SupraMotion 2016 - Impulse für die          Automatisierungsindustrie

 

Supraleiter und ihre Potenziale für die Fabrik- und Prozessautomation

 

Noch befindet sich der Einsatz von Supraleitern im Bereich der Industrieautomation im Entwicklungsstadium. Aber schon heute sind mit der Technologie völlig neue und effiziente Prozesse denkbar. Große Potenziale gibt es überall dort, wo eine berührungslose Lagerung oder Handhabung gefragt ist – beispielsweise aufgrund von Reinigungsaspekten, bei räumlicher Trennung oder im Umgang mit empfindlichen Objekten. Ziel von Festo ist es, gemeinsam mit evico und Partnern aus der Wissenschaft die Erforschung von Supraleitern für den industriellen Einsatz voranzutreiben und die Technologie kontinuierlich weiterzuentwickeln.

Festo zeigt auf der Hannover Messe 2016 drei neue Anwendungsmöglichkeiten: die berührungslose Übergabe von schwebenden Trägerplatten in der Horizontalen, das mechanische Greifen bei räumlicher Trennung und die Bewegung eines Objekts in einem geschlossenen Rohr.

SupraMotion 2016 demonstriert einmal mehr die faszinierenden Eigenschaften von Supraleitern. Kühlt man sie auf eine bestimmte Temperatur ab, können sie das Feld eines Permanentmagneten in einem definierten Abstand einfrieren, sodass entweder sie selbst schweben oder der Magnet. Der Schwebespalt bleibt in jeder Raumlage stets stabil. Dieses Phänomen ermöglicht es, Objekte berührungslos zu lagern und zu bewegen – mit geringem Energieaufwand und ganz ohne Regelungstechnik.

SupraGripper

SupraGripper

Beim SupraGripper schweben zwei Greifer mit je drei Fingern frei über zwei halbmondförmigen Platten. Der Schwebeeffekt wird durch insgesamt drei Kryostate erzielt, die unterhalb der Platten verbaut sind und sich mit Elektrozylindern jeweils nach oben und unten fahren lassen. Dadurch schweben die Greifer entweder über den Platten oder werden auf ihnen abgelegt. Zusätzlich können die beiden Platten mithilfe von zwei Drehantrieben rotiert und gezielt positioniert werden, sodass sich die beiden Greifer von einem Kryostaten zum nächsten transportieren lassen. Fünf Controller CMMO-ST steuern dabei sowohl Zylinder als auch Drehantriebe. Sie verfügen über modernste Kommunikationstechnik wie Ethernet oder IO-Link und beziehen ihre Daten aus der Festo Cloud, was eine schnelle Inbetriebnahme ermöglicht.

Zu Beginn übergeben zwei konventionelle Greifer den beiden schwebenden Greifern jeweils ein Objekt. Um es zu greifen, geben auf den Kryostaten sitzende elektrische Spulen einen Impuls ab. Dieser löst die gespeicherte Verbindung zu den magnetischen Greiferelementen oder stellt sie wieder her, wodurch die einzelnen Fingerelemente nach unten oder oben klappen und sich die Greifer öffnen oder schließen.

Anwendungsmöglichkeiten und Einsatzpotenziale

Die räumliche Trennung von magnetischem Greifer und supraleitendem Antrieb eröffnet völlig neue Lösungsmöglichkeiten in rauen bis hin zu äußerst reinen Umgebungen – beispielsweise in der Pharma- und Chemieindustrie, der Laborautomation oder der Medizintechnik.

Der elektrische Impuls zum Öffnen und Schließen der Finger ermöglicht ein berührungsloses mechanisches Greifen über einer geschlossenen Oberfläche und sogar in geschlossenen Räumen. Ebenso wäre ein Greifen und Übergeben von Produkten mitsamt dem Greifsystem über die Grenzen des Handlings hinweg denkbar. Statt der beiden Drehteller könnte unterhalb der Anwendung ein Förderband laufen. Dabei ließe sich – je nach Bedarf – steuern, ob der Greifer oder das Greifgut mittransportiert werden soll.

SupraTube

SupraTube

Das Exponat zeigt, wie eine Bewegung in einer geschlossenen Röhre ohne jeglichen Durchgriff von außen ausgeführt werden kann. Mit einem etwas abgewandelten Aufbau könnten Antriebe mit einer Supraleiter-Magnetkopplung entlang der Längsachse des Rohrs verbaut werden, die ein Reinigungsgerät völlig kontaktfrei hindurchführen.

Alternativ könnte der Inhalt eines geschlossenen Behälters – etwa gefährliche Flüssigkeiten oder explosive Gase – sicher von außen in eine rotative Bewegung versetzt werden.

Kontaktfreie Reinigung im fluiden Umfeld

Zentrales Element der Anwendung ist eine Glasröhre, die einen Durchmesser von 250 Millimetern hat und mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. An beiden Enden des Rohrs ist jeweils ein runder Kryostat mit Supraleitern angebracht. Innerhalb der Röhre befindet sich ein runder Magnetpuck, der auf beide Kryostate mit einem Schwebeabstand von etwa fünf Millimetern gepinnt ist und zu Beginn unter dem oben positionierten Kryostaten hängt.

Um die beiden Kryostate herum ist jeweils ein Magnetring angebracht. Mit einem Schrittmotor kann er in eine Drehbewegung versetzt werden, die sich auf den schwebenden Magneten in der Röhre überträgt. An der Unterseite der beiden Kryostate ist außerdem eine elektrische Spule installiert, die den Magneten mit einem Impuls abstößt. Dadurch taumelt dieser im Rohr mit einer Kreiselbewegung abwärts und wird am unteren Ende von dem Supraleiter im anderen Kryostat wieder kontrolliert eingefangen und genau zentriert.

Anschließend lässt sich die komplette Einheit über einen Festo-Drehmotor vom Typ DRRD vertikal um 180 Grad kippen, sodass der Vorgang wieder von vorne beginnt.

SupraJunction

SupraJunction

SupraJunction zeigt den berührungslosen Transport von Objekten über geschlossene Oberflächen hinweg und durch Schleusen hindurch. Dazu werden zwei magnetische Trägerplatten mit kleinen Glasbehältern auf einem Rundkurs transportiert, indem sie von einem Supraleiter-Element auf einem Transportsystem zum nächsten Element auf einem anderen System übergeben werden. Für die Übergabe sind insgesamt vier Kryostate mit Supraleitern unter dem Rundkurs verbaut. Zwei von ihnen sitzen auf den beiden horizontal angebrachten elektrischen Achsen vom Typ ELGA und können dadurch nach links und rechts bewegt werden. Zwei weitere Kryostate sind fest unterhalb der beiden Schleusen installiert.

Automatische Einheit zum Fixieren des Schwebeabstands

Damit die beiden Trägerplatten ihre Schwebehöhe von fünf Millimetern über allen Kryostaten konstant halten, werden ihre Magnetfelder im Voraus gespeichert. Dazu befindet sich an der Außenseite des Exponats ein fest installierter Magnetschlitten, der als automatisierte Einheit zum Einfrieren der Schwebeabstände dient. Er entspricht in Form und Magnetisierung den beiden Trägerplatten, sodass diese über jedem Kryostat im selben Abstand  fixiert werden.

Die berührungslose Übergabe von den beweglichen auf die fest montierten Kryostate  findet immer am Eingang der Schleusen statt. Der bewegliche Kryostat fährt dabei vor das Schleusentor, das sich öffnet. Ein Elektromagnet, der an einer externen Achse neben der Schleuse befestigt ist, zieht die Trägerplatte vom einen auf den anderen Kryostaten in Wirkrichtung der Magnetschienen. Damit realisiert Festo erstmals die automatisierte Übergabe von einem System zu einem anderen in der Waagerechten und ermöglicht den schwebenden Transport in langen Prozessketten und über Systemgrenzen hinweg.

Einfache Reinigung und geschützter Transport

Während des gesamten Vorgangs schweben die Trägerplatten über einem flachen Wasserbecken. Trägersystem und Automatisierungstechnik sind damit komplett voneinander getrennt, was die Komponenten vor Verschmutzung schützt und eine sehr einfache Reinigung ermöglicht – ideal für eine Anwendung in der Verpackungsindustrie oder der Pharmabranche.