18.04.2023

Effizienter Gelenkmechanismus

Das Institut OHM-Chemie, Material- und Produktentwicklung (OHM-CMP) der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm (Ohm) entwickelt einen technischen Gelenkmechanismus für energieeffiziente Maschinen. Als Vorbild dienen dabei die Sattelgelenke von Eulenhalswirbeln.

In der Bionik lösen Wissenschaftler*innen technische Problemstellungen durch biologische Vorbilder. Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Hornfeck vom OHM-CMP beschäftigt sich bereits seit dem Jahr 2011 mit bionischen Entwicklungen, unter anderem mit bionischen Spinnenbeingelenken und dem Knochenaufbau von Tauben. Im Projekt BioSattel forschen Hornfeck und sein Team an einem Gelenkmechanismus nach dem Vorbild der Halswirbel von Schleiereulen.

„Die Sattelgelenke im Eulenhals lassen sich auf kleinem Raum um zwei Achsen drehen. Das ermöglicht beispielsweise gleichzeitige Dreh- und Schwenkbewegungen. Bei einer klassischen Gelenk ist das nur durch die Integration von zwei aufeinanderfolgenden Drehgelenken möglich, was mehr Bauraum beansprucht“, erklärt Hornfeck. „Wir forschen daran, zwei Drehachsen in einem Gelenk zu verbauen, um so die Baugröße zu verkleinern sowie die Beweglichkeit zu erhöhen.“

Im Projekt untersucht das Team, wie die Natur die Dreh- und Schwenkbewegungen innerhalb des Eulenhalses energieeffizient und ressourcensparend löst. Die Wissenschaftler*innen bilden das Sattelgelenk per Computer nach und ermitteln seine Einsatzgrenzen hinsichtlich Bauteilgröße und -belastung. Zudem analysieren sie die Verwendung verschiedener Werkstoffe, wobei sie die Eigenschaften wie Festigkeit oder Temperaturbeständigkeit berücksichtigen. Durch Simulationen können sie das Bewegungsverhalten eines Sattelgelenks nachvollziehen. Inzwischen konnte das Team mithilfe von 3D-Druckern einen funktionsfähigen Demonstrator bauen.

Die technische Schwierigkeit bei der Umsetzung dieses Gelenktyps besteht in der Ansteuerung sowie der konstruktiv schwer umsetzbaren Verbindung der beiden Gelenkteile. Während sich die Natur dabei mit Sehnen und Muskeln behilft, setzt das Forschungsteam bei der Ansteuerung auf Aktoren aus Formgedächtnislegierung. Fließt Strom durch diese Aktoren, erwärmen und verformen sie sich. Nach dem Abkühlen nehmen sie wieder ihre ursprüngliche Form an, es kommt zu einer Bewegung ähnlich der durch natürliche Muskeln. Die Verbindung der Gelenkteile wird mittels eines Gleiteinsatzes umgesetzt, um das Abheben der Kontaktflächen zu verhindern.

„Durch das Projekt zeigen wir die grundlegende Funktionsfähigkeit eines neuartigen bionischen Sattelgelenks“, sagt Hornfeck. „Die zukünftig möglichen Einsatzbereiche des so entwickelten Gelenkmechanismus sind vielfältig. Beispielsweise könnte er bei Maschinen in der Industrie eingesetzt werden oder in Assistenzgeräten für körperlich beeinträchtigte Menschen.“

Auch ein Folgeprojekt hat Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Hornfeck bereits geplant. Er möchte komplexe, sattelgelenkähnliche Strukturen am biologischen Vorbild eines Skorpionschwanzes entwickeln.
Das Projekt BioSattel wird von der STAEDTLER Stiftung gefördert.

 


Weiterführende Informationen:

Bildinformation „PM 17_TH Nürnberg_BioSattel.jpg“: In der Bionik nehmen sich Forscher*innen die Natur zum Vorbild und lösen damit technische Problemstellungen. Im Projekt BioSattel forschen Prof. Dr. Rüdiger Hornfeck und sein Team an einem Gelenkmechanismus nach dem Vorbild der Halswirbel von Schleiereulen. (Foto: Markus Krügel)

 

Kontakt:
Matthias Wiedmann, Pressesprecher
Telefon: +49 911/5880-4101
E-Mail: presse@th-nuernberg.de

 

Zurück
Anfahrt