Titelfoto: Oliver Dietze

Stefan Seelecke (l.) und Ingenieur Steffen Hau demonstrieren die neue Fördertechnik mit einem Modell.

Ingenieurwissenschaft

Saar-Forscher transportieren kleine Dinge mit Muskeln aus Silikon

Sie passt sich dem Transportgut nach Größe, Gewicht und gewünschtem Tempo individuell an und verbraucht wenig Energie: Stefan Seelecke und sein Expertenteam für künstliche Muskeln haben eine neue Fördertechnik entwickelt. Silikon-Muskeln befördern Schüttgut aller Art wie Lebensmittel oder Metallteile.
Von Claudia Ehrlich • 19.07.2018

Tabletten, Schrauben, Elektrobauteile, Gummibärchen – Soll in Fabriken eine massenhafte Fülle kleiner Dinge von A nach B transportiert werden, kommen Vibrations- oder Schwingförderer zum Einsatz. Die gängigen Förderstraßen werfen entweder ihr Transportgut durch die Unwucht eines rotierenden Motors vorwärts oder nutzen die Trägheit des Schüttguts, indem sie es in Schwingbewegungen gleitend vorantreiben. Diese Systeme vibrieren oder schwingen bislang immer gleich. An ihr befördertes Gut können sie sich nicht flexibel anpassen.

Dies ist anders bei der neuen Fördertechnologie, die das Forscherteam von Stefan Seelecke am Lehrstuhl für intelligente Materialsysteme der Universität des Saarlandes und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik entwickelt hat. Ihr Fördersystem passt sich individuell an Größe, Gewicht und Besonderheiten seines Transportgutes an. Es kann Fragiles vorsichtig transportieren und Eiliges schneller.

Portrait: Oliver Dietze

Auf eine Silikon-Folie drucken wir von beiden Seiten eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Dadurch können wir eine elektrische Spannung an die Folie anlegen.

Professor Stefan Seelecke

Die Saarbrücker Ingenieure sind Spezialisten für künstliche Muskeln, die sie aus verschiedenen Materialien für den Einsatz in technischen Geräten wie Robotern oder Maschinen entwickeln. In diesem Falle setzen die Forscher auf Silikon, ein elastisch verformbarer Kunststoff, den sie mittels elektrischer Spannung dazu bringen, wie ein Muskel zu kontrahieren, also dazu, sich zusammenzuziehen. „Wir drucken auf eine Silikon-Folie von beiden Seiten eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Dadurch können wir eine elektrische Spannung an die Folie anlegen. Es handelt sich um ein so genanntes elektroaktives Polymer oder spezifischer um ein dielektrisches Elastomer“, erläutert Professor Seelecke.

Verändern die Forscher die elektrische Spannung, bewirken elektrostatische Anziehungskräfte, dass sich die Folie zusammendrückt, so dass sie sich nach oben hin ausdehnt. Je drei dieser Silikon-Muskeln kombinieren sie übereinander in einem Bauteil. Dieses montieren sie in Abständen unter eine Förderbahn aus glattem Edelstahl. „Wir erzielen bei 1800 Volt einen deutlich höheren Hub und damit eine bessere Wurfweite im Vergleich zu heute üblichen Fördersystemen. Der Frequenzbereich und der Vibrations-Takt sind größer. Außerdem haben diese Bauteile geringes Gewicht, sind günstig herzustellen und verbrauchen wenig Energie“, sagt Steffen Hau, der Doktorand hat die Förderbahn mitentwickelt.

Die Forscher können ihre Silikon-Muskeln gezielt ansteuern und die Frequenz und Schwingungen beliebig verändern: vom hochfrequenten Vibrieren bis hin zu kräftigen Stößen mit großem Hub und großer Beschleunigung können sie ihren Förderer an Gewicht und Größe des jeweiligen Schüttguts anpassen. So kann dieselbe Förderstraße direkt nacheinander verschiedenste Dinge transportieren, ohne dass Umbauarbeiten am Fördersystem nötig wären. Und: Die Förderstraße soll selbst erkennen, was auf ihr liegt, und sich daran anpassen.

In der Regelungseinheit lassen sich die Bewegungsabläufe genau berechnen und programmieren. „Wir können den Verformungen der Folie exakt Messwerte der elektrischen Kapazität zuordnen. Anhand der Messwerte kennen wir also zu jedem Zeitpunkt genau ihre mechanische Auslenkung. Dadurch hat das Bauteil sensorische Eigenschaften. Wir können es präzise ansteuern, indem wir die elektrische Spannung verändern“, erklärt Ingenieur Paul Motzki, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand in Seeleckes Team. Die Forscher nutzen die Messwerte, um eine Wiegefunktion im System zu integrieren, die das Gewicht des Transportgutes erfasst. Ziel ist, dass das Fördersystem seine Ansteuersignale selbst flexibel an das, was es transportiert, anpasst.

Auf internationalen Konferenzen erhielten die Saarbrücker Ingenieure 2017 bereits Preise für ihr System: Bei der „EuroEAP“ in Cartagena erzielte ihr Fördersystem den ersten Platz in der „EuroEAP Society Challenge“. Zuvor hatten sie in Portland, Oregon auf der „SPIE 2017“ den zweiten Platz der „SPIE Challenge“ belegt.

Am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik Zema in Saarbrücken arbeiten Universität des Saarlandes, Hochschule für Technik und Wirtschaft sowie Industriepartner zusammen. In zahlreichen Projekten entwickeln sie industrienah und setzen neue Methoden aus der Forschung in die industrielle Praxis um.

Auch zahlreiche Doktoranden und Studenten arbeiten hier an aktuellen Forschungsprojekten mit.

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