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Actuator Hochleistungspumpe und muskelähnlicher Aktor auf Fachkongress

| Redakteur: Katharina Juschkat

Auf der diesjährigen Actuator dreht sich alles um Smart Actuators und Drive Systems. Wir stellen drei Highlights des Fachkongresses vor: Eine Hochleistungspumpe für die Krebsforschung, ein Schutzschalter mit MSM-Eigenschaften sowie ein Aktor, der die Feinmotorik von Menschen nachahmt.

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Auf der internationalen Ausstellung und Konferenz für Smart Actuators und Drive Systems Actuator sind 13 Sessions mit rund 84 Vorträgen geplant.
Auf der internationalen Ausstellung und Konferenz für Smart Actuators und Drive Systems Actuator sind 13 Sessions mit rund 84 Vorträgen geplant.
(Bild: Messe Bremen/ Jan Rathke)

Zum 16. Mal findet dieses Jahr die Actuator in Bremen vom 25. bis 27. Juni 2018 statt – internationale Ausstellung und Konferenz für Smart Actuators und Drive Systems. Die rund 300 Teilnehmer beschäftigen sich unter anderem mit Aktoren aus Piezomaterialien und Polymeren oder Aktoren auf Basis von elektrorheologischen Flüssigkeiten. Vorgestellt werden Anwendungen für die Medizintechnik, den Flugzeugbau oder die Robotik. Den Kongress begleitet eine Fachausstellung.

Hochleistungspumpe für die Krebsforschung

Eines der Highlights dieses Jahr ist die miniaturisierte Version einer Hochleistungspumpe, die etwa in der Krebsforschung zu biophysiologischen Untersuchungen auf Zellmembran-Ebene dienen kann.

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Bereits 2014 stellte die Gruppe um Professor Peter Müllner auf der Actuator die erste Mikropumpe aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung (MSM) vor, damals laut Forscher eine der ersten Lösungen überhaupt, die sich die Eigenschaften von MSM zunutze machte. Auf der diesjährigen Kongressmesse für neue Aktoren präsentieren die Wissenschaftler von der Boise State University die weiter miniaturisierte Version dieser Pumpe.

Die MSM-Mikropumpe kommt ohne Mechanik aus. Durch Formveränderung pumpt das Metall exakt definierte Flüssigkeitsmengen mit höherem Druck als konventionelle Pumpenlösungen.
Die MSM-Mikropumpe kommt ohne Mechanik aus. Durch Formveränderung pumpt das Metall exakt definierte Flüssigkeitsmengen mit höherem Druck als konventionelle Pumpenlösungen.
(Bild: Boise State University/Boise State University)

Müllner, Professor für Materialwissenschaft und Ingenieurwesen in Idaho, erläutert: „Die Mikropumpe übertrifft andere Miniaturpump-Lösungen nicht nur in ihrer Wiederholgenauigkeit – sie produziert zudem Tropfen in besonders feiner Auflösung von kleiner als 100 Nanoliter, und zwar mit einem Druck von 10 bar, theoretisch sogar 30 bar.“ Dabei komme die Pumpe ohne reparaturanfällige, mechanische Bauteile aus. Sie besteht aus einer Legierung, die sozusagen selbst die Maschine ist: Diese transportiert Flüssigkeiten, wenn sie magnetisiert wird und sich dadurch in einer vorgegebenen Weise verformt. Zudem arbeitet die Lösung anders als andere Pumpen ab dem Einschalten präzise, ohne typische Leistungsfehler beim Warm-up.

Schutzschalter mit MSM-Eigenschaften

„Aufgrund der außergewöhnlichen Leistungsfähigkeit tut sich auf dem Sektor der magnetischen Formgedächtnislegierungen derzeit viel Spannendes“, sagt Dr. Hubert Borgmann, Projektleiter bei der Messe Bremen. Einen bislang einzigartigen Ansatz wählen Experten vom ABB AG Forschungszentrum Ladenburg und der ETO Magnetic GmbH in Stockach. Sie kombinieren zwei Eigenschaften von MSM in einem Schutzschalter. Dank magnetischer und thermischer Verformung kann er auf Notfälle differenziert reagieren. Konventionelle Schutzschalter verfügen dafür über zwei Aktoren – „was eigentlich eine Notlösung war“, sagt Sebastian Breisch von ABB. Wie er erläutert, fordert der Gesetzgeber unterschiedliche Auslösezeiten: Von Millisekunden bis zu Minuten, je nachdem ob ein Kurzschluss oder eine nur leichte Überhitzung vorliegt. „Bisherige Aktoren waren entweder sehr schnell oder sehr träge – mittels MSM-Technologie können beide Anforderungen mit nur einem Aktor erfüllt werden.“

Aktor ahmt Feinmotorik von Menschen nach

Entwickler der Siemens AG beschäftigen sich mit einem Aktor für Robotikanwendungen, der muskelähnliche Eigenschaften aufweist (hier eine gerenderte Darstellung).
Entwickler der Siemens AG beschäftigen sich mit einem Aktor für Robotikanwendungen, der muskelähnliche Eigenschaften aufweist (hier eine gerenderte Darstellung).
(Bild: Siemens AG/Siemens AG)

Außerdem zeigen Entwickler der Siemens AG in München einen Aktor, der muskelähnliche Eigenschaften aufweist. Anwendungen könnte der Aktor in der Robotik finden, um die Feinmotorik von Menschen besser nachzuahmen. Zum Beispiel für Mensch-Roboter-Kollaborationen in der Gesundheitsversorgung, der Fertigung oder der Montage.

Nach einem bekannten theoretischen Modell erreichen Muskeln ihre maximale Kraft bei Null-Geschwindigkeit und ihr maximales Tempo bei Null-Kraft, erläutert Wolfgang Zoels, einer der Entwickler. Das widerspreche dem Wirkprinzip elektromagnetischer Antriebe. Die Entwickler setzen demgegenüber auf eine Kombination von Festkörperaktoren und Mikrohydraulik, das im Unterschied zu einem mechanischen Getriebe völlig reibungslos und entsprechend fein abgestimmt arbeitet. Die Wissenschaftler kommentieren: „Hohe Kraftdichte und Robustheit sind weitere Eigenschaften des Aktors, die für Robotik-Anwendungen in der Industrie und anderen rauen Umgebungen wesentlich sind.“

(ID:45316275)