WO2016078679A1

WO2016078679A1 - Handhabungseinrichtung und verwendung einer handhabungseinrichtung

Info

Publication number: WO2016078679A1
Application number: PCT/EP2014/003121
Authority: WO
Inventors: Georg Berner; Martin Beier; Martin Fuss; Eberhard KLOTZ; Uwe Neuhoff
Original assignee: Festo Ag & Co. Kg
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-26
Also published as: DE112014006886A5; DE112014006886B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung (1) zur kontaktlosen Handhabung von magnetisierten Werkstücken (2) oder magnetisierten Werkstückträgern, mit wenigstens einem Manipulator (3, 4), der einen zwischen unterschiedlichen Funktionsstellungen bewegbaren Endbereich (10) aufweist, wobei dem Endbereich (10) eine Halteeinrichtung (11) zugeordnet ist, die für eine kontaktlose Einleitung von Haltekräften auf das magnetisierte Werkstück (2) oder den magnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist und die einen Supraleiter (15) für magnetische Wechselwirkungen mit dem magnetisierten Werkstück (2) oder magnetisierten Werkstückträger und eine Magneteinrichtung (16, 17, 18, 19, 20) für eine Einflussnahme auf die magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Supraleiter (15) und dem magnetisierten Werkstück (2) oder dem magnetisierten Werkstückträgerumfasst.

Description

Handhabungseinrichtung und

Verwendung einer Handhabungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung zur kontaktlosen Handhabung von magnetisierten Werkstücken, mit wenigstens einem Manipulator, der einen zwischen unterschiedlichen Funktionsstellungen bewegbaren Endbereich aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen Handhabungseinrichtung .

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen bekannt, mit denen Werkstücke oder Werkstückträger mit daran oder darin aufgenommenen Werkstücken, insbesondere Behälter für Werkstücke oder Behälter für Fluide, zwischen unterschiedlichen Bearbeitungspositionen bewegt werden können. Typischerweise umfassen derartige Handhabungseinrichtungen wenigstens einen Manipulator wie ein H- Portal mit mehreren angetriebenen Achsen oder einen Industrieroboter mit wenigstens zwei beweglich zueinander angeordneten Armabschnitten. Ferner umfasst eine bekannte Handhabungseinrichtung eine Greifeinrichtung oder eine Halteeinrichtung, mit der das Werkstück oder der Werkstückträger oder ein Behälter für das Werkstück wahlweise zeitweilig ergriffen und wieder losgelassen werden können oder so lange fest mit der Handhabungseinrichtung verbunden sind, bis ein vorgebbarer Bearbeitungsschritt abgeschlossen ist und eine Demontage des Werkstücks oder des Behälters von der Handhabungseinrich- tung erfolgt. Jedenfalls besteht stets ein direkter körperlicher Kontakt zwischen dem bewegbaren Endbereich des Manipulators und dem Werkstück oder Werkstückträger, wodurch beispielsweise eine unerwünschte Einkopplung von elektrischen Potentialen über den Manipulator auf das Werkstück erfolgen kann. Ferner können während der Durchführung der Handhabung des Werkstücks auch Verschmutzungen vom Manipulator auf das Werkstück oder in umgekehrter Weise auf den Manipulator übertragen werden. Darüber hinaus können bei einem Ergreifen des Werkstücks mit Hilfe einer dem Endbereich zugeordneten Halteeinrichtung auch Beschädigungen am Werkstück entstehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Handhabungseinrichtung und einer Verwendung einer Handhabungseinrichtung, die eine verbesserte Handhabung von Werkstücken oder Werkstückträgern ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt durch eine Handhabungseinrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist. Dabei ist vorgesehen, dass dem Endbereich eine Halteeinrichtung zugeordnet ist, die für eine kontaktlose Einleitung von Haltekräften auf das magnetisierte Werkstück oder den magnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist und die einen Supraleiter für magnetische Wechselwirkungen mit dem magnetisierten Werkstück oder dem magnetisierten Werkstückträger und eine Magneteinrichtung mit veränderlichem magnetischen Fluss umfasst, wobei die Magneteinrichtung für eine Einflussnahme auf die magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Supraleiter und dem magnetisierten Werkstück oder dem magnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist. Das magnetisierte Werkstück oder der magnetisierte Werkstückträger kann entweder als solches bzw. als solcher magnetisiert sein oder auch als Werkstück oder Werkstückträger ausgebildet sein, der mit Magneten ausgerüstet ist. Dabei ist der Supraleiter aus einem Material hergestellt, das bei Abkühlung auf oder unter eine materialspezifische Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist. Für die Handhabungseinrichtung wird hierbei der Effekt ausgenutzt, dass der Supraleiter mit Erreichen oder Unterschreiten seiner Sprungtemperatur ein während des Abkühlvorgangs von außen aufgeprägtes Magnetfeld gewissermaßen „speichert" und solange einer Veränderung dieses äußeren Magnetfelds entgegenwirkt, bis die Sprungtemperatur wieder überschritten wird. Exemplarisch für ein supraleitendes Material mit derartigen Eigenschaften ist Yttriumbariumkupferoxid (YBCO) zu nennen, das beispielsweise durch Kühlung mit flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur abgekühlt werden kann und dann supraleitende Eigenschaften aufweist.

Sobald also der Supraleiter während einer Abkühlung auf oder unterhalb seiner Sprungtemperatur mit dem geeigneten Magnet^¬ feld beaufschlagt wird, entsteht bei Annäherung an ein magne- tisiertes Werkstück oder einen magnetisierten Werkstückträger, der ein ähnliches oder identisches Magnetfeld bereitstellt, wie dies dem Supraleiter bei der Abkühlung auf oder unterhalb seiner Sprungtemperatur aufgeprägt wurde, eine mag^¬ netische Wechselwirkung mit dem magnetisierten Werkstück oder Werkstückträger, die eine kontaktlose Kraftübertragung zwischen Supraleiter und magnetisiertem Werkstück oder Werkstückträger ermöglicht. Der Halteeinrichtung, die den Supraleiter umfasst, ist eine Magneteinrichtung mit veränderlichem magnetischem Fluss zugeordnet. Die Magneteinrichtung kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, ein Übergeben oder Absetzen des magnetisierten Werkstücks oder magnetisierten Werkstückträgers zu erleichtern, wenn sich dieses im Einflussbereich der magnetischen Wechselwirkung des Supraleiters befindet. Zu diesem Zweck kann eine Überlagerung der magneti- sehen Wechselwirkung zwischen Supraleiter und Werkstück bzw. Werkstückträger mit Hilfe der Magneteinrichtung bewirkt werden, wodurch die resultierenden Magnetkräfte zwischen Supraleiter und Werkstück bzw. Werkstückträger reduziert werden oder gar verschwinden. Bei der Magneteinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Permanentmagneten handeln. Dieser kann mit Hilfe eines Aktors, insbesondere eines linear wirkenden Aktors, zwischen einer Ruhestellung ohne wesentlichen Einfluss auf die magnetische Wechselwirkung zwischen Supraleiter und Werkstück bzw. Werkstückträger und einer Funktionsposition mit maximalem Einfluss auf die magnetische Wechselwirkung zwischen Supraleiter und Werkstück bzw. Werkstückträger bewegt werden. Hierdurch wird eine vorteilhafte Ein- flussnahme auf die übertragbaren magnetischen Kräfte zwischen Supraleiter und Werkstück bzw. Werkstückträger ermöglicht. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, dass mit Hilfe der Magneteinrichtung ein Arbeitsspalt, also eine sich einstellende räumliche Distanz zwischen dem Supraleiter und dem magnetisierten Werkstück bzw. Werkstückträger, über die aufgrund der magnetischen Wechselwirkung eine kontaktlose Kraftübertragung zwischen Supraleiter und Werkstück bzw.

Werkstückträger stattfindet, eingestellt wird. Somit kann in Abhängigkeit von einem Bearbeitungsvorgang für das Werkstück eine stärkere oder weniger starke Kopplung zwischen dem Supraleiter und dem magnetisierten Werkstück bzw. Werkstückträger bewirkt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zweckmäßig ist es, wenn die Magneteinrichtung als elektrische Spule oder als Anordnung von elektrischen Spulen ausgebildet ist und wenn der Magneteinrichtung eine Ansteuereinrichtung zugeordnet ist, die zur Bereitstellung eines Spulenstroms an die Magneteinrichtung ausgebildet ist. Mittels einer elektrischen Spule oder einer Anordnung von elektrischen Spulen kann in vorteilhafter Weise eine Beeinflussung der Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem magnetisierten Werkstück bzw. Werkstückträger erzielt werden. Hierzu wird von einer Ansteuereinrichtung ein geeigneter Spulenstrom an die wenigstens eine Spule bereitgestellt, wodurch in Abhängigkeit von der mechanischen Aufbauweise und Anordnung der Spule bzw.

Spulenanordnung und der gewählten Stromrichtung eine Abschwä- chung oder Verstärkung der magnetischen Wechselwirkung zwischen Supraleiter und magnetisiertem Werkstück bzw. Werkstückträger, insbesondere eine Einstellung einer Ausdehnung des Arbeitsspalts, erzielt werden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ansteuereinrichtung eine Sensoreinrichtung zugeordnet ist, die beispielsweise als Wegmesssystem ausgebildet ist, um die Ausdehnung des Arbeitsspalts zu ermitteln. Besonders bevorzugt ist die Ansteuereinrichtung mit einem Regler ausgestattet, der eine Regelung des Arbeitsspalts auf eine vorgebbare, insbesondere konstante Arbeits- spaltweite durch Beeinflussung des jeweiligen Spulenstroms ermöglicht .

Vorteilhaft ist es, wenn wenigstens eine elektrische Spule im Supraleiter integriert angeordnet und/oder aus einem supraleitenden Material hergestellt ist. Durch eine Integration der elektrischen Spule in den Supraleiter lässt sich eine besonders kompakte Bauweise für die Halteeinrichtung verwirklichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Spule aus einem supraleitenden Material hergestellt ist, da sie dann bei einer Abkühlung auf oder unterhalb ihrer material- spezifischen Sprungtemperatur ohne elektrischen Widerstand betrieben werden kann. Dies lässt sich besonders vorteilhaft dadurch realisieren, dass die elektrische Spule bzw. die An- Ordnung von elektrischen Spulen integraler Bestandteil des Supraleiters sind und zusammen mit diesem auf die niedrigste der für diese Komponenten erforderlichen Sprungtemperaturen oder darunter abgekühlt wird.

Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn dem Supraleiter eine Kühleinrichtung zugeordnet ist. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Handhabungseinrichtung ohne eine explizite Zuordnung einer Kühleinrichtung zum Supraleiter und den gegebenenfalls dem Supraleiter zugeordneten Spulen betrieben werden, sofern in der Umgebung der Handhabungseinrichtung Temperaturen vorliegen, die gleich oder geringer als die niedrigste erforderliche Sprungtemperatur sind. Häufig sollen Handhabungseinrichtungen jedoch in einer Umgebung betrieben werden, in der übliche Raumtemperaturen, beispielsweise 20 Grad Celsius herrschen, sodass eine lokale Kühlung des Supraleiters und der möglicherweise aus supraleitendem Material hergestellten Spulen bzw. der Spulenanordnung erforderlich ist. Diese lokale Kühlung kann mit Hilfe einer Kühleinrichtung bewirkt werden, die eine zeitweilige oder andauernde Aufrechterhaltung oder Unterschreitung der erforderlichen Sprungtemperatur für die jeweilige supraleitende Komponente gewährleistet. Bei der Kühleinrichtung kann es sich exemplarisch um einen Fluidbehälter handeln, der in wärmeleitender Kopplung mit dem Supraleiter steht und in dem ein Kühlfluid wie ein verflüssigtes Gas aufgenommen wird, dessen Verdunstungskälte den Supraleiter auf oder unter der Sprungtemperatur hält. Alternativ kann die Kühleinrichtung als elektrisch betriebene Wärmekraftmaschine ausgebildet sein, die durch Zufuhr von elektrischer Energie die Sprungtemperatur des Supraleiters aufrechterhalten oder dauerhaft unterschreiten kann. Eine derartige Wärmekraftmaschine kann beispielsweise als

Stirling-Motor oder als Wärmepumpe ausgebildet werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei Manipulatoren vorgesehen, die dazu ausgebildet sind, mit ihren Endbereichen in wenigstens einer Funktionsstellung einen gemeinsamen Übergabebereich zu bestimmen, in dem eine Übergabe eines magnetisierten Werkstücks oder magnetisierten Werkstückträgers von einem Manipulator zum anderen Manipulator durchführbar ist. Beispielsweise kann es sich bei beiden Manipulatoren um Industrieroboter handeln, die jeweils einen schwenkbar gelagerten, wenigstens zweiteiligen Roboterarm aufweisen, wobei Schwenkbereiche der beiden Roboterarme derart aufeinander abgestimmt sind, dass zumindest in einer Funktionsstellung des jeweiligen Manipulators eine Annäherung der jeweiligen Endbereiche der Manipulatoren in einer Art und Weise möglich ist, die eine Übergabe eines dem einen Manipulator zugeordneten Werkstücks oder Werkstückträgers an den anderen Manipulator ermöglicht. Das Raumvolumen, in dem eine solche Werkstückübergabe möglich ist, wird auch als Übergabebereich bezeichnet, wobei vorzugsweise jeder der Manipulatoren wenigstens eine, vorzugsweise jedoch mehrere Funktions- stellungen aufweist, in denen der jeweilige Endbereich im Übergabebereich liegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Manipulatoren in einer Reihe angeordnet sind und eine Transportkette für magnetisierte Werkstücke oder Werkstückträger bilden und wobei wenigstens einem der Übergabebereiche eine Bearbeitungseinrichtung zugeordnet ist, die für eine Bearbeitung des zu transportierenden Werkstücks oder Werkstückträgers ausgebildet ist. Eine derartige Transportkette aus mehreren Manipulatoren ist insbesondere dann von Interesse, wenn Werkstücke oder Werkstückträger zwischen unterschiedlichen Bearbeitungseinrichtungen transportiert werden sollen, die den jeweiligen Übergabebereichen zugeordnet sind und eine durch die Bearbeitungseinrichtungen bestimmte Bearbeitungsabfolge längs der Transportkette vorgesehen ist. Eine derartige Transportkette kann bereits durch zwei Manipulatoren gebildet werden, bei denen der erste Manipulator das magnetisierte Werkstück oder den magnetisierten Werkstückträger an einer Abholstation aufnimmt und in einem Übergabebereich platziert, in dem eine Bearbeitungseinrichtung zugeordnet ist, die eine Bearbeitung des magnetisierten Werkstücks oder des dem magnetisierten Werkstückträger zugeordneten Werkstücks ermöglicht. Anschließend erfolgt ein Weitertransport durch den zweiten Manipulator zu einer Abgabestelle, an der das Werkstück bzw. der Werkstückträger abtransportiert wird oder eine Übergabe an einen weiteren Manipulator.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens eine Halteeinrichtung ein magnetisiertes Werkstück oder ein magnetisierter Werkstückträger zugeordnet ist. Exemplarisch ist der Werkstückträger als Werkstückbehälter zur Aufnahme eines oder mehrerer Werkstücke oder eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, die bzw. das den jeweiligen Bearbeitungseinrichtungen zugeführt werden soll, ausgebildet.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das magnetisierte Werkstück oder der magnetisierte Werkstückträger wenigstens einen Magnetabschnitt um- fasst, der für eine magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter ausgebildet ist. Bei dem Magnetabschnitt kann es sich um einen Permanentmagneten handeln, der an dem Werkstück oder dem Werkstückträger angebracht ist oder als Bestandteil des Werkstücks oder Werkstückträgers ausgebildet ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt durch die Verwendung einer Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Handhabung von magneti- sierten Werkstücken gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass zur Übergabe des Werkstücks von einem ersten Manipulator zu einem benachbart angeordneten zweiten Manipulator eine Differenz von magnetischen Wechselwirkungen zwischen der Halteeinrichtung des ersten Manipulators und der Halteeinrichtung des zweiten Manipulators ausgenutzt wird und dass das magneti- sierte Werkstück bzw. der magnetisierte Werkstückträger jeweils an den Manipulator mit der zumindest zeitweilig stärkeren magnetischen Wechselwirkung gegenüber dem magnetisierten Werkstück bzw. Werkstückträger weitergereicht wird.

Bei einer Weiterbildung der Verwendung der Handhabungseinrichtung ist vorgesehen, dass während einer Bearbeitung von magnetisierten Werkstücken mittels der Bearbeitungseinrichtung eine gleichzeitige magnetische Wechselwirkung des magnetisierten Werkstücks oder Werkstückträgers mit zwei benachbart angeordneten Manipulatoren vorgesehen ist . Hierdurch können auch Bearbeitungskräfte auf das Werkstück oder den Werkstückträger einwirken, die höher als die maximalen von einer Halteeinrichtung auf das Werkstück oder den Werkstückträger übertragbaren Kräfte sind, da es durch die gleichzeitige magnetische Wechselwirkung von mehreren Halteeinrichtungen mit dem Werkstück oder Werkstückträger zu einer Kraftverstärkung kommt .

Ergänzend oder alternativ kann eine Verwendung einer Handhabungseinrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die wenigstens zwei beabstandet zueinander angeordnete Manipulatoren zur Handhabung von magnetisierten Werkstücken oder magnetisierten Werkstückträgern umfasst, wobei für eine Übergabe eines magnetisierten Werkstücks oder magnetisierten Werkstückträgers von einem ersten Manipulator, der eine Halteeinrichtung aufweist, die für eine kontaktlose Einleitung von Haltekräften auf das magnetisierte Werkstück oder den raagnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist und die einen Supraleiter für magnetische Wechselwirkungen mit dem magne- tisierten Werkstück oder magnetisierten Werkstückträger um- fasst, zu einem beabstandet angeordneten zweiten Manipulator, der eine Halteeinrichtung aufweist, die für eine kontaktlose Einleitung von Haltekräften auf das magnetisierte Werkstück oder den magnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist und die einen Supraleiter für magnetische Wechselwirkungen mit dem magnetisierten Werkstück oder magnetisierten Werkstückträger umfasst, eine Massenträgheit des magnetisierten Werkstücks oder des magnetisierten Werkstückträgers ausgenutzt werden, indem einer der wenigstens zwei Manipulatoren ruckartig aus einer Funktionsstellung, in der sich ein Endbereich des Manipulators in einem Übergabebereich befindet, in dem eine Übergabe eines magnetisierten Werkstücks oder magnetisierten Werkstückträgers von einem Manipulator zum anderen Manipulator durchführbar ist, entfernt wird und das magnetisierte Werkstück oder der magnetisierte Werkstückträger im Einflussbereich des Supraleiters der Halteeinrichtung des jeweils anderen Manipulators verbleibt, vorgesehen werden. Mit einer solchen Vorgehensweise kann auf einen Einsatz der Magneteinrichtung, insbesondere auf eine Bereitstellung von Spulenstrom an die wenigstens eine der Halteeinrichtung zugeordnete Spule, verzichtet werden. Eine Auflösung der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem magnetisierten Werkstück oder dem magnetisierten Werkstückträger und dem Supraleiter desjenigen Manipulators, dessen Endbereich ruckartig aus dem Übergabebereich entfernt wird, wird allein durch die rasche Entfernungsbewegung dieses Manipulators und durch die Massenträgheit des magnetisierten Werkstücks oder des magnetisierten Werkstückträgers ermöglicht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Halteeinrichtung kann in Zusammenhang mit einer solchen Vorgehensweise vollständig auf eine den Halte- mittein zugeordnete Magneteinrichtung verzichtet werden. Besonders bevorzugt ist der Halteeinrichtung ausschließlich ein Supraleiter zugeordnet, auf weitere der Halteeinrichtung zugeordnete Mittel zum Hervorrufen eines magnetischen Flusses kann verzichtet werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Handhabungs- einrichtung mit zwei Manipulatoren zur kontaktlosen Handhabung von magnetisierten Werkstücken,

Figur 2 eine schematische Vorderansicht auf eine Halteeinrichtung zur Verwendung mit den Manipulatoren gemäß Figur 1, und

Figur 3 eine schematisch vergrößerte Schnittdarstellung des

Werkstücks gemäß der Figur 1.

Eine schematisch in der Figur 1 dargestellte Handhabungseinrichtung 1 ist zur kontaktlosen Handhabung von magnetisierten Werkstücken 2 vorgesehen und umfasst exemplarisch einen ersten Manipulator 3 sowie einen zweiten Manipulator 4. Beispielhaft sind die Manipulatoren 3 und 4 jeweils gleichartig als Industrieroboter ausgebildet und weisen jeweils drei gelenkig miteinander verbundene Armabschnitte 5, 6 und 7 auf. Dabei ist der Armabschnitt 5 drehbar an einem Sockel 8 aufgenommen und ermöglicht somit eine Rotation der Armabschnitte 5, 6, 7 um eine gemäß der Darstellung der Figur 1 vertikal ausgerichtete Drehachse 9. Der Armabschnitt 6 ist schwenkbeweglich am Armabschnitt 5 aufgenommen, ferner ist der Armabschnitt 7 schwenkbeweglich am Armabschnitt 6 aufgenommen.

Ferner sind den Armabschnitten 5, 6 und 7 jeweils nicht näher dargestellte Antriebseinrichtungen zugeordnet, die eine Bewegung der Armabschnitte um die jeweilige Schwenkachse ermöglichen. Damit kann ein Endbereich 10 des Armabschnitts 7 in unterschiedlichen Raumrichtungen und unterschiedlichsten Raumbereichen ausgerichtet bzw. angeordnet werden. Den jeweiligen Bereichen 10 der Manipulatoren 3 und 4 ist jeweils eine Halteeinrichtung 11 zugeordnet, die für eine magnetischen Wechselwirkung mit dem magnetisierten Werkstück 2 ausgebildet ist .

Die Halteeinrichtung 11 umfasst exemplarisch einen kastenförmigen Grundkörper 12, in dem eine nicht näher dargestellte Kühleinrichtung sowie eine als Ansteuereinrichtung dienende elektronische Steuerung angeordnet sind. Der Grundkörper 12 ist mit einer nicht näher dargestellten Schnittstelle mit dem Endbereich 10 des jeweiligen Manipulators 3 bzw. 4 verbunden, wobei über den Manipulator 3 bzw. 4 eine Zufuhr von elektrischer Energie an die Halteeinrichtung 11 vorgesehen werden kann. An einer dem Endbereich 10 abgewandten Vorderseite des Grundkörpers 12 ist ein Supraleiter 15 angebracht, der gemäß der Darstellung der Figur 2 ringförmig ausgebildet ist und insbesondere aus Yttriumbariumkupferoxid hergestellt sein kann. Der Supraleiter 15 steht mit der nicht näher dargestellten Kühleinrichtung, die im Grundkörper 12 aufgenommen ist, in wärmeübertragender Verbindung und kann mit Hilfe der vorzugsweise als elektrische Kühleinrichtung ausgebildeten Kühleinrichtung auf bzw. unter seine Sprungtemperatur temperiert werden. Rein exemplarisch sind zirkulär um den zylin- derabschnittsförmig ausgebildeten Supraleiter 15 vier Spulen 16, 17, 18 und 19 angeordnet. Ferner ist im Zentrum des ringförmig ausgebildeten Supraleiters 15 eine weitere Spule 20 angeordnet. Jede der Spulen 16 bis 20 ist in nicht näher dargestellter Weise elektrisch mit der im Grundkörper 12 aufge- nommenen und nicht näher dargestellten Ansteuereinrichtung elektrisch verbunden und kann mit Hilfe der Ansteuereinrichtung individuell mit Spulenstrom versorgt werden. Vorzugsweise ist die im Inneren des Supraleiters 15 angeordnete Spule 20 aus einem supraleitenden Material hergestellt, das bei Kühlung des Supraleiters 15 auf bzw. unter seine Sprungtempe- rattur ebenfalls supraleitende Eigenschaften aufweist, sodass ein widerstandsfreier Stromfluss durch die Spule 20 ermöglicht wird.

Das magnetisierbare Werkstück 2 ist exemplarisch als zylindrisches Gefäß mit drei jeweils konzentrisch zueinander angeordneten Permanentmagnetringen 21, 22, 23 ausgestattet. Jeder der Permanentmagnetringe 21, 22, 23 ist zirkulär umlaufend magnetisiert , sodass beispielsweise an einer Außenoberfläche der Permanentmagnetringe 21, 22, 23 ein Nordpol ausgebildet ist, während an einer Innenoberfläche der Permanentmagnetringe 21, 22, 23 ein Südpol ausgerichtet ist, wie dies insbesondere der schematisch vergrößert dargestellten Schnittdarstellung des Werkstücks 2 gemäß der Figur 3 zu entnehmen ist. Die Permanentmagnetringe 21, 22, 23 sind für eine magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter 15 vorgesehen, ferner kann durch individuelle Bereitstellung von Spulenstrom an eine oder mehrere der Spulen 16 bis 20 eine Überlagerung von Spulenmagnetfeldern über die Magnetfelder der Permanentmagnet - ringe 21, 22 und 23 bewirkt werden, um beispielsweise eine Verkippung des Werkstücks 2 zu ermöglichen.

Für eine Handhabung des Werkstücks 2 kann beispielsweise vorgesehen werden, das Werkstück 2 an einer in Figur 1 nicht näher dargestellten Aufnahmeposition durch Ausrichtung des ersten Manipulators 3 in die lediglich gestrichelt dargestellte Funktionsstellung aufzunehmen. Hierbei gelangt das Werkstück 2 in den Einflussbereich des analog zur Magnetisierung der Permanentmagnetringe 21, 22, 23 „programmierten" Supraleiters, sodass das Werkstück 2 durch den ersten Manipulator 3 und die daran angebrachte Halteeinrichtung 11 kontaktlos kraftübertragend aufgenommen werden kann. Dabei sind die aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen Supraleiter 15 und Werkstück 2 auftretenden Kräfte größer als die Gewichtskraft des Werkstücks 2. Anschließend erfolgt eine Bewegung des ersten Manipulators 3 in die Funktionsstellung gemäß der Darstellung der Figur 1. Hierbei kann das Werkstück 2 unterhalb einer Bearbeitungseinrichtung 24 angeordnet werden, bei der es sich beispielsweise um ein Belichtungssystem zur Belichtung einer im Werkstück 2 aufgenommenen Flüssigkeit handelt. Während der Durchführung der Bearbeitung für das Werkstück 2 kann wahlweise vorgesehen sein, dass das Werkstück 2 ausschließlich vom ersten Manipulator 3 kontaktlos in der gewünschten Bearbeitungsposition gehalten wird und der zweite Manipulator in einer nicht dargestellten Funktionsstellung befindlich ist. Alternativ kann vorgesehen werden, dass sowohl der erste Manipulator 3 als auch der zweite Manipulator 4 über die jeweiligen Halteeinrichtungen 11 in magnetischer Wechselwirkung mit dem Werkstück 2 stehen und somit eine besonders zuverlässige Ausrichtung des Werkstücks 2 in der Bearbeitungsposition gewährleisten. Diese Bearbeitungsposition dient auch als Übergabebereich, in dem eine Übergabe des Werkstücks 2 vom ersten Manipulator 3 an den zweiten Manipulator 4 erfolgen kann.

Für eine Übergabe des Werkstücks 2 vom ersten Manipulator 3 zum zweiten Manipulator 4 kann die folgende Vorgehensweise vorgesehen sein: Zunächst wird das Werkstück 2 durch die Halteeinrichtung 11 des ersten Manipulators 3 kontaktlos im Übergabebereich 25 gehalten, dabei ist vorzugsweise keine Be- stromung der Spulen 16 bis 20 der Halteeinrichtung 11 des ersten Manipulators 3 vorgesehen. Die Halteeinrichtung 11 des zweiten Manipulators 4 wird durch geeignete Bewegung des zweiten Manipulators 4 an das vom ersten Manipulator 3 gehaltene Werkstück 2 angenähert. Um eine möglichst ungestörte Annäherung der Halteeinrichtung 11 des zweiten Manipulators 4 an das Werkstück 2 zu ermöglichen, ist exemplarisch eine Be- stromung der Spulen 16 bis 20 der Halteeinrichtung 11 des zweiten Manipulators 4 vorgesehen, um eine magnetische Wechselwirkung des zugehörigen Supraleiters 15 mit dem Werkstück 2 zunächst zu minimieren. Sobald der zweite Manipulator 4 in die Übergabeposition verschwenkt wurde, kann eine Reduzierung der Spulenströme für die Spulen 16 bis 20 des zweiten Manipulators 4 vorgesehen werden, sodass die magnetische Wechselwirkung zwischen der Halteeinrichtung 11 des zweiten Manipulators 4 und dem Werkstück 2 ansteigt. Sobald diese magnetische Wechselwirkung auf einem Niveau angekommen ist, das ein zuverlässiges kontaktloses Halten des Werkstücks 2 durch den zweiten Manipulator 4 gewährleistet, kann eine Bestromung der Spulen 16 bis 20 der Halteeinrichtung 11 des ersten Manipulators 3 vorgenommen werden, sodass die Wechselwirkung dieses Supraleiters 15 mit dem Werkstück 2 reduziert wird und eine Ablösung des Werkstücks 2 aus der kontaktlosen Wechselwirkung mit der Halteeinrichtung 11 des ersten Manipulators 3 ermöglicht wird. Anschließend kann nunmehr durch Verschwenken des zweiten Manipulators 4 das Werkstück 2 aus dem Übergabebereich 25 an einen anderen Ort zur weiteren Verarbeitung oder zum weiteren Transport verbracht werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Halteeinrichtung 11 nicht dargestellte Sensormittel zugeordnet, die eine Ermittlung der räumlichen Lage des Werkstücks 2 gegenüber der jeweiligen Halteeinrichtung 11 ermöglichen. Bei diesen Sensormitteln kann es sich beispielsweise um optische Sensoren handeln, die eine kontaktlose Abtastung der Position des Werkstücks 2 ermöglichen. Alternativ können die Sensormittel auch für eine Erfassung der magnetischen Flüsse zwischen dem Supraleiter 15 und dem Werkstück 2, gegebenenfalls unter Einbeziehung der Spulenmagnetfelder der Spulen 16 bis 20 ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Rückkopplungssignale der Spulen 16 bis 20, die einerseits von einem aufgeprägtem Spulenstrom und andererseits von einer magnetischen Wechselwirkung der jeweiligen Spulen mit dem Werkstück und dem Supraleiter resultieren, für eine Bestimmung der Position des Werkstücks 2 gegenüber der Halteeinrichtung 11 ausgewertet werden können.

Vorstehend wurde eine Werkstückübergabe beschrieben, bei der eine Schwächung der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter 15 und dem Werkstück 2 ausgenutzt wurde, um das Werkstück 2 vom ersten Manipulator 3 an den zweiten Manipulator 4 übergeben zu können. Bei einer alternativen Vorgehens - weise findet eine Bestromung der Spulen 16 bis 20 des zweiten Manipulators 4 derart statt, dass eine Verstärkung der magnetischen Wechselwirkung mit dem Werkstück 2 stattfindet. Somit wird die magnetische Wechselwirkung des zweiten Manipulators 4 größer als die magnetische Wechselwirkung des ersten Manipulators 3 gegenüber dem Werkstück 2 ist und dementsprechend kann auf diesem Wege die gewünschte Übergabe vom ersten Manipulator 3 an den zweiten Manipulator 4 durchgeführt werden.

Sofern durch die Bearbeitung des Werkstücks 2 Reaktionskräfte gegenüber der Bearbeitungseinrichtung 24 auftreten sollten, wie dies beispielsweise bei einer mechanischen Bearbeitung des Werkstücks 2 der Fall ist, kann exemplarisch vorgesehen werden, dass das Werkstück 2 von beiden Manipulatoren 3 und 4 während der Bearbeitungsphase kontaktlos gehalten wird, um eine besonders vorteilhafte Stabilisierung des Werkstücks zu erzielen.

Bei einer alternativen Vorgehensweise ist vorgesehen, dass für eine Übergabe des Werkstücks 2 vom ersten Manipulator 3 zum zweiten Manipulator 4 die Massenträgheit des Werkstücks ausgenutzt wird. Zunächst wird das Werkstück 2 durch die Halteeinrichtung 11 des ersten Manipulators 3 kontaktlos im Übergabebereich 25 gehalten, dabei ist keine Bestromung der Spulen 16 bis 20 der Halteeinrichtung 11 des ersten Manipulators 3 vorgesehen. Die Halteeinrichtung 11 des zweiten Manipulators 4 wird durch geeignete Bewegung des zweiten Manipulators 4 an das vom ersten Manipulator 3 gehaltene Werkstück 2 angenähert, wobei möglicherweise auftretende Schwingungen des Werkstücks 2 aufgrund des ansteigenden Einflusses des zweiten Manipulators 4 akzeptiert werden. Sobald die Halteeinrichtung 11 des zweiten Manipulators 4 ausreichend nahe an das Werkstücks 2 angenähert wurde, liegt auch die notwendige magnetische Wechselwirkung zwischen dem Werkstück 2 und dem Supraleiter 15 des zweiten Werkstücks auf einem Niveau, bei dem ein zuverlässiges kontaktloses Halten des Werkstücks 2 auch allein durch den zweiten Manipulator 4 gewährleistet wäre. Anschließend erfolgt ohne eine Bestromung der Spulen 16 bis 20 der Halteeinrichtung 11 des ersten Manipulators 3 eine ruckartige Entfernungsbewegung des ersten Manipulators 3 aus dem Übergabebereich 25. Dabei wird die Wechselwirkung des Supraleiters 15 des ersten Manipulators 3 mit dem Werkstück 2 so schnell reduziert, dass aufgrund der Massenträgheit des Werkstücks 2 keine Ablösung des Werkstücks 2 aus der kontaktlosen Wechselwirkung mit der Halteeinrichtung 11 des zweiten Manipulators 4 stattfindet. Damit ist der Übergabevorgang für das Werkstück 2 abgeschlossen, ein Einsatz der Magneteinrichtungen der jeweiligen Haltemittel 11 der beiden Manipulatoren 3 und 4 ist nicht notwendig. Gegebenenfalls kann auch vollständig auf eine Ausrüstung der Haltemittel 11 mit Magnetein- richtungen verzichtet werden, so dass jedes der Haltemittel 11 ausschließlich einen Supraleiter umfasst (nicht darge- stellt) .Anschließend kann nunmehr durch Verschwenken des zweiten Manipulators 4 das Werkstück 2 aus dem Übergabebereich 25 an einen anderen Ort zur weiteren Verarbeitung oder zum weiteren Transport verbracht werden.

Claims

Ansprüche

1. Handhabungseinrichtung zur kontaktlosen Handhabung von magnetisierten Werkstücken (2) oder magnetisierten Werkstück trägem, mit wenigstens einem Manipulator (3, 4), der einen zwischen unterschiedlichen Funktionsstellungen bewegbaren Endbereich (10) aufweist, wobei dem Endbereich (10) eine Hai teeinrichtung (11) zugeordnet ist, die für eine kontaktlose Einleitung von Haltekräften auf das magnetisierte Werkstück (2) oder den magnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist und die einen Supraleiter (15) für magnetische Wechselwirkungen mit dem magnetisierten Werkstück (2) oder magnetisierten Werkstückträger und eine Magneteinrichtung (16, 17, 18, 19, 20) umfasst, die für eine Einflussnahme auf die magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Supraleiter (15) und dem magnetisierten Werkstück (2) oder dem magnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist.

2. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (16, 17, 18, 19, 20) als elektrische Spule oder als Anordnung von elektrischen Spulen ausgebildet ist und dass der Magneteinrichtung (16, 17, 18, 19, 20) eine Ansteuereinrichtung zugeordnet ist, die zur Bereitstellung eines Spulenstroms an die Magneteinrichtung (16, 17, 18, 19, 20) ausgebildet ist.

3. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine elektrische Spule (20) im Sup- raleiter (15) integriert angeordnet und/oder aus einem supraleitenden Material hergestellt ist.

4. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Supraleiter (15) eine Kühleinrichtung zugeordnet ist.

5. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Manipulatoren (3, 4) vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, mit ihren Endbereichen (10) in wenigstens einer Funktionsstellung einen Übergabebereich (25) zu bestimmen, in dem eine Übergabe eines magnetisierten Werkstücks (2) oder magneti- sierten Werkstückträgers von einem Manipulator (3) zum anderen Manipulator (4) durchführbar ist.

6. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulatoren (3, 4) in einer Reihe angeordnet sind und eine Transportkette für magnet isierte Werkstücke (2) oder magnetisierte Werkstückträger bilden und wobei wenigstens einem der Übergabebereiche (25) eine Bearbeitungseinrichtung (24) zugeordnet ist, die für eine Bearbeitung des zu transportierenden Werkstücks (2) ausgebildet ist.

7. Handhabungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Halte - einrichtung (11) ein magnetisiertes Werkstück (2) oder ein oder magnetisierter Werkstückträger zugeordnet ist.

8. Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierte Werkstück (2) oder der mag- netisierte Werkstückträger wenigstens einen Magnetabschnitt umfasst, der für eine magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter ausgebildet ist.

9. Verwendung einer Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Handhabung von magnetisierten Werkstücken (2) oder magnetisierten Werkstückträgern, wobei zur Übergabe des magnetisierten Werkstücks (2) oder magnetisierten Werkstückträgers von einem ersten Manipulator (3) zum einem benachbart angeordneten zweiten Manipulator (4) eine Differenz von magnetischen Wechselwirkungen zwischen der Halte - einrichtung (11) des ersten Manipulators (3) und der Halte - einrichtung (11) des zweiten Manipulators (4) ausgenutzt wird und wobei das magnetisierte Werkstück (2) oder der magneti- sierte Werkstückträger jeweils an den Manipulator mit der zumindest zeitweilig stärkeren magnetischen Wechselwirkung gegenüber dem magnetisierten Werkstück (2) bzw. Werkstückträger weitergereicht wird.

10. Verwendung einer Handhabungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Bearbeitung von magnetisierten Werkstücken (2) mittels der Bearbeitungseinrichtung (24) eine gleichzeitige magnetische Wechselwirkung des magnetisierten Werkstücks (2) oder des magnetisierten Werkstückträgers mit zwei benachbart angeordneten Manipulatoren (3, 4) vorgesehen ist.

11. Verwendung einer Handhabungseinrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die wenigstens zwei

beabstandet zueinander angeordnete Manipulatoren (3, 4) zur Handhabung von magnetisierten Werkstücken (2) oder magnetisierten Werkstückträgern umfasst, wobei für eine Übergabe eines magnetisierten Werkstücks (2) oder magnetisierten Werkstückträgers von einem ersten Manipulator (3), der eine Halteeinrichtung (11) aufweist, die für eine kontaktlose Einleitung von Haltekräften auf das magnetisierte Werkstück (2) oder den magnetisierten Werkstückträgern ausgebildet ist und die einen Supraleiter (15) für magnetische Wechselwirkungen mit dem magnetisierten Werkstück (2) oder magnetisierten Werkstückträger umfasst, zu einem beabstandet angeordneten zweiten Manipulator (4), der eine Halteeinrichtung (11) aufweist, die für eine kontaktlose Einleitung von Haltekräften auf das magnetisierte Werkstück (2) oder den magnetisierten Werkstückträger ausgebildet ist und die einen Supraleiter (15) für magnetische Wechselwirkungen mit dem magnetisierten Werkstück (2) oder magnetisierten Werkstückträger umfasst, eine Massenträgheit des magnetisierten Werkstücks (2) oder des magnetisierten Werkstückträgers ausgenutzt wird, indem einer der wenigstens zwei Manipulatoren (3, 4) ruckartig aus einer Funktionsstellung, in der sich ein Endbereich des Manipulators (3, 4) in einem Übergabebereich (25) befindet, in dem eine Übergabe eines magnetisierten Werkstücks (2) oder magnetisierten Werkstückträgers von einem Manipulator (3) zum anderen Manipulator (4) durchführbar ist, entfernt wird und das magnetisierte Werkstück (2) oder der magnetisierte Werkstückträger im Einflussbereich des Supraleiters (15) der Halteeinrichtung (11) des jeweils anderen Manipulators (3, 4) verbleibt .