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Title:
MEMBRANE ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/058620
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a membrane actuator comprising a flexible membrane (2; 22; 42) and an actuator device (3, 4; 23; 24; 43, 44, 55) designed to introduce moving forces into part of the membrane (2; 22; 42) in order to locally deform the membrane (2; 22; 42). According to the invention, the actuator device (3, 4; 23, 24; 43, 44, 55) comprises at least one superconductor (3; 23; 43) and at least one magnet arrangement (14; 24; 44, 55), the magnetic interaction of which with the at least one superconductor (3; 23; 43) determines the moving forces acting on the membrane (2; 22; 42).

Inventors:
BERNER GEORG (DE)
STEGMEYER ELVIRA (DE)
STOCKER MARCO (DE)
KLOTZ EBERHARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/002776
Publication Date:
April 21, 2016
Filing Date:
October 14, 2014
Export Citation:
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Assignee:
FESTO AG & CO KG (DE)
International Classes:
F04B17/04; F04B35/04; F04B43/04; F04B43/09; F04B43/12; F04B45/047; F04B45/06
Domestic Patent References:
WO2005033523A12005-04-14
Foreign References:
JPH02188681A1990-07-24
JPH01170777A1989-07-05
JPH01110882A1989-04-27
JPH0196481A1989-04-14
EP0518524A21992-12-16
GB2306580A1997-05-07
Attorney, Agent or Firm:
KOCHER, MARK (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Membranaktor mit einer flexiblen Membran (2; 22; 42) und mit einer Aktoreinrichtung (3, 4; 23, 24; 43, 44, 55), die zur bereichsweisen Einleitung von Bewegungskräften auf die Membran (2; 22; 42) ausgebildet ist, um eine lokale Deformation der Membran (2; 22; 42) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (3, 4; 23, 24; 43, 44, 55) wenigstens einen Supraleiter (3; 23; 43) und wenigstens eine Magnetanordnung (14; 24; 44, 55) umfasst, deren magneti sehe Wechselwirkung mit dem wenigstens einen Supraleiter (3; 23; 43) die Bewegungskräfte auf die Membran (2; 22; 42) bestimmt .

2. Membranaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagnet (14; 55), vorzugsweise mehrere Permanentmagnete (14; 55), insbesondere mehrere flächig zur Membran (2; 42) verteilte Permanentmagnete (14; 55), umfasst.

3. Membranaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Magnetanordnung wenigstens eine Spule (4; 24; 44), vorzugsweise mehrere Spulen (4; 24; 44), insbesondere mehrere flächig zur Membran (2; 22; 42) verteilte Spulen (4; 24 ; 44 ) , umfasst .

4. Membranaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung eine der Memb ran (2) zugeordnete, insbesondere stoffschlüssig mit der Membran (2) verbundene, flexible und bereichsweise magneti- sierte Magnetfolie (14) umfasst oder dass die Membran (2) al Magnetfolie (14) ausgebildet ist.

5. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung mehrere der Membran (42) zugeordnete, vorzugsweise an einer Oberfläche der Membran (42) in gleicher Teilung angeordnete, insbesondere jeweils in gleicher Weise magnetisierte , Permanentmagnete (55) umfasst .

6. Membranaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Supraleiter (3; 23; 43) plat- tenförmig, mit einer vorgebbaren, insbesondere ebenen, Oberfläche (12) ausgebildet ist.

7. Membranaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass an einer der Membran (2; 42) zuge wandten oder abgewandten Oberfläche des Supraleiters (3; 43) mehrere, vorzugsweise in gleicher Teilung angeordnete, elekt rische Spulen (4; 44) angebracht sind.

8. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Membran (22) mehrere, vorzugswei se in gleicher Teilung angeordnete, elektrische Spulen (24) angeordnet sind.

9. Membranaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Membran (2; 22; 42) bereichs- weise, insbesondere randseitig, vorzugsweise kontaktlos, an einem Rahmen oder am Supraleiter (3; 23; 43) festgelegt ist.

10. Membranaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22; 42) bereichsweise, ins besondere randseitig, mit Magnetmitteln (24; 55) versehen ist, die für eine magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter (23; 43) für eine, vorzugsweise flexibel bewegliche, insbesondere kontaktlose, Festlegung der Membran (22; 42) am Supraleiter (23; 43) ausgebildet sind.

11. Membranaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektion der Membran (2; 22; 42) auf den wenigstens einen Supraleiter (3; 23; 43) den wenigstens einen Supraleiter (3; 23; 43) zumindest im Wesent liehen, vorzugsweise nahezu, insbesondere vollständig, überdeckt .

12. Membranaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (2) zwischen dem we nigstens einen Supraleiter (3) und einer Begrenzungsfläche (16) angeordnet ist, um mit der Begrenzungsfläche (16) einen Fluidkanal (17) für ein strömendes Fluid zu begrenzen.

13. Membranaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den elektrischen Spulen (4; 24; 44) eine Steuereinrichtung zur Bereitstellung von elektrischer Energie zugeordnet ist, um eine gezielte Deformation der Membran (2, 22; 42) zu ermöglichen.

14. Membranaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Permanentmagneten jeweils Aktoren zugeordnet sind, die für eine Verlagerung des jeweiligen Permanentmagneten oder von Gruppen von Permanentmagneten ausgebildet sind und die mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, die zur An- steuerung der Aktoren ausgebildet ist, um eine gezielte De¬ formation der Membran zu ermöglichen.

Description:
Membranaktor

Die Erfindung betrifft einen Membranaktor mit einer flexiblen Membran und mit einer Aktoreinrichtung, die zur bereichsweisen Einleitung von Bewegungskräften auf die Membran ausgebildet ist, um eine lokale Deformation der Membran zu bewirken.

Die WO 2005/033523 AI offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fördern von Medien, bei dem das zu fördernde Medium durch einen Förderraum mit mindestens einem als flexibel verformbare Membran ausgebildeten Wandelement geführt wird, wobei man in der Membran eine stetig in eine Richtung fortgesetzte vorzugsweise harmonische Wellenbewegung erzeugt, die im Medium eine Strömung in Richtung der fortgesetzten Wellenbewegung erzwingt .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Membranaktor bereitzustellen, bei dem eine mechanische Entkopplung zwischen der flexiblen Membran und der Aktoreinrichtung vorgesehen ist .

Diese Aufgabe wird für einen Membranaktor der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Aktoreinrichtung wenigstens einen Supraleiter und wenigstens eine Magnetanordnung umfasst, deren magnetische Wechselwirkung mit dem wenigstens einen Supraleiter die Bewegungskräfte auf die Membran bestimmt. Bei dem Supraleiter handelt es sich um eine Anordnung, die zumindest teilweise aus Materialien hergestellt ist, die bei Abkühlung auf oder unter eine Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweisen. Für die Erfindung wird hierbei die Eigenschaft genutzt, dass ein während der Abkühlung auf oder unter die Sprungtemperatur des oder der supraleitenden Materialien von außen auf dem Supraleiter aufgeprägtes Magnetfeld gewissermaßen in dem Supraleiter gespeichert wird. Anschließend führt eine Veränderung des von außen aufgeprägten Magnetfelds zu Magnetkräften des Supraleiters, die dieser Veränderung des Magnetfelds entgegenwirken. Dieser Effekt des auf oder unterhalb der Sprungtemperatur abgekühlten supraleitenden Materials des Supraleiters kann dazu genutzt werden, eine magnetische Wechselwirkung mit der Magnetanordnung zu bewir ¬ ken, so dass Stützkräfte für die Membran und gegebenenfalls Bewegungskräfte auf die Membran ausgeübt werden können. Beispielsweise kann die Membran in solcher Weise mit Bewegungs- kräften beaufschlagt werden, dass sich eine Wellenbewegung der Membran längs einer Bewegungsrichtung für einen auf der Membran befindlichen Gegenstand oder längs einer Förderrich ¬ tung für ein Fluid, das in einem zumindest bereichsweise von der Membran begrenzten Fluidvolumen aufgenommen ist, ergibt. Mit dieser Wellenbewegung kann eine Bewegung des Gegenstands oder eine Förderung des Fluids bewirkt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zweckmäßig ist es, wenn die Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagnet, vorzugsweise mehrere Permanentmagnete, insbesondere mehrere flächig zur Membran verteilte Permanentmagnete, umfasst. Die Aufgabe des Permanentmagneten oder der Permanentmagnete besteht darin, ein dauerhaftes Magnetfeld bereitzustellen, durch das beispielsweise eine vorgebbare Be- abstandung zwischen der Membran und dem Supraleiter vorgegeben werden kann. Als Permanentmagnet kommt beispielsweise eine der Membran zugeordnete Magnetfolie in Frage, die in geeigneter Weise, insbesondere punktuell, magnetisiert ist und diese Magnetisierung dauerhaft beibehält. Alternativ können mehrere Permanentmagnete, insbesondere Magnetfolienstücke, vorgesehen sein, die beispielsweise in einer rasterartigen Verteilung, insbesondere mit konstanter Rasterteilung, an der Membran angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung wenigstens eine Spule, vorzugsweise mehrere Spulen, insbesondere mehrere flächig zur Membran verteilte Spulen, umfasst . Mit Hilfe von Spulen kann in einfacher Weise ein variables Magnetfeld bereitgestellt werden, durch das die gewünschte Veränderung der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und der Membran zur Bereitstellung von Bewegungskräften bewirkt werden kann. Bei der Spule handelt es sich beispielsweise um eine kernlos oder auf einen Spulenkern gewickelte, zylinderhülsenförmige Draht - spule. Die Spule kann mit einem variablen Spulenstrom beaufschlagt werden, um das gewünschte variable Magnetfeld bereitzustellen. Vorzugsweise ist eine Spulenachse, die einer Windungsachse für die Windungen der Spule entspricht, zumindest im Wesentlichen quer zu einer größten Membranfläche ausgerichtet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mehrere Spulen zu einer Spulenmatrix angeordnet sind, die einer von der Membran abweisenden Oberfläche des Supraleiters zugeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Spulen zur Abschwächung oder Verstärkung von magnetischen Feldern vorgesehen sind, die von einer der Membran zugeordneten Permanentmagnetanordnung bereitgestellt werden. Somit können durch die Variation von Strömen für einzelne Spulen oder Gruppen von Spulen der Spu- lenmatrix die gewünschten Bewegungskräfte auf die Membran bereitgestellt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vor ¬ gesehen, dass die Magnetanordnung eine der Membran zugeordne ¬ te, insbesondere stoffschlüssig mit der Membran verbundene, flexible und bereichsweise magnetisierte Magnetfolie umfasst oder dass die Membran als Magnetfolie ausgebildet ist. Hierdurch ist ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Membran möglich, da die Magnetfolie beispielsweise auf die flexible Membran auflaminiert oder aufgeklebt werden kann oder die Membran als Magnetfolie ausgebildet ist. Die Magnetisierung der Magnetfolie kann nach dem Aufbringen auf die Membran erfolgen und individuell auf die Bedürfnisse des gegenüberliegenden Supraleiters und/oder einer Spule oder Spulenanordnung angepasst werden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Membran ist vorgesehen, dass die Magnetfolie punktuell magnetisiert ist und dass zwischen den magnetisierten Bereichen der Magnetfolie jeweils Schlitze in die Magnetfolie eingebracht sind, die eine Beweglichkeit, insbesondere eine Dehnbarkeit der Magnetfolie in wenigstens eine, insbesondere in zwei Raumrichtungen, verbessern. Vorzugsweise sind die Schlitze derart ausgebildet, dass die Magnetfolie für die Membran trotz großer Dehnbarkeit einstückig bleibt.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung mehrere der Membran zugeordnete, vorzugsweise an einer Oberfläche der Membran in gleicher Teilung angeordnete, insbesondere jeweils in gleicher Weise magnetisierte, Permanentmagnete umfasst. Bei dieser Ausführungsform der Membran können im Wesentlichen formstabile Permanentmagnete an einer flexiblen und elastischen Membran angebracht werden. Dabei ist die Anordnung und Anbringung der Permanentmagnete an der Membran so vorgesehen, dass eine Dehnung der Membran in wenigstens einer Raumrich- tung, vorzugsweise in wenigstens zwei Raumrichtungen, ermöglicht wird. Hierdurch kann eine Wölbung der Membran in mehreren Krümmungsrichtungen ermöglicht werden, was insbesondere bei einem Einsatz des Membranaktors für eine Bewegung von Ge ¬ genständen von Interesse sein kann. Beispielsweise kann ein Membranaktor dazu eingesetzt werden, an einem ersten Abschnitt des Randbereichs der Membran eintreffende rollfähige Gegenstände wie Walzen, Nadeln oder Kugeln in gezielter Weise durch lokale wellenförmige Absenkung oder Aufwölbung der Membran zu einem zweiten Randbereich der Membran zu bewegen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Membran gleichzeitig in wenigstens zwei senkrechten Raumrichtungen gewölbt werden kann. Exemplarisch kann vorgesehen werden, dass die Permanentmagnete als beabstandet zueinander angeordnete Abschnitte einer Magnetfolie ausgebildet sind und jeweils nur punktuell an der Membran stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, festgelegt sind.

Bevorzugt ist der Supraleiter plattenförmig mit einer vorgebbaren, insbesondere ebenen, Oberfläche ausgebildet. Dabei kann der Supraleiter vollständig aus supraleitendem Material ausgebildet sein. Alternativ umfasst der Supraleiter mehrere Abschnitte aus supraleitendem Material, die in einer vorgebbaren geometrischen Anordnung, insbesondere in einer Matrix mit vorgebbarer, konstanter Teilung, in einem Trägermaterial, vorzugsweise einem nichtmagnetischen Trägermaterial, aufgenommen sind. Bei dieser Variante kann die gewünschte Kraft - einleitung auf die Membran mit einem möglichst geringen Einsatz an supraleitendem Material bewirkt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn an einer der Membran zugewandten oder abgewandten Oberfläche des Supraleiters mehrere, vorzugsweise in gleicher Teilung angeordnete, elektrische Spulen angebracht sind. Die Aufgabe der Spulen besteht in der loka- len Verstärkung oder Abschwächung der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem zugeordneten Permanentmagneten. Die Spulen können bei dieser Anordnung ortsfest und somit kostengünstig angeordnet werden. Vorzugsweise sind die Spulen aneinander gereiht oder als Matrix auf einer oder mehreren elektrischen Leiterplatten angeordnet, die sämtliche elektrischen Verbindungen für die Spulen bereitstellen, so dass keine diskrete Verkabelung der einzelnen Spulen erforderlich ist. Besonders bevorzugt sind auf diesen elektrischen Leiterplatten weitere elektrische und/oder elektronische Bauelemente angeordnet, die zur Beeinflussung der Spulenströme für die Spulen dienen, um eine möglichst kompakte Bauweise zu gewährleisten. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Supraleiter als Anordnung von Bereichen mit supraleitenden Eigenschaften und Bereichen ohne supraleitende Eigenschafen ausgebildet ist und die Spulen jeweils mit einem vorgebbaren räumlichen Versatz seitlich zu den Bereichen mit supraleitenden Eigenschaften angeordnet sind. Durch diese Maßnahme kann eine Einflussnahme auf die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagneten mit einem vorteilhaften elektrischen Wirkungsgrad erzielt werden, da das von der Spule bereitgestellte, variable Magnetfeld nicht zunächst das supraleitende Material durchsetzen muss, bevor es die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagneten beeinflussen kann.

Zweckmäßig ist es, wenn an der Membran mehrere, vorzugsweise in gleicher Teilung angeordnete, elektrische Spulen angeordnet sind. Hierdurch kann in einfacher Weise eine lokale oder flächige Beeinflussung der magnetischen Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagneten erzielt werden. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Spulen an einer flexiblen Leiterfolie angeordnet sind, so dass eine wellenförmige Bewegung in einer Richtung ermöglicht wird. Bei einer Weiterbildung dieser Leiterfolie kann vorgesehen sein, dass durch eine geeignete Anordnung von Schlitzen in die Leiterfolie eine gleichzeitige Flexibilität in mehreren Raumrichtungen gewährleistet wird, wobei verbleibende Stege der Leiterfolie zwischen den Schlitzen für die Weiterführung von Leiterbahnen genutzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran bereichsweise, insbesondere randseitig, vorzugsweise kontaktlos, an einem Rahmen oder am Supraleiter festgelegt ist. Somit wird verhindert, dass die Membran durch Reaktionskräfte, wie sie bei einer Bewegung von Gegenständen oder einer Förderung eines Fluids auftreten können, in unerwünschter Weise gegenüber dem Supraleiter bewegt wird und möglicherweise ein negativer Einfluss auf die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagneten entsteht. Eine kontaktlose Festlegung kann beispielsweise durch Ausnutzung einer magnetischen Wechselwirkung zwischen der Membran und dem Rahmen oder Supraleiter erfolgen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Membran bereichsweise, insbesondere randseitig, mit Magnet - mittein versehen, die für eine magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter für eine, vorzugsweise flexibel bewegliche, insbesondere kontaktlose, Festlegung der Membran am Supraleiter ausgebildet sind. Eine derartige Festlegung der Membran ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Membran aus einem flexiblen Werkstoff mit hohem Widerstand gegen elastische Deformation ausgebildet ist, beispielsweise aus einer dünnen Metallfolie oder einem Gewebe aus hochfesten Fäden: In diesen beiden exemplarischen Fällen ist eine hohe Flexibilität mit einer geringen elastischen Deformierbarkeit gepaart . Um bei einer Verwendung derartiger Materialien dennoch die gewünsch- te Deformation der Membran bei der Beaufschlagung mit den Bewegungskräften gewährleisten zu können, ist die Membran rand- seitig durch die vorgesehene magnetische Kopplung elastisch am Supraleiter angebracht und kann somit in einem gewissen Rahmen relativ zum Supraleiter bewegt werden. Besonders bevorzugt sind die Membran, der Supraleiter und die Magnetmittel zur randseitigen Festlegung der Membran derart ausgelegt, dass die Membran in einem Ruhezustand, also ohne Einleitung von Bewegungskräften, eine innere Spannung aufweist und somit straff gespannt ist und eine vorgegebene Form aufweist.

Bevorzugt ist vorgesehen, das eine Projektion der Membran auf den wenigstens einen Supraleiter den wenigstens einen Supraleiter zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise nahezu, insbesondere vollständig, überdeckt. Somit ist eine vollflächige Abstützung der Membran gegenüber dem Supraleiter gewährleistet .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran zwischen dem wenigstens einen Supraleiter und einer Begrenzungs- fläche angeordnet, um mit der Begrenzungsfläche einen Fluid- kanal für ein strömendes Fluid zu begrenzen. Hierdurch kann der Membranaktor beispielsweise in einer Pumpenfunktion und/oder einer Ventilfunktion betrieben werden. Für eine Pumpenfunktion wird die Membran in einer Weise wellenförmig be ¬ wegt, dass wiederkehrend eine Verdrängung eines Fluidvolumens längs einer vorgebbaren Förderrichtung erfolgt. Für eine Ven ¬ tilfunktion wird die Membran derart mit Bewegungskräften beaufschlagt, dass sie einen freien Querschnitt des Fluidkanals verengt oder vollständig verschließt. Alternativ kann vorge ¬ sehen werden, dass die Magnetanordnung und der Supraleiter derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Membran in einer Ausgangsstellung ohne Einleitung von Bewegungskräften den freien Querschnitt des Fluidkanals verschließt und bei einer Einleitung von Bewegungskräften eine zumindest teilweise Freigabe des Fluidkanals erfolgt. Besonders vorteilhaft ist eine Kombination beider Betriebsweisen, so dass zeitweilig eine Förderfunktion für ein Fluid und zeitweilig eine Ventil funktion für das Fluid durch den Membranaktor verwirklicht wird.

Zweckmäßig ist es, wenn den elektrischen Spulen eine Steuereinrichtung zur Bereitstellung von elektrischer Energie zuge ordnet ist, um eine gezielte Deformation der Membran zu ermöglichen. Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller, der in einer Weise programmiert ist, um die gewünschte Funktion des Membranaktors verwirklichen zu können. Vorzugsweise umfasst die Steuereinrichtung einen oder mehrere elektronische Leistungsschalter, insbesondere Transistoren, mit deren Hilfe Steuersignale der Steuereinrichtung dazu genutzt werden können, elektrische Leistung von einer Stromquelle an die wenigstens eine Spule bereitzustellen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steu ereinrichtung einen oder mehrere Sensoren, insbesondere Stromsensoren und/oder Bewegungssensoren und/oder Positions- sensoren umfasst, um eine Rückkopplung von tatsächlich statt findenden Bewegungen der Membran in den Mikroprozessor oder Mikrocontroller zu ermöglichen und damit gegebenenfalls eine Regelung der Bewegung der Membran zu gewährleisten.

Vorteilhaft ist es, wenn den Permanentmagneten jeweils Aktoren zugeordnet sind, die für eine Verlagerung des jeweiligen Permanentmagneten oder von Gruppen von Permanentmagneten aus gebildet sind und die mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, die zur Ansteuerung der Aktoren ausgebildet ist, um ei ne gezielte Deformation der Membran zu ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform wird eine Einflussnahme auf das System aus Supraleiter und der mit einer Magnetfolie oder mit Perma nentmagneten versehenen oder aus Magnetfolie bestehenden Membran durch eine Veränderung einer räumlichen Anordnung von zusätzlichen Permanentmagneten erzielt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Membranaktors mit einer randsei - tig an einem plattenförmigen Supraleiter festgelegten, mit einer magnetisierten Magnetfolie ausgebildeten Membran und mehreren am Supraleiter angeordneten elektrischen Spulen zur lokalen Auslenkung der Membran,

Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Membranaktors, bei dem gegenüberliegend zu einem plattenförmigen Supraleiter eine elastische Membran vorgesehen ist, an der mehrere elektrische Spulen angeordnet sind, um eine lokale Deformation der Membran in Wechselwirkung mit dem Supraleiter bewirken zu können,

Figur 3 eine schematische Seitenansicht einer dritten Aus- führungsform eines Membranaktors, bei dem eine elastische Membran mit einer Vielzahl von Permanentmagneten versehen ist und dem Supraleiter an einer der Membran entgegengesetzten Oberfläche mehrere elektrische Spulen zugeordnet sind, und

Figur 4 eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform des

Membranaktors gemäß der Figur 1. Eine in den Figuren 1 und 4 schematisch dargestellte erste Ausführungsform eines Membranaktors 1 umfasst als wesentliche Komponenten eine flexible Membran 2, einen exemplarisch plat- tenförmig, insbesondere als Planparallelplatte ausgeführten, Supraleiter 3 aus einem Material, das bei Erreichen oder Unterschreiten einer materialspezifischen Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist, sowie mehrere am Supraleiter 3 angeordnete elektrische Spulen 4. Wahlweise können die Spulen an einer der flexiblen Membran 2 abgewandten Oberfläche des Supraleiters 3 und/oder an einer der flexiblen Membran 2 zugewandten Oberfläche des Supraleiters 3 angebracht sein. Bei der Darstellung der Figur 1 wird davon ausgegangen, dass die Spulen 4 an der der flexiblen Membran 2 abgewandten Oberfläche des Supraleiters 3 angebracht sind. Die gestrichelt dargestellten Spulen 4 auf der der flexiblen Membran 2 zugewandten Oberfläche des Supraleiters 3 können alternativ oder ggf. ergänzend vorgesehen werden.

Mit Hilfe eines derartigen Membranaktors 1 kann durch gezielte Ansteuerung der elektrischen Spulen 4 eine Einflussnahme auf eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter 3 und der flexiblen Membran 2 und damit eine lokale Deformation der flexiblen Membran 2 hervorgerufen werden, wie dies in der Figur 1 durch die gestrichelt dargestellten, alternativen Formen der Membran 2 symbolisiert ist.

Beispielsweise kann ein derartiger Membranaktor 1 dazu genutzt werden, flüssige oder gasförmige Fluide oder rollfähige, insbesondere zylinderartige oder kugelförmige, Körper entlang wenigstens einer Erstreckungsrichtung der flexiblen Membran 2 zu fördern. Zur Verdeutlichung eines derartigen Fördervorgangs ist in der Figur 1 eine zu fördernde Kugel 5 eingezeichnet, die durch Wechselwirkung des Supraleiters 3 mit der flexiblen Membran 2 sowie durch gezielte Ansteuerung der elektrischen Spulen 4 in einer Weise lokal deformiert werden kann, dass sich die Membran 2 bereichsweise vom Supraleiter 3 entfernt und dabei die Kugel 5 anhebt. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Membran 2 eine in vorgebbarer Weise magnetisierte Magnetfolie umfasst oder aus einer solchen Magnetfolie hergestellt ist. Da aufgrund der nur lokalen Deformation der flexiblen Membran 2 ein wellenförmiger Querschnitt für die flexible Membran 2 auftritt, erhält die Kugel 5 die Gelegenheit, an einer Flanke des Wellenbergs abzurollen und bewegt sich exemplarisch gemäß der Darstellung der Figur 1 nach rechts, wie dies durch die gestrichelt dargestellte Kugel 5 im rechten Bereich der Figur 1 symbolisiert ist.

Um eine tatsächliche Bewegung der flexiblen Membran 2 gegenüber dem Supraleiter 3 zu verhindern, ist die flexible Membran 2 jeweils endseitig entlang der kürzeren Kanten 6, 7 beispielhaft kontaktlos mittels leistenförmiger , permanentmagnetischer Abstandshalter 8, 9 an dem Supraleiter 3 festgelegt. Exemplarisch wird davon ausgegangen, dass die flexible Membran 2 aufgrund der zugeordneten Magnetfolie keine gummielastischen Eigenschaften aufweist, so dass eine Erstreckung der flexiblen Membran 2 entlang ihrer längeren Kanten 10, 11 größer als eine Erstreckung des Supraleiters 3 in diese Richtung ist. Dadurch weist die flexible Membran 2 aufgrund der Festlegung durch die Abstandshalter 8, 9 am Supraleiter 3 stets eine Krümmung auf. Ferner wird davon ausgegangen, dass die flexible Membran 2 biegeschlaff ist und ohne Einwirkung von Magnetkräften bereichsweise auf dem Supraleiter 3 aufliegt.

Für eine Inbetriebnahme des Membranaktors 1 wird zunächst davon ausgegangen, dass der Supraleiter 3 auf einer Temperatur oberhalb seiner Sprungtemperatur temperiert ist. Die flexible Membran 2 liegt beispielsweise auf einem nicht dargestellten Abstandshalter auf und ist somit beabstandet von der der Oberfläche 12 des Supraleiters 3. Die elektrischen Spulen 4, die gemäß der Darstellung der Figur 4 in einer Spulenmatrix mit in Längs- und Querrichtung gleicher Teilung t angeordnet sind, weisen keine Beaufschlagung mit elektrischer Energie auf. Desweiteren ist die Magnetfolie 14 der flexiblen Membran 2, die sich über die gesamte Ausdehnung der dem Supraleiter 3 zugewandten Oberfläche der flexiblen Membran 2 erstreckt, vorzugsweise jeweils bereichsweise, insbesondere kreisförmig, magnetisiert . Die magnetisierten Flächen der Magnetfolie 14 können in der gleichen Weise wie die Spulen 4 in der Spulenmatrix angeordnet sein, die ebenfalls durch die gestrichelten Kreiskonturen in der Figur 4 angedeutet ist. Ferner ist exemplarisch vorgesehen, dass eine Magnetisierung der Magnetfolie 14 in den kreisförmigen Bereichen senkrecht zur Darstellungsebene der Figur 4 gewählt ist.

Ausgehend von dieser Situation findet zunächst eine Abkühlung des Supraleiters 2 mittels einer nicht näher dargestellten Kühleinrichtung, bei der es sich beispielsweise um einen Kryostaten mit einer elektrisch betreibbaren Wärmepumpe oder einem Vorratstank für verflüssigtes Gas, insbesondere verflüssigten Stickstoff, handeln kann, statt. Die Kühlung des Supraleiters 3 wird durch die randseitig unterhalb des Supraleiters 3 in der Figur 1 dargestellten Pfeile symbolisiert, die den hierbei aus dem Supraleiter 3 stattfindenden Wärmeab- strom symbolisieren. Bei der Abkühlung auf bzw. unter die Sprungtemperatur „speichert" der Supraleiter 3 das von der flexiblen Membran 2 bzw. den magnetisierten Bereichen der zugeordneten Magnetfolie 14 jeweils lokal bereitgestellte Magnetfeld und wirkt bei Beibehaltung oder fortdauernder Unterschreitung der Sprungtemperatur einer Veränderung dieses Magnetfelds entgegen. Wenn nun nach Erreichen oder Unterschreiten der Sprungtemperatur eine Energieversorgung einzelner Spulen 4 mit elektrischer Energie erfolgt, bilden sich vorzugsweise in vertikaler Richtung gemäß der Darstellungsebene der Figur 1 ausgerichtete Spulenmagnetfelder aus, die die vorhandenen Magnetfelder abschwäche oder verstärken, so dass eine lokale Abstoßung oder Anziehung der flexiblen Membran 2 bewirkt wird. Dementsprechend wird die flexible Membran 2 durch geeignete An- steuerung der elektrischen Spulen 4 deformiert und kann bei geeigneter Energiebeaufschlagung der elektrischen Spulen 4 eine wellenförmige Bewegung ausführen, wie dies durch die verschiedenen Formen der flexiblen Membran 2 in der Darstellung der Figur 1 symbolisiert ist. Bevorzugt werden die elektrischen Spulen 4 jeweils gruppenweise angesteuert, gemäß der Darstellung der Figur 4 beispielsweise spaltenweise, wodurch eine Wellenbewegung der flexiblen Membran 2 in Zeilenrichtung längs der längeren Kanten 10, 11 der Membran 2 durchgeführt werden kann.

Bei einer elastischen Ausgestaltung der flexiblen Membran 22, 42, wie sie in den Figuren 2 und 3 angedeutet ist, kann zusätzlich zu einer entlang der längeren Kante 10, 11 der Membran 2 verlaufenden Wellenbewegung auch eine Wellenbewegung in anderen Richtungen auf die jeweilige Membran 22, 42 eingeleitet werden.

Abweichend von der ersten Ausführungsform eines Membranaktors 1 ist bei der in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsform eines Membranaktors 21 eine elastische flexible Membran 22 vorgesehen, die beispielsweise gummielastische Eigenschaf ¬ ten aufweisen kann. An einer dem Supraleiter 23 zugewandten Oberfläche der flexiblen Membran 22 sind elektrische Spulen 24, insbesondere in einer Spulenmatrix, wie sie bereits aus der Figur 4 für die erste Ausführungsform des Membranaktors 1 bekannt ist, angeordnet. Die elektrischen Spulen 24 sind mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung elektrisch verbunden, die eine gezielte Ansteuerung der einzelnen elektrischen Spulen 24 innerhalb der Spulenmatrix ermöglicht. Dadurch kann eine lokale Deformation der Membran 22 bewirkt werden. Eine Inbetriebnahme des Membranaktors 21 gemäß der Figur 2 kann beispielsweise dahingehend erfolgen, dass zunächst auf die Oberfläche 32 des Supraleiters 23 mit Hilfe von ebenfalls nicht dargestellten Abstandshaltern eine nicht dargestellte plattenförmige oder folienartige Magnetanordnung aufgelegt wird, die den Supraleiter 23 zumindest nahezu vollständig überdeckt. Diese beabstandet vom Supraleiter 23 angeordnete Magnetanordnung ist vorzugsweise in gleicher Art mag- netisiert wie die Magnetfolie der flexiblen Membran 2 des Membranaktors 1 und dient als „Programmiermagnet" zur Aufprä- gung von Magnetfeldern auf den Supraleiter 23. Anschließend findet eine Abkühlung des Supraleiters 23 auf oder unterhalb seiner Sprungtemperatur statt, wodurch die lokalen Magnetfel ¬ der der nicht dargestellten Magnetanordnung im Supraleiter 23 „gespeichert" werden. Anschließend wird die flexible Membran 22 mit den daran angebrachten elektrische Spulen 24 in den Einflussbereich des Supraleiters 23 gebracht wobei die flexible Membran 22 ohne eine Bestromung der elektrischen Spulen 24 zunächst einen von der Magnetanordnung bestimmten Abstand gegenüber dem Supraleiter 23 einnimmt. Bei gezielter Ansteuerung einzelner Spulen 24 kann nunmehr eine lokale Deformation der flexiblen Membran 22 in einer oder in mehreren Raumrichtungen bewirkt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass je ¬ weils randseitig angeordnete elektrische Spulen 24 mit einem im Wesentlichen konstanten Spulenstrom von der Steuereinrichtung beaufschlagt werden, um eine zumindest im Wesentlichen ortsfeste Festlegung der flexiblen Membran 22 gegenüber dem Supraleiter 23 zu ermöglichen. Bei geeigneter Auswahl des Spulenstroms für diese randseitigen elektrischen Spulen 24 kann eine gewisse Elastizität auch hinsichtlich der Festlegung gegenüber dem Supraleiter 23 bewirkt werden, so dass bei starker Deformation der flexiblen Membran 22 eine elastische Ausweichbewegung der jeweiligen randseitigen elektrischen Spulen 24 erfolgt und nach Abklingen der starken Deformation der flexiblen Membran 22 eine automatische Rückstellung dieser elektrischen Spulen 24 in ihre Ursprungsposition erfolgt.

Bei der in Figur 3 dargestellten dritten Ausführungsform eines Membranaktors 41 ist ebenfalls exemplarisch von einer elastischen Ausführung der flexiblen Membran 42 auszugehen. Im Unterschied zu der zweiten Ausführungsform des

Membranaktors 21, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist, sind bei dem Membranaktor 41 Permanentmagnete 55 in einer Magnetmatrix, die exemplarisch der Spulenmatrix des

Membranaktors 1 entsprechen kann, an der flexiblen Membran 42 angeordnet. Der Aufbau des Supraleiters 43 mit den zugeordneten elektrischen Spulen 44 entspricht der Aufbauweise gemäß dem Membranaktor 1. Im Ergebnis unterscheidet sich der Membranaktor 41 von dem Membranaktor 1 dadurch, dass aufgrund der Anbringung einzelner Permanentmagnete 55 an der flexiblen Membran 42 der Werkstoff für die flexible Membran 42 elastisch gewählt werden kann, so dass Deformationen der flexiblen Membran 42 in mehreren Raumrichtungen vorgesehen werden können. Eine randseitige Festlegung der flexiblen Membran 42 erfolgt durch die randseitig angeordneten Permanentmagnete 55, die in Wechselwirkung mit dem Supraleiter 43 stehen und denen exemplarisch keine elektrischen Spulen 44 zugeordnet sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine „Speicherung" von Magnetfeldern im Supraleiter 43 während einer Abkühlung auf bzw. unter seine Sprungtemperatur dergestalt vorgenommen wird, dass die Permanentmagnete 55 der flexiblen Membran 42 kontaktlos gegenüber dem Supraleiter 43 angeordnet sind.

Bei einer Abwandlung der in Figur 1 dargestellten ersten Aus- führungsform eines Membranaktors 1 ist gegenüberliegend zur flexiblen Membran 2 ein Wandabschnitt 16 angeordnet, der zusammen mit der flexiblen Membran 2 einen Fluidkanal 17 begrenzt. Gegebenenfalls sind quer zum Wandabschnitt 16 und zur Membran 2 noch weitere, in der Figur 1 nicht dargestellte, insbesondere starre, Wandabschnitte vorgesehen, so dass ein seitlich abgeschlossener Fluidkanal 17 entsteht. In diesem Fluidkanal 17 kann durch eine wellenförmige Wanderbewegung der flexiblen Membran 2 aufgrund entsprechender Ansteuerung der elektrischen Spulen 4 eine Förderbewegung für ein Fluid bewirkt werden. Alternativ kann bei geeigneter Anordnung des Wandabschnitts 16 gegenüber der flexiblen Membran 2 bei geeigneter Auslenkung der flexiblen Membran 2 eine vollständige Blockierung des Fluidkanals 17 zur Bewirkung einer Ventil - funktion erzielt werden.