Vakuumgreifer mit Muskel aus intelligentem Draht

Leise, leicht und energieeffizient: Das sind einige der Vorteile des neuartigen Vakuum-Sauggreifsystems, das der Mechatronik-Student Julian Kunze in der Forschergruppe von Stefan Seelecke entwickelt hat. Ein Spezialgebiet von Seeleckes Teams sind haarfeine Formgedächtnisdrähte, die wie Muskeln anspannen und entspannen. Auf diese Weise werden auf den Punkt genaue Bewegungsabläufe möglich, wodurch etwa technische Bauteile präzise bewegt werden können. Bei Julian Kunzes Sauggreifer zieht der Draht an einer Membran und löst so ein Vakuum aus, wenn diese flach auf einem Gegenstand liegt. Die Vakuumtechnik-Firma Schmalz GmbH zeichnete den Studenten hierfür mit ihrem Innovationspreis aus.

Julian Kunze demonstriert den Prototypen seines Vakuumgreifers / Bildquelle: Filomena Simone

Sie stapeln Kartons, laden zig Dosen gleichzeitig auf Paletten, befördern große Bleche oder transportieren Glasscheiben: Vakuum-Greifer sind heute vielerorts im Einsatz. Die gängigen Systeme arbeiten pneumatisch. Sie sind meist komplex, oft schwer und machen bisweilen recht viel Lärm. Das neuartige System, das der Student Julian Kunze am Lehrstuhl von Professor Stefan Seelecke entwickelt hat, ist schlicht, leicht, leise, effizient und sogar reinraumtauglich. Das Geheimnis beruht auf einem Draht, der eine ganz besondere Eigenschaft hat: Wie ein Muskel zieht er sich deutlich zusammen, wenn Strom durch ihn fließt. Sobald der Strom ausgeschaltet wird, wird er wieder so lang wie vorher. Formgedächtnis nennen das die Wissenschaftler.

Diese Drähte mit Formgedächtnis bestehen aus Nickel-Titan. Formgedächtnis bedeutet, dass das Material seine ursprüngliche Form wieder annimmt, nachdem es verformt wurde; es erinnert sich sozusagen an seine alte Form. Diese Eigenschaft der Nickel-Titan-Legierung beruht auf so genannten Phasenumwandlungen: Wird der Draht warm, zum Beispiel wenn Strom hindurchfließt, wandelt sich seine Gitterstruktur so um, dass er kürzer wird. Kühlt er ab, wird er wieder länger. Das Forscherteam am Lehrstuhl für Unkonventionelle Aktorik an der Saar-Uni und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik „Zema“ nutzt diese Eigenschaft für verschiedenste Anwendungen: vom Inhalationsgerät, dessen Mundstück Wirkstoffteilchen gezielt an ihren Wirkort in der Lunge „schießt“, über neuartige Kühlsysteme bis hin zu Bauteilen, die sich geräuschlos und präzise heben und senken.

Nach Julian Kunze, studentischer Mitarbeiter in Seeleckes Team, ist beim Vakuumgreifer eine Membran direkt mit einem Formgedächtnisdraht verbunden, der gezielt angesteuert werden kann. So ist es möglich, nur mit elektrischem Strom ein tragfähiges Vakuum zu erzeugen. Dadurch, dass das System ganz ohne Druckluft, Gebläse, Pumpen oder sonstige größere Bestandteile auskommt, ist es platzsparend, leicht und auch der CO2-Ausstoß wird verringert. Den Prototypen hat Kunze selbst am Computer entworfen und am 3D-Drucker des Lehrstuhls ausgedruckt – komplett samt Rahmen und Membran. Dadurch konnte er den gesamten Prozess von der Idee über die Entwicklung bis zum fertigen Prototyp durchlaufen. Der Student arbeitet nun in Seeleckes Team daran, das System weiterzuentwickeln und weiter zu optimieren. Die Tragfähigkeit dieses Vakuumgreifers ist skalierbar – der Prototyp kann bereits ein Gewicht von einigen Kilos heben und sicher festhalten, aber das kann nach Seelecke natürlich noch gesteigert werden.

Das Vakuum-Technologie-Unternehmen Schmalz hat Julian Kunze für seine Entwicklung Anfang Oktober mit dem erstmals verliehenen Schmalz Innovationspreis ausgezeichnet, der mit einer Siegprämie von 4000 Euro und einem vierwöchigen Unternehmens-Praktikum bei Schmalz verbunden ist.

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