WO2016023566A1 - Guiding device - Google Patents

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WO2016023566A1
WO2016023566A1 PCT/EP2014/002197 EP2014002197W WO2016023566A1 WO 2016023566 A1 WO2016023566 A1 WO 2016023566A1 EP 2014002197 W EP2014002197 W EP 2014002197W WO 2016023566 A1 WO2016023566 A1 WO 2016023566A1
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WO
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superconductor
joint part
joint
movement
permanent magnet
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/002197
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German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Berner
Laura SAWITZKI
Original Assignee
Festo Ag & Co. Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Festo Ag & Co. Kg filed Critical Festo Ag & Co. Kg
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Priority to PCT/EP2014/002197 priority patent/WO2016023566A1/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/0408—Passive magnetic bearings
    • F16C32/0436—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
    • F16C32/0438—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO

Definitions

  • the invention relates to a guide device for the articulated connection of a first device part with a second device part, with a first hinge part associated with the first hinge part and with a second device part associated second hinge part, wherein the hinge parts for a combined linear and pivotal movement of the first device part relative to the second Device part are formed.
  • Guiding devices are known from the prior art, which ensure combined linear and pivotal movement of two device parts to one another.
  • An example of this is the plate joint to call, which may be formed, for example, as a plain bearing and allows both linear movements and pivotal movements of two parts of the device to each other.
  • the object of the invention is to provide a frictionless operating device.
  • first joint part and the second joint part form a magnet arrangement which comprises at least one superconductor and at least one permanent magnet and which is designed for a non-contact mounting of the first joint part relative to the second joint part.
  • the superconductor is a material that has superconducting properties when reaching or falling below a material-specific transition temperature and the cooling at or below the critical temperature an externally imprinted magnetic field
  • the superconductor applies opposing forces which counteract this change in the magnetic field.Through this effect, it is possible to realize a non-contact bearing of the joint parts to one another, whereby the joint parts are in terms of their geometry and their magnetization are designed such that a friction-free linear and pivoting movement between the joint parts is made possible.
  • a superconductor for example, the material yttrium-barium-copper oxide can be used, which is purely exemplary sch with the aid of liquid nitrogen to a temperature of 77 Kelvin can be cooled and this already has its superconducting properties.
  • the superconductor is associated with one of the two joint parts, while the other joint part is associated with the at least one permanent magnet.
  • the superconductor may be provided to associate with the superconductor at least one further permanent magnet, in particular a so-called programming magnet whose magnetic field is "stored" when the transition temperature in the superconductor is undershot.
  • the other joint part with the at least one permanent magnet in the sphere of influence of Be brought superconductor and both linearly movable and ro- tativ in a given range of motion relative to the superconductor are moved without causing significant reaction forces of the superconductor are caused.
  • the device parts which are each equipped with the joint parts, it may be, for example, components of a machine, a handling device or a robot to be pivotally moved to each other and in which in the course of combined linear and pivotal movement as possible no friction should occur ,
  • a magnetization of the at least one superconductor or the at least one permanent magnet along a movement path of the combined linear and pivotal movement is aligned. While the permanent magnet has an actual magnetization, in the present case magnetization of the superconductor is understood to mean the magnetic field "stored" in the superconductor which was applied to or below its transition temperature during cooling of the superconductor.
  • a constant relationship between linear movement and pivoting movement can be provided for the intended linear and pivoting movement, as is the case for example with a helical magnetization with a constant helical pitch.
  • the intended linear and pivotal movement between the joint parts Hene relative movement along the path of movement only partially comprises a linear portion and sections a superimposed linear and pivotal movement.
  • an extension of a hinge part along the movement path is equal to or greater than the movement path, while an extension of the other hinge part along the movement path is smaller than the movement path.
  • a variation of the movement path can also be effected by varying the magnetic field impressed from outside during a cooling process to or below the transition temperature of the superconductor become.
  • irregularities in the impressed magnetic field are intentionally provided along the path of movement or, in particular, at least at one end region of the movement path.
  • the second hinge part is arranged transversely to the movement path next to the first hinge part and is spaced by a working gap from the first hinge part.
  • the length of the movement path can be chosen freely and in particular depends on the extent of the superconductor and of the permanent magnet along the path of movement.
  • the working gap is required for the desired smooth relative mobility of the two joint parts and is essentially the configuration of the magnet assembly and the forces to be transmitted via the magnet arrangement certainly.
  • the working gap between the joint parts is constant over the entire movement path.
  • the first device part in particular the first joint part and / or the second device part, in particular the second joint part, a drive means for initiating a linear and pivotal movement between the device parts is assigned.
  • the guide device according to the invention can be used in a device such as a processing machine or a handling device, in particular a robot.
  • the drive device which may in particular be an electric or fluidic drive device, driving forces are exerted on the two device parts, so that the desired linear and pivotal movement between the device parts can be controlled or regulated.
  • the drive device can be designed to provide a cyclically recurring or demand-dependent movement.
  • first joint part or the second joint part or both joint parts are formed as components of a drive device or comprise components of a drive device.
  • components of a drive device are received in the first and / or second joint part in order to exert drive forces on the respective other joint part or the device part assigned to the other joint part.
  • an electrical coil arrangement can be arranged, which is provided for generating a dynamic magnetic field, in order to exert a force re-action on the other joint part and to effect a relative movement of the other joint part.
  • the at least one superconductor is associated with a cooling device, which is designed for cooling the superconductor at or below its critical temperature.
  • the cooling device can be designed as a so-called cryostat, in which either a cooling liquid, in particular a liquefied gas such as nitrogen, surrounds the superconductor or the critical temperature can be maintained or undershot by evaporation of a liquefied gas.
  • the cooling device may also be electrical
  • Cryostat be formed, in which the cooling effect is caused by means of electrical energy, which is particularly advantageous for stationary arrangement ofdeexnides the superconductor.
  • only a temporary cooling of the superconductor can be provided, for example by spraying a cooling fluid such as liquefied nitrogen, on the surface of the superconductor.
  • a dosage of the amount of sprayed cooling fluid and a frequency for the spraying process are dependent on the environmental conditions of the superconductor.
  • the cooling device is associated with a generator arrangement for providing electrical energy during a relative movement of the two joint parts.
  • a generator arrangement for providing electrical energy during a relative movement of the two joint parts.
  • the generator arrangement may comprise a coil arrangement which is assigned to one of the two joint parts, wherein an excitation of these coils can be effected by the permanent magnet arrangement arranged in the other joint part or the at least one permanent magnet.
  • the coil assembly is associated with the superconductor and in particular made of a superconducting material in order to ensure a generator function with a high efficiency can.
  • the at least one permanent magnet has a geometry which corresponds to a movement path of the combined linear and pivoting movement. In this way, a field line profile for the magnetic flux provided by the permanent magnet is given, which can lead to interaction with the at least one superconductor to a superimposed linear and pivotal movement of the permanent magnet relative to the superconductor. It is particularly preferably provided that an extension of the superconductor along the path of travel is considerably shorter than an extension of the movement path in order, in particular in curved sections of the path of movement, to prevent the occurrence of undesired reactions. forces between the superconductor and the permanent magnet at least largely avoided.
  • FIG. 1 shows: a first embodiment of a guide device, which is designed for a combined linear and pivoting movement along a helical movement path, a second embodiment of a mecanicseinrich ⁇ tion, which is designed for a combined linear and pivotal movement and in one Pivoting ⁇ axis is aligned at least parallel to a linear path of movement, a third embodiment of a guide device in which a pivot axis is aligned normal to a Ii nearen movement path, a perspective view of the superconductor for use with the guide means according to Figures 2 and 3, a fourth Embodiment of a guide device in which a geometry of the permanent magnet is adapted to a course of the combined linear and pivotal movement,
  • FIG. 6 shows the guide device according to FIG. 5 in a first functional position
  • FIG. 7 shows the guide device according to FIGS. 5 and 6 in a second functional position
  • FIGS. 8 shows a fifth embodiment of a guide device, which is a modification of the guide device according to FIGS. 3 and 4.
  • first embodiment of a guide device 101 comprises a first hinge part 103, which is exemplarily formed as an arrangement of two superconductors 105, and a second hinge part 104, which is designed as a rod with a circular cross-section and on the surface of a helically applied, band-shaped Permanent magnet 106 is arranged.
  • Both hinge parts 103 and 104 may be connected to device parts not shown in detail, for example with arm portions of an industrial robot or components of a handling device to be movably connected to one another.
  • the first joint part is U-shaped, wherein the two U-legs 108, 109 are arranged at a right angle to each other.
  • a superconductor 105 is accommodated, which was magnetized in each case transversely to an extent of the respective U-leg 108, 109.
  • such magnetic programming of the two superconductors 105 may be accomplished by positioning a suitable bar magnet during cooling of the superconductors 105 to or below their critical temperature.
  • the guide device 101 is to be used in an environment in which a temperature is present which is equal to or lower than the transition temperature of the superconductor 105, so that no indi- viduelle cooling of the two superconductors 105 to maintain the superconducting effect is necessary.
  • the rod-shaped second joint part 104 has a helical permanent magnet 106 made of a strip material which is received in a helical recess of a cylindrical base body 110.
  • the permanent magnet 106 is magnetized such that the magnetic flux and the resultant field lines extend along a longest edge of the permanent magnet 106 that determines the path of travel 107.
  • Pivoting movement corresponds to the helical movement path 107.
  • the first joint part is equipped with the permanent magnets and the second joint part carries a band-shaped superconductor.
  • a "storage" of a helical magnetic field in the superconductor takes place by means of suitable positioning tion of a band-shaped permanent magnet on the second joint part during cooling at or below the transition temperature.
  • local irregularities of the impressed magnetic field are predetermined at one or more positions along the helical movement path in order, for example, to specify locking functions and / or damping functions, in particular end position damping functions, during the relative movement of the two joint parts.
  • the first joint part 3 is formed in the manner of a groove with a circular segment-shaped cross-section and the second joint part 4 is purely exemplary spherical. Furthermore, the first joint part 3 is shown completely as a superconductor 5, this being merely illustrative and being able to be implemented differently in practice, for example by arranging a ring-shaped superconductor in a channel-shaped support structure.
  • the second joint part 4 is formed in the equatorial region as a permanent magnet 6, wherein a subdivision of the permanent magnet 6 is provided in permanent magnetic spherical segment segments whose edge lines in the manner of degrees of longitude over the spherical joint part 4.
  • the spherical segment segments of the permanent magnet 6 are each magnetized outwardly in the radial direction, starting from a spherical center, and that adjacently arranged spherical segment segments are respectively magnetized in opposite directions.
  • the second joint part 4 can be displaced linearly moveable along a movement path 7 shown in more detail in FIG. 4 relative to the first joint part 3, without this being undesirable Reaction forces of the superconductor 5 occur.
  • ⁇ achieved by that the superconductor is provided 5 during a cool down ⁇ lung at or below its critical temperature by way of example with a programming magnet assembly 8, which includes more suitably magnetized permanent magnets. 9
  • the Mag ⁇ netfelder these permanent magnets 9 are "stored" upon reaching the transition temperature of the superconductor.
  • the programming magnet array 8 is now the second joint portion 4 can be ge ⁇ introduced into the sphere of influence of the superconductor 5, whereby a magnetic interaction between the two In the guide device according to Figure 2, in addition to a linear mobility of the second joint part 4 relative to the first joint part 3, a pivoting movement of the joint part 4 is provided about a parallel to the movement path 7 aligned pivot axis, this is by the corresponding magnetization of the permanent magnet 6 allows.
  • the second joint part 24 has a permanent magnet 26, which is designed as an arrangement of circular-segment-shaped permanent magnet plates 27.
  • the permanent magnet plates 27 have a magnetization oriented in the vertical direction as shown in FIG. 3, wherein adjacent permanent magnet plates 27 are magnetized in opposite directions.
  • a plurality of adjacently arranged and aligned in the radial direction recesses 29 are introduced, which are adapted to receive electric coils 30.
  • Coil axes of the coils 30 are aligned transversely to the path of travel 28.
  • the coils 30 which may in particular be made of a superconducting material, a magnetic traveling field or Lorentz forces can be generated along the path of movement in order to achieve a magnetic force acting on the second joint part 24.
  • the coils 30 are electrically connected to a control device 22, which provides the coil currents in response to a position of the second joint part 24 along the movement path 28.
  • the coils 30 are used in a generator function by providing currents induced in a relative movement of the joint parts 23, 24 to each other in the coils 30 to the control device 22 and these provide the currents provided for an internal power supply or for can use a power supply of another consumer, not shown.
  • provision can be made for the control device 22 to operate a transmitting device with the aid of the induced currents, with which, for example, information about the speed of movement of the second joint part 24 relative to the first joint part 23 is displayed. a not shown, higher-level control device to be transmitted.
  • control device 22 with the aid of the induced currents operates an electrically coupled cooling device 50, which for cooling the in detail in the figure 4 and for the guide devices 1, 21 and 41 are designed in an identical or similar manner to the use of the superconductor 5, 25, 45.
  • the first hinge part 33 is designed as an arrangement of two superconductors 35 and a U-shaped support element 39.
  • a cooling device not shown is added, which may be formed as the cooling device 50 in the manner of a heat pump or a Stirling engine and which is connected to a voltage source, not shown.
  • the two superconductors 35 can also be cooled to or below the critical temperature in an environment in which temperatures above the transition temperature of the superconductors 35 prevail and thus ensure a permanent operation of the guide device 31.
  • the two superconductors 35 are each cuboid in shape and are programmed with the aid of a bar magnet, not shown, on a horizontal field line course, as indicated by the dashed lines.
  • the second joint part 34 is completely formed as a permanent magnet 36 for reasons of clarity.
  • the second hinge portion 34 may be a bar magnet that is magnetized parallel to a longest edge 38, with the geometry of the longest edge 38 corresponding to the desired path of travel.
  • the magnetization of the permanent magnet 36 indicated schematically by field lines 39, also corresponds at least essentially to the intended movement path 37.
  • the second joint part 34 Since an extension of the superconductor 35 along the movement path 37 is selected short, an initiation can take place a force on the second joint part 34, a contactless guidance of the second joint part 34 relative to the first joint part 33 also in the areas of the movement path 37 take place, which are formed curved. Accordingly, the second joint part 34 also performs a pivoting movement relative to the first joint part 33 during a translational displacement, as can be seen in particular from FIG.
  • the second hinge part 44 has a permanent magnet 46, which is designed as an arrangement of circular-segment-shaped permanent magnet plates 47. Notwithstanding the embodiment according to FIG. 3, the permanent magnet plates 47 have a magnetization oriented in the horizontal direction as shown in FIG. 8, wherein adjacent permanent magnet plates 47 are magnetized in the same direction.
  • the second joint part 44 can be displaced along the linear movement path 48 in relation to the first joint part 43, which is formed in the same way as the joint parts 3 and 23 and has also been cooled in the same way by means of the programming magnet arrangement 8 to or below its transition temperature and also be rotated in a limited by the vertically upwardly projecting interface part pivoting angle range about a horizontal axis 48, without this significant reaction forces of the superconductor 45 are caused.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

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).

Description

Führungseinrichtung  guide means
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. The invention relates to a guide device for the articulated connection of a first device part with a second device part, with a first hinge part associated with the first hinge part and with a second device part associated second hinge part, wherein the hinge parts for a combined linear and pivotal movement of the first device part relative to the second Device part are formed.
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 . Guiding devices are known from the prior art, which ensure combined linear and pivotal movement of two device parts to one another. An example of this is the plate joint to call, which may be formed, for example, as a plain bearing and allows both linear movements and pivotal movements of two parts of the device to each other.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine reibungsfrei arbeitende Führungseinrichtung bereitzustellen. The object of the invention is to provide a frictionless operating device.
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. This object is achieved for a guide device of the aforementioned type with the features of claim 1. It is provided here that the first joint part and the second joint part form a magnet arrangement which comprises at least one superconductor and at least one permanent magnet and which is designed for a non-contact mounting of the first joint part relative to the second joint part.
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. For the following description of the invention is laid for Grun ¬ de, that it is the superconductor is a material that has superconducting properties when reaching or falling below a material-specific transition temperature and the cooling at or below the critical temperature an externally imprinted magnetic field In a subsequent change in the external magnetic field, the superconductor applies opposing forces which counteract this change in the magnetic field.Through this effect, it is possible to realize a non-contact bearing of the joint parts to one another, whereby the joint parts are in terms of their geometry and their magnetization are designed such that a friction-free linear and pivoting movement between the joint parts is made possible.As a superconductor, for example, the material yttrium-barium-copper oxide can be used, which is purely exemplary sch with the aid of liquid nitrogen to a temperature of 77 Kelvin can be cooled and this already has its superconducting properties. Preferably, the superconductor is associated with one of the two joint parts, while the other joint part is associated with the at least one permanent magnet. During cooling of the superconductor, in some applications or embodiments it may be provided to associate with the superconductor at least one further permanent magnet, in particular a so-called programming magnet whose magnetic field is "stored" when the transition temperature in the superconductor is undershot. Now, the other joint part with the at least one permanent magnet in the sphere of influence of Be brought superconductor and both linearly movable and ro- tativ in a given range of motion relative to the superconductor are moved without causing significant reaction forces of the superconductor are caused.
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. In the device parts, which are each equipped with the joint parts, it may be, for example, components of a machine, a handling device or a robot to be pivotally moved to each other and in which in the course of combined linear and pivotal movement as possible no friction should occur ,
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
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. In a further embodiment of the invention it is provided that a magnetization of the at least one superconductor or the at least one permanent magnet along a movement path of the combined linear and pivotal movement is aligned. While the permanent magnet has an actual magnetization, in the present case magnetization of the superconductor is understood to mean the magnetic field "stored" in the superconductor which was applied to or below its transition temperature during cooling of the superconductor.
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. Depending on the design of the magnetization of the at least one superconductor or of the at least one permanent magnet, a constant relationship between linear movement and pivoting movement can be provided for the intended linear and pivoting movement, as is the case for example with a helical magnetization with a constant helical pitch. Alternatively, it can also be provided that the intended linear and pivotal movement between the joint parts Hene relative movement along the path of movement only partially comprises a linear portion and sections a superimposed linear and pivotal movement. Preferably, an extension of a hinge part along the movement path is equal to or greater than the movement path, while an extension of the other hinge part along the movement path is smaller than the movement path. If the at least one superconductor is selected as the joint part whose extent along the movement path is equal to or greater than the movement path, a variation of the movement path can also be effected by varying the magnetic field impressed from outside during a cooling process to or below the transition temperature of the superconductor become. By way of example, it can also be provided in this case that irregularities in the impressed magnetic field are intentionally provided along the path of movement or, in particular, at least at one end region of the movement path. By suitable design of these irregularities, for example, a locking function in the manner of a preferred position between the joint parts along the movement path and / or a movement damping when reaching the end portion of the movement path can be specified.
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. In a further embodiment of the invention it is provided that the second hinge part is arranged transversely to the movement path next to the first hinge part and is spaced by a working gap from the first hinge part. As a result of this arrangement of the joint parts relative to one another, the length of the movement path can be chosen freely and in particular depends on the extent of the superconductor and of the permanent magnet along the path of movement. The working gap is required for the desired smooth relative mobility of the two joint parts and is essentially the configuration of the magnet assembly and the forces to be transmitted via the magnet arrangement certainly. Preferably, the working gap between the joint parts is constant over the entire movement path.
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. In an advantageous development of the invention it is provided that the first device part, in particular the first joint part and / or the second device part, in particular the second joint part, a drive means for initiating a linear and pivotal movement between the device parts is assigned. Hereby, the guide device according to the invention can be used in a device such as a processing machine or a handling device, in particular a robot. With the aid of the drive device, which may in particular be an electric or fluidic drive device, driving forces are exerted on the two device parts, so that the desired linear and pivotal movement between the device parts can be controlled or regulated. In this case, the drive device can be designed to provide a cyclically recurring or demand-dependent movement.
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 It is expedient if the first joint part or the second joint part or both joint parts are formed as components of a drive device or comprise components of a drive device. For example, it can be provided that components of a drive device are received in the first and / or second joint part in order to exert drive forces on the respective other joint part or the device part assigned to the other joint part. For example, in one of the joint parts, an electrical coil arrangement can be arranged, which is provided for generating a dynamic magnetic field, in order to exert a force re-action on the other joint part and to effect a relative movement of the other joint part. In a further embodiment of the invention it is provided that the at least one superconductor is associated with a cooling device, which is designed for cooling the superconductor at or below its critical temperature. Unless an operation of the entire guide device is provided in a cooled environment in which a temperature at or below the critical temperature of the superconductor prevails, a cooling of the superconductor is required in order to maintain or to fall below the critical temperature during operation of the guide means. For example, the cooling device can be designed as a so-called cryostat, in which either a cooling liquid, in particular a liquefied gas such as nitrogen, surrounds the superconductor or the critical temperature can be maintained or undershot by evaporation of a liquefied gas. Alternatively, the cooling device may also be electrical
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. Cryostat be formed, in which the cooling effect is caused by means of electrical energy, which is particularly advantageous for stationary arrangement of Kühlexnrichtung the superconductor. In a further embodiment, only a temporary cooling of the superconductor can be provided, for example by spraying a cooling fluid such as liquefied nitrogen, on the surface of the superconductor. A dosage of the amount of sprayed cooling fluid and a frequency for the spraying process are dependent on the environmental conditions of the superconductor.
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. In a further embodiment of the invention it is provided that the cooling device is associated with a generator arrangement for providing electrical energy during a relative movement of the two joint parts. Such a configuration of the guide device is of particular interest if a regular, in particular uniform, Movement of the two joint parts takes place to each other. In this case, a part of the kinetic energy, which is provided by an associated drive device to the two joint parts and the associated device parts, are converted into electrical energy via the generator arrangement. With the help of this electrical energy, the superconductor or the superconductor arrangement associated cooling device can be operated. For example, the generator arrangement may comprise a coil arrangement which is assigned to one of the two joint parts, wherein an excitation of these coils can be effected by the permanent magnet arrangement arranged in the other joint part or the at least one permanent magnet. By these measures can be dispensed with a separate supply of electrical energy to the correspondingly designed cooling device, so that a simple structure for the guide device can be ensured. Preferably, the coil assembly is associated with the superconductor and in particular made of a superconducting material in order to ensure a generator function with a high efficiency can.
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. It is preferably provided that the at least one permanent magnet has a geometry which corresponds to a movement path of the combined linear and pivoting movement. In this way, a field line profile for the magnetic flux provided by the permanent magnet is given, which can lead to interaction with the at least one superconductor to a superimposed linear and pivotal movement of the permanent magnet relative to the superconductor. It is particularly preferably provided that an extension of the superconductor along the path of travel is considerably shorter than an extension of the movement path in order, in particular in curved sections of the path of movement, to prevent the occurrence of undesired reactions. forces between the superconductor and the permanent magnet at least largely avoided.
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, Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawing. This shows: a first embodiment of a guide device, which is designed for a combined linear and pivoting movement along a helical movement path, a second embodiment of a Führungseinrich ¬ tion, which is designed for a combined linear and pivotal movement and in one Pivoting ¬ axis is aligned at least parallel to a linear path of movement, a third embodiment of a guide device in which a pivot axis is aligned normal to a Ii nearen movement path, a perspective view of the superconductor for use with the guide means according to Figures 2 and 3, a fourth Embodiment of a guide device in which a geometry of the permanent magnet is adapted to a course of the combined linear and pivotal movement,
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, FIG. 6 shows the guide device according to FIG. 5 in a first functional position, FIG. 7 shows the guide device according to FIGS. 5 and 6 in a second functional position,
Figur 8 eine fünfte Ausführungsform einer Führungseinrichtung, bei der es sich um eine Abwandlung der Führungseinrichtung gemäß den Figuren 3 und 4 handelt. 8 shows a fifth embodiment of a guide device, which is a modification of the guide device according to FIGS. 3 and 4.
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. The illustrated in Figure 1 first embodiment of a guide device 101 comprises a first hinge part 103, which is exemplarily formed as an arrangement of two superconductors 105, and a second hinge part 104, which is designed as a rod with a circular cross-section and on the surface of a helically applied, band-shaped Permanent magnet 106 is arranged. Both hinge parts 103 and 104 may be connected to device parts not shown in detail, for example with arm portions of an industrial robot or components of a handling device to be movably connected to one another.
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. By way of example, the first joint part is U-shaped, wherein the two U-legs 108, 109 are arranged at a right angle to each other. On each of the two U-legs, a superconductor 105 is accommodated, which was magnetized in each case transversely to an extent of the respective U-leg 108, 109. For example, such magnetic programming of the two superconductors 105 may be accomplished by positioning a suitable bar magnet during cooling of the superconductors 105 to or below their critical temperature.
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. By way of example, it is assumed that the guide device 101 is to be used in an environment in which a temperature is present which is equal to or lower than the transition temperature of the superconductor 105, so that no indi- viduelle cooling of the two superconductors 105 to maintain the superconducting effect is necessary.
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. The rod-shaped second joint part 104 has a helical permanent magnet 106 made of a strip material which is received in a helical recess of a cylindrical base body 110. Preferably, the permanent magnet 106 is magnetized such that the magnetic flux and the resultant field lines extend along a longest edge of the permanent magnet 106 that determines the path of travel 107.
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 When approaching the second joint part 104 to the first joint part 103, the interaction between the permanent magnet 106 and the superconductors 105, so that subsequently upon initiation of a linear movement, for example by contactless application of force by means of an electric coil, on the second joint part along a central axis 111 a superimposed rotational movement of the second joint part 104 is caused about the central axis III corresponding to the movement path 107. On the other hand, if an introduction of a torque takes place on the second joint part 104, this leads to a rotation of the second one. Joint part 104 leads around the central axis 111, so is also a linear movement of the second joint part 104 along the central axis 111, so that the resulting, superimposed linear and
Schwenkbewegung dem wendeiförmigen Bewegungsweg 107 entspricht . Pivoting movement corresponds to the helical movement path 107.
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. In a variant of the guide device 101, not shown, the first joint part is equipped with the permanent magnets and the second joint part carries a band-shaped superconductor. A "storage" of a helical magnetic field in the superconductor takes place by means of suitable positioning tion of a band-shaped permanent magnet on the second joint part during cooling at or below the transition temperature. Here it can be provided that local irregularities of the impressed magnetic field are predetermined at one or more positions along the helical movement path in order, for example, to specify locking functions and / or damping functions, in particular end position damping functions, during the relative movement of the two joint parts.
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. In the second embodiment of a guide device 1 shown in Figure 2, the first joint part 3 is formed in the manner of a groove with a circular segment-shaped cross-section and the second joint part 4 is purely exemplary spherical. Furthermore, the first joint part 3 is shown completely as a superconductor 5, this being merely illustrative and being able to be implemented differently in practice, for example by arranging a ring-shaped superconductor in a channel-shaped support structure. The second joint part 4 is formed in the equatorial region as a permanent magnet 6, wherein a subdivision of the permanent magnet 6 is provided in permanent magnetic spherical segment segments whose edge lines in the manner of degrees of longitude over the spherical joint part 4. By way of example, it is provided that the spherical segment segments of the permanent magnet 6 are each magnetized outwardly in the radial direction, starting from a spherical center, and that adjacently arranged spherical segment segments are respectively magnetized in opposite directions.
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. In the guide device 1, it is provided that the second joint part 4 can be displaced linearly moveable along a movement path 7 shown in more detail in FIG. 4 relative to the first joint part 3, without this being undesirable Reaction forces of the superconductor 5 occur. This is because ¬ achieved by that the superconductor is provided 5 during a cool down ¬ lung at or below its critical temperature by way of example with a programming magnet assembly 8, which includes more suitably magnetized permanent magnets. 9 The Mag ¬ netfelder these permanent magnets 9 are "stored" upon reaching the transition temperature of the superconductor. 5 After Entfer ¬ NEN the programming magnet array 8 is now the second joint portion 4 can be ge ¬ introduced into the sphere of influence of the superconductor 5, whereby a magnetic interaction between the two In the guide device according to Figure 2, in addition to a linear mobility of the second joint part 4 relative to the first joint part 3, a pivoting movement of the joint part 4 is provided about a parallel to the movement path 7 aligned pivot axis, this is by the corresponding magnetization of the permanent magnet 6 allows.
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. In the third embodiment of a guide device 21 shown in FIG. 3, the second joint part 24 has a permanent magnet 26, which is designed as an arrangement of circular-segment-shaped permanent magnet plates 27. In this case, the permanent magnet plates 27 have a magnetization oriented in the vertical direction as shown in FIG. 3, wherein adjacent permanent magnet plates 27 are magnetized in opposite directions. By this magnetization, the second joint part 24 relative to the first joint part 23, which is formed in the same way as the joint part 3 and also cooled in the same way by means of the programming magnet assembly 8 to or below its critical temperature, along the linear path of travel 28 are moved and also rotated about a vertical axis 32 Be without this significant reaction forces of the superconductor 25 are caused.
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 . Preferably, in the superconductor 25 a plurality of adjacently arranged and aligned in the radial direction recesses 29 are introduced, which are adapted to receive electric coils 30. Coil axes of the coils 30 are aligned transversely to the path of travel 28. With the aid of the coils 30, which may in particular be made of a superconducting material, a magnetic traveling field or Lorentz forces can be generated along the path of movement in order to achieve a magnetic force acting on the second joint part 24. For this purpose, the coils 30 are electrically connected to a control device 22, which provides the coil currents in response to a position of the second joint part 24 along the movement path 28. Additionally or alternatively, it can be provided that the coils 30 are used in a generator function by providing currents induced in a relative movement of the joint parts 23, 24 to each other in the coils 30 to the control device 22 and these provide the currents provided for an internal power supply or for can use a power supply of another consumer, not shown. By way of example, provision can be made for the control device 22 to operate a transmitting device with the aid of the induced currents, with which, for example, information about the speed of movement of the second joint part 24 relative to the first joint part 23 is displayed. a not shown, higher-level control device to be transmitted. Additionally or alternatively, it may be provided that the control device 22 with the aid of the induced currents operates an electrically coupled cooling device 50, which for cooling the in detail in the figure 4 and for the guide devices 1, 21 and 41 are designed in an identical or similar manner to the use of the superconductor 5, 25, 45.
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. In the fourth embodiment of a guide device 31 shown in FIGS. 5 to 7, the first hinge part 33 is designed as an arrangement of two superconductors 35 and a U-shaped support element 39. In the U-shaped support member 39, a cooling device not shown is added, which may be formed as the cooling device 50 in the manner of a heat pump or a Stirling engine and which is connected to a voltage source, not shown. With the aid of this integrated cooling device, the two superconductors 35 can also be cooled to or below the critical temperature in an environment in which temperatures above the transition temperature of the superconductors 35 prevail and thus ensure a permanent operation of the guide device 31.
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 . By way of example only, the two superconductors 35 are each cuboid in shape and are programmed with the aid of a bar magnet, not shown, on a horizontal field line course, as indicated by the dashed lines. The second joint part 34 is completely formed as a permanent magnet 36 for reasons of clarity. For example, the second hinge portion 34 may be a bar magnet that is magnetized parallel to a longest edge 38, with the geometry of the longest edge 38 corresponding to the desired path of travel. As a result of this procedure, the magnetization of the permanent magnet 36, indicated schematically by field lines 39, also corresponds at least essentially to the intended movement path 37. Since an extension of the superconductor 35 along the movement path 37 is selected short, an initiation can take place a force on the second joint part 34, a contactless guidance of the second joint part 34 relative to the first joint part 33 also in the areas of the movement path 37 take place, which are formed curved. Accordingly, the second joint part 34 also performs a pivoting movement relative to the first joint part 33 during a translational displacement, as can be seen in particular from FIG.
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. In the case of the fifth embodiment of a guide device 41 shown in FIG. 8, the second hinge part 44 has a permanent magnet 46, which is designed as an arrangement of circular-segment-shaped permanent magnet plates 47. Notwithstanding the embodiment according to FIG. 3, the permanent magnet plates 47 have a magnetization oriented in the horizontal direction as shown in FIG. 8, wherein adjacent permanent magnet plates 47 are magnetized in the same direction. As a result of this magnetization, the second joint part 44 can be displaced along the linear movement path 48 in relation to the first joint part 43, which is formed in the same way as the joint parts 3 and 23 and has also been cooled in the same way by means of the programming magnet arrangement 8 to or below its transition temperature and also be rotated in a limited by the vertically upwardly projecting interface part pivoting angle range about a horizontal axis 48, without this significant reaction forces of the superconductor 45 are caused.

Claims

Ansprüche claims
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. A guide device for the articulated connection of a first device part to a second device part, to a first articulated part (3, 23, 33, 43, 103) associated with the first device part and to a second articulated part (4, 24, 34, 44) associated with the second device part 104, wherein the hinge parts (3, 4, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 103, 104) are designed for combined linear and pivotal movement of the first device part relative to the second device part, characterized in that the the first joint part (3; 23; 33; 43; 103) and the second joint part (4; 24; 34; 44; 104) form a magnet arrangement comprising at least one superconductor (5; 25; 35; 45; 105) and at least one Permanent magnets (6; 26; 36; 46; 106) and which is designed for non-contact mounting of the first joint part (3; 23; 33; 43; 103) with respect to the second joint part (4; 24; 34; 44; 104) ,
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 . 2. Guide device according to claim 1, characterized in that a magnetization of the at least one superconductor (5; 25; 35; 45; 105) or of the at least one permanent magnet (6; 26; 36; 46; 105) along a movement path (7; 28; 37; 48; 107) of the combined linear and pivotal movement.
3. Führungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Vorrichtungs- teil, insbesondere dem ersten Gelenkteil (3; 23; 33; 43; 3. Guide device according to one of the preceding claims, characterized in that the first device part, in particular the first joint part (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.  103), and / or the second device part, in particular the second joint part (4; 24; 34; 44; 104), a drive device for initiating a relative movement between the device parts is assigned.
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;4. A guiding device according to any preceding Ansprü ¬ che, characterized in that the first joint part (3; 23; 33; 43; 103) or the second joint part (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. 104) or both joint parts (3, 4, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 103, 104) are formed as part of a drive device (22, 30) or comprise components of a drive device (22, 30).
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;5. Guide device according to one of the preceding claims, characterized in that associated with the at least one superconductor (5; 25; 35; 45; 105) is a cooling device which is suitable for cooling the superconductor (5; 25; 35; 45;
105) auf oder unter dessen Sprungtemperatur ausgebildet ist. 105) is formed at or below its transition temperature.
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. 6. Guide device according to claim 5, characterized in that the cooling device is associated with a generator arrangement for providing electrical energy during a relative movement of the two joint parts (3, 4, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 103, 104) ,
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. 7. Guide device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one permanent magnet (46; 106) has a geometry which corresponds to a movement path (7; 28; 37; 48; 107) of the combined linear and pivoting movement.
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