WO2016184514A1 - Kopplungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung (1; 21) für eine Kopplung einer Antriebseinrichtung (2; 22) mit einem Abtriebselement (7; 27), mit einer Antriebseinrichtung (2; 22), die für eine Bereitstellung einer Antriebsbewegung ausgebildet ist und der eine erste Magneteinrichtung zugeordnet ist, und mit einem zur Bewegung durch die Antriebseinrichtung (2; 22) vorgesehenen Abtriebselement (7; 27), dem eine zweite Magneteinrichtung zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die eine Magneteinrichtung einen Supraleiter (15; 28) umfasst und dass die andere Magneteinrichtung eine Permanentmagnetanordnung (16) und/oder eine Magnetspulenanordnung (31) umfasst, wobei die Magneteinrichtungen für eine magnetische Wechselwirkung ausgebildet sind, mit der eine kontaktlos kraftübertragende und kraftbegrenzende Kopplung zwischen dem Supraleiter (15; 28) und der Permanentmagnetanordnung (16) und/oder Magnetspulenanordnung (31) mit einem vorgebbaren Arbeitsabstand zueinander gewährleistet ist.

Description

Kopplungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kopplungseinrichtung für eine Kopplung einer Antriebseinrichtung mit einem Abtriebselement, mit einer Antriebseinrichtung, die für eine Bereitstellung einer Antriebsbewegung ausgebildet ist und der eine erste Magneteinrichtung zugeordnet ist, und mit einem zur Bewegung durch die Antriebseinrichtung vorgesehenen Abtriebselement, dem eine zweite Magneteinrichtung zugeordnet ist.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl unterschiedlicher Kopplungseinrichtungen bekannt, mit denen eine Antriebseinrichtung mit einem Abtriebselement verbunden werden. Die Antriebseinrichtung ist für eine Bereitstellung einer Antriebsbewegung ausgebildet, um z.B. Werkstücke oder Werkstückträger mit daran oder darin aufgenommenen Werkstücken, insbesondere Behälter für Werkstücke oder Behälter für Fluide, mittels eines Antriebs zwischen unterschiedlichen Bearbeitungspositionen zu bewegen. Typischerweise werden Kopplungseinrichtungen in Handhabungseinrichtungen verwendet, die wenigstens einen Manipulator, wie ein H-Portal mit mehreren angetriebenen Achsen oder einen Industrieroboter mit wenigstens zwei beweglich zueinander angeordneten Armabschnitten, aufweisen. Ferner ist es bekannt, dass Kopplungseinrichtungen in einer Greifein- richtung oder einer Halteeinrichtung verwendet werden, mit der das Werkstück oder der Werkstückträger oder ein Behälter für das Werkstück wahlweise zeitweilig ergriffen und wieder losgelassen werden kann oder so lange fest mit dem Abtriebselement verbunden ist, bis ein vorgebbarer Bearbeitungsschritt abgeschlossen ist und eine Demontage des Werkstücks oder des Behälters vom Abtriebselement 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 von der Antriebseinheit auf das Werkstück oder in umgekehrter Weise auf die Antriebseinheit übertragen werden. Darüber hinaus können bei einem Ergreifen des Werkstücks mit Hilfe der Antriebseinheit auch Beschädigungen am Werkstück entstehen. Schließlich besteht die Gefahr, dass beim Greifen des Werkstücks zwischen der Antriebseinheit und dem Werkstück ein mehr oder weniger großer Versatz entstehen kann, der für die nachfolgende Bearbeitung nicht tolerierbar ist und daher mitunter aufwändig korrigiert werden muss.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Kopplungseinrichtung, die eine verbesserte Handhabung von Werkstücken oder Werkstückträgern ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Kopplungseinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die eine Magneteinrichtung einen Supraleiter umfasst und dass die andere Magneteinrichtung eine Permanentmagnetanordnung und/oder eine Magnetspulenanordnung umfasst und dass der Supraleiter und die Permanentmagnetanordnung und/oder Magnetspulenanordnung für eine magnetische Wechselwirkung ausgebildet sind, mit der eine kontaktlos kraftübertragende und kraftbegrenzende Kopplung zwischen Supraleiter und Permanentmagnetanordnung und/oder Magnetspulenanordnung mit einem vorgebbaren Arbeits- abstand zueinander gewährleistet ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht auch darin, die erfindungsgemäße Kopplungseinrichtung für unterschiedliche Anwendungsbereiche zu verwenden, die nachfolgend noch beschrieben werden.

Mit der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung wird nun die Möglichkeit geschaffen, dass die Antriebseinrichtung und das wenigstens eine Abtriebselement durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem wenigstens einen Supraleiter oder der wenigstens einen Supraleiteranordnung und dem wenigstens einen Permanentmagneten oder der wenigstens einen Permanentmagnetanordnung und/oder der wenigstens einen Magnetspulenanordnung, die den jeweiligen Magneteinrichtungen zugehörig sind, kontaktlos kraftübertragend miteinander verbunden sind und somit keinen mechanischen Kontakt zueinander aufweisen. Hierdurch kann beispielsweise das Abtriebselement in elektrischer Hinsicht potentialfrei gehalten werden, selbst wenn die Antriebseinrichtung auf einem elektrischen Potential liegt. Ferner ist vorgesehen, dass aufgrund der magnetischen Wechselwirkungen zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagnet das Abtriebselement, an welchem z.B. ein Werkstück befestigt ist, positionsgenau gegenüber der Antriebseinrichtung festgelegt ist. Dabei stellen die beiden Magneteinrichtungen, also der wenigstens eine Supraleiter und die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung und/oder Magnetspulenanordnung z.B. Kupplungskomponenten einer lösbaren Kupplung dar. Dennoch können Kräfte und Momente von der Antriebseinrichtung kontaktlos auf das Abtriebselement übertragen werden. Ferner sind die kontaktlos übertragbaren Kräfte und Momente in Ab- hangigkeit von der Ausgestaltung der Magneteinrichtungen und der Konditionierung des wenigstens einen Supraleiters begrenzt, so dass die Kopplungseinrichtung auch als Kraftbegrenzer wirkt. Dabei ist vorteilhaft, dass ein Überschreiten einer maximal übertragbaren Kraft und/oder eines maximal übertragbaren Moments nicht zu einer Beschädigung der Kopplungseinrichtung führt, sondern beliebig ohne negative Einflüsse auf die Kopplungseinrichtung wiederholt werden kann. Bei Einsatz einer Magnetspulenanordnung kann zudem ein Ein- fluss auf den Abstand zwischen den beiden Magneteinrichtungen durch Beeinflussung des an die Magnetspulenanordnung bereitgestellten elektrischen Stroms genommen werden. Ferner kann durch Einflussnahme auf die Energieversorgung für die Magnet - spulenanordnung, beispielsweise durch Abschaltung, Reduzierung oder Umpolung der Energieversorgung die magnetische Wechselwirkung zwischen den Magneteinrichtungen verändert werden und somit ein Ankoppeln und/oder Entkoppeln zwischen Antriebseinrichtung und Abtriebselement erleichtert werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtriebselement ein Trennelement angeordnet ist, das sich zumindest teilweise längs eines für die Antriebseinrichtung und das Abtriebselement vorgesehenen Bewegungswegs erstreckt . Das Trennelement dient zur Trennung eines ersten Raumvolumens von einem zweiten Raumvolumen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung in einem ersten Raumvolumen angeordnet ist, in dem Raumtemperatur, z.B. 20 Grad Celsius, und atmosphärische Bedingungen vorliegen. Demgegenüber kann das wenigstens eine Abtriebselement in einem durch das Trennelement abgetrennten zweiten Raumvolumen angeordnet sein, in dem Temperaturen im Bereich von -200 Grad Celsius (ca. 70 Grad Kelvin) und Reinraumbedingungen vorliegen, wie sie beispielswei- se in einer Speichereinrichtungen für biologische Proben vorliegen können. Die Aufgabe des Trennelements besteht in der Abschottung der beiden Raumvolumina. Ferner ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung ungeachtet der unterschiedlichen klimatischen Bedingungen die gewünschte Kraftübertragung zwischen der Antriebseinrichtung und dem wenigstens einen Abtriebselement gewährleistet. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Magnetanordnung der Abtriebseinrichtung als Supraleiter ausgebildet ist oder eine Supraleiteranordnung umfasst, so dass bei den vorstehend angeführten klimatischen Bedingungen im zweiten Raumvolumen bei Verwendung eines Typ- II-Supraleiters, beispielsweise Yttriumbariumkupferoxid

(YBCO) , keine zusätzliche Kühlung für das wenigstens eine Abtriebselement erforderlich ist.

Erfindungsgemäß ist die Antriebseinrichtung als Manipulator, insbesondere als Industrieroboter, für eine Durchführung von Bewegungen des Abtriebselements längs eines frei wählbaren dreidimensionalen Bewegungswegs ausgebildet. Ein Vorteil besteht darin, dass für die Positionierung des Abtriebselements als zweiter Kupplungskomponente gegenüber der Antriebseinrichtung als erster Kupplungskomponente keine zusätzliche Steuerung oder Regelung zur Beeinflussung eines räumlichen Abstands erforderlich ist. Vielmehr wird der räumliche Abstand zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtriebselement durch die Konditionierung oder „Programmierung" des Supraleiters während der Abkühlung auf oder unter seine Sprungtemperatur mit Hilfe eines von außen aufgeprägten Magnetfelds festgelegt und bleibt zumindest innerhalb eines vorgebbaren Kraft-und/oder Momentenbereichs für die zwischen der Antriebseinrichtung und dem wenigstens einen Abtriebselement zu übertragenden Kräfte und/oder Momente zumindest nahezu konstant. Ein derartiges System kann z.B. in Fertigungsstraßen in der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden, wobei die Antriebseinrichtung als eine Kupplungskomponente sich an einem Roboterarm und die Antriebseinrichtung als andere Kupplungs- komponente sich an einem Positionierungsgut oder Werkstück, insbesondere einem Fahrzeugteil, z.B. einem Karosserieteil, befindet oder zum Ergreifen eines derartigen Positionierungsguts oder Werkstücks ausgebildet ist. Derartige Karosserieteile werden dann präzise gegriffen und können berührungslos gehandhabt werden. Elektrische Potenziale werden nicht übertragen, ebenso keine Verschmutzungen in Richtung des Positionierungsgutes und in Richtung des Roboterarmes. Dabei ist das Abtriebselement als Träger für das Positionierungsgut ausgebildet .

Bei Varianten der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung als Flurfördereinrichtung für eine Durchführung von Bewegungen des Abtriebselements in einer Flurebene längs eines mehrdimensionalen, insbesondere zweidimensionalen Bewegungswegs ausgebildet ist. Eine solche Flurfördereinrichtung bewegt sich beispielsweise auf Rollen oder Rädern auf einem ebenen Untergrund, beispielsweise dem Boden einer Industriehalle. Die Bewegung der Flurfördereinrichtung erfolgt beispielsweise entlang von Induktionsschleifen oder anderen fest vorgegebenen Bahnen oder kann frei programmiert werden. Eine solche Antriebseinrichtung weist neben einem Antrieb für die Rollen oder Räder vorzugsweise eine Kühleinrichtung auf, die für eine Abkühlung der zugeordneten Magnet - einrichtung auf oder unter eine Sprungtemperatur eines der Magneteinrichtung zugehörigen Supraleiters ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Abtriebselement als Permanentmagnet oder Permanentmagnetanordnung ausgebildet sein und/oder eine Magnetspulenanordnung umfassen und wird bei einer Bewegung der Flurfördereinrichtung längs der vorgegebenen Bewegungs- bahn kontaktlos, insbesondere schwebend, mit befördert. Sofern das Abtriebselement eine Magnetspulenanordnung aufweist, kann diese zumindest zeitweilig kontaktlos oder kontaktbehaftet mit elektrischer Energie versorgt werden und damit ein Magnetfeld bereitstellen, das zur gewünschten magnetischen Wechselwirkung mit der Antriebseinrichtung führt . Bei Veränderung oder Abschaltung der Stromversorgung für die Magnet- spule Anordnung kann das Abtriebselement aus dem Wirkungsbereich der Antriebseinrichtung entfernt werden, ohne hierfür größere Kräfte aufwenden zu müssen. Die Energieversorgung für eine dem Abtriebselement zugeordnete Magnetspulenanordnung kann beispielsweise als Akkumulator ausgebildet sein.

Alternativ ist die Antriebseinrichtung als umlaufende Förderkette aus einer Vielzahl von beweglich miteinander gekoppelten Kettengliedern ausgebildet, wobei eine Magneteinrichtung als Magnetspulenanordnung ausgebildet ist. Durch die Ausgestaltung einer der Magneteinrichtungen als Magnetspulenanordnung wird eine schaltbare Kopplung zwischen der Antriebseinrichtung und dem wenigstens einen Abtriebselement ermöglicht. Dabei kann wahlweise vorgesehen sein, dass Kettenglieder der Antriebseinrichtung jeweils mit Magnetspulenanordnungen versehen sind oder dass die Abtriebselemente mit Magnetspulenanordnungen ausgerüstet sind. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung in einem ersten Raumvolumen angeordnet ist, das mit Hilfe einer Trenneinrichtung von einem zweite Raumvolumen getrennt ist, in dem die Abtriebselemente bewegt werden. Beispielsweise können die Abtriebselemente als Träger für chemische und/oder biologische Proben ausgebildet sein, die in einem hermetisch isolierten Raumvolumen unterschiedlichen Verarbeitungs- oder Behandlungsschritten zugeführt werden und die kontaktlos mit Hilfe der Antriebseinrichtung bewegt werden können. Durch die Ausgestaltung einer der Magneteinrichtungen als Magnetspulenanordnung kann eine einfache Einkopplung und Auskopplung der Abtriebselemente von den Magneteinrichtungen, die den Kettengliedern der Antriebseinrichtung zugeordnet sind, erfolgen.

Der Supraleiter und die Permanentmagnetanordnung und/oder die Magnetspulenanordnung bilden erfindungsgemäß selbstjustierende Kupplungskomponenten. Dies wird durch das in den Supraleiter während der Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur eingeprägte Magnetfeld, das dort zu sogenannten Flußschläuchen bzw. zu einem sogenannten Pinning führt, bewirkt. Die Permanentmagnetanordnung bzw. die Magnet - spulenanordnung stellen ein Magnetfeld bereit, das nur dann nicht zu magnetischen Wechselwirkungen des Supraleiters führt, wenn das Magnetfeld dem im Supraleiter eingeprägten Magnetfeld entspricht, andernfalls wirken magnetische Reaktionskräfte vom Supraleiter auf die Permanentmagnetanordnung bzw. die Magnetspulenanordnung, die zu der gewünschten ortsfesten Beziehung zwischen den Magnetanordnungen führt. Räumliche Abweichungen zwischen den Magnetanordnungen, insbesondere beim Ergreifen, werden selbstständig durch die magnetischen Wechselwirkungen korrigiert, so dass die Magnetanordnungen stets die vorgegebene Position beibehalten, sofern nicht Kräfte oder Momente einwirken, die erheblich größer sind und die trotz entgegengesetzter Kraftwirkung der magnetischen Wechselwirkgen zu einer räumlichen Verlagerung der einen Magnetanordnung von der anderen Magnetanordnung führen.

Bei Verwendung einer als Permanentmagnetanordnung ausgebildeten Magnetanordnung ist vorteilhaft, dass diese ein räumlich eindeutiges, konstantes Magnetfeld bereitstellt. Dieses Magnetfeld stellt sicher, dass die Permanentmagnetanordnung, die insbesondere dem Positionierungsgut zugeordnet sein kann, eine vorgebbare Ausrichtung gegenüber dem Supraleiter einnimmt .

Eine Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung Kräfte und Momente übertragend in das Positionierungsgut integriert oder an diesem befestigt ist. Auf diese Weise können z.B. Karosserieteile nicht nur berührungslos ergriffen werden, sie können auch mittels des Handhabungsmittels im Raum bewegt und gedreht werden, ohne dass sie bezüglich des Handhabungsmittels verrutschen. Sie können also in nachfolgende Bearbeitungsmaschinen exakt eingelegt werden.

Eine Variante sieht vor, dass die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung an oder in einem Halter für das Werkstück vorgesehen ist und der Halter das Werkstück greift, z.B.

klemmt. Alternativ kann die wenigstens eine Permanentmagnet- anordnung lösbar am Abtriebselement oder am Positionierungs- gut befestigt sein. Dabei ist die Permanentmagnetanordnung z.B. an das Werkstück geklebt und wird nach der Handhabung oder nach der Bearbeitung von diesem gelöst . Das Gewicht des Positionierungsguts wird auf ein Minimum, nämlich das Gewicht des Werkstücks mit der wenigstens einen Permanentmagnetanordnung, reduziert. Zusätzliche Greifer oder Träger sind nicht erforderlich. Auf diese Weise können wesentlich höhere Kräfte und Momente an das Werkstück übertragen werden, wodurch die Beschleunigung, die Transportgeschwindigkeit und das Bremsmoment beim Handling erhöht werden können. Die am Werkstück befestigte wenigstens eine Permanentmagnetanordnung kann von mehreren unterschiedlichen Supraleitern verwendet werden, denen das gleiche Magnetfeld eingeprägt worden ist. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Handhabungsmittel als Greifarm ausgebildet ist und der Supraleiter als am Greifarm vorgesehene Greifhand dient. Dieser

Greifarm wird z.B. von einem Roboter gebildet, der stationär montiert oder verfahrbar ist. Vorteilhaft kann die Greifhand mit Kühleinrichtung wechselbar am Roboterarm montiert sein, so dass Umrüstungen schnell möglich sind. Außerdem kann die Greifhand mit Supraleiter extern programmiert werden.

Beim Programmieren des Supraleiters ist vorgesehen, dass beim Einprägen und Speichern des Magnetfeldes der wenigstens einen Permanentmagnetanordnung in den Supraleiter eine zweite, zusätzliche Permanentmagnetanordnung verwendet wird, deren Magnetfeld gleich ist wie das Magnetfeld der ersten Permanentmagnetanordnung für das Positionierungsgut. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Flussdichte des Magnetfeldes der zweiten Permanentmagnetanordnung zweifach bis zehnfach größer als die Flussdichte der ersten Permanentmagnetanordnung. Auf diese Weise können vom Supraleiter sehr hohe Kräfte auf das Werkstück übertragen werden, welches dann starr am Roboterarm fixiert ist. Die zweite Permanentmagnetanordnung wird lediglich zur „Programmierung" des Supraleiters verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben sind. Hierbei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer als Industrieroboter ausgebildeten ersten Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung; und Figur 2 eine schematische Darstellung einer als Förderkette ausgebildeten zweiten Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung .

Eine in der Figur 1 dargestellte Kopplungseinrichtung 1 um- fasst eine exemplarisch als Industrieroboter 2 ausgebildete Antriebseinrichtung und ein als GreifWerkzeug 7 ausgebildetes Abtriebselement. Der Industrieroboter 2 umfasst mehrere gelenkig miteinander verbundene Armabschnitte 3, 4, 5 und 6, wobei der Armabschnitt 3 drehbeweglich um eine Drehachse 9 an einem Maschinensockel 8 angebracht ist. Der Armabschnitt 6 ist für eine kontaktlos kraftübertragende Ankopplung des GreifWerkzeugs 7 ausgebildet, so dass durch den Armabschnitt 6 und das GreifWerkzeug 7 eine kontaktlose, selbstadaptierende und kraftbegrenzte Kupplung gebildet wird.

Exemplarisch ist vorgesehen, dass im Armabschnitt 6 eine erste Magnetanordnung untergebracht ist, die beispielhaft als Supraleiter 15 ausgebildet ist. Ferner ist dem Armabschnitt 6 eine ebenfalls nicht dargestellte Kühleinrichtung zugeordnet, die für eine Abkühlung der ersten Magnetanordnung auf oder unter eine materialspezifische Sprungtemperatur des Supraleiters, bei dem es sich beispielsweise um eine Platte oder Folie aus Yttriumbariumkupferoxid handeln kann, ausgebildet ist .

Für die gewünschte kontaktlos kraftübertragende Kopplung des GreifWerkzeugs 7 ist vorgesehen, den Supraleiter 15 im Armabschnitt 6 ausgehend von einer Temperatur oberhalb seiner Sprungtemperatur mit Hilfe der Kühleinrichtung abzukühlen, wobei während dieses Abkühlungsvorgangs ein nicht dargestellter Programmiermagnet ein Magnetfeld in den Supraleiter einprägt, dass dort in Form von Flußschläuchen (Pinning) „ge- speichert" wird. Dabei ist der nicht dargestellte Programmiermagnet derart ausgebildet, dass er ein vom GreifWerkzeug 7 bereitgestelltes Magnetfeld, das von einer Permanentmagnet - anordnung 16 im GreifWerkzeug 7 ausgegeben wird, in einer Weise in den Supraleiter 15 einprägt, dass nachfolgend ein vorgegebener Arbeitsabstand zwischen dem Armabschnitt 6 und dem GreifWerkzeug 7 kontaktlos kraftübertragend eingehalten werden kann.

Bei dem Greifwerkzeug 7 kann es sich beispielsweise um einen elektromechanischen Greifer handeln, bei dem ein nicht dargestellter elektrischer Getriebemotor eine Öffnungs- und

Schließbewegung linearbeweglich gelagerter Greifbacken 10, 11 ermöglicht. Um eine elektrische Versorgung des Greifwerkzeugs 7 zu ermöglichen, ist exemplarisch eine Versorgungsleitung 12 vorgesehen, die sich vom Industrieroboter 2 zum Greifwerkzeug 7 erstreckt und in der gegebenenfalls auch Sensorleitungen ausgehend von einem im Greifwerkzeug 7 angeordneten, nicht dargestellten Sensor an eine Robotersteuerung des Industrieroboters 2 bereitgestellt werden können. Alternativ kann eine kontaktlose Übertragung von Energie zur Betätigung des Greifwerkzeugs 7 und/oder von Sensorinformationen beispielsweise über eine nicht dargestellte induktive Koppelstrecke vorgesehen werden.

Durch die magnetische Wechselwirkung zwischen der Permanent - magnetanordnung im GreifWerkzeug 7 und dem Supraleiter im Armabschnitt 6 wird die gewünschte kontaktlose, selbsteinstellende und kraftbegrenzte Kopplung ermöglicht, wobei im Rahmen eines vorgebbaren Kräfteintervalls keine nennenswerte Relativbewegung zwischen dem Armabschnitt 6 und dem Greif - Werkzeug 7 auftritt. Übersteigen jedoch die auf das Greif - Werkzeug 7 einwirkenden Kräfte das vorgegebene Kräfteinter- vall, so können die magnetischen Wechselwirkungen zwischen Permanentmagnetanordnung und Supraleiter keine ausreichenden Gegenkräfte mehr bereitstellen und es findet eine Abkopplung des GreifWerkzeugs 7 vom Armabschnitt 6 statt. In diesem Fall dient die Versorgungsleitung 12 auch als Schutzeinrichtung, die ein Herabfallen des Greifwerkzeugs 7 und des eventuell davon gegriffenen Werkstücks verhindert. Vielmehr gelangt das GreifWerkzeug 7 in eine Sicherheitsposition, aus der es manuell oder durch geeignete Bewegungen des Industrieroboters 2 wieder in die Vorzugsstellung gegenüber dem Armabschnitt 6 gebracht werden kann, ohne dass hierdurch negative Auswirkungen auf das Greifwerkzeug 7 oder den im Armabschnitt 6 angeordneten Supraleiter entstehen. Bei einer vollständig kontaktlosen Kopplung des GreifWerkzeugs 7 mit dem Supraleiter 15 kann durch geeignete Dimensionierung der für die magnetische Wechselwirkung vorgesehenen Komponenten ein unerwünschtes Abkoppeln des GreifWerkzeugs 7 vermieden werden.

Bei der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Kopplungseinrichtung 21 ist die Antriebseinrichtung als umlaufende Gliederkette 22 ausgebildet und exemplarisch in einem Kettenkasten 23 aufgenommen, der für eine hermetische Abschirmung der Gliederkette 22 gegenüber der Umgebung 24 ausgebildet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Kettenkasten 23 aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist und das vom Kettenkasten 23 umschlossene Raumvolumen 26 mittels einer nicht dargestellten Kühleinrichtung auf eine Temperatur von ca. -200 Grad Celsius (ca. 70 Grad Kelvin) abgekühlt ist. Ferner ist vorgesehen, dass Kettengliedern 25 der Gliederkette 22 jeweils als erste Magnetanordnungen ausgebildete Supraleiter 28 zugeordnet sind, die aufgrund der im Raumvolumen 26 vorherrschenden Temperaturen supraleitende Eigenschaften aufweisen. Während einer Abkühlung auf oder unter ihre Sprungtemperatur wurde den Supraleitern 28 ein äußeres Magnetfeld aufgeprägt, das zu Flußschläuchen in den jeweiligen Supraleitern 28 geführt hat. Durch diese Maßnahme bilden die Supraleiter 28 bei einer Bereitstellung eines Magnetfelds durch die als Abtriebselemente dienenden Schlitten 27 eine magnetische Wechselwirkung aus, die eine kontaktlose Übertragung einer Bewegung von den Kettengliedern 25 auf die Schlitten 27 durch den Kettenkasten 23 hindurch ermöglicht .

Exemplarisch ist vorgesehen, dass jeder der Schlitten 27 für eine Aufnahme eines Werkstücks 29 ausgebildet ist, wobei dieses Werkstück 29 längs einer Förderrichtung 30 befördert werden soll. Jede der Schlitten 27 umfasst eine Magnetspulenanordnung 31, einen beispielsweise als Akkumulator ausgebildeten Energiespeicher 32 sowie eine Steuereinrichtung 33. Die Steuereinrichtung 33 ist zur Bereitstellung eines Spulenstroms an die Magnetspulenanordnung 31 ausgebildet, wobei die elektrische Energie für den Spulenstrom aus dem Energiespeicher 32 bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist der Steuereinrichtung 33 ein Sensor 34 zur Ermittlung einer magnetischen Flussdichte, die von der Magnetspulenanordnung 31 bereitgestellt wird, zugeordnet, so dass gegebenenfalls eine Regelung der Flussdichte erfolgen kann. Hiermit ist beispielsweise die Einhaltung eines vorgebbaren Abstands gegenüber dem Supraleiter 28 möglich. Ergänzend oder alternativ kann die Steuereinrichtung 33 für eine zeitweilige Reduzierung oder Abschaltung des Spulenstroms an die Magnetspulenanordnung 31 ausgebildet sein, um eine Entfernung des Schlittens 27 aus dem Wirkungsbereich des jeweiligen Supraleiters 28 zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise am Ende des Förderwegs für die Gliederkette 22 vorgesehen werden, wo die Schlitten 27 auf ein För- derband 35 aufgenommen werden, das für einen konventionellen Weitertransport der Schlitten 27 ausgebildet ist.

Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Schlitten 27 mit einer nicht dargestellten Permanentmagnetanordnung ausgerüstet ist, um in magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter 28 zu treten.

Claims

Ansprüche

1. Kopplungseinrichtung (1; 21) für eine Kopplung einer Antriebseinrichtung (2; 22) mit einem Abtriebselement (7; 27) , mit einer Antriebseinrichtung (2; 22) , die für eine Bereitstellung einer Antriebsbewegung ausgebildet ist und der eine erste Magneteinrichtung zugeordnet ist, und mit einem zur Be wegung durch die Antriebseinrichtung (2; 22) vorgesehenen Ab triebselement (7; 27) , dem eine zweite Magneteinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Magneteinrichtung einen Supraleiter (15; 28) umfasst und dass die andere Magneteinrichtung eine Permanentmagnetanordnung (16) und/oder eine Magnetspulenanordnung (31) umfasst, wobei die Magneteinrichtungen für eine magnetische Wechselwirkung ausgebildet sind, mit der eine kontaktlos kraftübertragende und kraftbegrenzende Kopplung zwischen dem Supraleiter (15; 28) und der Permanentmagnetanordnung (16) und/oder Magnetspulenanordnung (31) mit einem vorgebbaren Arbeitsabstand zueinander gewährleistet ist.

2. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebseinrichtung (22) und dem Abtriebselement (27) ein Trennelement (23) angeordnet ist, das zumindest teilweise längs eines für die Antriebseinrichtung (23) und das Abtriebselement (27) vorgesehenen Bewegungswegs (30) erstreckt ist.

3. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Supraleiter (15; 28) und die Permanentmagnetanordnung (16) und/oder Magnetspulenanordnung (31) jeweils Kupplungskomponenten darstellen.

4. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (2) als Manipulator, insbesondere als Industrieroboter, für eine Durchführung von Bewegungen des Abtriebselements (7) längs eines frei wählbaren dreidimensionalen Bewegungswegs ausgebildet ist.

5. Kopplungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulator (2) als Greifarm ausgebildet ist und der Supraleiter (15) oder die Permanentmagnetanordnung (16) als am Greifarm vorgesehene Greifhand (6) dient.

6. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung als Flurfördereinrichtung für eine Durchführung von Bewegungen des Abtriebselements in einer Flurebene längs eines mehrdimensionalen, insbesondere zweidimensionalen, Bewegungswegs ausgebildet ist.

7. Kopplungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (22) als umlaufende Förderkette aus einer Vielzahl von beweglich miteinander gekoppelten Kettengliedern (25) ausgebildet ist und dass eine Magneteinrichtung als Magnetspulenanordnung (31) ausgebildet ist.

8. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (7; 27) als Träger für ein Positionierungsgut ausgebildet ist.

9. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung und/oder Magnetspulenanordnung lösbar am Abtriebselement befestigt ist.

10. Kopplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetanordnung (16) ein räumlich eindeutiges Magnetfeld aufweist.