled when replacing the first coupling part and different first coupling parts are to be successively brought into a respective assigned functional position.
  • a superconducting coupling device is of interest, for example, if different processing and / or detection means are attached to the first coupling parts with which a surface treatment and / or a surface examination of a workpiece can take place.
  • control device is designed for a contactless data transmission with the respective first coupling part in order to be able to retrieve the respectively valid functional position and the associated coupling position after exchanging the information about the first coupling part from the storage means and move the positioning means into this position to be able to.
  • the object of the invention is achieved according to a second aspect with a positioning method, as indicated in claim 7.
  • the positioning method for positioning a first coupling part which comprises a magnet arrangement for providing a magnetic field, in a functional position relative to a second coupling part, which comprises a superconductor and a superconductor associated cooling arrangement, wherein a determination of a spatial arrangement of the coupling parts in the operating position during a cooling of the superconductor is carried out in a superconducting functional state using a positioning means comprising at least one holding means for providing a holding force for at least one coupling part to remove and insert one of the coupling parts, in particular of the first coupling part, from the functional position and in the functional position to allow, in an exchange of the coupling part during the functional state in each case an approximation of the coupling parts is made in a coupling position in which an Abs tand the coupling parts is less than a distance of the coupling parts in the operating position to ensure a reliable coupling of the coupling parts.
  • the single figure shows a schematic representation of a superconductor coupling device with two coupling parts, which is designed as an example for a contactless mounting of a sensor.
  • the superconductor coupling device 1 comprises a first coupling part 2, a second coupling part 3 and a
  • Positioning means 4 which is formed by way of example for removing and introducing the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3.
  • the first coupling part 2 For a non-contact mounting of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3, the first coupling part 2, a magnet assembly 5 and the second coupling part 3, a superconductor 6 are assigned.
  • the magnet arrangement 5 is formed by three ring magnets 8, 9 and 10 which are magnetized in the axial direction parallel to a rotation axis 7 and are arranged concentrically with one another.
  • the superconductor 6 on the second coupling part 3 is, for example, likewise of annular design and arranged concentrically to the axis of rotation 7.
  • the superconductor 6 is almost completely accommodated in a cooling housing 11, which in turn is also formed annularly concentric with the axis of rotation 7.
  • a ring-shaped circumferential cooling channel 12 is shown purely schematically.
  • the cooling channel 12 is exemplary for filling with a cooling medium, not shown, in particular a liquefied gas such as nitrogen, provided.
  • the heat sink 11 can cool the superconductor 6 to a temperature below a material-dependent transition temperature of the superconductor 6, so that it has its superconducting properties. With the reaching or falling below the critical temperature, the magnetic field of the magnet assembly 5 is effectively fixed in the superconductor 6, whereby the functional position of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3 is determined.
  • any change in the position of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3 is accompanied by a change in the field line course of the magnetic fields of the magnet arrangement 5 with respect to the superconductor 6.
  • This change in the field line profile leads to a reaction force of the superconductor 6 on the magnet arrangement 5, so that the first coupling part 2 is held in the functional position.
  • the coupling parts 2, 3 are matched to one another such that a stationary and relative to the rotation axis 7 rotatable mounting of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3 is achieved.
  • a magnetic coupling 15 is provided.
  • the magnetic coupling 15 in each case comprises the coupling parts 2, 3 associated permanent magnets 16, 17.
  • the permanent magnets 16 are fixedly received in the first coupling part 2.
  • the permanent magnets 17 are rotatably supported relative to the second coupling part 3 in a flywheel 18, which is coupled to a drive shaft 19 of an electric drive motor 20.
  • the flywheel 18 is arranged with the permanent magnets 17 in a central, circular recess 21 of the cooling housing 11.
  • the permanent magnets 16 and 17 are so satisfy ⁇ true, especially in the axial direction parallel to the axis of rotation 7 magnetized that a rotationally fixed coupling between the first coupling part 2 and the second coupling part 3 is present.
  • the positioning means 4 by way of example comprises an electrically operable actuator 22 which by way of example comprises a housing fixedly accommodated in ⁇ motor housing 23 and a recorded area, in the engine housing 23, the coupling rod 24th
  • the coupling rod 24 can perform any movements in all three spatial directions, in particular a translational movement along the axis of rotation 7 and a rotational movement about the axis of rotation 7 by drive means which are received in the motor housing 23 in a manner not shown.
  • the coupling rod 24 is coupled to an exemplary plate-shaped support member 25 which comprises a support ring 26 concentric with the axis of rotation 7, a support disc 27 circularly concentric with the axis of rotation 7 and a coil assembly 28 also concentric with the axis of rotation 7.
  • the support ring 26 is made of a plastic material and has no magnetic properties.
  • the support plate 27 is made of a stainless steel material which is slightly magnetizable.
  • the coil arrangement 28 may be provided as an arrangement of a plurality of substantially circular coil windings and is electrically connected to a control device 29.
  • the object of the positioning means 4 is to bring the first coupling part 2 in a functional position relative to the second coupling part 3 and further to remove the first coupling part 2 from the operating position relative to the second coupling part 3.
  • the first coupling part 2 is formed with an optical detector 30 for non-contact detection of a surface geometry of a workpiece, not shown.
  • the first coupling part 2 is brought to the start-up of the superconductor coupling device by means of the positioning means 4 in a functional position in which a predetermined distance relative to the second coupling part 3 is given.
  • a predetermined distance relative to the second coupling part 3 is given.
  • this is an upper edge of the first coupling part 2 at a distance dl from an upper edge of the second coupling part 3.
  • the positioning means 4 is detected in a manner not shown and there is a cooling of the superconductor 6 by providing cooling energy , in particular in the form of an introduction of a liquefied gas into the cooling channel of the cooling housing 11.
  • the magnetic fields provided by the ring magnets 8 to 10 of the magnet arrangement 5 are to a certain extent fixed in the superconductor 6, so that subsequently each positional deviation of the first coupling part 2 with respect to the second coupling part 3 in FIG. the reaction forces between the ring magnets 8 to 10 and the superconductor 6 results.
  • a contactless floating mounting of the first coupling part 2 with respect to the second coupling part 3 is made possible.
  • the drive 22 performs in the functional state of the superconductor 6, without canceling the superconducting properties of the superconductor 6, a previously defined movement, especially a kombi ⁇ ned translational and rotational movement relative to the ro ⁇ tationsachse 7.
  • Exemplary 7 is removed from the second coupling part 3 in order to subsequently send by a rotational movement about the axis of rotation 7 ei ne storage of the first, the first coupling member 2 is first in the course of a translational movement onsachse along the Rotati To allow coupling part 2 in a magazine, not shown, in which further first coupling parts are stored. After placing another first coupling part 2 on the support plate 27 of the
  • Positioning means 4 is a previously defined movement of the support member 25, in particular a combined rotational pivotal movement of the support member 25 about the axis of rotation 7 and along the axis of rotation 7, whereby the first coupling part 2 is brought into the region of action of the superconductor 6.
  • Positioning means 4 brought into a distance relative to the second coupling part 3, which is smaller than the distance between the coupling parts 2 and 3 in the operating position and which is designated in Figure 1 with d2. Since the interaction between the ring magnets 8 to 10 of the first coupling part 2 and the superconductor 6 of the second coupling part 3 increases sharply as the approach approaches, provision is made on the positioning means 4 to premature lifting of the first coupling part 2 of the support plate 27 of the support member 25 Avoid, as this could lead to an excessive distance between the coupling parts 2, 3, in which no reliable integration of the magnet assembly 5 is ensured in the sphere of action of the superconductor 6.
  • the support plate 27 is made by way of example of a stainless steel material which is at least slightly magnetizable, so that the ring magnets 8 to 10 of the first coupling part 2 form a certain adhesion to the support plate 27.
  • the ring magnets 8 to 10 of the magnet assembly 5 and the support plate 27 are matched to one another that the resulting adhesive force together with the weight of the first coupling part 2 is sufficient for the first coupling part 2 occupies the distance d2 relative to the second coupling part 3 before a Replacement of the first coupling part 2 takes place from the support member 25.
  • the carrier part 25 can be swung out by means of the drive 22 about the rotation axis 7 out of the gap between the coupling parts 2 and 3.
  • first coupling part 2 is to be replaced after taking the functional state by the superconductor 6 by another first coupling part, possibly having a different magnet arrangement and / or a different dead weight, can for reliable coupling of the respective first coupling part 2 in the field of the superconductor.
  • 6 on the Function of the coil assembly 28 are used.
  • the coil assembly 28 is adapted to exert an attractive force on the ring magnets 8 to 10 of the first coupling part 2 and thus to act as a holding means.
  • the coil arrangement 28 by providing a coil current through the control device 29 when the respective first coupling part 2 approaches the second coupling part 3 until the first coupling part 2 is at a distance from the second coupling part 3, which is smaller than a provided distance between the coupling parts 2, 3 in the respective functional position.
  • the coil current for the coil arrangement 28 can then be switched off by the control device 29, so that from this point on a substantially undisturbed interaction between the superconductor 6 and the first coupling part 2 can take place.
  • a memory device not shown, is formed, in which differently shaped first coupling parts 2 depending on the respective weight and the design of the respective ring magnets 8 to 10 each advantageous functional positions and these functional positions associated coupling positions fedi - are chert. It should always be provided that a distance between the first coupling part 2 and the second coupling part 3 in the coupling position is lower than in the functional position.

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Abstract

The invention relates to a superconductor coupling device for contactless, power-transmitting coupling of a first coupling part (2) to a second coupling part (3) in a functional position, wherein the first coupling part (2) comprises at least one magnet arrangement (5) for providing a magnetic field, and wherein the second coupling part (3) comprises a superconductor (6) and a cooling device (11) which is assigned to the superconductor (6) and is configured to cool the superconductor (6) down into a superconducting functional state, and with a movably configured positioning means (4) for fixing a spatial arrangement of the coupling parts (2, 3) in the functional position during cooling of the superconductor (6) down into the functional state. It is provided according to the invention that the positioning means (4) comprises at least one holding means (27, 28) for providing a holding force for at least one coupling part (2, 3), in order to make it possible for one of the coupling parts (2, 3), in particular the first coupling part (2), to be removed from the functional position and to be moved into the functional position during the functional state.

Description

Supraleiter-Kopplungseinrichtung und Positionierverfahren  Superconductor coupling device and positioning method
Die Erfindung betrifft eine Supraleiter-Kopplungseinrichtung für eine berührungslose, kraftübertragende Kopplung eines ersten Kupplungsteils mit einem zweiten Kupplungsteil in einer Funktionsposition, wobei das erste Kupplungsteil wenigstens eine Magnetanordnung zur Bereitstellung eines Magnetfelds umfasst und wobei das zweite Kupplungsteil einen Supraleiter und eine dem Supraleiter zugeordnete Kühlanordnung umfasst, die für eine Abkühlung des Supraleiters in einen supraleitenden Funktionszustand ausgebildet ist, sowie mit einem beweglich ausgebildeten Positioniermittel zur Festlegung einer räumlichen Anordnung der Kupplungsteile in der Funktionsposition während einer Abkühlung des Supraleiters in den Funktionszustand. Ferner betrifft die Erfindung ein Positionierverfahren zum Positionieren eines ersten Kupplungsteils, das eine Magnetanordnung zur Bereitstellung eines Magnetfelds umfasst, in eine Funktionsposition gegenüber einem zweiten Kupplungsteil, das einen Supraleiter und eine dem Supraleiter zugeordnete Kühlanordnung umfasst . The invention relates to a superconductor coupling device for a non-contact, force-transmitting coupling of a first coupling part with a second coupling part in a functional position, wherein the first coupling part comprises at least one magnet arrangement for providing a magnetic field and wherein the second coupling part comprises a superconductor and a superconductor associated cooling arrangement , which is designed for a cooling of the superconductor in a superconducting functional state, as well as with a movably formed positioning means for fixing a spatial arrangement of the coupling parts in the functional position during cooling of the superconductor in the functional state. Furthermore, the invention relates to a positioning method for positioning a first coupling part, which comprises a magnet arrangement for providing a magnetic field, in a functional position relative to a second coupling part, which comprises a superconductor and a superconductor-associated cooling arrangement.
Gemäß einem der Anmelderin bekannten, druckschriftlich nicht niedergelegten Stand der Technik wird eine Supraleiter- Kopplungseinrichtung als Wellenlagerung für eine berührungs- lose Axiallagerung einer drehbaren Welle eingesetzt. Hierbei ist vorgesehen, dass die drehbar zu lagernde Welle mit einer Permanentmagnetanordnung ausgerüstet ist und ein erstes Kupp- lungsteil bildet, während ein gehäusefest angeordnetes zweites Kupplungsteil einen Supraleiter und eine zugeordnete Kühlanordnung umfasst. Für die Anordnung der Kupplungsteile in einer Funktionsposition ist vorgesehen, die Welle mit Hilfe eines Positioniermittels in der gewünschten Position festzulegen und anschließend die Abkühlung des Supraleiters durchzuführen, um hierdurch das Magnetfeld des ersten Kupplungsteils im Supraleiter zu fixieren. Nach Erreichen oder Unterschreiten der Sprungtemperatur des Supraleiters, wodurch die supraleitenden Eigenschaften des Supraleiters eintreten, kann das Positioniermittel entfernt werden, da ab diesem Zeitpunkt durch die Wechselwirkung zwischen den Kupplungsteilen die berührungslose Lagerung und kraftübertragende Kopplung zwischen den Kupplungsteilen gewährleistet ist, so dass beispielsweise eine ortsfeste und drehbare Lagerung der Welle gegenüber dem Supraleiter gegeben ist . According to one known to the applicant, not written down prior art, a superconducting coupling device is used as a shaft bearing for a contactless axial bearing of a rotatable shaft. It is provided that the rotatably mounted shaft is equipped with a permanent magnet arrangement and a first coupling ment, while a fixed housing second coupling part comprises a superconductor and an associated cooling arrangement. For the arrangement of the coupling parts in a functional position is provided to fix the shaft by means of a positioning in the desired position and then carry out the cooling of the superconductor, thereby fixing the magnetic field of the first coupling part in the superconductor. After reaching or falling below the critical temperature of the superconductor, whereby the superconducting properties of the superconductor occur, the positioning can be removed, since from this time through the interaction between the coupling parts, the non-contact storage and force-transmitting coupling between the coupling parts is guaranteed, so that, for example, a stationary and rotatable mounting of the shaft is given to the superconductor.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Supraleiter- Kopplungseinrichtung und ein Positionierverfahren bereitzustellen, die im Funktionszustand des Supraleiters einen reproduzierbaren Austausch des ersten Kupplungsteils ermöglichen . The object of the invention is to provide a superconducting coupling device and a positioning method, which enable a reproducible replacement of the first coupling part in the functional state of the superconductor.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt für eine Supraleiter-Kopplungseinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das Positioniermittel wenigstens ein Haltemittel zur Bereitstellung einer Haltekraft für wenigstens ein Kupplungsteil umfasst, um ein Entfernen und Einbringen eines der Kupplungsteile, insbesondere des ersten Kupplungsteils, aus der Funktionsposition und in die Funktionsposition während des Funktionszustands zu ermöglichen. Exemplarisch umfasst das Positioniermittel eine Auflagefläche für das erste Kupplungsteil, auf die das erste Kupplungsteil aufgelegt werden kann. Dabei wird die Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils über die Auflagefläche in das This object is achieved according to a first aspect of a superconductor coupling device of the type mentioned above with the features of claim 1. It is provided that the positioning means comprises at least one holding means for providing a holding force for at least one coupling part to allow removal and insertion of one of the coupling parts, in particular of the first coupling part, from the functional position and in the functional position during the functional state. By way of example, the positioning means comprises a bearing surface for the first coupling part, to which the first coupling part can be placed. The weight of the first coupling part on the support surface in the
Positioniermittel eingeleitet. In der Funktionsposition zwischen erstem Kupplungsteil und zweitem Kupplungsteil ist während des Funktionszustands eine magnetische Wechselwirkung zwischen der Magnetanordnung und dem Supraleiter vorgesehen. Die aus dieser Wechselwirkung resultierenden Kräfte können gegebenenfalls bereits bei einer Annäherung des ersten Kupplungsteils an das zweite Kupplungsteil die Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils übersteigen. Somit kann es bei einem Absenken des Positioniermittels in Richtung des zweiten Kupplungsteils und einem auf der Auflagefläche aufliegenden ersten Kupplungsteil dazu kommen, dass bereits vor Erreichen der Funktionsposition das erste Kupplungsteil von der Auflagefläche abgehoben wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bereits vor Erreichen der Funktionsposition die Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils durch die magnetische Wechselwirkung zwischen den Kupplungsteilen kompensiert wird. Um ein solches Abheben des ersten Kupplungsteils vom Positioning initiated. In the functional position between the first coupling part and the second coupling part, a magnetic interaction between the magnet arrangement and the superconductor is provided during the functional state. The forces resulting from this interaction may optionally already exceed the weight of the first coupling part when the first coupling part approaches the second coupling part. Thus, when lowering the positioning means in the direction of the second coupling part and a first coupling part resting on the support surface, the first coupling part may be lifted off the support surface even before the functional position is reached. This is due to the fact that even before reaching the functional position, the weight of the first coupling part is compensated by the magnetic interaction between the coupling parts. To such a lifting of the first coupling part from
Positioniermittel an einer Position abseits der Funktionsposition zu vermeiden, ist das erfindungsgemäße Haltemittel vorgesehen, das eine zuverlässige Anordnung des ersten Kupplungsteils gegenüber dem Positioniermittel bis in die Funktionsposition gewährleistet. Durch eine Verwendung dieses Haltemittels wird für einen Austausch des ersten Kupplungsteils zunächst das bislang verwendete erste Kupplungsteil mit Hilfe der Positioniermittel aus der Funktionsposition entfernt und durch ein zukünftig zu verwendendes, erstes Kupplungsteil ersetzt, das seinerseits mit Hilfe der Positioniermittel in die Funktionsposition positioniert wird. Während dieses Austausche des ersten Kupplungsteils wird der Funktionszustand des Supraleiters aufrechterhalten. Ferner ist vorgesehen, die Haltekräfte des Haltemittels zumindest so lange auf das erste Kupplungsteil einwirken zu lassen, bis die Funktionsposition erreicht ist und die vorgesehene Wechselwirkung zwischen den Kupplungsteilen gewährleistet ist. Positioning means to be avoided at a position away from the functional position, the holding means according to the invention is provided which ensures a reliable arrangement of the first coupling part relative to the positioning means into the functional position. By using this holding means, the previously used first coupling part with the aid of the positioning means is removed from the functional position and replaced by a future to be used, the first coupling part, which in turn is positioned by means of the positioning in the functional position for replacement of the first coupling part. During this replacement of the first coupling part, the functional state of the superconductor maintained. Furthermore, it is provided that the holding forces of the holding means act on the first coupling part at least until the functional position is reached and the intended interaction between the coupling parts is ensured.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche . Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Zweckmäßig ist es, wenn das Haltemittel für eine zeitweilige oder dauerhafte Bereitstellung von Magnetkräften auf das Kupplungsteil, insbesondere das erste Kupplungsteil, ausgebildet ist. Ein Einsatz von Magnetkräften für das Haltemittel ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Supraleiter- Kopplungseinrichtung in schmutzempfindlichen Bereichen, insbesondere Reinräumen, eingesetzt werden soll, in denen bewegte Haltemittel für die Bereitstellung von Haltekräften als mögliche Verschmutzungsquelle vermieden werden sollen. Hierzu kann das Haltemittel für eine zeitweilige Bereitstellung von Magnetkräften ausgebildet sein, beispielsweise durch Ausgestaltung als Magnetspule, die mit einem geeigneten Spulenstrom beaufschlagt wird. Das dadurch hervorgerufene Magnetfeld wird dazu genutzt, um das erste Kupplungsteil während des Entfernens und/oder Einbringens aus der Funktionsposition bzw. in die Funktionsposition während des Funktionszustands so am Positioniermittel zu halten, dass ein Erreichen der Funktionsposition gewährleistet ist. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Haltemittel für eine dauerhafte Bereitstellung von Magnetkräften ausgebildet ist, wodurch eine besonders einfache Aufbauweise für das Haltemittel und das Positioniermittel gewählt werden kann. Beispielsweise umfasst das Haltemittel einen Permanentmagneten oder eine Permanentmagnetanordnung oder weist zumindest abschnittsweise angeordnete ferromagnetische Elemente auf, die in Wechselwir- kung mit der Magnetanordnung des ersten Kupplungsteils gebracht werden können. Exemplarisch kann das Haltemittel als Edelstahlplatte am Positioniermittel ausgebildet sein, auf der das erste Kupplungsteil aufliegt, wobei das Edelstahlmaterial zumindest einen geringen ferromagnetischen Anteil aufweist, der ein Anhaften der Magnetanordnung des ersten Kupplungsteils ermöglicht. Bei geeigneter Anordnung des Haltemittels am Positioniermittel kann somit eine Addition der Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils mit der Haltekraft des Haltemittels erzielt werden, um beim Einbringen des Kupplungsteils in die Funktionsposition ein frühzeitiges Abheben des Kupplungsteils vom Positioniermittel zu vermeiden. It is expedient if the holding means for a temporary or permanent provision of magnetic forces on the coupling part, in particular the first coupling part is formed. The use of magnetic forces for the holding means is of particular interest when the superconducting coupling device is to be used in dirt-sensitive areas, in particular clean rooms, in which moving holding means for the provision of holding forces as a possible source of contamination should be avoided. For this purpose, the holding means for a temporary provision of magnetic forces may be formed, for example by design as a magnetic coil, which is acted upon by a suitable coil current. The resulting magnetic field is used to hold the first coupling part during the removal and / or introduction of the functional position or in the functional position during the functional state of the positioning so that reaching the functional position is ensured. Additionally or alternatively it can be provided that the holding means is designed for a permanent provision of magnetic forces, whereby a particularly simple structure for the holding means and the positioning means can be selected. By way of example, the holding means comprises a permanent magnet or a permanent magnet arrangement or has ferromagnetic elements arranged at least in sections, which are in interaction with each other. kung can be brought to the magnet assembly of the first coupling part. By way of example, the holding means may be formed as a stainless steel plate on the positioning means, on which rests the first coupling part, wherein the stainless steel material has at least a small ferromagnetic portion, which allows adhesion of the magnet assembly of the first coupling part. With a suitable arrangement of the holding means on the positioning means, an addition of the weight of the first coupling part with the holding force of the holding means can be achieved in order to avoid premature lifting of the coupling part from the positioning when introducing the coupling part in the operating position.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Haltemittel für eine fremdkraftbetätigte , lösbare mechanische Arretierung des Kupplungsteils am Positioniermittel ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Haltemittel eine oder mehrere schwenkbewegliche Halteklammern umfassen, die elektrisch oder pneumatisch angesteuert werden, um die lösbare mechanische Arretierung des Kupplungsteils am Positioniermittel zu gewährleisten. Eine derartige Ausgestaltung des Haltemittels ist insbesondere dann von Interesse, wenn während des Funktionszustands unterschiedliche Kupplungsteile in die Funktionsposition gebracht werden sollen. Beispielsweise unterscheiden sich die Kupplungsteile hinsichtlich ihrer Gewichtskraft und/oder hinsichtlich des von der jeweiligen Magnetanordnung bereitgestellten Magnetfelds. In diesem Fall wird durch die Haltemittel stets eine vorteilhafte Arretierung des Kupplungsteils bis zum Erreichen der Funktionsposition gewährleistet . Additionally or alternatively it can be provided that the holding means for a power-operated, releasable mechanical locking of the coupling part is formed on the positioning means. For example, the holding means may comprise one or more pivotable retaining clips, which are controlled electrically or pneumatically, in order to ensure the releasable mechanical locking of the coupling part on the positioning means. Such a configuration of the holding means is of particular interest when different coupling parts are to be brought into the functional position during the functional state. For example, the coupling parts differ with regard to their weight force and / or with regard to the magnetic field provided by the respective magnet arrangement. In this case, an advantageous locking of the coupling part is always guaranteed by the holding means until reaching the functional position.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Positioniermittel einen Aktor für eine Bewegung des, insbesondere ersten, Kupplungsteils zwischen der Funktionsposition und einer Wechselposition abseits der Funktionsposition umfasst, wobei dem Aktor eine Steuerungseinrichtung für eine Durchführung der Bewegung zugeordnet ist . Mit Hilfe des Aktors und der zugeordneten Steuerungseinrichtung kann eine Automatisierung für einen Bewegungsablauf des Positioniermittels erzielt werden. Exemplarisch ist der Aktor zumindest als elektrisches Linearstellglied oder als In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the positioning means an actuator for a movement of, in particular first, coupling part between the Functional position and a change position away from the functional position includes, wherein the actuator is associated with a control device for performing the movement. With the help of the actuator and the associated control device automation for a movement sequence of the positioning means can be achieved. As an example, the actuator is at least as an electrical linear actuator or as
Pneumatikzylinder ausgebildet, so dass dementsprechend die Steuerungseinrichtung für eine Bereitstellung eines elektrischen Stroms oder eines Fluidstroms an den Aktor dient. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Bewegung des Kupplungs- teils mit Hilfe des Aktors und der Steuerungseinrichtung in einem gesteuerten oder geregelten Betrieb stattfindet, um eine vorteilhafte Reproduzierbarkeit für die Funktionsposition der Kupplungsteile im Funktionszustand zu gewährleisten. Für eine Regelung der Bewegung des Positioniermittels ist ein Positionssensor am Aktor und/oder am Positioniermittel vorzusehen . Pneumatic cylinder formed, so that accordingly the control device is used for providing an electric current or a fluid flow to the actuator. It is particularly advantageous if a movement of the coupling part takes place with the aid of the actuator and the control device in a controlled or regulated operation in order to ensure an advantageous reproducibility for the functional position of the coupling parts in the functional state. For a regulation of the movement of the positioning means, a position sensor is to be provided on the actuator and / or on the positioning means.
Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, bei einer Bewegung des Positioniermittels aus der Wechselposition in die Funktionsposition eine Bewegung des Kupplungsteils in eine Kopplungsposition zu bewirken, in der ein Abstand zwischen den Kupplungsteilen kleiner als in der Funktionsposition ist, um ein zuverlässiges Erreichen der Funktionsposition zu gewährleisten. Hierbei wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass die Kupplungsteile aufgrund der magnetischen Wechselwirkungen zwischen der Magnetanordnung und dem Supraleiter bei Unterschreitung eines durch die Funktionsposition bestimmten Abstands nachfolgend stets den Abstand einnehmen, der während der Abkühlung des Supraleiters in den Funktions- zustand durch die Kupplungsteile eingenommen wurde. Hingegen stellt sich die Anordnung der Kupplungsteile in der Funkti- onsposition nicht zwingend ein, wenn das erste Kupplungsteil in einem Abstand vom zweiten Kupplungsteil durch das Preferably, the control device is designed to cause a movement of the coupling part in a coupling position in a movement of the positioning means from the change position to the operating position in which a distance between the coupling parts is smaller than in the functional position to ensure reliable achievement of the functional position , In this case, use is made of the knowledge that the coupling parts, due to the magnetic interactions between the magnet arrangement and the superconductor, fall below a distance determined by the functional position and always occupy the distance occupied by the coupling parts during the cooling of the superconductor into the functional state has been. On the other hand, the arrangement of the coupling parts in the func- Onsposition not necessarily when the first coupling part at a distance from the second coupling part by the
Positioniermittel freigegeben wird, der größer als der Abstand der Kupplungsteile in der Funktionsposition ist, so dass in diesem Fall keine zuverlässige Kopplung zwischen den Kupplungsteilen sichergestellt ist. Dementsprechend ist es vorteilhaft, die Kupplungsteile zum Erreichen der Funktions- position zunächst in einen Abstand zu bringen, der kleiner als in der Funktionsposition ist, um anschließend nach Freigabe des ersten Kupplungsteils ein Rückkehren dieses Kupplungsteils in die Funktionsposition zu ermöglichen. Positioning means is released, which is greater than the distance of the coupling parts in the operating position, so that in this case no reliable coupling between the coupling parts is ensured. Accordingly, it is advantageous to first bring the coupling parts to reach the functional position at a distance which is smaller than in the functional position, in order subsequently to enable the return of this coupling part to the functional position after release of the first coupling part.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ein Speichermittel für eine Speicherung von mehreren Funktionspositionen und jeweils zugeordneten Kopplungspositionen für unterschiedlich ausgebildete Kupplungsteile umfasst. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Funktionszustand des Supraleiters bei Austausch des ersten Kupplungsteils nicht aufgehoben werden soll und unterschiedliche erste Kupplungsteile nacheinander in eine jeweils zugeordnete Funktionsposition gebracht werden sollen. Eine derartige Verwendung einer Supraleiter- Kopplungseinrichtung ist beispielsweise dann von Interesse, wenn an den ersten Kupplungsteilen unterschiedliche Bearbei- tungs- und/oder Detektionsmittel angebracht sind, mit denen eine Oberflächenbearbeitung und/oder eine Oberflächenuntersuchung eines Werkstücks erfolgen kann. In Abhängigkeit von den unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen ersten Kupplungsteile sind diese von den Positioniermitteln und den zugeordneten Haltemitteln in unterschiedliche Kopplungspositionen zu bringen, um ausgehend von diesen Kopplungspositionen jeweils in die entsprechenden Funktionspositionen gelangen zu können und dabei eine zuverlässige Ankopplung an den Supraleiter zu gewährleisten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerungseinrichtung für eine kontaktlose Datenübertragung mit dem jeweiligen ersten Kupplungsteil ausgebildet ist, um nach Austausch der Informationen über das erste Kupplungsteil aus dem Speichermittel die jeweils gültige Funktionsposition sowie die zugeordnete Kopplungsposition abrufen zu können und das Positioniermittel in diese Position bewegen zu können. In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control device comprises a storage means for storing a plurality of functional positions and respectively associated coupling positions for differently shaped coupling parts. This is particularly advantageous if the functional state of the superconductor is not to be canceled when replacing the first coupling part and different first coupling parts are to be successively brought into a respective assigned functional position. Such a use of a superconducting coupling device is of interest, for example, if different processing and / or detection means are attached to the first coupling parts with which a surface treatment and / or a surface examination of a workpiece can take place. Depending on the different properties of the various first coupling parts, these are to be brought by the positioning means and the associated holding means in different coupling positions in order to get from these coupling positions in each case in the corresponding functional positions and thereby a reliable coupling to the To ensure superconductor. It is particularly advantageous if the control device is designed for a contactless data transmission with the respective first coupling part in order to be able to retrieve the respectively valid functional position and the associated coupling position after exchanging the information about the first coupling part from the storage means and move the positioning means into this position to be able to.
Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt mit einem Positionierverfahren gelöst, wie es im Anspruch 7 angegeben ist. Dabei dient das Positionierverfahren zum Positionieren eines ersten Kupplungsteils, das eine Magnetanordnung zur Bereitstellung eines Magnetfelds umfasst, in eine Funktionsposition gegenüber einem zweiten Kupplungsteil, das einen Supraleiter und eine den Supraleiter zugeordnete Kühlanordnung umfasst, wobei eine Festlegung einer räumlichen Anordnung der Kupplungsteile in der Funktionsposition während einer Abkühlung des Supraleiters in einen supraleitenden Funktionszustand unter Verwendung eines Positioniermittels vorgenommen wird, das wenigstens ein Haltemittel zur Bereitstellung einer Haltekraft für wenigstens ein Kupplungsteil umfasst, um ein Entfernen und Einbringen eines der Kupplungsteile, insbesondere des ersten Kupplungsteils, aus der Funktionsposition und in die Funktionsposition zu ermöglichen, wobei bei einem Austausch des Kupplungsteils während des Funktionszustands jeweils eine Annäherung der Kupplungsteile in eine Kopplungsposition vorgenommen wird, in der ein Abstand der Kupplungsteile geringer als ein Abstand der Kupplungsteile in der Funktionsposition ist, um eine zuverlässige Kopplung der Kupplungsteile zu gewährleisten. The object of the invention is achieved according to a second aspect with a positioning method, as indicated in claim 7. The positioning method for positioning a first coupling part, which comprises a magnet arrangement for providing a magnetic field, in a functional position relative to a second coupling part, which comprises a superconductor and a superconductor associated cooling arrangement, wherein a determination of a spatial arrangement of the coupling parts in the operating position during a cooling of the superconductor is carried out in a superconducting functional state using a positioning means comprising at least one holding means for providing a holding force for at least one coupling part to remove and insert one of the coupling parts, in particular of the first coupling part, from the functional position and in the functional position to allow, in an exchange of the coupling part during the functional state in each case an approximation of the coupling parts is made in a coupling position in which an Abs tand the coupling parts is less than a distance of the coupling parts in the operating position to ensure a reliable coupling of the coupling parts.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für unterschiedlich ausgebildete Kupplungstei- le, insbesondere bei Beibehaltung des Funktionszustands für den Supraleiter, unterschiedliche Funktionspositionen und unterschiedliche Kopplungspositionen eingenommen werden. In an advantageous development of the invention, it is provided that for differently designed coupling parts le, in particular while maintaining the functional state for the superconductor, different functional positions and different coupling positions are taken.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing.
Hierbei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Supraleiter-Kopplungseinrichtung mit zwei Kupplungsteilen, die exemplarisch für eine berührungslose Lagerung eines Sensors ausgebildet ist. Here, the single figure shows a schematic representation of a superconductor coupling device with two coupling parts, which is designed as an example for a contactless mounting of a sensor.
Die Supraleiter-Kopplungseinrichtung 1 umfasst ein erstes Kupplungsteil 2, ein zweites Kupplungsteil 3 sowie ein The superconductor coupling device 1 comprises a first coupling part 2, a second coupling part 3 and a
Positioniermittel 4, das exemplarisch zum Entfernen und Einbringen des ersten Kupplungsteils 2 relativ zum zweiten Kupplungsteil 3 ausgebildet ist. Positioning means 4, which is formed by way of example for removing and introducing the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3.
Für eine berührungslose Lagerung des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 sind dem ersten Kupplungsteil 2 eine Magnetanordnung 5 und dem zweiten Kupplungsteil 3 ein Supraleiter 6 zugeordnet. Exemplarisch wird die Magnetanordnung 5 durch drei in axialer Richtung parallel zu einer Rotationsachse 7 magnetisierte und konzentrisch zueinander angeordnete Ringmagnete 8, 9 und 10 gebildet. Der Supraleiter 6 am zweiten Kupplungsteil 3 ist beispielhaft ebenfalls ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Rotationsachse 7 angeordnet . For a non-contact mounting of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3, the first coupling part 2, a magnet assembly 5 and the second coupling part 3, a superconductor 6 are assigned. By way of example, the magnet arrangement 5 is formed by three ring magnets 8, 9 and 10 which are magnetized in the axial direction parallel to a rotation axis 7 and are arranged concentrically with one another. The superconductor 6 on the second coupling part 3 is, for example, likewise of annular design and arranged concentrically to the axis of rotation 7.
Ferner ist der Supraleiter 6 nahezu vollständig in einem Kühlgehäuse 11 aufgenommen, das seinerseits ebenfalls ringförmig konzentrisch zur Rotationsachse 7 ausgebildet ist. Im Kühlgehäuse 11 ist rein schematisch ein ringförmig umlaufender Kühlkanal 12 eingezeichnet. Der Kühlkanal 12 ist exempla- risch zur Befüllung mit einem nicht dargestellten Kühlmedium, insbesondere einem verflüssigten Gas wie Stickstoff, vorgesehen. Somit kann der Kühlkörper 11 den Supraleiter 6 auf eine Temperatur unterhalb einer materialabhängigen Sprungtemperatur des Supraleiters 6 abkühlen, damit dieser seine supraleitenden Eigenschaften aufweist. Mit dem Erreichen oder Unterschreiten der Sprungtemperatur wird das Magnetfeld der Magnetanordnung 5 gewissermaßen im Supraleiter 6 fixiert, wodurch die Funktionsposition des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 bestimmt wird. Furthermore, the superconductor 6 is almost completely accommodated in a cooling housing 11, which in turn is also formed annularly concentric with the axis of rotation 7. In the cooling housing 11, a ring-shaped circumferential cooling channel 12 is shown purely schematically. The cooling channel 12 is exemplary for filling with a cooling medium, not shown, in particular a liquefied gas such as nitrogen, provided. Thus, the heat sink 11 can cool the superconductor 6 to a temperature below a material-dependent transition temperature of the superconductor 6, so that it has its superconducting properties. With the reaching or falling below the critical temperature, the magnetic field of the magnet assembly 5 is effectively fixed in the superconductor 6, whereby the functional position of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3 is determined.
Jede Veränderung der Position des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 geht mit einer Veränderung des Feldlinienverlaufs der Magnetfelder der Magnetanordnung 5 gegenüber dem Supraleiter 6 einher. Diese Veränderung des Feldlinienverlaufs führt zu einer Reaktionskraft des Supraleiters 6 auf die Magnetanordnung 5, so dass das erste Kupplungsteil 2 in der Funktionsposition gehalten wird. Vorzugsweise sind die Kupplungsteile 2, 3 derart aufeinander abgestimmt, dass eine ortsfeste und relativ zur Rotationsachse 7 drehbewegliche Lagerung des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 erreicht wird. Any change in the position of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3 is accompanied by a change in the field line course of the magnetic fields of the magnet arrangement 5 with respect to the superconductor 6. This change in the field line profile leads to a reaction force of the superconductor 6 on the magnet arrangement 5, so that the first coupling part 2 is held in the functional position. Preferably, the coupling parts 2, 3 are matched to one another such that a stationary and relative to the rotation axis 7 rotatable mounting of the first coupling part 2 relative to the second coupling part 3 is achieved.
Um eine Einleitung einer Drehbewegung von dem gehäusefest an einem nicht dargestellten Gehäuse aufgenommenen zweiten Kupplungsteil 3 auf das erste Kupplungsteil 2 zu ermöglichen, ist eine Magnetkupplung 15 vorgesehen. Die Magnetkupplung 15 um- fasst jeweils den Kupplungsteilen 2, 3 zugeordnete Permanentmagnete 16, 17. Dabei sind die Permanentmagnete 16 ortsfest im ersten Kupplungsteil 2 aufgenommen. Die Permanentmagnete 17 sind bezüglich des zweiten Kupplungsteils 3 drehbar gelagert in einer Schwungscheibe 18 aufgenommen, die mit einer Antriebswelle 19 eines elektrischen Antriebsmotors 20 gekoppelt ist. Für eine vorteilhafte DrehmomentÜbertragung zwi- sehen den beiden Kupplungsteilen 2, 3 ist die Schwungscheibe 18 mit den Permanentmagneten 17 in einer zentralen, zirkulär ausgebildeten Ausnehmung 21 des Kühlgehäuses 11 angeordnet. Die Permanentmagnete 16 und 17 sind derart aufeinander abge¬ stimmt, insbesondere in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse 7 magnetisiert , dass eine drehfeste Kopplung zwischen dem ersten Kupplungsteil 2 und dem zweiten Kupplungsteil 3 vorliegt. In order to enable an initiation of a rotational movement of the housing fixed to a housing, not shown, second coupling part 3 on the first coupling part 2, a magnetic coupling 15 is provided. The magnetic coupling 15 in each case comprises the coupling parts 2, 3 associated permanent magnets 16, 17. The permanent magnets 16 are fixedly received in the first coupling part 2. The permanent magnets 17 are rotatably supported relative to the second coupling part 3 in a flywheel 18, which is coupled to a drive shaft 19 of an electric drive motor 20. For an advantageous torque transmission between see the two coupling parts 2, 3, the flywheel 18 is arranged with the permanent magnets 17 in a central, circular recess 21 of the cooling housing 11. The permanent magnets 16 and 17 are so abge ¬ true, especially in the axial direction parallel to the axis of rotation 7 magnetized that a rotationally fixed coupling between the first coupling part 2 and the second coupling part 3 is present.
Das Positioniermittel 4 umfasst exemplarisch einen elektrisch betreibbaren Antrieb 22, der exemplarisch ein gehäusefest an¬ gebrachtes Motorgehäuse 23 und eine bereichsweise im Motorgehäuse 23 aufgenommene, Koppelstange 24 aufweist. Die Koppelstange 24 kann durch Antriebsmittel, die in nicht näher dargestellter Weise im Motorgehäuse 23 aufgenommen sind, beliebige Bewegungen in alle drei Raumrichtungen, insbesondere eine translatorische Bewegung längs der Rotationsachse 7 sowie eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 7 ausführen. The positioning means 4 by way of example comprises an electrically operable actuator 22 which by way of example comprises a housing fixedly accommodated in ¬ motor housing 23 and a recorded area, in the engine housing 23, the coupling rod 24th The coupling rod 24 can perform any movements in all three spatial directions, in particular a translational movement along the axis of rotation 7 and a rotational movement about the axis of rotation 7 by drive means which are received in the motor housing 23 in a manner not shown.
Die Koppelstange 24 ist mit einem exemplarisch tellerförmig ausgebildeten Trägerteil 25 gekoppelt, das einen konzentrisch zur Rotationsachse 7 ausgebildeten Tragring 26, eine kreisrund konzentrisch zur Rotationsachse 7 ausgebildete Tragscheibe 27 und eine ebenfalls konzentrisch zur Rotationsachse 7 kreisringförmig ausgebildete Spulenanordnung 28 umfasst. Dabei kann exemplarisch vorgesehen sein, dass der Tragring 26 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und keinerlei magnetische Eigenschaften aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Tragscheibe 27 aus einem Edelstahlmaterial hergestellt ist, das geringfügig magnetisierbar ist. Die Spulenanordnung 28 kann als Anordnung mehrerer, im Wesentlichen kreisrund ausgebildeter Spulenwicklungen vorgesehen sein und ist elektrisch mit einer Steuereinrichtung 29 verbunden. Die Aufgabe der Positioniermittel 4 besteht darin, das erste Kupplungsteil 2 in eine Funktionsposition relativ zum zweiten Kupplungsteil 3 zu bringen und ferner das erste Kupplungsteil 2 aus der Funktionsposition gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 zu entfernen. The coupling rod 24 is coupled to an exemplary plate-shaped support member 25 which comprises a support ring 26 concentric with the axis of rotation 7, a support disc 27 circularly concentric with the axis of rotation 7 and a coil assembly 28 also concentric with the axis of rotation 7. It can be provided by way of example that the support ring 26 is made of a plastic material and has no magnetic properties. Furthermore, it can be provided that the support plate 27 is made of a stainless steel material which is slightly magnetizable. The coil arrangement 28 may be provided as an arrangement of a plurality of substantially circular coil windings and is electrically connected to a control device 29. The object of the positioning means 4 is to bring the first coupling part 2 in a functional position relative to the second coupling part 3 and further to remove the first coupling part 2 from the operating position relative to the second coupling part 3.
Für die nachstehende Beschreibung der Funktionsweise der Supraleiter-Kopplungseinrichtung 1 wird davon ausgegangen, dass in einem nicht dargestellten Magazin mehrere Kupplungsteile 2 angeordnet sind, die mit unterschiedlichen Werkzeugen For the following description of the operation of the superconductor coupling device 1 it is assumed that a plurality of coupling parts 2 are arranged in a magazine, not shown, with different tools
und/oder Detektoren ausgerüstet sind. Rein exemplarisch ist das erste Kupplungsteil 2 mit einem optischen Detektor 30 für eine berührungslose Erfassung einer Oberflächengeometrie eines nicht dargestellten Werkstücks ausgebildet. and / or detectors are equipped. By way of example only, the first coupling part 2 is formed with an optical detector 30 for non-contact detection of a surface geometry of a workpiece, not shown.
In einem ersten Schritt wird zur Inbetriebnahme der Supraleiter-Kopplungseinrichtung das erste Kupplungsteil 2 mit Hilfe des Positioniermittels 4 in eine Funktionsposition gebracht, in der ein vorgebbarer Abstand gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 gegeben ist. Rein exemplarisch befindet sich hierbei eine Oberkante des ersten Kupplungsteils 2 in einem Abstand dl gegenüber einer Oberkante des zweiten Kupplungs- teils 3. In diesem Zustand wird das Positioniermittel 4 in nicht näher dargestellter Weise festgestellt und es erfolgt eine Abkühlung des Supraleiters 6 durch Bereitstellung von Kühlenergie, insbesondere in Form einer Einleitung eines verflüssigten Gases in den Kühlkanal des Kühlgehäuses 11. In a first step, the first coupling part 2 is brought to the start-up of the superconductor coupling device by means of the positioning means 4 in a functional position in which a predetermined distance relative to the second coupling part 3 is given. By way of example, this is an upper edge of the first coupling part 2 at a distance dl from an upper edge of the second coupling part 3. In this state, the positioning means 4 is detected in a manner not shown and there is a cooling of the superconductor 6 by providing cooling energy , in particular in the form of an introduction of a liquefied gas into the cooling channel of the cooling housing 11.
Mit dem Erreichen bzw. Unterschreiten einer materialabhängigen Sprungtemperatur des Supraleiters 6 werden die von den Ringmagneten 8 bis 10 der Magnetanordnung 5 bereitgestellten Magnetfelder gewissermaßen im Supraleiter 6 fixiert, so dass nachfolgend jede Positionsabweichung des ersten Kupplungs- teils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 in entsprechen- den Reaktionskräften zwischen den Ringmagneten 8 bis 10 und dem Supraleiter 6 resultiert. Hierdurch wird eine berührungs los schwebende Lagerung des ersten Kupplungsteils 2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 ermöglicht. Upon reaching or dropping below a material-dependent transition temperature of the superconductor 6, the magnetic fields provided by the ring magnets 8 to 10 of the magnet arrangement 5 are to a certain extent fixed in the superconductor 6, so that subsequently each positional deviation of the first coupling part 2 with respect to the second coupling part 3 in FIG. the reaction forces between the ring magnets 8 to 10 and the superconductor 6 results. As a result, a contactless floating mounting of the first coupling part 2 with respect to the second coupling part 3 is made possible.
Um nunmehr das erste Kupplungsteil 2 gegen ein nicht näher dargestelltes, gleichartig oder unterschiedlich ausgebildete weiteres Kupplungsteil austauschen zu können, vollzieht der Antrieb 22 im Funktionszustand des Supraleiters 6, also ohne Aufhebung der supraleitenden Eigenschaften des Supraleiters 6, eine vorher definierte Bewegung, insbesondere eine kombi¬ nierte Translations- und Rotationsbewegung bezüglich der Ro¬ tationsachse 7. Exemplarisch wird das erste Kupplungsteil 2 zunächst im Zuge einer Translationsbewegung längs der Rotati onsachse 7 vom zweiten Kupplungsteil 3 entfernt, um anschlie Send durch eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 7 ei ne Ablage des ersten Kupplungsteils 2 in einem nicht näher dargestellten Magazin zu ermöglichen, in dem weitere erste Kupplungsteile gespeichert sind. Nach Auflegen eines anderen ersten Kupplungsteils 2 auf die Tragscheibe 27 des In order to replace the first coupling part 2 against a not shown in detail, similar or differently formed further coupling part, the drive 22 performs in the functional state of the superconductor 6, without canceling the superconducting properties of the superconductor 6, a previously defined movement, especially a kombi ¬ ned translational and rotational movement relative to the ro ¬ tationsachse 7. Exemplary 7 is removed from the second coupling part 3 in order to subsequently send by a rotational movement about the axis of rotation 7 ei ne storage of the first, the first coupling member 2 is first in the course of a translational movement onsachse along the Rotati To allow coupling part 2 in a magazine, not shown, in which further first coupling parts are stored. After placing another first coupling part 2 on the support plate 27 of the
Positioniermittels 4 erfolgt eine vorher definierte Bewegung des Trägerteils 25, insbesondere eine kombinierte Dreh- Schwenkbewegung des Trägerteils 25 um die Rotationsachse 7 bzw. längs der Rotationsachse 7, wodurch das erste Kupplungs teil 2 in den Wirkungsbereich des Supraleiters 6 gebracht wird . Positioning means 4 is a previously defined movement of the support member 25, in particular a combined rotational pivotal movement of the support member 25 about the axis of rotation 7 and along the axis of rotation 7, whereby the first coupling part 2 is brought into the region of action of the superconductor 6.
Um eine zuverlässige Einkopplung des ersten Kupplungsteils 2 in den Wirkungsbereich des Supraleiters 6 zu gewährleisten, wird das erste Kupplungsteil 2 mit Hilfe des In order to ensure a reliable coupling of the first coupling part 2 in the sphere of action of the superconductor 6, the first coupling part 2 with the aid of
Positioniermittels 4 in einen Abstand gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 gebracht, der kleiner als der Abstand zwischen den Kupplungsteilen 2 und 3 in der Funktionsposition ist und der in der Figur 1 mit d2 bezeichnet ist. Da die Wechselwirkung zwischen den Ringmagneten 8 bis 10 des ersten Kupplungsteils 2 und dem Supraleiter 6 des zweiten Kupplungsteils 3 bei zunehmender Annäherung stark zunimmt, sind am Positioniermittel 4 Vorkehrungen getroffen, um ein verfrühtes Abheben des ersten Kupplungsteils 2 von der Tragscheibe 27 des Trägerteils 25 zu vermeiden, da hierdurch ein zu großer Abstand zwischen den Kupplungsteilen 2, 3 auftreten könnte, in dem keine zuverlässige Einbindung der Magnetanordnung 5 in den Wirkungsbereich des Supraleiters 6 gewährleistet ist . Positioning means 4 brought into a distance relative to the second coupling part 3, which is smaller than the distance between the coupling parts 2 and 3 in the operating position and which is designated in Figure 1 with d2. Since the interaction between the ring magnets 8 to 10 of the first coupling part 2 and the superconductor 6 of the second coupling part 3 increases sharply as the approach approaches, provision is made on the positioning means 4 to premature lifting of the first coupling part 2 of the support plate 27 of the support member 25 Avoid, as this could lead to an excessive distance between the coupling parts 2, 3, in which no reliable integration of the magnet assembly 5 is ensured in the sphere of action of the superconductor 6.
Eine erste Vorkehrung besteht darin, dass die Tragscheibe 27 exemplarisch aus einem Edelstahlmaterial hergestellt ist, das zumindest in geringem Maße magnetisierbar ist, so dass die Ringmagnete 8 bis 10 des ersten Kupplungsteils 2 eine gewisse Haftwirkung gegenüber der Tragscheibe 27 ausbilden. Vorzugsweise sind die Ringmagnete 8 bis 10 der Magnetanordnung 5 und die Tragscheibe 27 derart aufeinander abgestimmt, dass die resultierende Haftkraft zusammen mit der Gewichtskraft des ersten Kupplungsteils 2 dafür ausreicht, dass das erste Kupplungsteil 2 den Abstand d2 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 einnimmt, bevor eine Ablösung des ersten Kupplungsteils 2 vom Trägerteil 25 stattfindet. Nach der Ablösung des ersten Kupplungsteils 2 vom Trägerteil 25 kann das Trägerteil 25 mit Hilfe des Antriebs 22 um die Rotationsachse 7 aus dem Spalt zwischen den Kupplungsteilen 2 und 3 ausgeschwenkt werden . A first provision is that the support plate 27 is made by way of example of a stainless steel material which is at least slightly magnetizable, so that the ring magnets 8 to 10 of the first coupling part 2 form a certain adhesion to the support plate 27. Preferably, the ring magnets 8 to 10 of the magnet assembly 5 and the support plate 27 are matched to one another that the resulting adhesive force together with the weight of the first coupling part 2 is sufficient for the first coupling part 2 occupies the distance d2 relative to the second coupling part 3 before a Replacement of the first coupling part 2 takes place from the support member 25. After the detachment of the first coupling part 2 from the carrier part 25, the carrier part 25 can be swung out by means of the drive 22 about the rotation axis 7 out of the gap between the coupling parts 2 and 3.
Sofern das erste Kupplungsteil 2 nach Einnehmen des Funktionszustands durch den Supraleiter 6 durch ein anderes erstes Kupplungsteil ersetzt werden soll, das möglicherweise eine andere Magnetanordnung und/oder ein anderes Eigengewicht aufweist, kann für zuverlässige Einkopplung des jeweiligen ersten Kupplungsteils 2 in das Feld des Supraleiters 6 auf die Funktion der Spulenanordnung 28 zurückgegriffen werden. Die Spulenanordnung 28 ist dazu ausgebildet, eine Anziehungskraft auf die Ringmagnete 8 bis 10 des ersten Kupplungsteils 2 auszuüben und somit als Haltemittel zu wirken. If the first coupling part 2 is to be replaced after taking the functional state by the superconductor 6 by another first coupling part, possibly having a different magnet arrangement and / or a different dead weight, can for reliable coupling of the respective first coupling part 2 in the field of the superconductor. 6 on the Function of the coil assembly 28 are used. The coil assembly 28 is adapted to exert an attractive force on the ring magnets 8 to 10 of the first coupling part 2 and thus to act as a holding means.
Exemplarisch ist vorgesehen, die Spulenanordnung 28 durch Bereitstellung eines Spulenstroms durch die Steuereinrichtung 29 bei Annäherung des jeweiligen ersten Kupplungsteils 2 an das zweite Kupplungsteil 3 so lange zu aktivieren, bis das erste Kupplungsteil 2 einen Abstand gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 einnimmt, der kleiner als ein vorgesehener Abstand zwischen den Kupplungsteilen 2, 3 in der jeweiligen Funktionsposition ist. Bei Erreichen dieses Abstands kann dann eine Abschaltung des Spulenstroms für die Spulenanordnung 28 durch die Steuereinrichtung 29 vorgenommen werden, so dass ab diesem Zeitpunkt eine im Wesentlichen ungestörte Wechselwirkung zwischen Supraleiter 6 und erstem Kupplungsteil 2 stattfinden kann. By way of example, it is provided to activate the coil arrangement 28 by providing a coil current through the control device 29 when the respective first coupling part 2 approaches the second coupling part 3 until the first coupling part 2 is at a distance from the second coupling part 3, which is smaller than a provided distance between the coupling parts 2, 3 in the respective functional position. When this distance is reached, the coil current for the coil arrangement 28 can then be switched off by the control device 29, so that from this point on a substantially undisturbed interaction between the superconductor 6 and the first coupling part 2 can take place.
Bei einer weiteren Annäherung des Trägerteils 25 an das zweite Kupplungsteil 3 findet dann eine Ablösung des ersten Kupplungsteils 2 von der als Auflagefläche dienenden Tragscheibe 27 statt und das erste Kupplungsteil 2 nimmt anschließend die gewünschte Funktionsposition gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 3 ein, ohne dass hierzu eine weitere Einwirkung der Positioniermittel 4 erforderlich ist. In a further approximation of the support member 25 to the second coupling part 3 then a detachment of the first coupling part 2 takes place from serving as a bearing surface support plate 27 and the first coupling part 2 then assumes the desired functional position relative to the second coupling part 3, without the need for another Action of the positioning means 4 is required.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Steuereinrichtung 29 eine nicht näher dargestellte Speichereinrichtung ausgebildet ist, in der für unterschiedlich ausgebildete erste Kupplungsteile 2 in Abhängigkeit von der jeweiligen Gewichtskraft und der Ausgestaltung der jeweiligen Ringmagnete 8 bis 10 jeweils vorteilhafte Funktionspositionen sowie diesen Funktionspositionen zugeordnete Kopplungspositionen gespei- chert sind. Dabei ist stets vorzusehen, dass ein Abstand zwischen dem ersten Kupplungsteil 2 und dem zweiten Kupplungsteil 3 in der Kopplungsposition geringer als in der Funktionsposition ist. It is particularly advantageous if in the control device 29 a memory device, not shown, is formed, in which differently shaped first coupling parts 2 depending on the respective weight and the design of the respective ring magnets 8 to 10 each advantageous functional positions and these functional positions associated coupling positions fedi - are chert. It should always be provided that a distance between the first coupling part 2 and the second coupling part 3 in the coupling position is lower than in the functional position.

Claims

Ansprüche claims
1. Supraleiter-Kopplungseinrichtung für eine berührungslose, kraftübertragende Kopplung eines ersten Kupplungsteils (2) mit einem zweiten Kupplungsteil (3) in einer Funktionsposition, wobei das erste Kupplungsteil (2) wenigstens eine Magnetanordnung (5) zur Bereitstellung eines Magnetfelds um- fasst und wobei das zweite Kupplungsteil (3) einen Supraleiter (6) und eine dem Supraleiter (6) zugeordnete Kühleinrichtung (11) umfasst, die für eine Abkühlung des Supraleiters (6) in einen supraleitenden Funktionszustand ausgebildet ist, sowie mit einem beweglich ausgebildeten Positioniermittel (4) zur Festlegung einer räumlichen Anordnung der Kupplungsteile (2, 3) in der Funktionsposition während einer Abkühlung des Supraleiters (6) in den Funktionszustand, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniermittel (4) wenigstens ein Haltemittel (27, 28) zur Bereitstellung einer Haltekraft für wenigstens ein Kupplungsteil (2, 3) umfasst, um ein Entfernen und Einbringen eines der Kupplungsteile (2, 3), insbesondere des ersten Kupplungsteils (2), aus der Funktionsposition und in die Funktionsposition während des Funktionszustands zu ermöglichen . 1. Superconductor coupling device for a non-contact, force-transmitting coupling of a first coupling part (2) with a second coupling part (3) in a functional position, wherein the first coupling part (2) at least one magnet assembly (5) for providing a magnetic field and summarizes the second coupling part (3) comprises a superconductor (6) and a cooling device (11) associated with the superconductor (6), which is designed for cooling the superconductor (6) to a superconducting functional state, and with a movably formed positioning means (4) for fixing a spatial arrangement of the coupling parts (2, 3) in the functional position during cooling of the superconductor (6) in the functional state, characterized in that the positioning means (4) at least one holding means (27, 28) for providing a holding force for at least a coupling member (2, 3) for removing and inserting one of the coupling members le (2, 3), in particular of the first coupling part (2), to enable from the functional position and in the functional position during the functional state.
2. Supraleiter-Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (27, 28) für eine zeitweilige oder dauerhafte Bereitstellung von Magnetkräften auf das Kupplungsteil (2, 3), insbesondere auf das erste Kupplungsteil (2), ausgebildet ist. 2. Superconducting coupling device according to claim 1, characterized in that the holding means (27, 28) for a temporary or permanent provision of magnetic forces on the coupling part (2, 3), in particular on the first coupling part (2) is formed.
3. Supraleiter-Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel für eine fremd- kraftbetätigte , lösbare mechanische Arretierung des Kupplungsteils (2) am Positioniermittel (4) ausgebildet ist. 3. superconductor coupling device according to claim 1 or 2, characterized in that the holding means for an externally power-operated, releasable mechanical locking of the coupling part (2) on the positioning means (4) is formed.
4. Supraleiter-Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniermittel (4) einen Aktor (22) für eine Bewegung des, insbesondere ersten, Kupplungsteils (2, 3) zwischen der Funktionsposition und einer Wechselposition abseits der Funktionsposition umfasst, wobei dem Aktor (22) eine Steuerungseinrichtung (29) für eine Durchführung der Bewegung zugeordnet ist . 4. superconductor coupling device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the positioning means (4) an actuator (22) for movement of the, in particular first, coupling part (2, 3) between the functional position and a change position away from the functional position wherein the actuator (22) is associated with a control device (29) for carrying out the movement.
5. Supraleiter-Kopplungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (29) dazu ausgebildet ist, bei einer Bewegung des Positioniermittels (4) aus der Wechselposition in die Funktionsposition eine Bewegung des Kupplungsteils (2, 3) in eine Kopplungsposition zu bewirken, in der ein Abstand zwischen den Kupplungsteilen (2, 3) kleiner als in der Funktionsposition ist, um ein zuverlässiges Erreichen der Funktionsposition zu gewährleisten. 5. A superconductor coupling device according to claim 4, characterized in that the control device (29) is adapted to cause a movement of the positioning means (4) from the change position to the functional position, a movement of the coupling part (2, 3) in a coupling position in which a distance between the coupling parts (2, 3) is smaller than in the functional position in order to ensure a reliable achievement of the functional position.
6. Supraleiter-Kopplungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (29) ein Speichermittel für eine Speicherung von mehreren Funktionspositionen und jeweils zugeordneten Kopplungspositionen für unterschiedlich ausgebildete Kupplungsteile (2, 3) umfasst. 6. superconductor coupling device according to claim 5, characterized in that the control device (29) comprises a memory means for storing a plurality of functional positions and respectively associated coupling positions for differently shaped coupling parts (2, 3).
7. Positionierverfahren zum Positionieren eines ersten Kupplungsteils (2) , das eine Magnetanordnung (5) zur Bereitstellung eines Magnetfelds umfasst, in eine Funktionsposition gegenüber einem zweiten Kupplungsteil (3) , das einen Supraleiter (6) und eine dem Supraleiter (6) zugeordnete Kühlanordnung (11) umfasst, wobei eine Festlegung einer räumlichen Anordnung der Kupplungsteile (2, 3) in die Funktionsposition während einer Abkühlung des Supraleiters (6) in einen supraleitenden Funktionszustand unter Verwendung eines 7. A positioning method for positioning a first coupling part (2), which comprises a magnet arrangement (5) for providing a magnetic field, in a functional position relative to a second coupling part (3), a superconductor (6) and a superconductor (6) associated cooling arrangement (11), wherein a determination of a spatial Arrangement of the coupling parts (2, 3) in the operating position during cooling of the superconductor (6) in a superconducting functional state using a
Positioniertnittels (4) vorgenommen wird, das wenigstens ein Haltemittel (27, 28) zur Bereitstellung einer Haltekraft für wenigstens ein Kupplungsteil (2, 3) umfasst, um ein Entfernen und Einbringen eines der Kupplungsteile (2, 3), insbesondere des ersten Kupplungsteils (2), aus der Funktionsposition und in die Funktionsposition zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Austausch des Kupplungsteils (2, 3) während des Funktionszustands jeweils eine Annäherung der Kupplungsteile (2, 3) in eine Kopplungsposition vorgenommen wird, in der ein Abstand der Kupplungsteile (2, 3) geringer als ein Abstand der Kupplungsteile (2, 3) in der Funktionsposition ist, um eine zuverlässige Kopplung der Kupplungsteile (2, 3) zu gewährleisten. Positioning means (4) is made, which comprises at least one holding means (27, 28) for providing a holding force for at least one coupling part (2, 3) in order to remove and insert one of the coupling parts (2, 3), in particular the first coupling part ( 2), from the functional position and to enable the functional position, characterized in that in an exchange of the coupling part (2, 3) during the functional state in each case an approximation of the coupling parts (2, 3) is made in a coupling position in which a distance the coupling parts (2, 3) is less than a distance of the coupling parts (2, 3) in the operating position, in order to ensure a reliable coupling of the coupling parts (2, 3).
8. Positionierverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedlich ausgebildete Kupplungsteile (2, 3), insbesondere bei Beibehaltung des Funktionszustands für den Supraleiter (6) , unterschiedliche Funktionspositionen und unterschiedliche Kopplungspositionen eingenommen werden . 8. Positioning method according to claim 7, characterized in that for differently shaped coupling parts (2, 3), in particular while maintaining the functional state for the superconductor (6), different functional positions and different coupling positions are taken.
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