Supraleiter

Eiskalte Supraleiter ermöglichen eine schwebende Handhabung

Schwebendes, berührungsloses Bewegen, staub- und abriebfreies Arbeiten und sogar die Handhabung durch Wände hindurch: Mit Supraleitern sind völlig neue und bislang undenkbare Anwendungen in der Automatisierungstechnik möglich.

Werkstückträger, die wie von Geisterhand schweben – über den Boden, von der Decke hängend oder sogar vertikal an der Wand entlang. Antriebssystem und Transportgut getrennt durch einen stabilen Schwebespalt – und weder Vakuum noch Wasser, Edelstahl oder Schmutz beeinträchtigen die technische Funktion. Was wie ein fernes Zukunftsszenario klingt, kann heute schon mit Supraleitern realisiert werden.

Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur das Feld eines Permanentmagneten in einem definierten Abstand „einfrieren“ können und ihn dadurch schweben lassen. Der entstehende Luftspalt bleibt in jeder Raumlage stabil.

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Mit Supraleitung gelingt eine räumliche Rotation um 360°

So lassen sich Objekte ganz ohne Regelungstechnik berührungslos lagern und mit wenig Energieaufwand bewegen. Zwar existieren bereits verschiedene Lösungen, um Objekte berührungslos zu lagern und zu führen. Aber nur mit Supraleitung gelingt es, gleichzeitig eine räumliche Rotation um 360° in beliebige Richtungen durchzuführen – ohne aufwendige Regelungstechnik.

Der Supraleitereffekt selbst ist nicht neu: Bereits 1911 entdeckte ihn der niederländische Physiker Heike Kamerlingh Onnes. Seitdem ist die Suche nach supraleitenden Materialien und deren Einsatzmöglichkeiten ein beständiges Forschungsthema. Seit der Entdeckung der keramischen Hochtemperatursupraleiter 1986 werden supraleitende Spulen für die Erzeugung sehr hoher Magnetfelder in Magnetresonanztomografen genutzt, aktuelle Versuche beschäftigen sich mit dem verlustfreien Transport von Strom über lange Strecken.

Die Nutzung des Schwebeeffekts in der industriellen Fertigung war lange ein wenig beachteter Aspekt. Gerade dieser Schwebeeffekt kann aber viele neue Anwendungsfelder in der Automatisierungstechnik eröffnen. Auf den ersten Blick steht zwar der Einsatz einer nicht absolut festen, federnden Verbindung oder Lagerung im Widerspruch zu bisherigen Konstruktionsprinzipien – absolute Präzision gibt es dabei nicht. Hier ist ein Umdenken ist notwendig, ein Aufbrechen bisheriger Fertigungsparadigmen. Dies führt zu völlig neuen Anwendungsideen und Problemlösungen.

Handhabungen in geschlossene Räume hinein

Neben klassischen Automatisierungsfeldern wie dem schwebenden energiearmen Transport von Werkstücken in einer Fertigung kann Automatisierung mit Supraleitern in Bereiche vordringen, die bislang als nicht oder nur sehr schwer automatisierbar galten. So sind beispielsweise eine Handhabung von Objekten durch Wände hindurch oder eine berührungslose Übergabe über Systemgrenzen hinweg möglich, die Festo mit den Demonstratoren „Supra-Picker“ und „Supra-Cycle“ zeigt. Die schwebende Handhabung von Objekten von außen innerhalb eines geschlossenen Raums zeigt das Projekt Supra-Picker.

Ein schwebender Greifer mit supraleitender Lagerung nimmt zunächst ein kleines Fläschchen magnetisch auf, führt es in einen durch Schleusen abgetrennten Raum und stellt es dort auf die vorgesehene Position ab.

Stabile supraleitende Lagerung auch durch Edelstahl hindurch denkbar

Der Demonstrator zeigt damit die Vorteile der berührungslosen, stabilen supraleitenden Lagerung: Ist das Magnetfeld einmal gespeichert, können der Magnet, der die Greiffunktion übernimmt, und der Supraleiter problemlos räumlich voneinander getrennt werden – zum Beispiel durch eine Plexiglaswand, aber auch Edelstahl ist denkbar.

Der Demonstrator Supra-Cycle zeigt die aktive Übergabe eines schwebenden Permanentmagneten von einem Supraleiter-Automatisierungsmodul zu einem anderen. Auf einer Grundplatte sind drei um 360° drehbare Kryostate mit Supraleitern verbaut. Zwei magnetische Objektträger werden jeweils mit einem Schwebeabstand von einigen Millimetern zu den Supraleitern in den Kryostaten eingefroren und anschließend reihum von einem Kryostaten auf den nächsten übergeben. Eine Vorrichtung auf dem Kryostaten sorgt dabei für die notwendige integrierte Intelligenz. Eine mögliche Anwendung, die sich aus dem Supra-Cycle ableiten lässt, ist die berührungslose Übergabe des Objektträgers zwischen zwei Systemen oder über Systemgrenzen hinweg, wodurch beliebig lange Prozessketten möglich werden.

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke MM Maschinenmarkt.

* Annette Ostertag betreut die Unternehmenskommunikation im Bereich Technology bei Festo in 73734 Esslingen-Berkheim, Tel. (07 11) 34 75 38 30, osta@de.festo.com

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