Vaku­um ohne Druckluft

Kur­ze Strom­im­pul­se genü­gen, um blitz­schnell ein kraft­vol­les Vaku­um zu erzeu­gen und wie­der zu lösen: Der neu­ar­ti­ge Saug­grei­fer, den das For­scher­team um Ste­fan Seelecke von der Uni­ver­si­tät des Saar­lan­des ent­wi­ckelt hat, lässt Robo­ter­ar­me Gegen­stän­de sicher fest­hal­ten und frei im Raum bewe­gen – ohne Druck­luft, strom­spa­rend, lei­se und rein­raum­taug­lich. Die Spe­zia­lis­ten für intel­li­gen­te Mate­ri­al­sys­te­me set­zen dabei künst­li­che Mus­keln ein: haar­fei­ne Form­ge­dächt­nis-Draht­bün­del, die an- und ent­span­nen kön­nen. Die Dräh­te haben Sen­sor­funk­ti­on und mer­ken zum Bei­spiel, wenn der Grei­fer nach­fas­sen muss.
Sie sor­tie­ren, beför­dern und hal­ten fest, damit geschraubt, lackiert oder mon­tiert wer­den kann: Vaku­um-Saug­grei­fer kom­men heu­te in indus­tri­el­len Fer­ti­gungs­stra­ßen bei allem zum Ein­satz, was eine halb­wegs ebe­ne und glat­te Ober­flä­che hat. Meist herrscht dabei lau­tes Getö­se. Die gän­gi­gen Sys­te­me arbei­ten mit Druck­luft. Das macht sie laut, abhän­gig von schwe­rem Gerät, viel teu­rer Tech­nik und damit ziem­lich unfle­xi­bel. Außer­dem ver­brau­chen sie viel Energie.
Dies ist bei der neu­en Vaku­um-Tech­no­lo­gie der For­scher­grup­pe von Pro­fes­sor Ste­fan Seelecke an der Saar-Uni­ver­si­tät und am Saar­brü­cker Zen­trum für Mecha­tro­nik und Auto­ma­ti­sie­rungs­tech­nik anders: Der Form­ge­dächt­nis-Vaku­um­grei­fer braucht außer dem Robo­ter­arm, der ihn führt, kei­ne wei­te­ren Appa­ra­tu­ren, um ein star­kes Vaku­um zu hal­ten. Er ist nicht auf Antrie­be wie Elek­tro­mo­to­ren oder Druck­luft ange­wie­sen, er ist leicht, anpas­sungs­fä­hig, kos­ten­güns­tig in der Her­stel­lung und arbei­tet völ­lig geräusch­los. Er benö­tigt nur elek­tri­schen Strom – genau­er gesagt klei­ne Strom-Impul­se: jeweils einen, um das Vaku­um her­zu­stel­len und einen, es wie­der zu lösen. Fürs Hal­ten selbst, auch wenn es lan­ge dau­ert, braucht er kei­nen Strom – auch wenn er das Trans­port­gut schräg hält.
Das Ver­fah­ren beruht auf dem so genann­ten Form­ge­dächt­nis der Legie­rung Nickel-Titan: „Form­ge­dächt­nis bedeu­tet, dass das Mate­ri­al sich an sei­ne ursprüng­li­che Form erin­nert und die­se wie­der annimmt, nach­dem es ver­formt wur­de. Fließt Strom hin­durch, wird der Draht warm und sei­ne Git­ter­struk­tur wan­delt sich so um, dass er kür­zer wird. Ohne Strom kühlt er ab und wird wie­der län­ger“, erklärt Ste­fan Seelecke die­se soge­nann­ten Pha­sen-Umwand­lun­gen. Die haar­fei­nen Dräh­te kon­tra­hie­ren also wie Mus­keln, je nach­dem ob Strom fließt oder nicht.
Für den Vaku­um-Grei­fer legen die For­scher Bün­del die­ser Dräh­te wie einen Ring­mus­kel rund um ein Metall-Plätt­chen, das nach oben oder unten umsprin­gen kann wie ein Knack­frosch: Ein Strom­im­puls ver­kürzt die Dräh­te und lässt das Knack­frosch-Plätt­chen umschnap­pen. Dabei zieht es an einer Gum­mi-Mem­bran und erzeugt so ein star­kes, trag­fä­hi­ges Vaku­um, wenn der Grei­fer auf einer fla­chen Ober­flä­che liegt. Durch die Bün­de­lung der Dräh­te sind schnel­le und kraft­vol­le Bewe­gun­gen mög­lich: „Meh­re­re Dräh­te geben durch die grö­ße­re Ober­flä­che mehr Wär­me ab und küh­len schnel­ler aus. Das Bün­del kann dadurch schnell kurz und wie­der lang wer­den, also ist auch ein schnel­les Grei­fen und Los­las­sen mög­lich“, erklärt Susan­ne-Marie Kirsch.
Ob er sein Trans­port­gut fest im Griff hat oder nicht, merkt der Saug­grei­fer dabei selbst: Das Mate­ri­al der Dräh­te hat zusätz­lich auch Sen­sor­ei­gen­schaf­ten. „Die Dräh­te lie­fern alle nöti­gen Daten. Die Mess­wer­te des elek­tri­schen Wider­stands las­sen sich exakt der jewei­li­gen Defor­ma­ti­on der Dräh­te zuord­nen. Daher kennt die Steue­rungs­ein­heit anhand die­ser Mess­da­ten zu jeder Zeit die genaue Posi­ti­on der Dräh­te“, sagt Pro­fes­sor Seelecke. Das macht es mög­lich, dass der Grei­fer selbst­stän­dig erkennt, wenn das Vaku­um nicht trag­fä­hig ist. Auch kann er bei Fehl­funk­ti­on oder Mate­ri­al­er­mü­dung warnen.
Die saar­län­di­schen Inge­nieu­re auf der Han­no­ver Mes­se: Hal­le 2, Stand B46