WO2016138915A1

WO2016138915A1 - Spanneinrichtung und verwendung einer spanneinrichtung

Info

Publication number: WO2016138915A1
Application number: PCT/EP2015/000488
Authority: WO
Inventors: Georg Berner; Jens FÖRSTER; Veronica NICOLINI; Laura SAWITZKI; Elvira STEGMEYER; Eberhard KLOTZ; Uwe Neuhoff; Martin Fuss; Rainer Mugrauer
Original assignee: Festo Ag & Co. Kg
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-09
Also published as: DE112015005928A5; CN107405757B; CN107405757A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zur zeitweiligen Festlegung eines Spannobjekts (11; 31; 51), mit wenigstens einem Kontaktmittel (3; 23; 43; 63; 83; 103; 123), das eine erste Magneteinrichtung (6; 26; 46; 63; 90; 110; 131) umfasst und das zur Krafteinleitung auf das Spannobjekt (11; 31; 51) ausgebildet ist, und mit einem Stützmittel (2; 22; 42; 62; 82; 102; 122), das eine zweite Magneteinrichtung (34; 67; 94; 110; 131) umfasst und das zur kraftübertragenden Kopplung des wenigstens einen Kontaktmittels (3; 23; 43; 63; 83; 103; 123) mit einer Traganordnung (10; 32; 52; 72; 92; 112; 132) ausgebildet ist, wobei das Kontaktmittel (3; 23; 43; 63; 83; 103; 123) und das Stützmittel (2; 22; 42; 62; 82; 102; 122) durch magnetische Wechselwirkung zwischen einem Permanentmagneten (6; 26; 46; 63; 90; 105, 108; 125, 136) und einem Supraleiter (5; 25; 45; 65; 85; 109; 129) kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt sind und einen einstellbaren Arbeitsspalt (4; 24; 44; 64; 84; 124) miteinander ausbilden.

Description

Spanneinrichtung und Verwendung einer Spanneinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zur zeitweiligen Festlegung eines Spannobjekts sowie eine Verwendung einer derartigen Spanneinrichtung.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Spannmitteln bekannt, die dazu eingesetzt werden, Werkstücke während eines Transport- und/oder Bearbeitungsvorgangs mit einer Spannkraft zu beaufschlagen. Für eine zeitweilige Festlegung des jeweiligen Werkstücks oder Spannobjekts wird dieses von dem Spannmittel gegen eine Anlagefläche gepresst oder zwischen zwei oder mehreren Spannmitteln aufgenommen, die somit das Werkstück ergreifen. Derartige Spannmittel werden beispielsweise an einem Werkstücktisch angebracht, um ein Werkstück auf einer Anlagefläche des Werkstücktischs festlegen zu können. Alternativ werden solche Spannmittel an einem Manipulator, insbesondere in einem Handbereich eines Industrieroboters, angeordnet, um ein Werkstück mit einer Spannkraft gegen eine ortsfeste Halterung zu pressen oder um das Werkstück zu ergreifen. Hierzu wird das Werkstück beispielsweise vom Spannmittel gegen eine Anlagefläche am Manipulator gedrückt oder mehrere gegensinnig arbeitende Spannmittel üben Greifkräfte auf das Spannobjekt aus. Häufig weisen Spannmittel einen Grundkörper und einen Kontaktkörper auf, wobei der Grundkörper am Werkstücktisch oder am Manipulator angebracht wird und der Kontaktkörper zur Anlage am Werkstück ausgebildet ist . Vorzugsweise ist der Kontaktkörper federnd am Grundkörper abgestützt oder ist zumindest bereichsweise aus einem elastisch nachgiebigen, insbesondere gummielastischen, Material hergestellt .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Spanneinrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Spannkraftübertragung auf das Spannobjekt ermöglicht.

Diese Aufgabe wird für eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Spanneinrichtung wenigstens ein Kontaktmittel aufweist, das eine erste Magneteinrichtung umfasst und das zur Krafteinleitung auf das Spannobjekt ausgebildet ist, und ferner ein Stützmittel aufweist, das eine zweite Magneteinrichtung umfasst und das zur kraftübertragenden Kopplung des wenigstens einen Kontaktmittels mit einer Traganordnung ausgebildet ist, wobei das Kontaktmittel und das Stützmittel durch magnetische Wechselwirkung zwischen einem Permanentmagneten und einem Supraleiter kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt sind und einen, insbesondere einstellbaren, Arbeitsspalt miteinander ausbilden.

Für die nachstehenden Ausführungen wird davon ausgegangen, dass eine Magneteinrichtung für eine Bereitstellung eines Magnetfelds, wie dies insbesondere bei einem Permanentmagneten der Fall ist, oder für eine Bereitstellung von Reaktionskräften bei Vorliegen eines von außen aufgeprägten Magnetfelds, wie dies insbesondere bei einem Supraleiter, der auf oder unterhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur gekühlt ist, ausgebildet ist. Dementsprechend umfasst eine Magneteinrichtung der Spanneinrichtung wenigstens einen Permanentmagneten und eine andere Magneteinrichtung der Spanneinrichtung umfasst wenigstens einen Supraleiter. Ferner wird insbesondere davon ausgegangen, dass der Supraleiter derart konditioniert ist, dass er bei einer Veränderung eines von außen aufgeprägten Magnetfelds ein korrespondierendes Gegenmagnetfeld bereitstellt, das der Änderung des äußeren Magnetfelds entgegenwirkt .

Vorzugsweise ist das Kontaktmittel mit der ersten Magneteinrichtung für eine flächige Anlage an einer Oberfläche des Spannobjekts vorgesehen, um eine Spannkraft auf das Spannobjekt einzuleiten. Dabei kann in Abhängigkeit von der Oberflächenbeschaffenheit des Spannobjekts die bereitgestellte

Spannkraft für ein kraftschlüssiges und/oder ein formschlüssiges Spannen des Spannobjekts vorgesehen sein. Bei einem kraftschlüssigen Spannen wirkt die Spannkraft, die durch magnetische Wechselwirkung zwischen der ersten Magneteinrichtung und der zweiten Magneteinrichtung hervorgerufen wird, vorzugsweise überwiegend oder ausschließlich in normaler Richtung zur Oberfläche des Spannobjekts. Hierdurch stellt sich eine Reibkraft zwischen Magneteinrichtung und Spannobjekt ein, die von einer Normalkraftkomponente der Spannkraft sowie von einem Haftreibungskoeffizienten zwischen Kontaktmittel und Spannobjekt abhängig ist und die vorzugsweise größer als eine Gewichtskraft des Spannobjekts ist. Bei einem formschlüssigen Spannen greift das Kontaktmittel derart in eine Vertiefung des Spannobjekts ein, dass das Spannobjekt seine Gewichtskraft zumindest teilweise auf dem Kontaktmittel abstützen kann. Sowohl beim kraftschlüssigen Spannen als auch beim formschlüssigen Spannen sind die erste und die zweite Magneteinrichtung derart aufeinander abgestimmt, dass eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem wenigstens einen Permanentmagneten und dem wenigstens einem Supraleiter, ausreichend groß ist, um die zum Halten oder Bewegen des Spannobjekts notwendige Spannkraft aufzubringen. Exemplarisch umfasst die erste Magneteinrichtung einen oder mehrere Permanentmagnete während die zweite Magneteinrichtung vorzugsweise einen oder mehrere Supraleiter umfasst. Alternativ kann eine Ausgestaltung der ersten Magneteinrichtung mit einem oder mehreren Supraleitern und der zweiten Magneteinrichtung mit einem oder mehreren Permanentmagneten vorgesehen sein.

Der Supraleiter ist aus einem Material hergestellt, das bei Abkühlung auf oder unter eine materialspezifische Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist . Für die Spanneinrichtung wird hierbei der Effekt ausgenutzt, dass der Supraleiter mit Erreichen oder Unterschreiten seiner Sprungtemperatur ein während des Abkühlungsvorgangs von außen aufgeprägtes Magnetfeld gewissermaßen „speichert" und solange einer Veränderung dieses äußeren „programmierten" 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 auf oder unterhalb seiner Sprungtemperatur abgekühlt werden kann und dann supraleitende Eigenschaften aufweist.

Der wenigstens eine Permanentmagnet der Spanneinrichtung, der wahlweise der ersten oder zweiten Magneteinrichtung zugeordnet sein kann, ist für die magnetische Wechselwirkung mit dem wenigstens einen Supraleiter vorgesehen und wird vorzugsweise während der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter die materialspezifische Sprungtemperatur so gegenüber dem Supraleiter angeordnet, dass er einen Arbeitsspalt mit dem Supraleiter ausbildet. Bei diesem Arbeitsspalt handelt es sich um ein Raumvolumen zwischen dem Supraleiter und dem Kontaktmittel, das in Abhängigkeit vom Einsatzgebiet für die Spanneinrich- tung beispielsweise mit einem Fluid wie Luft, einem Schutzgas oder einer Flüssigkeit ausgefüllt ist. Eine Ausdehnung des Arbeitsspalts variiert in Abhängigkeit von den zwischen Supraleiter und Kontaktmittel zu übertragenden Kräften, wobei sowohl eine Verkleinerung als auch eine Vergrößerung des Arbeitsspalts ausgehend von einer durch die „Programmierung" des Supraleiters während der Abkühlung auf oder unter seine Sprungtemperatur vorgegebene Ausdehnung des Arbeitsspalts jeweils zu Rückstellkräften auf die Magneteinrichtungen führt. Vorzugsweise wird der Arbeitsspalt bei der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur so eingestellt, dass eine zuverlässige magnetische Wechselwirkung zwischen Supraleiter und Permanentmagnet gewährleistet ist und dass innerhalb eines für die Spanneinrichtung vorgesehenen Spannkraftintervalls kein mechanischer Kontakt zwischen Permanentmagnet und Supraleiter auftritt .

Besonders bevorzugt umfasst das Kontaktmittel neben der ersten Magneteinrichtung noch ein Pufferelement aus einem Material, das auf das Spannobjekt in vorteilhafter Weise ange- passt ist. Weist das Spannobjekt beispielsweise eine empfindliche Oberfläche auf, wird für das Pufferelement ein weiches Material gewählt, das eine Krafteinleitung vom Kontaktmittel auf das Spannobjekt ohne Schäden an der Oberfläche ermöglicht.

Die zweite Magneteinrichtung ist als Bestandteil eines Stützmittels ausgebildet, das beispielsweise als Halterung ausgebildet ist, mit der eine Festlegung der zweiten Magneteinrichtung an einer Traganordnung wie beispielsweise einem Handbereich eines Manipulators, insbesondere eines Industrieroboters, ermöglicht wird. Vorzugsweise umfasst das Stützmittel eine mechanische Schnittstelle wie eine Montagefläche oder eine Kupplungsanordnung, um eine wiederholbare positionsgenaue Anbringung an der Traganordnung zu ermöglichen.

Durch die magnetische Wechselwirkung zwischen den Magneteinrichtungen, also dem wenigstens einen Supraleiter und dem Permanentmagnet, wird eine kontaktlose Kraftübertragung zwischen dem Stützmittel und dem Kontaktmittel über den Arbeitsspalt hinweg ermöglicht. Aufgrund dieser kontaktlosen Kraftübertragung, die auf den magnetischen Wechselwirkungen zwischen Supraleiter und Permanentmagnet basiert, wird eine elastische und selbstrückstellende Anordnung des Kontaktmittels gegenüber dem Stützmittel und der damit verbundenen Traganordnung gewährleistet. Dadurch können möglicherweise vorhandene Toleranzen bei der Form des Spannobjekts oder auftretende Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Spanneinrichtung gegenüber dem Spannobjekt zumindest weitgehend ausgeglichen werden, ohne dass die Spannkraftübertragung in Frage gestellt wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Stützmittel gegenüber dem zugeordneten Kontaktmittel eine Linearbewegung, eine Bewegung auf einer gekrümmten Bahn, insbesondere eine Schwenkbewegung längs einer Kreisbahn, oder eine Überlagerung einer Linearbewegung und einer Bewegung auf einer gekrümmten Bahn, insbesondere eine Schraubbewegung, durchführt. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass das Kontaktmittel gegenüber dem Stützmittel genau einen Freiheitsgrad der Bewegung oder alternativ mehrere Freiheitsgrade der Bewegung aufweist. Aufgrund der kontaktlosen Kraftüber ragung zwischen dem Stütz - mittel und dem Kontaktmittel ist selbst bei genau einem Freiheitsgrad der Bewegung ein gewisser Richtungsausgleich zwischen Stützmittel und Kontaktmittel möglich. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn Gegenstände mit unregelmäßig geformter Oberfläche gegriffen werden sollen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zweckmäßig ist es, wenn der Traganordnung ein Aktor zur Bereitstellung einer Spannbewegung für das Kontaktmittel zugeordnet ist. Durch die Verwendung eines Aktors, bei dem es sich beispielsweise um einen fluidischen Aktor wie einen Druckluftzylinder oder einen Hydraulikzylinder, oder um einen elektrischen Aktor wie einen elektrischen Lineardirektantrieb oder einen elektrischen Spindelantrieb handeln kann, wird eine automatisierte, fremdkraftbasierte Bereitstellung der Spannbewegung und der Aufbau einer Spannkraft ermöglicht. Dabei kann der Aktor beispielhaft zwischen der Traganordnung und dem Stützmittel angeordnet sein. Diese Anordnung des Aktors ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Traganordnung als Maschinengestell ausgebildet ist und die Spanneinrichtung zur zeitweiligen Festlegung des Spannobjekts an dem Maschinengestell vorgesehen ist. Exemplarisch ist hierzu eine Bearbeitungseinrichtung wie eine Bohrmaschine zu nennen, bei der das Spannobjekt während des Bohrvorgangs am Maschinengestell festgelegt werden soll. Alternativ kann der Aktor als Bestandteil der Traganordnung ausgebildet sein, wie dies beispielsweise bei einem Armabschnitt eines Industrieroboters der Fall ist. Besonders bevorzugt kann bei einer Ausgestaltung der zweiten Magneteinrichtung als Supraleiter eine kontaktlose Kraftübertragung zwischen einem Aktor, der der Traganordnung zugeordnet ist, und dem Stützmittel vorgesehen werden. Hierzu ist exemplarisch vorzusehen, dass ein beweglicher Abschnitt des Aktors, beispielsweise eine Kolbenstange eines Fluidzylinders , mit einem Permanentmagneten ausgerüstet ist und dass der Supraleiter sowohl auf den Permanentmagneten des Kontaktmittels als auch auf den Permanentmagneten des Aktors „programmiert" wird. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Stützmittel und/oder dem Kontaktmittel eine dritte Magneteinrichtung mit veränderlichem magnetischem Fluss zugeordnet ist, die für eine Einflussnahme auf die magnetische Wechselwirkung zwischen Stützmittel und Kontaktmittel ausgebildet ist. Mit Hilfe der dritten Magneteinrichtung kann beispielsweise eine Einstellung einer Ausdehnung des Arbeitsspalts zwischen den beiden Magneteinrichtungen, also dem Permanentmagneten und dem Supraleiter erzielt werden, um eine Anpassung auf unterschiedliche Spannsituationen zu ermöglichen. Hierzu kann wahlweise mit Hilfe der dritten Magneteinrichtung durch Bereitstellung eines entsprechenden Magnetfelds eine Abschwächung oder eine Verstärkung der magnetischen Wechselwirkung zwischen Permanentmagnet und Supraleiter vorgesehen sein. Alternativ kann die dritte Magneteinrichtung für eine Einleitung einer Translationsbewegung und/oder einer Rotationsbewegung zwischen Stützmittel und Kontaktmittel bei konstantem Arbeitsspalt vorgesehen sein. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn an einem Stützmittel mehrere Kontaktmittel angeordnet sind, die jeweils mit Hilfe der dritten Magneteinrichtung unabhängig voneinander relativ zum Stütz - mittel beweglich sind. Exemplarisch kann wenigstens ein hohl- zylindrisch ausgebildetes Kontaktmittel, das ein stabförmiges Stützmittel bereichsweise umgreift, linearbeweglich am Stützmittel geführt sein. Dabei dient die dritte Magneteinrichtung für eine Bereitstellung einer Antriebsbewegung längs einer Längsachse des Stützmittels, um eine Verlagerung des wenigstens einen Kontaktmittels entlang dieser Längsachse zu ermöglichen.

Beispielhaft kann es sich bei der dritten Magneteinrichtung um einen verschiebbar gegenüber der zweiten Magneteinrichtung, insbesondere dem Supraleiter, gelagerten Permanentmag- neten handeln, der in Abhängigkeit von den an die Spanneinrichtung zu stellenden Anforderungen an das Kontaktmittel an genähert oder von diesem entfernt werden kann, um hierdurch Einfluss auf die magnetische Wechselwirkung zwischen den Mag neteinrichtungen des Stützmittels und des Kontaktmittels zu nehmen .

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die dritte Magneteinrichtung als elektrische Spule ausgebildet ist und dass der dritten Magneteinrichtung eine Ansteuereinrichtung zugeordnet ist, die zur Bereitstellung eines Spulenstroms an die dritte Magneteinrichtung ausgebildet ist. Mittels einer Spule oder einer Anordnung von Spulen kann in vorteilhafter Weise eine Be einflussung der Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem Kontaktmittel 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 und der Stromrichtung eine Abschwächung oder Verstärkung oder Veränderung der magnetischen Wechselwirkung zwischen Supraleiter und Permanentmagnet, insbesondere eine Einstellung des Arbeitsspalts oder eine Relativbewegung zwischen Stützmittel und Kontaktmittel unter Beibehaltung der Ausdehnung des Arbeitsspalts, erzielt werden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ansteuereinrichtung eine Sensoreinrichtung zugeordnet ist, die beispielsweise als Wegmesssystem ausgebildet ist, um eine Ausdehnung des Arbeitsspalts und/oder eine Position des Kontaktmittels gegenüber dem Stützmittel zu ermitteln. Ferner ist vorgesehen, dass die An Steuereinrichtung mit einem, insbesondere als Reglersoftware für einen Mikroprozessor der Ansteuereinrichtung ausgebildeten, Regler ausgestattet ist, der eine Regelung des Arbeitsspalts auf eine vorgebbare, insbesondere konstante, Arbeits- spaltweite und/oder einer relativen Lage des Kontaktmittels gegenüber dem Stützmittel bei konstantem Arbeitsspalt ermöglicht .

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der Traganordnung mehrere Stützmittel angeordnet sind, die jeweils für eine magnetische Wechselwirkung mit zugeordneten Kontaktmitteln ausgebildet sind. Mit Hilfe der wenigstens zwei Stützmittel wird beispielsweise eine Einleitung von Spannkräften auf das Spannobjekt in gleichen oder unterschiedlichen Raumrichtungen, vorzugweise an wenigstens zwei unterschiedlichen Kontaktbereichen des Spannobjekts ermöglicht, um hierdurch eine besonders zuverlässige Festlegung des Spannobjekts zu ermöglichen. Dabei kann die Bewegung der Kontaktmittel als reine Linearbewegung, als reine Schwenkbewegung, insbesondere auf einer

Kreisbahn, oder als Überlagerung einer Linearbewegung und einer Schwenkbewegung ausgeführt werden. Bevorzugt sind gegensinnige Bewegungen der Kontaktmittel vorgesehen, so dass ein zwischen den Kontaktmitteln ausgebildeter Greifspalt durch gleichzeitige oder zeitlich aufeinanderfolgende Bewegungen der Kontaktmittel verkleinert oder vergrößert werden kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Stützmittel zusammen mit den jeweils zugeordneten Kontaktmitteln eine Greifanordnung bilden, bei der die Stützmittel an der Traganordnung in unterschiedliche Raumrichtungen ausgerichtet angeordnet sind. Durch die Ausrichtung der Stützmittel in unterschiedlichen Raumrichtungen wird ein Ergreifen eines Spannobjekts ermöglicht, da die Kontaktmittel derart angeordnet werden können, dass die bereitgestellten Spannkräfte ausreichend groß und in geeigneter Weise ausgerichtet sind, um das Spannobjekt zu tragen. Dabei führen die von den Kontaktmitteln auf das Spannobjekt eingeleiteten Spannkräfte zu einem Reibschluss und/oder einem Formschluss zwischen der Spanneinrichtung und dem Spannobjekt, so dass eine Haltekraft auf das Spannobjekt ausgeübt werden kann, die zumindest so groß ist, dass das Spannobjekt gehalten oder vorzugsweise bewegt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stützmittel zirkulär an der Traganordnung mit in radialer Richtung verlaufenden Kraftrichtungen angeordnet sind. Dabei können die Kraftrichtungen für die den Stützmitteln zugeordneten Kontaktmittel gleichartig, insbesondere sternförmig, in radialer Richtung nach außen oder innen ausgerichtet sein. Alternativ weisen einzelne Stützmittel unterschiedlich in radialer Richtung nach außen oder innen ausgerichtete Kraft - richtungen gegenüber den zugeordneten Kontaktmitteln auf. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Kraftrichtungen in einem gemeinsamen Punkt schneiden, was beispielsweise dann von Vorteil ist, wenn ein hülsenförmiges Spannobjekt an einer zylindrischen Außenoberfläche oder einer zylindrischen Innenoberfläche mit Hilfe der Spanneinrichtung gegriffen werden soll.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Traganordnung und/oder dem Stützmittel und/oder dem Kontaktmittel eine Kühleinrichtung zugeordnet ist. Mit Hilfe der Kühleinrichtung wird eine zeitweilige oder andauernde Auf- rechterhaltung oder Unterschreitung der Sprungtemperatur gewährleistet. Bei der Kühleinrichtung kann es sich beispielsweise 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 Supra- leiters aufrechterhalten oder dauerhaft unterschreiten kann. Exemplarisch ist eine derartige Wärmekraftmaschine als

Stirling-Motor oder als Wärmepumpe ausgebildet.

Zweckmäßig ist es, wenn das Stützmittel als Supraleiter ausgebildet ist und/oder wenn das oder die Kontaktmittel als Bestandteil des Spannobjekts ausgebildet sind. Bei einer Ausgestaltung des Stützmittels als Supraleiter wird eine besonders einfache Aufbauweise für die Spanneinrichtung ermöglicht. Eine derartige Aufbauweise ist beispielsweise dann möglich, wenn die gesamte Spanneinrichtung in einer Umgebung betrieben wird, in der Temperaturen auf oder unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters vorliegen, so dass auf eine thermische Entkopplung zwischen Supraleiter und Traganordnung verzichtet werden kann, die bei anderen Ausführungsformen der Spanneinrichtung durch die Stützmittel gewährleistet werden kann. Bei einer Kombination des wenigstens einen Kontaktmittels mit dem Spannobjekt ist vorzugsweise vorgesehen, dass der oder die Permanentmagneten des oder der Kontaktmittel in das Spannobjekt integriert sind. Eine derartige Anordnung ist insbesondere dann von Interesse, wenn es sich bei dem Spannobjekt um ein Behältnis oder einen Werkstückträger handelt, mit dem ein Werkstoff oder Werkstück zwischen verschiedenen Bearbeitungs- positionen befördert werden soll.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung einer Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Einleitung von Spannkräften auf ein Spannobjekt vorgesehen. Bei einer solchen Verwendung der Spanneinrichtung kann beispielsweise ein thermisch oder elektrisch entkoppeltes Ergreifen eines Spannobjekts verwirklicht werden, da aufgrund der Arbeitsspalte der jeweiligen Spanneinrichtungen keine unmittelbare Verbindung zwischen den Kontaktmitteln und den Stützmitteln besteht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt: eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Spanneinrichtung, wobei ein Stütz - mittel einem Handbereich eines Manipulators zugeordnet ist und ein Kontaktmittel zur Bereitstellung einer Haltekraft zur Festlegung eines Spannobjekts an einem Maschinengestell ausgebildet ist, eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Spanneinrichtung, wobei den Stützmitteln jeweils eine Spuleneinrichtung zur Beeinflussung einer magnetischen Wechselwirkung zwischen Supraleiter und Permanentmagnet zugeordnet ist , eine schematische Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer Spanneinrichtung mit drei sternförmig zueinander angeordneten Stützmitteln und jeweils zugeordneten Kontaktmitteln eine schematische Darstellung einer Seitenansicht auf eine vierte Ausführungsform einer Spanneinrichtung, die als Foliengreifereinrichtung ausgebildet ist ,

Figur 5 eine Vorderansicht auf ein Stützmittel als Bestandteil der Spanneinrichtung gemäß der Figur 4,

Figur 6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Spanneinrichtung, die als Linearsteiler ausgebildet ist, Figur 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung Linearstellern gemäß der Figur 5,

Figur 8 eine schematische Darstellung einer sechsten Aus- führungsform einer Spanneinrichtung, bei der Kontaktmittel linearbeweglich an einer Führungsstange aufgenommen und mit Antriebsmitteln versehen sind,

Figur 9 eine Seitenansicht der Führungsstange gemäß der Fi gur 8 ,

Figur 10 eine Seitenansicht auf eines der Kontaktmittel gemäß der Figur 8 ,

Figur 11 eine schematische Darstellung einer siebten Ausfüh rungsform einer Spanneinrichtung, bei der ein Kontaktmittel schwenkbeweglich um eine FührungsStange angeordnet ist,

Figur 12 eine Vorderansicht des Kontaktmittels gemäß der Fi gur 11 und

Figur 13 eine Vorderansicht auf die FührungsStange gemäß der

Figur 11.

In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten der dargestellten Ausführungsformen jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehr fache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird .

Eine in der Figur 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsform einer Spanneinrichtung l umfasst ein Stützmittel 2 und ein Kontaktmittel 3, die durch einen Arbeitsspalt 4 be- abstandet zueinander angeordnet sind. Für eine Übertragung von Spannkräften zwischen dem Stützmittel 2 und dem Kontakt - mittel 3 und für eine Aufrechterhaltung der Position des Kontaktmittels 3 gegenüber dem Stützmittel 2 wird eine magnetische Wechselwirkung ausgenutzt. Diese magnetische Wechselwirkung basiert auf den supraleitenden Eigenschaften einer exemplarisch als Supraleiter 5 ausgebildeten Magneteinrichtung, die dem Stützmittel 2 zugeordnet ist, und den permanentmagnetischen Eigenschaften einer exemplarisch als Permanentmagnet 6 ausgebildeten Magneteinrichtung, die dem Kontaktmittel 3 zugeordnet ist.

Beispielhaft ist vorgesehen, das der Permanentmagnet 6 während einer Abkühlung des Supraleiters 5 auf oder unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur, beispielsweise mittels einer nicht näher dargestellten Halterung, in einem Abstand gegenüber dem Supraleiter 5 gehalten wird, um das Magnetfeld des Permanentmagneten 6 mit Erreichen und gegebenenfalls vorgesehenem Unterschreiten der Sprungtemperatur gewissermaßen im Supraleiter 5 zu „programmieren". Solange die Sprungtemperatur anschließend unterschritten oder aufrecht erhalten bleibt, stellt der Supraleiter 5 bei einer Veränderung der Magnetfelder des Permanentmagneten 6 jeweils Reaktionskräfte bereit, die einer Veränderung der Magnetfelder entgegenwirken, so dass eine Position des Permanentmagneten 6 gegenüber dem Supraleiter 5 beibehalten wird. Um eine Kühlung des Supraleiters 5 auf oder unterhalb der Sprungtemperatur zu erreichen bzw. aufrecht zu erhalten, ist der Supraleiter 5 exemplarisch mit einem Wärmeleiter 7 thermisch gekoppelt, der seinerseits zumindest abschnittsweise in einem Fluidbehälter 8 aufgenommen ist. Der Fluidbehälter 8 ist exemplarisch zur Aufnahme eines verflüssigten Gases wie beispielsweise Stick- Stoff ausgebildet und ermöglicht somit eine Wärmeabfuhr vom Supraleiter 5 über den Wärmeleiter 7.

An einem hinteren Endbereich des Fluidbehälters 8 ist ein Kupplungsbereich 9 ausgebildet, der beispielsweise zur An- kopplung an einen Handbereich 10 eines nicht näher dargestellten Industrieroboters vorgesehen ist. Mit Hilfe des Industrieroboters kann eine Bewegung der Spanneinrichtung 1 gegenüber einem beispielhaft als Platte ausgebildeten Spannobjekt 11 vorgenommen werden, um das Spannobjekt 11 kraftschlüssig an einem Maschinengestell 12 festzulegen. Bei einer Bewegung des Handbereichs 10 des Industrieroboters folgt das Kontaktmittel 3 aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen Permanentmagnet 6 und Supraleiter 5 der Bewegung des Stützmittels 2 und behält dabei zunächst eine Ausdehnung des Arbeitsspalts 4 bei. Sobald das Kontaktmittel 3 in Anlage an das Spannobjekt 11 kommt, führt eine weitere Annäherung des Handbereichs 10 an das Spannobjekt 11 zu einer relativen Verlagerung des Supraleiters 5 gegenüber dem Permanentmagneten 6, der sich nicht mehr weiter bewegen kann, da er bereits am Spannobjekt 10 anliegt. Somit verschiebt sich das magnetische Feld des Permanentmagneten 6 gegenüber dem Supraleiter 5 und der Supraleiter 5 wirkt dieser Feldverschiebung entgegen.

Durch die dabei auftretende magnetische Wechselwirkung wird die gewünschte kontaktlose Einleitung von Spannkräften vom Supraleiter 5 über den Arbeitsspalt 4 auf das Kontaktmittel 3 und von dort aus auf das Spannobjekt 11 ermöglicht. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen Supraleiter 5 und Permanentmagnet 6 über den Arbeitsspalt 4 hinweg besteht somit eine kraftübertragende Kopplung in der Art einer elastischen Verbindung. Dadurch können Ungenauigkeiten bei der Positionierung des Handbereichs 10 gegenüber dem Spannobjekt 11 nicht zu einem übermäßigen Kraftanstieg bezüglich der Spann- kraft auf das Spannobjekt führen, so dass eine Beschädigung des Spannobjekts durch die Spannkräfte zumindest weitgehend ausgeschlossen ist.

Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Kontaktmittel 3 an einem dem Spannobjekt 11 zugewandten Endbereich mit einem Pufferabschnitt 20 aus einem Kunststoffmaterial versehen ist, der für eine schonende Krafteinleitung auf das Spannobjekt 11 ausgebildet ist.

Bei der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Spanneinrichtung 21 sind die Stützmittel 22 und die Kontaktmittel 23 prinzipiell gleichartig wie bei der ersten Ausführungsform gemäß der Figur 1 ausgebildet.

Allerdings sind bei der Spanneinrichtung 21 zwei Stützmittel 22 gegenüberliegend auf einer Trägerplatte 32 festgelegt.

Durch die gegenüberliegende Anordnung der beiden Stützmittel 22 sind die Kontaktmittel 23 ebenfalls gegenüberliegend zueinander angeordnet und begrenzen einen Greifspalt 33, in den ein Spannobjekt 31 aufgenommen werden kann. Um eine vorteilhafte zeitweilige Festlegung des Spannobjekts 31 im Greif - spalt 33 durch Beeinflussung einer Ausdehnung des Arbeits - spalts 24 zu ermöglichen, sind den beiden Stützmitteln 22 jeweils als Spulen 34 ausgebildete dritte Magneteinrichtungen zugeordnet, die jeweils elektrisch mit einer Ansteuereinrich- tung 35 gekoppelt sind. Die Ansteuereinrichtung 35 ist dazu ausgebildet, individuelle Spulenströme an die Spulen 34 bereitzustellen, damit diese jeweils ein Spulenmagnetfeld bereitstellen können, das für eine Wechselwirkung mit dem jeweiligen Supraleiter 25 und dem jeweiligen Permanentmagneten 26 vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine Bereitstellung von Spulenstrom an die jeweilige Spule 34 derart erfolgen, dass eine Verstärkung der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter 25 und dem Permanentmagnet 26 eintritt und der jeweilige Arbeitsspalt 24 verkleinert wird. In diesem Fall vergrößert sich der Greifspalt 33 und das Spannobjekt 31 kann beispielsweise in den Greifspalt 33 eingesetzt oder aus dem Greifspalt 33 entnommen werden. Bei Abschaltung des jeweiligen Spulenstroms bewegen sich die Kontaktmittel 23 aufgrund der magnetischen Wechselwirkung mit den Stützmitteln 22 wieder aufeinander zu, so dass sich der Greifspalt 33 verkleinert und das Spannobjekt kraftschlüssig von den Kontaktmitteln 23 festgelegt wird.

Um eine vorteilhafte Bereitstellung von Spulenströmen an die Spulen 34 zu ermöglichen, kann eine Sensoreinrichtung 36 vorgesehen sein, die für eine Ermittlung der relativen Lage der jeweiligen Kontaktmittel 23 ausgebildet ist. Beispielhaft ist die Sensoreinrichtung 36 als langgestreckte Anordnung von magnetfeldempfindlichen Sensoren, insbesondere Hall-Sensoren, ausgebildet und ist mit der Ansteuereinrichtung 35 elektrisch verbunden. In der Ansteuereinrichtung 35 erfolgt eine Auswertung von Sensorsignalen der Sensoreinrichtung 36 und darauf basierend eine Ansteuerung oder eine Regelung der Spulenströme für die Spulen 34.

Bei der in Figur 3 dargestellten dritten Ausführungsform, bei der die Stützmittel 42 und die Kontaktmittel 43 gleichartig wie bei der ersten Ausführungsform gemäß der Figur 1 ausgebildet sind, ist eine sternförmige Anordnung von exemplarisch drei Stützmitteln 42 und jeweils zugeordneten Kontaktmittel 43 vorgesehen. Dabei sind die Stützmittel 42 jeweils an linearbeweglichen Schlitten 52 angeordnet, wie sie beispielsweise bei einem Dreibackenfutter für eine Drehmaschine eingesetzt werden. Beispielhaft sind die Schlitten 52 und die daran festgelegten Stützmittel 42 derart linearbeweglich zueinander angeordnet, dass sich Bewegungsachsen 53 der Schlitten 52 in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden. Vorzugsweise ist eine synchrone Verstellung der Schlitten 52 längs der jeweiligen, in radialer Richtung ausgehend vom Schnittpunkt ausgerichteten Bewegungsachsen 53 durch einen nicht näher dargestellten Schneckenantrieb vorgesehen, der unterhalb der exemplarisch kreisförmig ausgebildeten und mit Führungsnuten 54 für die Schlitten 52 ausgebildeten Schlittenführung 55 aufgenommen ist, so dass eine gleichmäßige Einspannung und Freigabe eines Spannobjekts 51 vorgenommen werden kann.

Bei der in den Figuren 4 und 5 dargestellten vierten Ausführungsform einer Spanneinrichtung 61 sind exemplarisch plat- tenförmig ausgebildete Stützmittel 62 vorgesehen, wie dies insbesondere aus der Figur 5 hervorgeht . Ein Grundkörper 66 des Stützmittels 62 ist vorzugsweise aus einem supraleitenden Material hergestellt, in dem sowohl in einer horizontalen Richtung als auch in einer vertikalen Richtung in jeweils konstanter Teilung Magnetspulen 67 aufgenommen sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Grundkörper 66 jeweils napfartige Vertiefungen 68 zur Aufnahme der Magnetspulen 67 aufweist, in denen die Magnetspulen 67 untergebracht und festgelegt werden können.

Vorzugsweise sind die Magnetspulen 67 von nicht dargestellten Halteeinrichtungen gehalten oder stoffschlüssig, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs, in den Vertiefungen 68 festgelegt. Die Magnetspulen 67 sind elektrisch mit einer nicht dargestellten Ansteuereinrichtung verbunden, die für eine individuelle Ansteuerung jeder der Magnetspulen 67 ausgebildet ist. Beispielhaft sind die gemäß Figur 4 gegen- überliegend angeordneten Stützmittel 62 an einer rein schematisch dargestellten Traganordnung 72 ortsfest angebracht.

Exemplarisch ist das Kontaktmittel 63 aus einem Folienmaterial mit permanentmagnetischen Eigenschaften hergestellt. Eine Magnetisierung des Kontaktmittels 63 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Vielzahl von, insbesondere rechteckigen, Magnetbereichen vorgesehen ist, die vorzugsweise in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung jeweils in gleicher flächiger Teilung angeordneter sind. Dabei ist exemplarisch vorgesehen, dass zueinander benachbarte Magnet - bereiche jeweils mit einer entgegengesetzten magnetischen Polarisierung ausgeführt sind. Ferner ist vorgesehen, dass das Stützmittel 62 während einer Abkühlung auf oder unterhalb eine materialspezifische Sprungtemperatur des aus supraleitendem Material hergestellten Grundkörpers 66 in einer Weise mit einem Magnetfeld „programmiert" wurde, das einer Flussdichteverteilung entspricht, die bei einem vorgebbaren Abstand des Kontaktmittels 63 zum Stützmittel 62 auftritt. Somit kann das Stützmittel 62 durch magnetische Wechselwirkung mit dem Kontaktmittel 63 eine kontaktlose Beabstandung des Kontaktmittels 63 mit einem Arbeitsspalt 64 bewirken.

Durch eine paarweise Anordnung derartiger Stützmittel 62 und zwischen den Stützmitteln 62 angeordneten Kontaktmitteln 63 kann eine Spanneinrichtung 61 geschaffen werden, wie sie in der Figur 4 dargestellt ist. Diese Spanneinrichtung 61 weist einen variablen Greifspalt 69 auf und kann für ein Ergreifen eines nicht dargestellten Spannobjekts eingesetzt werden.

Vorzugsweise ist eine derartige Spanneinrichtung 61 für ein Greifen von Spannobjekten vorgesehen, auf die aufgrund ihrer Materialbeschaffenheit keine hohe Flächenpressung aufgebracht werden kann und die mit konventionellen Spanneinrichtungen nicht oder nur schwierig gegriffen werden können. Um eine lo- kale Adaption von Greifkräften auf das nicht dargestellte Spannobjekt zu ermöglichen, kann eine gezielte Ansteuerung von einzelnen Magnetspulen 67 oder von Gruppen von Magnetspulen 67 vorgesehen sein, um hierdurch eine lokale Kraftverstärkung oder lokale Kraftabschwächung zwischen Stützmittel 62 und Kontaktmittel 63 zu ermöglichen und den Greifspalt 69 durch flexible Deformation des Kontaktmittels 63 lokal zu variieren.

Bei einer in den Figuren 6 und 7 dargestellten fünften Aus- führungsform einer Spanneinrichtung 81 ist das exemplarisch aus supraleitendem Material hergestellte Stützmittel 82 beispielhaft quaderförmig ausgebildet und bildet den Supraleiter 85. In das Stützmittel 82 ist eine beispielhaft zylindrische Ausnehmung 88 eingebracht, die zur linearbeweglichen Aufnahme eines länglich ausgebildeten Kontaktmittels 83 dient. Ferner sind in dem Stützmittel 82 konzentrisch zu einer Mittelachse 91 der Ausnehmung 88 exemplarisch drei Ringspulen 94 vorgesehen, die elektrisch mit einer nicht näher dargestellten An- steuereinrichtung verbunden sind und zur Bereitstellung von veränderbaren Magnetfeldern ausgebildet sind.

Das Kontaktmittel 83 ist exemplarisch aus einem stiftförmigen Kern 89 und auf dem Kern 89 festgelegten, vorzugsweise hohl- zylindrisch ausgebildeten Ringmagneten 90 aufgebaut. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ringmagnete 90 jeweils in axialer Richtung und somit parallel zur Mittelachse 91 magneti- siert sind, wobei zueinander benachbart angeordnete Ringmagnete 90 gegensinnig polarisiert sind. Ferner ist beispielhaft vorgesehen, dass eine Teilung der Ringmagnete 90 längs der Mittelachse 91 abweichend von einer Teilung der Ringspulen 94 längs der Mittelachse 91 gewählt ist. Durch eine magnetische Wechselwirkung zwischen den Ringmagneten 90 und den Ringspulen 94 kann bei einer Beaufschlagung der Ringspulen 94 mit elektrischer Energie eine Kraftwirkung längs der Mittelachse 91 auf das Kontaktmittel 83 ausgeübt werden.

Für einen Betrieb der Spanneinrichtung 81, die beispielhaft an einer schematisch dargestellten Traganordnung 92 wie beispielsweise einer Handachse eines nicht dargestellten Industrieroboters festgelegt wird, kann zunächst eine „Programmierung" des Stützmittels 82 im Sinne einer Anpassung oder Konditionierung für das Kontaktmittel 83 vorgesehen werden. Diese „Programmierung" erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Kontaktmittel 83 mit Hilfe einer nicht dargestellten Halterung konzentrisch in der Ausnehmung 88 angeordnet wird, wobei eine Position des Kontaktmittels 83 längs der Mittelachse 91 einer bevorzugten Grundstellung des Kontaktmittels 83 gegenüber dem Stützmittel 82 entspricht. Anschließend erfolgt eine Abkühlung des Stützmittels 82 auf oder unter eine material- spezifische Sprungtemperatur des supraleitenden Materials, aus dem das Stützmittel 82 zumindest teilweise aufgebaut ist. Sobald das Stützmittel 82 auf die materialspezifische Sprungtemperatur abgekühlt ist, tritt aufgrund der supraleitenden Eigenschaften des Stützmittels 82 eine statische magnetische Wechselwirkung zwischen dem Stützmittel 82 und dem Kontakt - mittel 83 auf, durch die das Kontaktmittel 83 ohne zusätzliche Krafteinflüsse schwebend gegenüber dem Stützmittel 82 angeordnet ist . Bei einer Beaufschlagung einer oder mehrerer der Ringspulen 94 mit elektrischer Energie tritt eine zusätzliche dynamische magnetische Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der Ringspulen 94 und den Magnetfeldern der Ringmagnete 90 auf, durch die eine Translationsbewegung des

Stützmittels 82 längs der Mittelachse 91 bewirkt werden kann. Bevorzugt findet eine Ansteuerung der Ringspulen 94 derart statt, dass das Stützmittel 82 zumindest um einen gewissen Betrag aus der Ausnehmung 88 ausgefahren werden kann, um mit einem den Ringmagneten 30 abgewandten Endbereich in Kontakt mit einem nicht dargestellten Spannobjekt zu gelangen. Hierbei bleibt eine radiale Ausdehnung eines Arbeitsspalts zwischen Stützmittel 82 und Kontaktmittel 83 konstant.

In der Figur 7 sind zwei gegenüberliegend angeordnete Gruppen von Spanneinrichtungen 81 vorgesehen, deren Kontaktmittel 83 jeweils paarweise einen variablen Greifspalt 86 bilden, der in Abhängigkeit von der jeweiligen axialen Stellung der Kontaktmittel 83 größer oder kleiner gewählt werden kann

und/oder auch asymmetrisch ausgebildet sein kann. Hierdurch wird ein Nadelgreifer gebildet, mit dessen Hilfe beispielsweise leistenförmige Spannobjekte gegriffen werden können.

In den Figuren 8 bis 10 ist eine sechste Ausführungsform einer Spanneinrichtung 101 dargestellt, bei der das Stützmittel 102 exemplarisch stabförmig ausgebildet ist und die Kontakt - mittel 103 jeweils in der Art von Schlitten ausgeführt sind, die längs des Stützmittels 102 unabhängig voneinander verschiebbar angeordnet sind. Beispielhaft umfasst das Stützmittel 102, das an einer schematisch dargestellten Traganordnung 112 wie beispielsweise einer Handachse eines nicht dargestellten Industrieroboters festgelegt sein kann, einen zylindrisch ausgebildeten Kern 104, der insbesondere aus einem Kunststoffmaterial oder einem keramischen Material hergestellt sein kann. Entlang einer Außenoberfläche des Kerns 104 erstrecken sich jeweils längs einer Mittelachse 111 mit einem in der Figur 8 dargestellten kreisringabschnittsförmigen Querschnitt ausgebildete Leisten 105, 106 und 107. Dabei sind die Leisten 105 aus einem permanentmagnetischen Material hergestellt und bezogen auf die Mittelachse 111 in radialer Richtung magnetisiert . Die Leisten 106 können beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Kern 104 hergestellt sein. Die Leiste 107 ist als Anordnung von Permanentmagneten 108 ausgebildet, wobei die Permanentmagnete 108 bezogen auf die Mittelachse 111 in radialer Richtung magnetisiert sind. Benachbart zueinander angeordnete Permanentmagnete 108 sind jeweils gegensinnig magnetisiert.

Die beiden in der Figur 9 dargestellten Kontaktmittel 103 sind jeweils gleichartig aufgebaut und umfassen jeweils einen hohlzylindrischen Grundkörper 109, dessen Querschnitt in der Figur 10 erkennbar ist. Der Grundkörper 109 ist aus einem supraleitenden Material hergestellt und bildet somit einen Supraleiter. Exemplarisch ist im Grundkörper 109 eine Magnet - spule 110 aufgenommen, die in nicht näher dargestellter Weise mit einer Ansteuerungseinrichtung verbunden ist, von der bedarfsabhängig elektrische Energie an die Magnetspule 110 bereitgestellt werden kann. Aus der Schnittdarstellung der Figur 10 ist erkennbar, wie die Magnetspule 110 im Grundkörper 109 aufgenommen ist. Exemplarisch ist die Magnetspule 110 mit einer Krümmung ausgeführt, die der Krümmung des Grundkörpers 109 entspricht, so dass eine besonders raumsparende Integration der Magnetspule 110 in den Grundkörper 109 erzielt werden kann. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere Magnetspulen im Grundkörper angeordnet sind.

Für eine Inbetriebnahme der Spanneinrichtung 101 ist zunächst vorzusehen, die Kontaktmittel 103 mit Hilfe einer nicht dargestellten Haltevorrichtung konzentrisch gegenüber dem Stütz - mittel 102 anzuordnen, wodurch ein nicht dargestellter Arbeitsspalt zwischen den Kontaktmitteln 103 und dem Stützmittel 102 bestimmt wird. Anschließend erfolgt eine Abkühlung auf oder unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur des supraleitenden Materials der Kontaktmittel 103. Während der Abkühlung des supraleitenden Materials auf oder unterhalb der Sprungtemperatur findet somit eine „Programmie- rung" des supraleitenden Materials auf die Magnetfelder der permanentmagnetischen Leisten 105 und der Permanentmagnete 108 statt. Nachfolgend stellen sich bei Beibehaltung oder weiterer Unterschreitung der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials magnetische Wechselwirkungen zwischen dem Kontaktmittel 103 und dem Stützmittel 102 ein, die eine Einhaltung des Arbeitsspalts gewährleisten, der während der Abkühlung durch die Haltevorrichtung vorgegeben wurde .

Beispielsweise wird durch die magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Kontaktmittel 103 und dem Stützmittel 102 eine Linearbeweglichkeit des Kontaktmittels 103 längs der Mittelachse 111 mit relativ geringen Kräften ermöglicht, während eine Drehbewegung des Kontaktmittels 103 gegenüber dem Stütz - mittel 102 erheblich höhere Kräfte erfordert, so dass im praktischen Einsatzfall dieser Spanneinrichtung 101 eine Verdrehsicherung für das Kontaktmittel 103 gegenüber dem Stützmittel 102 gewährleistet ist.

Bei einer Beaufschlagung der Magnetspule 110 mit elektrischer Energie kommt es zu einer lokalen Verstimmung der magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Kontaktmitteln 103 und dem Stützmittel 102, wodurch eine Kraftwirkung längs der Mittelachse 111 erzeugt werden kann, die zu einer Linearbewegung des Kontaktmittels 103 gegenüber dem Stützmittel 102 führt, wobei der jeweilige Arbeitsspalt zumindest im Wesentlichen konstant beibehalten wird.

Bei der Spanneinrichtung 101 sind exemplarisch zwei spiegelbildlich zueinander angeordnete Kontaktmittel 103 vorgesehen, die unabhängig voneinander längs der Mittelachse 111 relativ zum Stützmittel 102 verfahren werden können. Beispielhaft sind beide Kontaktmittel 103 jeweils an einem radial außenliegenden Bereich mit einer quaderförmig ausgebildeten Greif- backe 115 versehen, wobei die einander gegenüberliegenden Greifbacken 115 der beiden Kontaktmittel 103 einen Greifspalt 116 bilden, der größenvariabel einstellbar ist.

Bei der in den Figuren 11 bis 13 dargestellten siebten Ausführungsform einer Spanneinrichtung 121 handelt es sich um eine Abwandlung der Spanneinrichtung 101 mit dem Unterschied, dass anstelle einer Linearbeweglichkeit des Kontaktmittels 103 gegenüber dem Stützmittel 102 eine Drehbeweglichkeit des Kontaktmittels 123 gegenüber dem Stützmittel 122 vorgesehen ist. Dabei kann die Drehbewegung des Kontaktmittels 123 beispielsweise dazu genutzt werden, ein nicht dargestelltes Spannobjekt mit Hilfe der Greifbacke 138 an einer ebenfalls nicht dargestellten Auflagefläche festzulegen. Für die Drehbewegung des Kontaktmittels 123 gegenüber dem Stützmittel 122 ist rein exemplarisch vorgesehen, dass das Stützmittel 122 in einen Lagerungsbereich 133 und einen Antriebsbereich 134 unterteilt ist.

Die Aufgabe des Lagerungsbereichs 133 besteht in einer Bereitstellung von magnetischen Kräften, die in Wechselwirkung mit dem exemplarisch aus einem supraleitenden Material hergestellten und somit als Supraleiter ausgeführten Grundkörper

129 des Kontaktmittels 123 eine kontaktlose Drehlagerung des Kontaktmittels 123 gegenüber dem Stützmittel 122 ermöglichen.

Der Antriebsbereich 134 dient in Wechselwirkung mit einer im Grundkörper 129 vorgesehenen Spulenanordnung 130, die exemplarisch vier in gleicher Winkelteilung zu einer Mittelachse

135 angeordnete Ringspulen 131 umfasst, bei geeigneter Strombeaufschlagung der Spulenanordnung 130 zur kontaktlosen Bereitstellung eines Drehmoments um die Mittelachse 135 auf das Kontaktmittel 123, um eine Drehbewegung zwischen Kontaktmittel 123 und Stützmittel 122 hervorzurufen. Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Lagerungsbereich 133 als Anordnung von mehreren, jeweils mit zylindrischer Außenkontur, insbesondere in Form von Planparallelplatten, ausgebildeten Permanentmagneten 136 ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Permanentmagneten 136 radial bezüglich der Mittelachse 135 magnetisiert , so dass sie an ihrer Außenoberfläche 137 positionsunabhängig jeweils den gleichen magnetischen Fluss aufweisen.

Ferner ist exemplarisch vorgesehen, dass der Antriebsbereich 134 einen Kern 127 aus einem Kunststoffmaterial oder einem keramischen Material und darauf angebrachte prismatische, längs der Mittelachse 135 erstreckte Leisten 125 und 126 um- fasst. Vorzugsweise sind die Leisten 125 aus einem permanentmagnetischen Material hergestellt und weisen eine zirkuläre Magnetisierung auf, wie dies in der Figur 11 durch die eingezeichneten Pfeile symbolisiert ist. Die Leisten 126 dienen lediglich als Abstandshalter und sind exemplarisch aus dem gleichen Material wie der Kern 127 hergestellt.

Für eine Inbetriebnahme der Spanneinrichtung 121 wird das Kontaktmittel 123 mit Hilfe einer nicht dargestellten Haltevorrichtung konzentrisch zum Stützmittel 122 angeordnet und es findet eine Abkühlung der Spanneinrichtung 121, zumindest des Kontaktmittels 123, auf oder unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur des supraleitenden Materials des Kontaktmittels 123 statt. Dabei werden die magnetischen Flüsse der Permanentmagnete 136 des Lagerungsbereichs 133 und der permanentmagnetischen Leisten 125 des Antriebsbereichs 134 in das supraleitende Material des Kontaktmittels 123 „programmiert" und führen bei Beibehaltung oder weiterer Unterschreitung der Sprungtemperatur zu magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Kontaktmittel 123 und dem Stützmittel 122. Aufgrund des in Umfangsrichtung der Permanentmagnete 136 homoge- nen magnetischen Flusses sind die magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Lagerungsbereich 133 und dem zugeordneten Abschnitt des Grundkörpers 129 unabhängig von einem Drehwinkel, so dass durch den Lagerungsbereich 133 eine reibungsfreie Drehlagerung des Kontaktmittels 123 gegenüber dem

Stützmittel 122 mit einem konstanten Arbeitsspalt 124 gewährleistet ist. Demgegenüber bewirken die in Umfangsrichtung inhomogenen magnetischen Flüsse der permanentmagnetischen Leisten 125 in Wechselwirkung mit dem supraleitenden Grundkörper 129 eine Ausrichtung des Kontaktmittels 123 gegenüber dem Stützmittel 122 in einer rotatorischen Vorzugsposition oder in mehreren rotatorischen Vorzugspositionen. Allerdings kann durch Einleitung geeigneter Spulenströme in die Ringspulen 131 eine Drehmomenteinleitung zwischen Kontaktmittel 123 und Stützmittel 122 erfolgen, wodurch die Wechselwirkung zwischen den permanentmagnetischen Leisten 125 und dem supraleitenden Grundkörper 129 überwunden werden kann und eine Drehbewegung zwischen Kontaktmittel 101 20 und Stützmittel 122 unter Beibehaltung des konstanten Arbeitsspalts 124 durchgeführt werden kann. Im Zuge dieser Drehbewegung kann die Greifbacke 138 beispielsweise einen nicht dargestellten Körper an einer ebenfalls nicht dargestellten Anlagefläche anpressen und somit einen Spannvorgang bewirken.

Bei einer nicht dargestellten, vereinfachten Abwandlung der Spanneinrichtung 121 ist eine rein axiale Lagerung des Kontaktmittels gegenüber dem Stützmittel vorgesehen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Stützmittel als plattenförmiger Supraleiter und das Kontaktmittel als Permanentmagnetanordnung ausgebildet ist . Vorzugsweise ist der Supraleiter derart konditioniert, dass eine drehfeste, schwebende Kopplung des Kontaktmittels gegenüber dem Stütz - mittel ermöglicht wird, so dass eine Drehbewegung des Supra- leiters, die über einen zusätzlichen Aktor eingeleitet werden kann, zu einer korrespondierenden Drehbewegung der Permanent - magnetanordnung führt. Besonders bevorzugt ist am Kontaktmittel ein Greiffinger angebracht, der eine Festlegung des zu greifenden Gegenstands ermöglicht. Insbesondere ist eine Anordnung zweier, gegenläufig schwenkbarer Spanneinrichtungen vorgesehen, um den zu greifenden Gegenstand zwischen zwei schwenkbeweglich gelagerten Greiffingern aufnehmen zu können.

Bei den Spanneinrichtungen 1, 21, 41, 61, 81, 101 und 121 kann jeweils abweichend von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen eine umgekehrte Anordnung von Permanentmagneten und Supraleitern vorgesehen sein, ohne dass hierdurch das Gebiet der Erfindung verlassen wird.

Grundsätzlich können alle Arten von Gelenken, die auf einer Kombination eines oder mehrerer Permanentmagnete und eines oder mehrerer Supraleiter mit wenigstens einer dynamischen „dritten" Magneteinrichtung beruhen, die insbesondere als relativbewegliche Permanentmagnetanordnung und/oder als elektrisch betreibbare Spule oder Spulenanordnung ausgebildet sein kann, und die eine Krafteinleitung auf die Gelenkeinrichtung bewirken kann, als Spanneinrichtung eingesetzt werden. Hierzu eignen sich sowohl Gelenke mit einem einzigen Freiheitsgrad der Bewegung als auch Gelenke mit mehreren Freiheitsgraden der Bewegung, insbesondere wenn diese eine Vorzugsrichtung für eine Bewegung vorgeben.

Claims

Ansprüche

1. Spanneinrichtung zur zeitweiligen Festlegung eines Spannobjekts (11; 31; 51), mit wenigstens einem Kontaktmittel (3; 23; 43; 63; 83; 103; 123), das eine erste Magneteinrichtung (6; 26; 46; 63; 90; 110; 131) umfasst und das zur Krafteinleitung auf das Spannobjekt (11; 31; 51) ausgebildet ist, und mit einem Stützmittel (2; 22; 42; 62; 82; 102; 122), das eine zweite Magneteinrichtung (34; 67; 94; 110; 131) umfasst und das zur kraftübertragenden Kopplung des wenigstens einen Kontaktmittels (3; 23; 43; 63; 83; 103; 123) mit einer Traganordnung (10; 32; 52; 72; 92; 112; 132) ausgebildet ist, wobei das Kontaktmittel (3; 23; 43; 63; 83; 103; 123) und das

Stützmittel (2; 22; 42; 62; 82; 102; 122) durch magnetische Wechselwirkung zwischen einem Permanentmagneten (6; 26; 46; 63; 90; 105, 108; 125; 136) und einem Supraleiter (5; 25; 45; 65; 85; 109; 129) kontaktlos kraftübertragend miteinander gekoppelt sind und einen, insbesondere einstellbaren, Arbeitsspalt (4; 24; 44; 64; 84; 124) miteinander ausbilden.

2. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Traganordnung (10; 52) ein Aktor zur Bereitstellung einer Spannbewegung für das Kontaktmittel (3; 43) zugeordnet ist .

3. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stützmittel (22; 62; 82) und/oder dem Kontaktmittel (103; 123) eine dritte Magneteinrichtung (34; 67; 94; 110; 131) mit veränderlichem magnetischen Fluss zugeordnet ist, die für eine Einflussnahme auf die magnetische Wechselwirkung zwischen Stützmittel (22; 62; 82) und Kontaktmittel (103; 123) ausgebildet ist.

4. Spanneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Magneteinrichtung (34; 67; 94; 110; 131) als elektrische Spule ausgebildet ist und dass der dritten Magneteinrichtung (34; 67; 94; 110; 131) eine Ansteuereinrich- tung (35) zugeordnet ist, die zur Bereitstellung eines Spulenstroms an die dritte Magneteinrichtung (34; 67; 94; 110; 131) ausgebildet ist.

5. Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Traganordnung (32; 52; 72; 92) mehrere Stützmittel (22; 42; 62; 82) angeordnet sind, die jeweils für eine magnetische Wechselwirkung mit zugeordneten Kontaktmitteln (23; 43; 63; 83) ausgebildet sind.

6. Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stützmittel (22; 42; 62; 82) zusammen mit den jeweils zugeordneten Kontaktmitteln (23; 43; 63; 83) eine Greifanordnung bilden, bei der die Stützmittel (22; 42; 62; 82) an der Traganordnung (32; 52; 72; 92) in unterschiedliche Raumrichtungen ausgerichtet angeordnet sind.

7. Spanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel (22; 42) zirkulär an der Traganordnung (32; 52) mit in radialer Richtung verlaufenden Kraftrichtungen angeordnet sind.

8. Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Traganordnung und/oder dem Stützmittel (2) und/oder dem Kontaktmittel eine Kühleinrichtung (7, 8) zugeordnet ist.

9. Spanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützmittel als Supraleiter ausgebildet ist und/oder dass das oder die Kontaktmittel als Bestandteil des Spannobjekts ausgebildet sind.

10. Verwendung einer Spanneinrichtung (1; 21; 41; 61; 81; 101; 121) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Einleitung von Spannkräften auf ein Spannobjekt (11; 31; 51) .