Supraleiter für die ressourcenschonende Industrieautomation
Festo erforscht die Supraleitertechnologie für die Automatisierungstechnik
(PresseBox) - Sie arbeiten schwebend, widerstandsfrei und energieeffizient. Während sich Supraleiter seit 20 Jahren in der Medizintechnik bewähren und sich aktuell im Bereich großer Systeme mit hoher Leistungsdichte einen Namen machen, erprobt der weltweite Anbieter von Automatisierungstechnik Festo den Einsatz der Technologie für die ressourcenschonende Produktion der Zukunft. Für Produktionssysteme sind kleinere Anwendungen im Bereich der reibungsfreien, schwebenden Lagerung interessant. In drei gemeinsam mit der Firma evico aus Dresden und weiteren Partnern aus Forschung und Wissenschaft entwickelten Demonstratoren stellt Festo auf der Hannover Messe 2013 die Potenziale und Forschungsfelder der Supraleiter-Technologie für die Automatisierungstechnik vor.
Supraleiter sind Metalle, Metallverbindungen oder keramische Materialien, die unterhalb einer bestimmten sogenannten Sprungtemperatur schlagartig in einen supraleitenden Zustand übergehen. Sie verlieren dann ihren elektrischen Widerstand. "Bei Erreichen der Sprungtemperatur verbinden sich gegenseitig abstoßende Elektronen zu sogenannten Cooper-Paaren. Als Paar können sie dann nicht mehr mit dem sie umgebenden Atomgitter wechselwirken und transportieren dadurch den elektrischen Strom widerstandslos", erklärt Prof. Dr. Werner Hanke von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. "Wird im supraleitenden Material unterhalb der Sprungtemperatur der elektrische Strom einmal in Bewegung versetzt, fließt er in einem geschlossenen Kreislauf ohne Verluste", ergänzt der Experte.
Die Supraleiter-Technologie befindet sich noch im Forschungsstadium: Großes Potenzial besteht bei der Materialentwicklung und bei Kühlsystemen. Der Aufwand, um das Material auf extrem niedrige Temperaturen zu kühlen, stand lange einer breiten industriellen Anwendung im Weg. "1986 wurden dann die Hochtemperatursupraleiter entdeckt, deren Sprungtemperatur oberhalb von 100 Kelvin liegt. Es handelt sich hierbei um keramische Materialien. Die Kühlung ist seitdem mit flüssigem Stickstoff oder elektrisch direkt möglich und damit deutlich günstiger und praktikabler geworden", beschreibt Prof. Dr. Ludwig Schultz vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW Dresden).
Supraleitende Magnetlager in der Automation
Werden Supraleiter unter Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes eines Permanentmagneten unter die Sprungtemperatur gekühlt, hat dies nicht nur zur Folge, dass der Supraleiter den elektrischen Widerstand verliert, er verändert auch seine Eigenschaften: Der Supraleiter kann das Magnetfeld des Permanentmagneten in einem zuvor festgelegten Abstand speichern oder "einfrieren" und einen stabilen Schwebezustand ermöglichen. Versucht man den Supraleiter zu verschieben, bewegt er sich immer zurück in die gespeicherte Position. Diese Eigenschaft der reibungsfreien, stabilen Lagerung, die ohne aufwendige Mess- und Regelungstechnik auskommt, wird in den drei Forschungsträgern gezeigt.
SupraLinearMotion: Schweben dank Supraleitung
SupraLinearMotion, eine Wippe mit Sitzkonstruktion für eine Person, macht die Supraleiter-Technologie für die Messebesucher zunächst erfahrbar. Für den Schwebezustand wird das supraleitende Material am Boden des Schlittens mithilfe von flüssigem Stickstoff auf eine konstante Temperatur zwischen 63 Kelvin und 77 Kelvin gekühlt. Es wird dann in einem Abstand von circa 15 Millimetern über einer Schiene, einem einfachen Magnetfahrweg aus Permanentmagneten, angeordnet. Das Material speichert und hält die vorgegebene Position parallel zur Schiene. Für die Fortbewegung des Schlittens wird die Wippe einmalig aus der Balance gebracht. Sobald die Abwärtsbewegung ausgelöst ist und die Wippe kippt, ist nur noch die Schwerkraft im Einsatz. Der Fahrgast schwebt von Supraleitung getragen auf der Wippe.
SupraHandling - reibungsfreies Bewegen in der Ebene
Dieses Prinzip wurde auf einen Kreuztisch zur Bewegung von Objekten in der Ebene übertragen. Unterhalb des Tisches neigen zwei Antriebe die Grundplatte unabhängig voneinander in X- und Y-Richtung. Sie versetzen damit zwei auf Magnetschienen schwebende Schlitten berührungslos in Bewegung. Erstmals bewegen sich damit die Schlitten eines X-/Y-Tischs auf supraleitenden Lagern. Wie bei SupraLinearMotion wird der Supraleiter bei dieser Handhabung passiv über flüssigen Stickstoff gekühlt. Der Abstand und die Position zur Magnetschiene werden eingehalten und stabiles Schweben wird möglich. Die Einsatzmöglichkeiten in der Automatisierungstechnik sind vielfältig. Beispielsweise definieren Eigenschaften wie Geräuschfreiheit, Abnutzungsfreiheit und Halten eines definierten Abstandes neue Applikationen für die Automatisierungstechnik. Durch die leichte Federung und den geringen Energieaufwand werden schonende Bewegungen ohne Zusatzaufwand möglich.
SupraPicker - Handhabungen im hermetisch abgedichteten Raum
Das Exponat SupraPicker zeigt einen magnetischen Greifer mit supraleitender Lagerung, der eine Handhabung erstmals außerhalb und innerhalb eines hermetisch abgedichteten Raums vollziehen kann. Der dank Supraleitung schwebende Greifer nimmt zunächst ein kleines Fläschchen magnetisch auf, führt es durch eine Schleuse in einen hermetisch dichten Raum und stellt es dort auf die vorgesehene Position ab. Der Demonstrator zeigt damit die Vorteile der berührungslosen, stabilen supraleitenden Lagerung, die bisher nicht da gewesene Handlungsspielräume schafft. Ist das Magnetfeld einmal gespeichert, können der Magnet, der die Greiffunktion übernimmt, und der Supraleiter problemlos räumlich voneinander getrennt werden - zum Beispiel wie im Demonstrator durch eine Plexiglaswand. Bei dieser Anwendung wird das supraleitende Material aktiv, über ein kleines Kühlaggregat elektrisch gekühlt. Dadurch entfallen notwendige Hilfsaggregate zur Kühlung, Transport und Lagerung von flüssigem Stickstoff, was den möglichen industriellen Einsatz deutlich erleichtern kann.
Die Future Concepts Exponate von Festo finden Sie in Halle 15, Stand D07.
Weitere Informationen erhalten Sie unter: www.festo.com/bionik
Vollständiger Artikel mit Bildmaterial: www.festo.com/presse
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Datum: 05.04.2013 - 13:23 Uhr
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