Supraleiter für die ressourcenschonende Industrieautomation

 

Festo und evico entwickeln gemeinsam Anwendungszenarien für den Einsatz supraleitender Magnetlager in der Industrieautomation

 

Erste Forschungsträger für die industrielle Anwendung stellt die Festo AG & Co. KG auf der Hannovermesse 2013 in Halle 15 Stand D07 vor. Mit Festo erprobt nun erstmals ein Anbieter von Automatisierungstechnik den Einsatz von Supraleitern für die ressourcenschonende Produktion der Zukunft. Gemeinsam mit dem Partnerunternehmen evico hat Festo unter dem Titel SupraMotion drei Demonstratoren zur supraleitenden Lagerung entwickelt.

Vom linearen Transport über das Positionieren in der Ebene hin zur Handhabung in einem hermetisch abgedichteten Raum – die drei Exponate demonstrieren die Potenziale der Technologie für die Automation von morgen. Bei SupraLinearMotion, einer Wippkonstruktion, und SupraHandling, einem X-/Y-Tisch, schwebt ein Träger mit Supraleitern berührungslos über einem Magnetfeld. Beim SupraPicker hält ein Greifarm dank Supraleitung einen magnetischen Puck – ebenfalls berührungslos.

SupraLinearMotion

SupraLinearMotion

SupraLinearMotion, Bildrechte: Festo AG & Co. KG

Die Wippe mit schwebender Sitzkonstruktion für eine Person macht die Supraleiter-Lager für Besucher erfahrbar. Getragen von 4 Kryostaten, in denen die Supraleiter mit flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur von 77 K (-196 °C) gekühlt werden, fliegt der Sitz über eine Schiene aus Permanentmagneten. Eine minimale Verkippung um einen Winkel von 4° reicht aus, um den Sitz allein  durch die Schwerkraft getrieben, in Bewegung zu setzten. Einmal angestossen balanciert ein intelligenter Regelmechanismus das Fahrzeug in schwingenden Bewegungen und bringt ihn wieder zum Stillstand.

Gekippt wird die Wippe von einem Festo-Elektrozylinder ESBF.  In der Mitte der Wippe heben vier Elektroantriebe DNCE den Sitzschlitten in der Ruheposition an, damit der Fahrgast sicher auf- und absteigen kann. Während des Einfrierens des Magnetfeldes in den Supraleitern halten sie den Schlitten mit dem gewünschten Abstand zur Magnetschiene um eine Schwebehöhe von 15 mm einzustellen. Koordiniert werden alle elektrischen und pneumatischen Antriebe des Exponats von einem CPX-Terminal im Sockel der Wippe.

Spezifikationen

Länge der Schiene                          6000 mm
Spurweite600 mm
Luftspalt10 - 15 mm
Maximale Traglast1 Person, bis zu 120 kg
Maximale Beschleunigung2,4 m/s^2
Maximale Geschwindigkeit8,6 km/h
SupraHandling

SupraHandling

SupraHandling, Bildrechte Festo AG & Co. KG

SupraHandling vollzieht den Übergang zum Positionieren in einer Ebene. Das Prinzip der eindimensionalen Wippe wurde in kleinerem Maßstab auf einen Kreuztisch zur Bewegung von Objekten in die x- und y-Richtung übertragen.

Angetrieben wird auch SupraHandling durch die Schwerkraft. Eine zwei mal zwei Meter große Grundplatte ist auf einem Kugelgelenk befestigt und kann somit verkippt werden. Auf der Platte ist das Portal montiert, das aus vier Magnetschienen, zwei supraleitenden Schlitten und einem Werkstückträger besteht. Unter der Platte sind im Winkel von 90 ° zwei Festo-Servomotoren EMMS-AS angebracht.

Die beiden Antriebe können die Platte unabhängig voneinander in x- und y-Richtung leicht neigen. Dadurch werden die beiden Schlitten berührungslos in Bewegung gesetzt und schweben über die Magnetschienen. Zwei optische Sensoren in den Ecken der Grundplatte erfassen dabei die Lage der Schlitten. Je nach gewünschter Positionierung des Werkstückträgers steuert das CPX-Terminal die beiden Antriebe an, um die Platte entsprechend zu neigen.

Spezifikationen

Abmessungen                        2000 x 2000 x 1000 mm
Neigungswinkel
Verfahrweg1300 mm
Maximale Traglast x- / y-Achse120 kg / 60 kg
Maximale Beschleunigung 0,70 m/s2 [9,81 * sin (4 °)]
SupraPicker

SupraPicker

SupraPicker, Bildrechte Festo AG & Co. KG

Eine stabile Lagerung auch bei räumlicher Trennung demonstriert der SupraPicker. Er ermöglicht die Manipulation in hermetisch abgedichteten Räumen. Dabei schwebt ein magnetische Greifer in einem definierten Abstand zum Hebelarm mit dem Supraleiterkryostaten. Nach der Aufnahme einer kleinen Flasche bewegt sich der Greifer zu einem mittels Plexiglas von der Umwelt getrennten Raum. Durch eine Schleuse wird die Flasche ins Innere befördert und dort an der gewünschten Position abgestellt. Der Greifmagnet und der Supraleiter sind während dieses Prozesses durch die Plexiglasscheibe getrennt., dennoch wird der Abstand stabil gehalten und die Handhabung ohne Berührung der Wände gewährleistet.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Die Arbeit mit gesundheitsschädlichen oder empfindlichen Stoffen kann in abgeschlossenen Räumen erfolgen, während die Steuerung problemlos von außerhalb möglich ist. Im Gegensatz zu den Demonstratoren SupraLinearMotion und SupraHandling, welche  passiv mit flüssigen Stickstoff gekühlt werden, besitzt der SupraPicker eine aktive elektrische Kühlung, um die entsprechende Temperatur der Supraleiter zu gewährleisten. Daraus ergeben sich weitere Vorteile für den industriellen Einsatz.

Spezifikationen

Supraleiterkryostat

YBCO aktiv gekühlt mit Stirling Kühler

Kälteleistung1,5 W @ 80 K, 90 W Leistungsaufnahme
GreiferNdFeB Magnete im Eisenjoch ø 76 mm
Ablageplätze7 pneumatische Greifer DHEB
Steuerung + Antriebe Festo Systembaukasten