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Fantastische Technik Faszination Fluidtechnik

| Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Fluidtechnik ist langweilig? Von wegen! Wir stellen fluidtechnische Anwendungen vor, die so faszinierend und spektakulär sind, dass man es kaum glauben mag.

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Seit Juni 2016 sind der Ausbau des Panama-Kanals sowie der Neubau von zwei Schleusen mit Sparbeckenfunktion abgeschlossen. Nun dürfen Schiffe mit einer Länge von bis zu 366 m und einer Breite bis zu 49 m diese kürzeste Verbindung zwischen Ost- und Westküste Nordamerikas passieren.
Seit Juni 2016 sind der Ausbau des Panama-Kanals sowie der Neubau von zwei Schleusen mit Sparbeckenfunktion abgeschlossen. Nun dürfen Schiffe mit einer Länge von bis zu 366 m und einer Breite bis zu 49 m diese kürzeste Verbindung zwischen Ost- und Westküste Nordamerikas passieren.
(Bild: Rolf NACHBAR)

Die Tore zum Meer

Vor rund sechs Jahren begannen internationale Spezialisten von Bosch Rexroth, die hydraulische Ausrüstung für die neuen Schleusen des Panama-Kanals zu installieren und in Betrieb zu nehmen. Die Planung stammt zum großen Teil aus Deutschland und den Niederlanden, die Aggregate haben Bosch Rexroth-Werke in Süd-Korea und den USA gefertigt, die Hydraulikzylinder stammen aus Werken in China. Experten für Stahlwasserbau, Hydraulik und Steuerungstechnik aus Russland, Mexiko, Brasilien, Panama, Kolumbien, Paraguay und der Tschechischen Republik wirkten bei der Montage mit.

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Für das Großprojekt entwickelte und lieferte Bosch Rexroth unter anderem 158 kundenspezifische Antriebszylinder, Aggregate und Steuerungen nebst Zubehör und war verantwortlich für die Montage, Inbetriebnahme, Tests, Übergabe sowie die Schulung des zukünftigen technischen Personals. Das Besondere gegenüber den bisherigen Schleusen am Panama-Kanal ist die Erweiterung um Wassersparbecken. Das Wasser der einzelnen Schleusenkammern fließt dabei durch die Schwerkraft in die Sparbecken und zurück. Jedes Sparbecken fasst dabei circa 20 % des Ausgleichsvolumens einer zugehörigen Schleusenkammer. Pro Schleusung müssen also nur noch circa 40 % an Frischwasser zugeführt werden.

Im Juni 2016 wurde der Ausbau des Panama-Kanals sowie der Neubau der zwei Schleusen mit Sparbeckenfunktion abgeschlossen. Seitdem dürfen Schiffe mit einer Länge von bis zu 366 m und einer Breite bis zu 49 m diese kürzeste Verbindung zwischen Ost- und Westküste Nordamerikas passieren.

KI sortiert Bakterien

Die Tropfen-Mikrofluidik ist ein Meilenstein in der Kultivierung und Erforschung von Mikroorganismen. Ihr Prinzip beruht auf der Unvermischbarkeit zweier Flüssigkeiten. Eine ölige und eine wässrige Flüssigkeit werden in einem winzigen Kanalsystem miteinander in Kontakt gebracht.

Dabei umschließt die ölige Flüssigkeit die wässrige und es bilden sich kleinste Tröpfchen von etwa 200 Pikoliter Volumen. Mithilfe eines Helfermoleküls wird eine erneute Verschmelzung der einzelnen Tröpfchen verhindert. So dienen die Tröpfchen als winzige Bioreaktoren, die jeweils mit einer Bakterienzelle beimpft werden können. Damit erhält man große Mengen an Reinkulturen für die Suche nach neuen Mikroorganismen oder Wirkstoffen.

Mithilfe von Kunststoffkügelchen und Künstlicher Intelligenz haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, pikolitergroße Tröpfchen zu sortieren.
Mithilfe von Kunststoffkügelchen und Künstlicher Intelligenz haben Wissenschaftler eine Methode entwickelt, pikolitergroße Tröpfchen zu sortieren.
(Bild: ©SITTIPONG – stock.adobe.com/ [M] MHerkersdorf)

Neben dem geringen Platzverbrauch ist diese Methode kostengünstig und funktioniert im Hochdurchsatz – also sehr schnell. Dadurch ist die Mikrofluidik in der Lage etwa die Suche nach neuen Antibiotika zu beschleunigen.

„Die Mikrofluidik hat viele Vorteile“, sagt Dr. Miguel Tovar vom Biotechnikum des Leibniz-HKI. „Aber bei mitunter wochenlanger Kultivierung kommen die Tropfen durcheinander, sodass wir keinen Überblick mehr haben, welches Bakterium in welchem Tropfen ist“, so Tovar weiter. Um dieses Problem zu lösen, zogen sie die Expertise der Forschungsgruppe Angewandte Systembiologie hinzu, die mithilfe Künstlicher Intelligenz ein System entwickelte, das die Tröpfchen nach Bakterienart oder experimentellen Bedingungen sortieren kann.

Gestalten Sie mit uns die konstruktionspraxis!

Die Arbeitswelt verändert sich fortlaufend und mit ihr auch die fachspezifischen Aufgabenstellungen, denen Sie sich Tag für Tag stellen. Hierbei wollen wir Sie mit unserem Fachmedien-Angebot auch zukünftig zielführend unterstützen und Ihnen Inhalte mit echtem Mehrwert liefern.

Motor ohne Strom, Benzin oder Gas

Elektromotoren sind und bleiben in den meisten Industriezweigen die erste Wahl, aber es gibt durchaus Orte, an denen ihr Einsatz schwierig, teuer oder gar gefährlich ist. Hierzu zählen beispielsweise nasse, schmutzige Prozessumgebungen oder explosionsfähige Atmosphären, in denen Funken von Motoren oder den dazugehörigen Schaltgeräten eine erhebliche Gefahr darstellen. Eine sichere, einfache und komfortable Alternative sind in vielen dieser Anwendungen druckluftbetriebene Motoren.

Dabei hat Luft gleich eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Technologien: Sie ist keine Zündquelle in brennbaren Atmosphären und stellt für die meisten Produkte kein Kontaminationsrisiko dar. Sie lässt sich problemlos über einfache, kostengünstige Rohrleitungen verteilen und ist in den meisten Produktionsumgebungen ohnehin im Einsatz und leicht verfügbar. Zudem sind Druckluftmotoren bei gleicher Leistung oft kleiner als ihre elektrischen Pendants.

Druckluftkolbenmotoren haben Hubkolben, die eine zentrale Welle in eine Drehbewegung versetzen – ähnlich wie beim Benzin- oder Dieselmotor.
Druckluftkolbenmotoren haben Hubkolben, die eine zentrale Welle in eine Drehbewegung versetzen – ähnlich wie beim Benzin- oder Dieselmotor.
(Bild: Huco)

Da Druckluftmotoren nicht von Elektrizität abhängig sind, erzeugen sie im Betrieb keine elektromagnetischen Felder. Spezialmotoren, die ohne magnetische Komponenten auskommen, werden für Sonderanwendungen gebraucht, z. B. MRT-Scanner, wissenschaftliche Apparate und militärische Anwendungen, bei denen elektromagnetische Emissionen vermieden werden müssen.

Wie man Berge zersägt

Fahrstreifenerweiterungen sind ein häufiges Ärgernis für Autofahrer – Staus, Sperrungen und Behinderungen stören oft wochenlang. In Italien wurde jetzt in beeindruckender Leistung auf der Autostrada Adriatica der Montedomini-Tunnel von zwei auf drei Spuren erweitert – ganz ohne Unterbrechungen. Die Straße verbindet den Norden des Landes mit dem Stiefelabsatz und ist deshalb stark befahren.

Die achteinhalb Meter lange Bergsäge muss einiges aushalten: Staub, Hitze und Feuchtigkeit gehörten zu Dauerbelastungen.
Die achteinhalb Meter lange Bergsäge muss einiges aushalten: Staub, Hitze und Feuchtigkeit gehörten zu Dauerbelastungen.
(Bild: Palmieri S.p.A.)

Bei der Hafenstadt Ancona wurde dazu ein weiterer Tunnel in den schon bestehenden Tunnel gebaut, durch der der Verkehr während der Bauarbeiten fließen konnte. Zwischen den beiden Tunneldecken arbeiteten währenddessen Menschen und Maschinen. Zum Einsatz kamen beeindruckende Maschinen wie die Bergsäge, die die italienische Palmieri Group für das Projekt konzipierte. Die achteinhalb Meter lange Säge sägte den neuen Tunnelboden in den Berg. Die Bedingungen für die Technik waren extrem: Staub, Hitze und Feuchtigkeit musste die Maschine aushalten.

Palmieri entschied sich beim Antrieb der Säge für einen Hägglunds-Hydraulikmotor und ein geschlossenes hydraulisches System von Rexroth, durch das zwei Axialkolben-Verstellpumpen das Fluid pumpten.

Chamäleon-Zunge für die Automation

Das Greifwerkzeug eines Chamäleons ist seine Zunge. Hat das Reptil seine Beute im Visier, lässt es sein Fangwerkzeug wie ein Gummiband herausschnellen. Kurz bevor die Zungenspitze das Insekt erreicht, zieht sie sich in der Mitte zurück, während sich die Ränder weiter vorwärtsbewegen. Dadurch passt sich die Zunge der Form und Größe des jeweiligen Beutetieres an und kann es fest umschließen. Wie an einer Angelschnur befördert das Chamäleon dann die Beute in seinen Mund. Diese Eigenschaft hat sich das Festo Bionic Learning Network zum Vorbild genommen und einen adaptiven Formgreifer entwickelt, der Werkstücke wie mit der Zunge eines Chamäleons greifen kann. Die Silikonkappe des adaptiven Formgreifers DHEF stülpt sich über fast jedes beliebig geformte Greifobjekt. Dadurch entsteht ein fester Formschluss.

Der Adaptive Formgreifer DHEF:
Der Adaptive Formgreifer DHEF:
(Bild: Festo AG & Co. KG)

Das elastische Silikon passt sich präzise an viele unterschiedliche Geometrien an. In Kombination mit einem pneumatischen Antrieb greift die „Chamäleon-Zunge“ energiearm und sicher. Anders als die heutzutage am Markt verfügbaren Backengreifer, die nur bestimmte Komponenten greifen können, arbeitet der adaptive Formgreifer hochflexibel. Er kommt sogar mit Bauteilen zurecht, die freie Formen und runde Geometrien aufweisen. Da er keine scharfen Kanten hat, eignet er sich auch ideal für den Einsatz bei empfindlichen Objekten wie Luftdüsen oder Applikationsleisten.

Prinzipiell kann der Greifer in einem Bewegungsgang mehrere Teile wie etwa Muttern aus einer Schale aufnehmen.

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