Wie die Zukunft beim Handhaben und Positionieren aussehen könnte, zeigen zwei Beispiele aus der Forschungshalle. So könnten Mikrobauteile schwimmend in Stellung gebracht werden, schlagen Berliner Forscher vor.
Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Birgit Oppermann birgit.oppermann@konradin.de
Nicht nur Fleiß zahlt sich aus, auch abgucken lohnt sich: Wenn es ein Werkzeugwechsler in einer Sekunde schafft, ein Teil zu entnehmen und gegen ein anderes auszutauschen, sollte sich das auch für die Handhabungstechnik nutzen lassen. So dachten die Entwickler der Roschiwal + Partner Ingenieur GmbH, Augsburg, und stellten in der Forschungshalle auf der Hannover Messe ein entsprechendes System aus. Noch digital als Animation – doch auf der Messe Metav in München war die Lösung bereits in Hardware zu sehen. Der Bewegungsablauf in der Handhabung ist mit dem Wechsel in der Werkzeugmaschine identisch. Unterschiede lägen lediglich in den Greifern. „Und darin, dass das System im Vergleich zur konventionellen Handhabung etwa doppelt so schnell arbeitet“, erläutert Gesellschafter Helmut A. Roschiwal. Bis zu 4 kg darf ein Teil wiegen, das der Wechsler bewegt. Das System ist laut Roschiwal völlig flexibel programmierbar, da es vollelektrisch arbeitet. Durch seinen patentierten, „sehr einfachen Innenaufbau“, den der Entwickler nicht näher beschreiben wollte, unterscheide sich das System auch von konventionellen Werkzeugwechslern. Dennoch soll sowohl die Antriebs- als auch die Steuerungstechnik nach dem Plug&Play-Prinzip arbeiten und sich via Profibus mit der Maschinensteuerung verbinden lassen. „Die zentrale Steuerung bekommt nur die Positionsrückmeldung – alles andere verarbeitet unsere Steuerung direkt im Handhabungssystem“, so der Ingenieur.
Zum Abgucken hatten die Entwickler eines Positioniersystems mit magnetofluidischen Aktoren von der TU Berlin hingegen gar keine Gelegenheit. „Unser Prototyp unterscheidet sich so stark von herkömmlichen Lösungen, dass er praktisch keine Konkurrenz zu mechanischen oder elektrischen Positioniervorrichtungen ist, auch nicht zu solchen mit Piezoantrieben“, erläutert Nayim Bayat vom Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF). Das System verfährt im Stellbereich von 10 mm mit bis zu 10 mm/s und bringt dabei eine Kraft von bis zu 10 N auf.
Der Soft-Positionierer nutzt den Effekt, dass Magnetofluide ihre Eigenschaften unter dem Einfluss eines Magnetfeldes verändern. Für einachsige Bewegungen füllen die Berliner beispielsweise einen Zylinder mit einem Ferrofluid, auf dem ein hohler Trägerkörper schwimmt. Ein Elektromagnet variiert die Feldstärke und damit sowohl die Viskosität der Flüssigkeit als auch ihre magnetischen Eigenschaften. Mit zunehmender Feldstärke wird der Träger im Zylinder nach oben verdrängt. In den Zylinderwänden sind hochpräzise Führungen untergebracht. Winzige Sensoren sollen in Zukunft das Positionieren auf ± 1 µm genau ermöglichen.
„Anwendungen sehen wir in der Mikromontage, der Mikrobearbeitung sowie in der Mikrochirurgie“, sagt Bayat. Das System reagiere weich auf Störungen und gebe auch nach, so dass sich empfindliche technische Bauteile oder medizinische Objekte vor Schäden gut schützen lassen. Mit Dämpfern, Federn und Kraftsensoren lasse sich das weiche Positionieren zwar auch mit herkömmlichen Komponenten erreichen. „Aber unser System ist einfacher, weil sich Position, Dämpfung und Verfahrgeschwindigkeit allein über das Ferrofluid regeln lassen“, betont der TU-Wissenschaftler. Ein Jahr werde es aber noch dauern, bis aus dem Prototypen ein Produkt geworden ist. Grenzen setzen derzeit beispielsweise die verfügbaren Sensoren: Miniaturisierte und kostengünstige Elemente, die berührungslos und über einen Weg von 10 mm auf 0,1 µm genau messen, seien noch nicht lieferbar. Weil das System aber so einfach aufgebaut ist, denken die Forscher schon weiter und arbeiten an Protoypen für zweiachsige und parallelkinematische Lösungen, deren einziger Antrieb das Ferrofluid ist.
Ferrofluid ist Antrieb und Dämpfer im Positioniersystem
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