Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
GUIDING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/023566
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a guiding device for connecting a first device part to a second device part in an articulated manner, comprising a first joint section (3; 23; 33; 43; 103) associated with the first device part, and a second joint section (4; 24; 34; 44; 104) associated with the second device part, said joint sections (3, 4; 23, 24; 33, 34; 43, 44; 103, 104) being designed such that the first device part can move, in a combined linear and pivoting motion, relative to the second device part. According to the invention, the first joint section (3; 23; 33; 43; 103) and the second joint section (4; 24; 34; 44; 104) form a magnet arrangement that comprises at least one superconductor (5; 25; 35; 45; 105) and at least one permanent magnet (6; 26; 36; 46; 106) and is designed to mount the first joint section (3; 23; 33; 43; 103) contactlessly relative to the second joint section (4; 24; 34; 44; 104).

Inventors:
BERNER GEORG (DE)
SAWITZKI LAURA (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/002197
Publication Date:
February 18, 2016
Filing Date:
August 11, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
FESTO AG & CO KG (DE)
International Classes:
F16C32/04
Foreign References:
JPS63251624A1988-10-19
DE9403202U11995-03-23
JPH01164813A1989-06-28
US5747426A1998-05-05
Attorney, Agent or Firm:
KOCHER, MARK (DE)
Download PDF:
Claims:
Ansprüche

1. Führungseinrichtung zur gelenkigen Verbindung eines ersten Vorrichtungsteils mit einem zweiten Vorrichtungsteil, mit einem dem ersten Vorrichtungsteil zugeordneten ersten Gelenkteil (3; 23; 33; 43; 103) und mit einem dem zweiten Vorrichtungsteil zugeordneten zweiten Gelenkteil (4; 24; 34; 44; 104), wobei die Gelenkteile (3, 4; 23, 24; 33, 34; 43, 44; 103, 104) für eine kombinierte Linear- und Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsteils gegenüber dem zweiten Vorrichtungsteil ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenkteil (3; 23; 33; 43; 103) und das zweite Gelenkteil (4; 24; 34; 44; 104) eine Magnetanordnung bilden, die wenigstens einen Supraleiter (5; 25; 35; 45; 105) und wenigstens einen Permanentmagneten (6; 26; 36; 46; 106) umfasst und die für eine berührungslose Lagerung des ersten Gelenkteils (3; 23; 33; 43; 103) gegenüber dem zweiten Gelenkteil (4; 24; 34; 44; 104) ausgebildet ist.

2. Führungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetisierung des wenigstens einen Supraleiters (5; 25; 35; 45; 105) oder des wenigstens einen Permanentmagneten (6; 26; 36; 46; 105) längs eines Bewegungswegs (7; 28; 37; 48; 107) der kombinierten Linear- und Schwenkbewegung ausgerichtet ist .

3. Führungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Vorrichtungs- teil, insbesondere dem ersten Gelenkteil (3; 23; 33; 43;

103) , und/oder dem zweiten Vorrichtungsteil, insbesondere dem zweiten Gelenkteil (4; 24; 34; 44; 104), eine Antriebseinrichtung zur Einleitung einer Relativbewegung zwischen den Vorrichtungsteilen zugeordnet ist.

4. Führungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenkteil (3; 23; 33; 43; 103) oder das zweite Gelenkteil (4; 24; 34; 44;

104) oder beide Gelenkteile (3, 4; 23, 24; 33, 34; 43, 44; 103, 104) als Bestandteil einer Antriebseinrichtung (22, 30) ausgebildet sind oder Bestandteile einer Antriebseinrichtung (22, 30) umfassen.

5. Führungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Supraleiter (5; 25; 35; 45; 105) eine Kühleinrichtung zugeordnet ist, die für eine Kühlung des Supraleiters (5; 25; 35; 45;

105) auf oder unter dessen Sprungtemperatur ausgebildet ist.

6. Führungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühleinrichtung eine Generatoranordnung für eine Bereitstellung von elektrischer Energie bei einer Relativbewegung der beiden Gelenkteile (3, 4; 23, 24; 33, 34; 43, 44; 103, 104) zugeordnet ist.

7. Führungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Permanentmagnet (46; 106) eine Geometrie aufweist, die einem Bewegungsweg (7; 28; 37; 48; 107) der kombinierten Linear- und Schwenkbewegung entspricht.

Description:
Führungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Führungseinrichtung zur gelenkigen Verbindung eines ersten Vorrichtungsteils mit einem zweiten Vorrichtungsteil, mit einem dem ersten Vorrichtungsteil zugeordneten ersten Gelenkteil und mit einem dem zweiten Vorrichtungsteil zugeordneten zweiten Gelenkteil, wobei die Gelenkteile für eine kombinierte Linear- und Schwenkbewegung des ersten Vorrichtungsteils gegenüber dem zweiten Vorrichtungsteil ausgebildet sind.

Aus dem Stand der Technik sind Führungseinrichtungen bekannt, die kombinierte Linear- und Schwenkbewegung zweier Vorrichtungsteile zueinander gewährleisten. Exemplarisch hierfür ist das Plattengelenk zu nennen, das beispielsweise als Gleitlager ausgebildet sein kann und das sowohl Linearbewegungen als auch Schwenkbewegungen zweier Vorrichtungsteile zueinander ermöglicht .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine reibungsfrei arbeitende Führungseinrichtung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird für eine Führungseinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Hierbei ist vorgesehen, dass das erste Gelenkteil und das zweite Gelenkteil eine Magnetanordnung bilden, die wenigstens einen Supraleiter und wenigstens einen Permanentmagneten umfasst und die für eine berührungslose Lagerung des ersten Gelenkteils gegenüber dem zweiten Gelenkteil ausgebildet ist.

Für die nachstehende Beschreibung der Erfindung wird zu Grun ¬ de gelegt, dass es sich bei dem Supraleiter um ein Material handelt, das bei Erreichen oder Unterschreitung einer materialspezifischen Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist und das bei einer Abkühlung auf oder unterhalb der Sprungtemperatur ein von außen eingeprägtes Magnetfeld gewissermaßen „speichert". Bei einer nachfolgenden Veränderung des äußeren Magnetfelds werden durch den Supraleiter Gegenkräfte aufgebracht, die dieser Veränderung des Magnetfelds entgegenwirken. Durch Ausnutzung dieses Effekts ist es möglich, eine berührungslose Lagerung der Gelenkteile zueinander zu verwirklichen. Dabei sind die Gelenkteile hinsichtlich ihrer Geometrie und ihrer Magnetisierung derart ausgebildet, dass eine reibungsfreie Linear- und Schwenkbewegung zwischen den Gelenkteilen ermöglicht wird. Als Supraleiter kann beispielsweise das Material Yttrium-Barium-Kupferoxid eingesetzt werden, das rein exemplarisch mit Hilfe von flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur von 77 Kelvin gekühlt werden kann und hierbei bereits seine supraleitenden Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise ist der Supraleiter einem der beiden Gelenkteile zugeordnet, während dem anderen Gelenkteil der wenigstens eine Permanentmagnet zugeordnet ist . Während einer Abkühlung des Supraleiters kann bei manchen Anwendungsfällen oder aus- führungsformen vorgesehen sein, dem Supraleiter wenigstens einen weiteren Permanentmagnet, insbesondere einen sogenannten Programmiermagneten, zuzuordnen, dessen Magnetfeld bei Unterschreiten der Sprungtemperatur im Supraleiter „gespeichert" wird. Sofern die Sprungtemperatur anschließend beibehalten wird, kann nunmehr das andere Gelenkteil mit dem wenigstens einen Permanentmagneten in den Einflussbereich des Supraleiters gebracht und sowohl linearbeweglich als auch ro- tativ in einem vorgegebenen Bewegungsraum gegenüber dem Supraleiter bewegt werden, ohne dass hierbei nennenswerte Reaktionskräfte des Supraleiters hervorgerufen werden.

Bei den Vorrichtungsteilen, die jeweils mit den Gelenkteilen ausgerüstet sind, kann es sich beispielsweise um Komponenten einer Maschine, eines Handhabungsgeräts oder eines Roboters handeln, die schwenkbeweglich zueinander bewegt werden sollen und bei denen im Zuge der kombinierten Linear- und Schwenkbewegung möglichst keine Reibung auftreten soll.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Magnetisierung des wenigstens einen Supraleiters oder des wenigstens einen Permanentmagneten längs eines Bewegungs- wegs der kombinierten Linear- und Schwenkbewegung ausgerichtet ist. Während der Permanentmagnet eine tatsächliche Magnetisierung aufweist, wird vorliegend unter einer Magnetisierung des Supraleiters das im Supraleiter „gespeicherte" Magnetfeld verstanden, welches während einer Abkühlung des Supraleiters auf oder unter seine Sprungtemperatur angelegt wurde.

Für die vorgesehene Linear- und Schwenkbewegung kann je nach Gestaltung der Magnetisierung des wenigstens einen Supraleiters oder des wenigstens einen Permanentmagneten eine konstante Beziehung zwischen Linearbewegung und Schwenkbewegung vorgesehen sein, wie dies beispielsweise bei einer wendeiförmigen Magnetisierung mit konstanter Wendelsteigung der Fall ist. Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass die als Linear- und Schwenkbewegung zwischen den Gelenkteilen vorgese- hene Relativbewegung längs des Bewegungswegs abschnittsweise nur einen Linearanteil und abschnittsweise eine überlagerte Linear- und Schwenkbewegung umfasst. Vorzugsweise ist eine Erstreckung eines Gelenkteils längs des Bewegungswegs gleich oder größer als der Bewegungsweg, während eine Erstreckung des anderen Gelenkteils längs des Bewegungswegs kleiner als der Bewegungsweg ist. Sofern der wenigstens eine Supraleiter als dasjenige Gelenkteil gewählt wird, dessen Erstreckung längs des Bewegungswegs gleich oder größer als der Bewegungs- weg ist, kann durch Variation des von außen während eines Abkühlvorgangs auf oder unter die Sprungtemperatur des Supraleiters aufgeprägte Magnetfeld auch eine Variation des Bewegungswegs vorgenommen werden. Exemplarisch kann in diesem Fall auch vorgesehen werden, dass längs des Bewegungswegs oder insbesondere an wenigstens einem Endbereich des Bewegungswegs gezielt Unregelmäßigkeiten im aufgeprägten Magnetfeld vorgesehen werden. Durch geeignete Auslegung dieser Unregelmäßigkeiten kann beispielsweise eine Rastfunktion in der Art einer Vorzugsstellung zwischen den Gelenkteilen längs des Bewegungswegs und/oder eine Bewegungsdämpfung bei Erreichen des Endbereichs des Bewegungswegs vorgegeben werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Gelenkteil quer zum Bewegungsweg neben dem ersten Gelenkteil angeordnet ist und durch einen Arbeitsspalt vom ersten Gelenkteil beabstandet ist . Durch diese Anordnung der Gelenkteile zueinander kann die Länge des Bewegungswegs frei gewählt werden und hängt insbesondere von der Erstreckung des Supraleiters und des Permanentmagneten längs des Bewegungs- wegs ab. Der Arbeitsspalt ist für die gewünschte reibungslose Relativbeweglichkeit der beiden Gelenkteile erforderlich und wird im Wesentlichen von der Ausgestaltung der Magnetanordnung und der über die Magnetanordnung zu übertragenden Kräfte bestimmt. Vorzugsweise ist der Arbeitsspalt zwischen den Gelenkteilen über den gesamten Bewegungsweg konstant.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem ersten Vorrichtungsteil, insbesondere dem ersten Gelenkteil und/oder dem zweiten Vorrichtungsteil, insbesondere dem zweiten Gelenkteil, eine Antriebseinrichtung zur Einleitung einer Linear- und Schwenkbewegung zwischen den Vorrichtungsteilen zugeordnet ist. Hiermit kann die erfindungsgemäße Führungseinrichtung in einer Vorrichtung wie einer Bearbeitungsmaschine oder einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einem Roboter, eingesetzt werden. Mit Hilfe der Antriebseinrichtung, bei der es sich insbesondere um eine elektrische oder fluidische Antriebseinrichtung handeln kann, werden Antriebskräfte auf die beiden Vorrichtungsteile ausgeübt, sodass die gewünschte Linear- und Schwenkbewegung zwischen den Vorrichtungsteilen gesteuert oder geregelt werden kann. Dabei kann die Antriebseinrichtung zur Bereitstellung einer zyklisch wiederkehrenden oder bedarfsabhängigen Bewegung ausgebildet sein.

Zweckmäßig ist es, wenn das erste Gelenkteil oder das zweite Gelenkteil oder beide Gelenkteile als Bestandteile einer Antriebseinrichtung ausgebildet sind oder Bestandteile einer Antriebseinrichtung umfassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im ersten und/oder zweiten Gelenkteil Komponenten einer Antriebseinrichtung aufgenommen sind, um Antriebskräfte auf das jeweils andere Gelenkteil oder das dem anderen Gelenkteil zugeordnete Vorrichtungsteil auszuüben. Beispielsweise kann in einem der Gelenkteile eine elektrische Spulenanordnung angeordnet sein, die zur Erzeugung eines dynamischen Magnetfelds vorgesehen ist, um hierüber eine Kraftrückwirkung auf das andere Gelenkteil auszuüben und eine Relativbewegung des anderen Gelenkteils zu bewirken. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem wenigstens einen Supraleiter eine Kühleinrichtung zugeordnet ist, die für eine Kühlung des Supraleiters auf oder unter dessen Sprungtemperatur ausgebildet ist. Sofern nicht ein Betrieb der gesamten Führungseinrichtung in einer gekühlten Umgebung vorgesehen ist, in der eine Temperatur auf oder unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters herrscht, ist eine Kühlung des Supraleiters erforderlich, um die Sprungtemperatur während des Betriebs der Führungseinrichtung aufrechterhalten oder unterschreiten zu können. Beispielsweise kann die Kühleinrichtung als sogenannter Kryostat ausgeführt werden, bei dem wahlweise eine Kühlflüssigkeit, insbesondere ein verflüssigtes Gas wie Stickstoff, den Supraleiter umspült oder durch Verdampfung eines verflüssigten Gases die Sprungtemperatur eingehalten oder unterschritten werden kann. Alternativ kann die Kühleinrichtung auch als elektrischer

Kryostat ausgebildet sein, bei dem die Kühlwirkung mit Hilfe elektrischer Energie hervorgerufen wird, was insbesondere bei stationärer Anordnung der Kühlexnrichtung am Supraleiter von Vorteil ist. Bei einer weiteren Ausgestaltung kann eine nur zeitweilige Kühlung des Supraleiters vorgesehen werden, beispielsweise durch Aufsprühen eines Kühlfluids wie verflüssigtem Stickstoff, auf die Oberfläche des Supraleiters. Eine Dosierung der Menge des aufgesprühten Kühlfluids sowie eine Frequenz für den Sprühvorgang sind von den Umgebungsbedingungen des Supraleiters abhängig.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühleinrichtung eine Generatoranordnung für eine Bereitstellung von elektrischer Energie bei einer Relativbewegung der beiden Gelenkteile zugeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung der Führungseinrichtung ist insbesondere dann von Interesse, wenn eine regelmäßige, insbesondere gleichförmige, Bewegung der beiden Gelenkteile zueinander stattfindet. In diesem Fall kann ein Teil der Bewegungsenergie, die von einer zugeordneten Antriebseinrichtung an die beiden Gelenkteile und die damit verbundenen Vorrichtungsteile bereitgestellt wird, über die Generatoranordnung in elektrische Energie umgewandelt werden. Mit Hilfe dieser elektrischen Energie kann die dem Supraleiter oder der Supraleiteranordnung zugeordnete Kühleinrichtung betrieben werden. Beispielsweise kann die Generatoranordnung eine Spulenanordnung umfassen, die einem der beiden Gelenkteile zugeordnet ist, wobei eine Anregung dieser Spulen durch die im anderen Gelenkteil angeordnete Permanentmagnetanordnung oder den wenigstens einen Permanentmagneten erfolgen kann. Durch diese Maßnahmen kann auf eine separate Zufuhr von elektrischer Energie an die entsprechend ausgebildete Kühleinrichtung verzichtet werden, sodass ein einfacher Aufbau für die Führungseinrichtung gewährleistet werden kann. Vorzugsweise ist die Spulenanordnung dem Supraleiter zugeordnet und insbesondere aus einem supraleitenden Material hergestellt, um eine Generatorfunktion mit einem hohen Wirkungsgrad gewährleisten zu können.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Permanentmagnet eine Geometrie aufweist, die einem Bewegungsweg der kombinierten Linear- und Schwenkbewegung entspricht. Hierdurch wird ein Feldlinienverlauf für den vom Permanentmagneten bereitgestellten magnetischen Fluss vorgegeben, der bei Wechselwirkung mit dem wenigstens einen Supraleiter zu einer überlagerten Linear- und Schwenkbewegung des Permanentmagneten relativ zum Supraleiter führen kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Erstreckung des Supraleiters längs des Bewegungswegs erheblich kürzer als eine Erstreckung des Bewegungswegs ist, um insbesondere in gekrümmten Abschnitten des Bewegungswegs ein Auftreten von unerwünschten Reaktions- kräften zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagneten zumindest weitgehend zu vermeiden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt: eine erste Ausführungsform einer Führungseinrich- tung, die für eine kombinierte Linear- und Schwenk bewegung längs eines wendeiförmigen Bewegungswegs ausgebildet ist, eine zweite Ausführungsform einer Führungseinrich ¬ tung, die für eine kombinierte Linear- und Schwenk bewegung ausgebildet ist und bei der eine Schwenk ¬ achse zumindest parallel zu einem linearen Bewegungsweg ausgerichtet ist, eine dritte Ausführungsform einer Führungseinrichtung, bei der eine Schwenkachse normal zu einem Ii nearen Bewegungsweg ausgerichtet ist, eine perspektivische Darstellung des Supraleiters zur Verwendung mit den Führungseinrichtungen gemäß den Figuren 2 und 3, eine vierte Ausführungsform einer Führungseinrichtung, bei der eine Geometrie des Permanentmagneten an einen Verlauf der kombinierten Linear- und Schwenkbewegung angepasst ist,

Figur 6 die Führungseinrichtung gemäß der Figur 5 in einer ersten Funktionsstellung, Figur 7 die Führungseinrichtung gemäß den Figuren 5 und 6 in einer zweiten Funktionsstellung,

Figur 8 eine fünfte Ausführungsform einer Führungseinrichtung, bei der es sich um eine Abwandlung der Führungseinrichtung gemäß den Figuren 3 und 4 handelt.

Die in Figur 1 dargestellte erste Ausführungsform einer Führungseinrichtung 101 umfasst ein erstes Gelenkteil 103, das exemplarisch als Anordnung von zwei Supraleitern 105 ausgebildet ist, sowie ein zweites Gelenkteil 104, das als Stab mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist und an dessen Oberfläche ein wendeiförmig aufgebrachter, bandförmiger Permanentmagnet 106 angeordnet ist. Beide Gelenkteile 103 und 104 können mit nicht näher dargestellten Vorrichtungsteilen verbunden sein, beispielsweise mit Armabschnitten eines Industrieroboters oder beweglich miteinander zu verbindenden Komponenten einer Handhabungsvorrichtung.

Beispielhaft ist das erste Gelenkteil U- förmig ausgebildet, wobei die beiden U-Schenkel 108, 109 in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. An jedem der beiden U-Schenkel ist ein Supraleiter 105 aufgenommen, der jeweils quer zu einer Erstreckung des jeweiligen U-Schenkels 108, 109 magneti- siert wurde. Beispielsweise kann eine solche magnetische Programmierung der beiden Supraleiter 105 durch Positionieren eines geeigneten Stabmagneten während einer Abkühlung der Supraleiter 105 auf oder unter ihre Sprungtemperatur vorgenommen werden.

Exemplarisch wird davon ausgegangen, dass die Führungseinrichtung 101 in einer Umgebung eingesetzt werden soll, in der eine Temperatur vorliegt, die gleich oder geringer als die Sprungtemperatur der Supraleiter 105 ist, so dass keine indi- viduelle Kühlung der beiden Supraleiter 105 zur Aufrechterhaltung des Supraleitereffekts notwendig ist.

Das stabförmig ausgebildete zweite Gelenkteil 104 weist einen wendeiförmigen Permanentmagneten 106 aus einem Bandmaterial auf, der in einer wendeiförmigen Ausnehmung eines zylindrisch ausgebildeten Grundkörpers 110 aufgenommen ist. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet 106 derart magnetisiert , dass der magnetische Fluss und die daraus resultierenden Feldlinien entlang einer längsten Kante des Permanentmagneten 106, die den Bewegungsweg 107 bestimmt, erstreckt sind.

Bei Annäherung des zweiten Gelenkteils 104 an das erste Gelenkteil 103 stellt sich die Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten 106 und den Supraleitern 105 ein, so dass anschließend bei einer Einleitung einer Linearbewegung, beispielsweise durch kontaktlose Krafteinleitung mittels einer elektrischen Spule, auf das zweite Gelenkteil längs einer Mittelachse 111 eine überlagerte Rotationsbewegung des zweiten Gelenkteils 104 um die Mittelachse III entsprechend dem Bewegungsweg 107 hervorgerufen wird. Findet hingegen eine Einleitung eines Drehmoments auf das zweite Gelenkteil 104 statt, was zu einer Rotation des zweiten. Gelenkteils 104 um die Mittelachse 111 führt, so stellt sich auch eine Linearbewegung des zweiten Gelenkteils 104 längs der Mittelachse 111 ein, so dass die resultierende, überlagerte Linear- und

Schwenkbewegung dem wendeiförmigen Bewegungsweg 107 entspricht .

Bei einer nicht dargestellten Variante der Führungseinrich- tung 101 ist das erste Gelenkteil mit den Permanentmagneten ausgerüstet und das zweite Gelenkteil trägt einen bandförmigen Supraleiter. Eine „Speicherung" eines wendeiförmigen Magnetfelds im Supraleiter erfolgt durch geeignete Positionie- rung eines bandförmigen Permanentmagneten auf das zweite Gelenkteil während der Abkühlung auf oder unterhalb der Sprungtemperatur. Hier kann vorgesehen werden, dass an einer oder mehreren Positionen längs des wendelförmigen Bewegungswegs gezielt lokale Unregelmäßigkeiten des aufgeprägten Magnetfelds vorgegeben werden, um beispielsweise Rastfunktionen und/oder Dämpfungsfunktionen, insbesondere Endlagendämpfungsfunktionen, bei der Relativbewegung der beiden Gelenkteile vorzugeben.

Bei der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Führungseinrichtung 1 ist das erste Gelenkteil 3 in der Art einer Rinne mit kreissegmentförmigen Querschnitt ausgebildet und das zweite Gelenkteil 4 ist rein exemplarisch kugelförmig ausgebildet. Ferner ist das erste Gelenkteil 3 vollständig als Supraleiter 5 dargestellt, wobei dies lediglich der Illustration dient und in der Praxis anders umgesetzt werden kann, beispielsweise durch Anordnung einer rin- nenförmigen Supraleiters in eine rinnenförmige Tragstruktur. Das zweite Gelenkteil 4 ist im Äquatorialbereich als Permanentmagnet 6 ausgebildet, wobei eine Unterteilung des Permanentmagneten 6 in permanentmagnetische Kugelabschnittssegmente vorgesehen ist, deren Randlinien in der Art von Längengraden über dem kugelförmigen Gelenkteil 4 verlaufen. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Kugelabschnittssegmente des Permanentmagneten 6 jeweils in radialer Richtung nach außen ausgehend von einem Kugelzentrum magnetisiert sind und dass benachbart angeordnete Kugelabschnittssegmente jeweils gegensinnig magnetisiert sind.

Bei der Führungseinrichtung 1 ist vorgesehen, dass das zweite Gelenkteil 4 linearbeweglich entlang eines in der Figur 4 näher dargestellten Bewegungswegs 7 relativ zum ersten Gelenkteil 3 verschoben werden kann, ohne dass hierbei unerwünschte Reaktionskräfte des Supraleiters 5 auftreten. Dies wird da ¬ durch erreicht, dass der Supraleiter 5 während einer Abküh ¬ lung auf oder unter seine Sprungtemperatur exemplarisch mit einer Programmiermagnetanordnung 8 versehen wird, die mehrere geeignet magnetisierte Permanentmagnete 9 umfasst. Die Mag ¬ netfelder dieser Permanentmagnete 9 werden bei Erreichen der Sprungtemperatur im Supraleiter 5 „gespeichert". Nach Entfer ¬ nen der Programmiermagnetanordnung 8 kann nunmehr das zweite Gelenkteil 4 in den Einflussbereich des Supraleiters 5 ge ¬ bracht werden, wodurch eine magnetische Wechselwirkung zwischen den beiden Gelenkteilen 3 und 4 hervorgerufen wird. Bei der Führungseinrichtung gemäß der Figur 2 ist zusätzlich zu einer linearen Beweglichkeit des zweiten Gelenkteils 4 gegenüber dem ersten Gelenkteil 3 eine Schwenkbewegung des Gelenkteils 4 um eine parallel zum Bewegungsweg 7 ausgerichtete Schwenkachse vorgesehen, dies wird durch die entsprechende Magnetisierung des Permanentmagneten 6 ermöglicht.

Bei der in Figur 3 dargestellten dritten Ausführungsform einer Führungseinrichtung 21 weist das zweite Gelenkteil 24 einen Permanentmagneten 26 auf, der als Anordnung von kreisab- schnittsförmigen Permanentmagnetplatten 27 ausgebildet ist. Dabei weisen die Permanentmagnetplatten 27 eine gemäß der Darstellung der Figur 3 in vertikaler Richtung ausgerichtete Magnetisierung auf, wobei benachbart angeordnete Permanentmagnetplatten 27 gegensinnig magnetisiert sind. Durch dies Magnetisierung kann das zweite Gelenkteil 24 gegenüber dem ersten Gelenkteil 23, das in gleicher Weise wie das Gelenkteil 3 ausgebildet ist und auch in gleicher Weise mittels der Programmiermagnetanordnung 8 auf oder unter seine Sprungtemperatur abgekühlt wurde, längs des linearen Bewegungswegs 28 verschoben werden und zudem um eine Vertikalachse 32 rotiert werden, ohne dass hierbei nennenswerte Reaktionskräfte des Supraleiters 25 hervorgerufen werden.

Vorzugsweise sind im Supraleiter 25 mehrere benachbart zueinander angeordnete und in radialer Richtung ausgerichtete Ausnehmungen 29 eingebracht, die zur Aufnahme von elektrischen Spulen 30 ausgebildet sind. Spulenachsen der Spulen 30 sind quer zum Bewegungsweg 28 ausgerichtet. Mit Hilfe der Spulen 30, die insbesondere aus einem supraleitenden Material hergestellt sein können, kann ein magnetisches Wanderfeld oder Lorentzkräfte längs des Bewegungswegs erzeugt werden, um eine magnetische Krafteinwirkung auf das zweite Gelenkteil 24 zu erzielen. Hierzu sind die Spulen 30 mit einer Steuerungseinrichtung 22 elektrisch verbunden, die die Spulenströme in Abhängigkeit von einer Position des zweiten Gelenkteils 24 längs des Bewegungswegs 28 bereitstellt. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, dass die Spulen 30 in einer Generatorfunktion genutzt werden, indem bei einer Relativbewegung der Gelenkteile 23, 24 zueinander in den Spulen 30 induzierte Ströme an die Steuerungseinrichtung 22 bereitgestellt werden und diese die bereitgestellten Ströme für eine interne Energieversorgung oder für eine Energieversorgung eines weiteren, nicht dargestellten Verbrauchers einsetzen kann. Beispielhaft kann vorgesehen werden, dass die Steuerungseinrichtung 22 mit Hilfe der induzierten Ströme eine Sendeeinrichtung betreibt, mit der beispielsweise Informationen über die Bewegungsgeschwindigkeit des zweiten Gelenkteils 24 gegenüber dem ersten Gelenkteil 23 an. eine nicht näher dargestellte, übergeordnete Steuerungseinrichtung übertragen werden. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung 22 mit Hilfe der induzierten Ströme eine elektrisch angekoppelte Kühleinrichtung 50 betreibt, die zur Kühlung des in der Figur 4 näher dargestellten und für die Führungseinrichtungen l, 21 und 41 in identischer oder ähnlicher Weise zum Einsatz kommenden Supraleiters 5, 25, 45 ausgebildet ist .

Bei der in den Figuren 5 bis 7 dargestellten vierten Ausführungsform einer Führungseinrichtung 31 ist das erste Gelenkteil 33 als Anordnung von zwei Supraleitern 35 und einem U- förmigen Tragelement 39 ausgebildet. In dem U- förmigen Tragelement 39 ist eine nicht näher dargestellte Kühleinrichtung aufgenommen, die wie die Kühleinrichtung 50 in der Art einer Wärmepumpe oder eines Stirling-Motors ausgebildet sein kann und die mit einer nicht näher dargestellten Spannungsquelle verbunden ist. Mit Hilfe dieser integrierten Kühleinrichtung können die beiden Supraleiter 35 auch in einer Umgebung, in der Temperaturen oberhalb der Sprungtemperatur der Supraleiter 35 herrschen, auf oder unter die Sprungtemperatur gekühlt werden und somit einen dauerhaften Betrieb der Führungseinrichtung 31 gewährleisten.

Rein exemplarisch sind die beiden Supraleiter 35 jeweils quaderförmig ausgebildet und sind mit Hilfe eines nicht dargestellten Stabmagneten auf einen horizontalen Feldlinienverlauf programmiert, wie dies durch die gestrichelten Linien angedeutet wird. Das zweite Gelenkteil 34 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit vollständig als Permanentmagnet 36 ausgebildet. Bei dem zweiten Gelenkteil 34 kann es sich beispielsweise um einen Stabmagneten handeln, der parallel zu einer längsten Kante 38 magnetisiert ist, wobei die Geometrie der längsten Kante 38 dem gewünschten Bewegungsweg entspricht. Durch diese Vorgehensweise entspricht auch die schematisch durch Feldlinien 39 angedeutete Magnetisierung des Permanentmagneten 36 zumindest im Wesentlichen dem vorgesehenen Bewegungsweg 37. Da eine Erstreckung der Supraleiter 35 längs des Bewegungswegs 37 kurz gewählt ist, kann bei einer Einleitung einer Kraft auf das zweite Gelenkteil 34 eine kontaktlose Führung des zweiten Gelenkteils 34 gegenüber dem ersten Gelenkteil 33 auch in den Bereichen des Bewegungswegs 37 erfolgen, die gekrümmt ausgebildet sind. Dementsprechend vollzieht das zweite Gelenkteil 34 gegenüber dem ersten Gelenkteil 33 während einer translatorischen Verlagerung auch eine Schwenkbewegung, wie dies insbesondere aus der Figur 7 zu entnehmen ist .

Bei der in Figur 8 dargestellten fünften Ausführungsform einer Führungseinrichtung 41 weist das zweite Gelenkteil 44 einen Permanentmagneten 46 auf, der als Anordnung von kreisab- schnittsförmigen Permanentmagnetplatten 47 ausgebildet ist. Abweichend von der Ausführungsform gemäß Figur 3 weisen die Permanentmagnetplatten 47 eine gemäß der Darstellung der Figur 8 in horizontaler Richtung ausgerichtete Magnetisierung auf, wobei benachbart angeordnete Permanentmagnetplatten 47 gleichsinnig magnetisiert sind. Durch dies Magnetisierung kann das zweite Gelenkteil 44 gegenüber dem ersten Gelenkteil 43, das in gleicher Weise wie die Gelenkteile 3 und 23 ausgebildet ist und auch in gleicher Weise exemplarisch mittels der Programmiermagnetanordnung 8 auf oder unter seine Sprungtemperatur abgekühlt wurde, längs des linearen Bewegungswegs 48 verschoben werden und zudem in einem durch das senkrecht nach oben abstehende Schnittstellenteil begrenzten Schwenkwinkelbereich um eine Horizontalachse 48 rotiert werden, ohne dass hierbei nennenswerte Reaktionskräfte des Supraleiters 45 hervorgerufen werden.




 
Previous Patent: POSITIONING SYSTEM

Next Patent: GUIDE DEVICE