Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur das Feld eines Permanentmagneten in einem definierten Abstand „einfrieren“ können und ihn so schweben lassen. Der so entstehende Luftspalt bleibt in jeder Raumlage stabil. Auf diese Weise lassen sich Objekte ganz ohne Regelungstechnik berührungslos lagern und mit wenig Energieaufwand bewegen. „Es gibt zwar bereits verschiedene Lösungen, um Objekte berührungslos zu lagern und zu führen. Aber nur mit Supraleitung gelingt es, gleichzeitig eine räumliche Rotation um 360 Grad in beliebige Richtungen durchzuführen – und das ohne aufwendige Regelungstechnik“, erklärt Georg Berner, Leiter Strategische Unternehmensentwicklung Konzern-Holding bei Festo.

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.

Als erster Anbieter von Automatisierungstechnik erforscht Festo diese Potenziale und bietet mögliche Applikationen: die Lagerung und Bewegung eines Objekts auf schwebenden Walzen, eine schwebende rotierende Förderwelle mit einem kontaktfreien elektrischen Antriebsprinzip sowie die aktive und kontrollierte Übergabe eines schwebenden magnetischen Objektträgers von einem Supraleiter-Automatisierungsmodul zum nächsten.

Berührungslose Übergabe

Das SupraCycle ermöglicht erstmals die aktive Übergabe eines schwebenden Permanentmagneten von einem Supraleiter-Automatisierungsmodul zu einem anderen. Auf einer Grundplatte wurden drei um 360 Grad 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 Kryostat auf den nächsten übergeben. Eine Vorrichtung auf dem Kryostaten sorgt dabei für die notwendige integrierte Intelligenz. Eine mögliche Anwendung, die sich aus dem SupraCycle ableiten lässt, ist die berührungslose Übergabe des Objektträgers zwischen zwei Systemen oder über Systemgrenzen hinweg.Somit werden erstmals beliebig lange Prozessketten möglich.

Rotierende Förderwelle

Beim SupraHelix sind zwei Kryostate mit Supraleitern nebeneinander auf einem Schwenkantrieb angebracht. Unter ihre Sprungtemperatur gekühlt bringen sie eine darunter hängende Welle mit integrierten Permanentmagneten zum Schweben und halten diese in einem Abstand von acht Millimetern. Mit Hilfe des Schwenkantriebs wird die Welle in eine Neigung von 40 Grad gebracht. Ein permanenterregter Schrittmotor versetzt sie berührungslos in eine Drehbewegung, so dass sie über ihr Gewinde einzelne Metallringe nach oben transportieren kann.

Lagern und Bewegen auf schwebenden Walzen

Auf einer elektrischen Achse sind zwei Kryostate mit Supraleitern montiert, über denen jeweils zwei magnetische Transportwalzen schweben. Auf den Walzen liegt ein flacher Werkstückträger. Mit der Achse werden die Supraleiterelemente in horizontaler Richtung verfahren. Zwischen ihnen und den schwebenden Walzen befindet sich eine Abdeckung mit Öffnungen, durch die die Walzen durch Absenken der Kryostate verschwinden; der Werkstückträger liegt dann auf der Abdeckung auf. Mit solchen schwebenden Transportwalzen können flache, nicht ferromagnetische Produkte in beliebiger Größe bewegt werden. Die Transporteinheit ist frei von Schmierstoffen und sehr einfach zu reinigen – die Abdeckung schützt die Automatisierungsmodule vor Verschmutzungen, die passiven Walzen können leicht entfernt und getrennt von der Anlage mit Chemikalien oder Hitze gereinigt werden. Dazu kommen weitere positive Eigenschaften der Supraleiter-Technologie: Die Applikation ist nahezu wartungsfrei, sehr robust, arbeitet lautlos und der Luftspalt wirkt isolierend.

Anwendungen für die Produktion der Zukunft

Nach mehreren Jahren intensiver Forschungsarbeit untersucht Festo nun konkret mit Partnern und Kunden Anwendungsideen. „Wir zeigen mittlerweile nicht mehr nur beeindruckende Schwebeeffekte und die Möglichkeiten der Supraleiter-Technologie, sondern diskutieren aktiv mit der Automatisierungsbranche über ihre Potenziale. Derzeit arbeiten wir daran, erste Pilotprojekte auf den Weg bringen“, sagt Georg Berner. bw