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Supraleitung Schwebender Transport – Supraleitung macht es möglich

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Schon seit mehreren Jahren beschäftigt man sich beim Pneumatik-Spezialisten Festo mit dem Thema Supraleitung. Nach mehreren Konzeptstudien möchte man nun den nächsten Schritt gehen und konkrete Anwendungen adressieren. Wie diese aussehen sollen und warum die Supraleitung vor allem für Labor-Applikationen interessant sein kann, lesen Sie in diesem Beitrag.

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Mit Supra-Junction zeigt Festo den berührungslosen Transport von Objekten auf einem Rundkurs über geschlossene Oberflächen hinweg und durch Schleusen hindurch.
Mit Supra-Junction zeigt Festo den berührungslosen Transport von Objekten auf einem Rundkurs über geschlossene Oberflächen hinweg und durch Schleusen hindurch.
(Bild: Festo)

Esslingen – Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur das Feld eines Permanentmagneten in einem definierten Abstand „einfrieren“ können und ihn so schweben lassen. Der entstehende Spalt bleibt in jeder Raumlage stabil. Auf diese Weise lassen sich Objekte ganz ohne Regelungstechnik berührungslos lagern und mit wenig Energieaufwand bewegen. Nach mehreren Jahren intensiver Forschungsarbeit und drei Jahren Messeerfahrung untersucht Festo nun konkret mit Partnern und Kunden deren Anwendungsideen.

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„Mit Supraleitern lassen sich völlig neue Bewegungsformen realisieren, die zuvor unmöglich schienen. Mittlerweile haben wir zwölf unterschiedliche Konzepte realisiert, die unseren Kunden bereits reichlich Inspiration für Anwendungen gegeben haben. Derzeit arbeiten wir daran, erste Pilotprojekte auf den Weg bringen“, sagt Georg Berner, Leiter Strategische Unternehmensentwicklung Konzern-Holding bei Festo und Projektkoordinator für die Supra-Motion-Konzepte.

Drei neue Applikationen möglich

Mit den drei aktuellen Exponaten zu Supra-Motion erweitert Festo nochmals das Spektrum der bisher gezeigten Lagerungs- und Bewegungsformen: Alle drei Anwendungen verfügen dabei über elektrisch geregelte Kühler mit einer maximalen Leistung von 80 Watt. „Sobald wir unterhalb der Sprungtemperatur von etwa -180 °C sind, können wir die notwendige Kühltemperatur mit der Regelung je nach Systemanforderung genau festlegen – soll der Supraleiter mehr Last tragen, kühlen wir ihn beispielsweise auf niedrigere Temperaturen“, erklärt Georg Berner.

Horizontale Übergabe von schwebenden Trägerplatten

Mit Supra-Junction zeigt Festo den berührungslosen Transport von Objekten über geschlossene Oberflächen hinweg und durch Schleusen hindurch. Zwei Trägerplatten schweben Dank an ihrer Unterseite angebrachten Magnetschienen über den Supraleitern. Sie transportieren kleine Glasbehälter auf einem Rundkurs, indem sie von einem Supraleiter-Element auf einem Transportsystem zum nächsten Element auf einem anderen Handlingsystem übergeben werden.

Bei der berührungslosen Übergabe von einem Kryostat zum anderen zieht ein Elektromagnet, der an einer elektrischen Achse befestigt ist, die Trägerplatte in Wirkrichtung der Magnetschienen auf den nächsten Kryostaten. 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.

Während des gesamten Vorgangs schweben die Platten 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, der Laborautomation, Medizintechnik, Nahrungsmittel- oder der Pharmabranche.

Mechanisches Greifen bei räumlicher Trennung

Beim Supra-Gripper schweben zwei Greifer mit je drei Fingern frei über zwei halbmondförmigen Platten. Mit dieser Technologie könnten zum Beispiel Objekte durch eine Abtrennung hindurch oder in geschlossenen Räumen gegriffen und transportiert werden, was sich zum Beispiel für Reinräume anbietet oder für die Arbeit in Gasen, Vakuum oder in Flüssigkeiten. Der Schwebeeffekt wird durch insgesamt drei Kryostate erzielt, die unterhalb der Platten verbaut sind und sich 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, so dass sich die beiden Greifer von einem Kryostaten zum nächsten transportieren lassen. Um ein Objekt zu greifen, geben auf den Kryostaten sitzende elektrische Spulen einen Impuls ab. Dieser löst bei Bedarf die gespeicherte Verbindung zu den magnetischen Greiferelementen oder stellt sie wieder her. Durch diesen Impuls klappen die einzelnen Fingerelemente nach unten oder oben, wodurch sich die Greifer öffnen oder schließen.

Rotation in einem geschlossenen Rohr

An den beiden Enden einer mit Flüssigkeit gefüllten, geschlossenen Glasröhre ist außen jeweils ein Rundkryostat mit Supraleitern angebracht. Innerhalb der senkrecht stehenden Röhre befindet sich ein Magnetpuck, der auf beide Kryostate mit einem Schwebeabstand von etwa fünf Millimetern gepinnt ist und zu Beginn unter dem oberen Kryostaten hängt. Ein Magnetring um die Kryostate wird mithilfe eines Schrittmotors in eine Drehbewegung versetzt, die er auf den schwebenden Magneten überträgt. Dieser wird mit einem elektrischen Impuls vom Kryostat abgestoßen und treibt in einer Kreiselbewegung abwärts. Am unteren Ende wird er von dem Supraleiter im anderen Kryostat wieder eingefangen und zentriert. xx

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