Kraftsensitive Greifer auf Basis von thermischen Formgedächtnislegierungen

Industrielle Manipulatoren sind zentrale Komponenten nahezu aller modernen Produktionsanlagen. Sie ermöglichen die präzise Handhabung von Werkstücken und Werkzeugen. Mit steigenden Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Effizienz, Präzision und Bauraum wächst der Bedarf an leistungsfähigen und gleichzeitig kompakten Greiflösungen. Konventionelle elektromechanische oder pneumatische Greifer stoßen hierbei häufig an technische und energetische Grenzen.

Elektrische Antriebe benötigen meist viel Bauraum, während pneumatische Greifer zusätzliche Sensorik erfordern und dem Trend zur druckluftfreien Produktion entgegenstehen. Formgedächtnislegierungen (FGL) bieten hier eine innovative Alternative.

Eigenschaften und Funktionsweise von Formgedächtnislegierungen

Formgedächtnislegierungen besitzen die Fähigkeit, nach einer scheinbar plastischen Verformung durch Erwärmung ihre ursprüngliche Form wieder anzunehmen. Grundlage dafür ist eine reversible Phasenumwandlung, die die FGL zu leistungsstarken thermischen Aktoren macht.

Wesentliche Vorteile von FGL:

• hohe Leistungsdichte bei geringem Bauraum
• geringer Energiebedarf
• geräuscharmer Betrieb
• einfache Integration in Leichtbausysteme
• integrierter Sensoreffekt durch messbare Widerstandsänderung während der Phasenumwandlung

Der integrierte Sensoreffekt ermöglicht die Erfassung externer Einflüsse wie Lasten, Hubwege oder Temperaturen sowie interner Zustände wie Ermüdungsverhalten. Dadurch fungieren FGL gleichzeitig als Aktor und Sensor.

Greifertechnologie auf Basis von Formgedächtnislegierungen

Greifsysteme mit FGL nutzen elektrisch aktivierbare Drähte, die ähnlich flexibel verlegt werden können wie Pneumatikleitungen. Die Regelung erfolgt über die Messung des elektrischen Widerstands, wodurch eine präzise Steuerung des Bewegungs- und Kraftverhaltens ermöglicht wird.

Leistungsmerkmale:

• stufenlos einstellbare Greifkraft
• exakte Feinpositionierung der Greifbacken
• Kräfte bis zu 100 Newton
• Greifzeiten unter 500 Millisekunden
• Lebensdauer von über einer Million Zyklen, abhängig von der Auslegung
• einfache Skalierung bis hin zu Mikrogreifern, etwa in der Medizintechnik

Dank ihrer kompakten Bauweise eignen sich FGL-Greifer insbesondere für feinfühlige Handhabungsaufgaben, bei denen geringe Massen, präzise Stellwege und hohe Wiederholgenauigkeit erforderlich sind.

Einsatz in der Spritzgussautomation

Für das Greifen von Formteilen und die Entnahme von Angüssen in der Spritzgussautomation wurde ein doppeltwirkendes, normaloffenes FGL-Greifsystem entwickelt. Aufgrund der Anforderungen an formschlüssige und kraftschlüssige Entnahme wurde ein modularer Ansatz gewählt.

Vorteile dieses modularen Konzepts:

• flexible Nutzung als Zangen- oder Parallelgreifer
• direkte Anpassbarkeit von Greifkraft und Stellweg
• einfache Übertragbarkeit auf unterschiedliche Anwendungen
• kompakte Bauform für beengte Bauräume

Vorteile gegenüber herkömmlichen Greifersystemen:

• Druckluftfreie Funktionsweise
• Elektromagnetische Verträglichkeit und Biokompatibilität
• Skalierbarer Ansatz für vielfältige Anwendungsszenarien