HAUSBESUCH

In den 1950er Jahren setzte Festo als erstes Unternehmen in Europa Druckluft als Antriebsmedium in der Automatisierung ein. Heute zählt das Familienunternehmen mit seinen mittlerweile 20.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an 250 Standorten als Weltmarktführer für pneumatische und elektrische Komponenten in der Fertigungstechnik.

Angekommen in der Esslinger Firmenzentrale vor den Toren von Stuttgart geben bionische Schranken stilvoll den Weg auf das Firmengelände frei: Wir sind zu Gast bei einem der renommiertesten Hersteller für Automatisierungstechnik.
Festo steht wie keine andere Firma für die smarte Produktion der Zukunft. 8 % vom Umsatz der Firma fließen jährlich in die Forschung und Entwicklung. Auf unserem Rundgang führt uns Tobias Pointner, Forschungsingenieur der Abteilung Technology Evaluation, durch die „New Work AirEa“ im TechnologyCenter. Hier bieten die thematisch ausgestatteten Meetingspaces wie „Turnhalle“, „Tüftlerecke“, „Berghütte“ oder „Businessgarten“ Platz für das kreative Arbeiten an zukunftsweisenden Konzepten.

Verschmelzung von Biologie und Technik

Bei der Entwicklung neuer Technologien setzt Festo häufig auf Inspiration aus der Natur. Für eine Vielzahl technischer Problemstellungen liegt die Lösung bereits in Organismen und Ökosystemen, die in Jahrmillionen der Evolution unterschiedlichste Optimierungsstrategien zur Anpassung an die Umwelt entwickelt haben. Das Bionik Forschungsteam holt sich Impulse aus der Natur und zeigt anhand verschiedener Zukunftskonzepte, was technologisch machbar ist und wie eine Transformation aus der Biologie in die Technik funktionieren kann. „Ich muss Sie enttäuschen. Heute springt unser Roboter-Känguru nicht durch den Flur“ entschuldigt sich Tobias Pointner mit einem Zwinkern. Aber er hat einen Koffer mit einer bionischen Ameise dabei. Mit den BionicANTs hat Festo nach dem natürlichen Vorbild der Ameise Demonstratoren entwickelt, die sowohl die filigrane Anatomie als auch das kooperative Verhalten der natürlichen Ameise in die Welt der Technik übertragen. In einer solchen Anwendung können smart materials ihre Stärken ausspielen: Piezokeramische Biegewandler fungieren als Aktoren in Greifzangen und Oberschenkeln der Ameisen. Die ANTs können individuell auf unterschiedliche Situationen reagieren sowie als vernetztes Gesamtsystem agieren und geben einen Vorgeschmack auf mögliche Produktionssysteme der Zukunft.

Auch die menschliche Hand als wahres Wunderwerkzeug der Natur hat Festo zu einem Roboter inspiriert. Die BionicSoftHand ist ein adaptiver Greifer, der mit Hilfe von smart materials und KI in der Lage ist, die natürliche Handbewegung nachzuahmen, sich eigenständig auf zu lösende Aufgaben einzustellen und seine Fähigkeiten stetig auszubauen. 24 proportionale Piezoventile steuern die Luftzufuhr der pneumatischen Kammern zum Beugen und Strecken der Finger und ermöglichen das Ausführen präziser Bewegungsabläufe.

Begeisterte Schüler sind die Forscher von morgen

Das hat Festo erkannt und mit „Bionics4Education“ ein Bildungskonzept entwickelt, das analoges und digitales Lernen vereint. Aus Bionik-Prototypen wurden Bildungsbaukästen konzipiert, die Kreativität, Innovation und Problemlösung in den Vordergrund stellen. So können von der Natur inspirierte Roboter gebaut und mit Hilfe von Sensoren und Steuerungselektronik erforscht werden. Lernlösungen zu entwickeln ist für Festo kein Neuland: Das Unternehmen hat mit Festo Didactic schon lange einen festen Platz im Bereich der technischen Aus- und Weiterbildung.

 

 

Smart materials als Alternative zu elektromagnetischen Aktoren

Die Forschungs- und Vorentwicklung von Festo hat die Potentiale von Dielektrischen Elastomeraktoren (DEA) erkannt und arbeitet an deren Optimierung. Im smart³-Projekt »Smart Drive« beschäftigt sich das Unternehmen mit einem Konsortium aus dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, der TU Berlin, der Kern Technik GmbH & Co. KG und der FEW Chemicals GmbH mit der Entwicklung und Demonstration von smarten Linearantrieben mit langlebiger Verkapselung und Ansteuerelektronik.

Im Rahmen des Projekts hat man unter anderem verschiedene Aktorprinzipien untersucht. „DEA kann man sich vorstellen wie einen elastischen Kondensator“, erklärt Tobias Pointner. „Die Basis von Stapelaktoren zum Beispiel bildet ein elastisches Dielektrikum, auf dem beidseitig gegenüberliegend Elektroden appliziert werden. Weil das Dielektrikum elastisch ist, ergibt sich beim Anlegen einer Spannung eine Dickenänderung durch die Anziehung der Pole und in deren Folge eine Ausdehnung in die Fläche.“ Durch Schichten mehrerer Lagen kann man eine Potenzierung des Effekts erreichen. Stapelaktoren können dementsprechend eine größere Höhenänderung realisieren.

Membranaktoren bieten sich für die Anwendung in Mikropumpen oder Pipetten an. Dazu wird eine hochelastische Silikonfolie gespannt und mit einer Elektrode beschichtet. Ein Volumen wird einseitig mit dieser verspannten DEA Membran begrenzt, die mit einer Vorspannkraft, zum Beispiel einer Feder, belastet wird. Legt man eine Spannung an, dehnt sich die Membran und durch den wirkenden Federdruck vergrößert sich das Volumen. Ohne Spannung zieht sich die Membran zusammen, diese drückt auf die Feder und verkleinert damit das Volumen wieder. Die dadurch erzeugte Hubbewegung lässt sich auf ein flüssiges Medium übertragen.

 

 

»Smart Drive« ist nicht das erste Projekt, bei dem Festo mit dem Thema in Berührung kommt. Auch in den Forschungsprojekten »DIELASTAR« und »Smart Processes« wurden neue Antriebssysteme auf Basis von DE-Aktoren entwickelt bzw. industrielle Fertigungsverfahren von DEA-Stellantrieben untersucht.

DEA können im Vergleich zu elektromagnetischen Ventilen im Proportionalbetrieb verwendet werden und arbeiten sehr energieeffizient, da sie keinen Strom zum Halten der Position benötigen. „Das macht die Technologie so charmant“, schwärmt Tobias Pointner. Zudem sind sie sehr leicht, arbeiten nahezu geräuschlos und erzeugen keine Wärme. Jedoch ist für die Aktivierung derzeit noch eine verhältnismäßig hohe elektrische Spannung notwendig. Das gesetzte Ziel ist somit klar: Die notwendige Arbeitsspannung auf unter 600 Volt zu verringern, um dadurch kleinere und kostengünstigere Bauteile zu realisieren und die energieeffizienten DEA zukünftig in Ventilen, Pumpen und Pipetten der vielfältigsten industriellen Bereiche zum Einsatz bringen zu können.

 

 

Text: Johanna Bratke
Foto: Sascha Linke

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