Energievorbild Natur

Energieeffizienz

Engineering – Energieeffizienz, Mechatronik, Leichtbau – an den eindeutigen Eckpunktenorientiert sich das Engineering bei Festo. Die Vorbilder stammen aus der Natur.

15. Oktober 2010

»Der wahre Meister, wenn es um den Bau von Leichtbaustrukturen geht, ist die Natur«, so lautet das Credo bei Festo. Kein Wunder, dass sich die Ingenieure des Unternehmens mit Stammsitz in Esslingen die Natur als Vorbild für ihre Konstruktionen nehmen – sei es für die spektakulären fliegenden AirPenguins oder auch für den Bionischen Handling-Assistenten, ein biomechatronisches Automatisierungssystem.

»Den Bionischen Handling-Assistenten stellen wir mit innovativen, generativen Fertigungsverfahren her«, erklärt Markus Fischer, Entwickler des Handlingsystems. »Fast der komplette Assistent besteht aus dem Werkstoff Polyamid mit einer Dichte von nur 0,96 Gramm pro Kubikzentimeter. So wiegt der gesamte Handling-Assistent nur 1,8 Kilogramm – ein Bruchteil eines vergleichbaren Handhabungssystems.«

Generative Fertigung

Bei dem generativen Fertigungsprozess werden nacheinander dünne Schichten des Polyamid-Pulvers aufgetragen und per Laser verschmolzen. Auf diese Weise wird Schicht für Schicht ein festes Bauteil aufgebaut. »Mit Hilfe der generativen Fertigungsverfahren können wir sehr dünne Materialquerschnitte realisieren. Gepaart mit gezielten Aussteifungen können wir so Funktionalität und Leichtbauweise verbinden«, erklärt Klaus Müller-Lohmeier, Leiter der Abteilung Advanced Prototyping Technology. »Die Leichtbaustruktur des Bionischen Handling-Assistenten mit dem Werkstoff Polyamid ermöglicht ein äußert günstiges Masse-Nutzlast-Verhältnis und spart damit Energie«, weiß auch Eberhard Veit, Vorstandsvorsitzender von Festo. »In Zukunft werden generative Fertigungsverfahren mit ihrer hohen Flexibilität und ihrem geringen Ressourcenverbrauch zur maßgeschneiderten und nachhaltigen Fertigung komplexer Produkte beitragen«, ist sich Eberhard Veit sicher.

Richtige Dimension

»Bei der Leichtbaustrategie ist der Kernpunkt die richtige Dimensionierung von Bauteilen«, betont Klaus Müller-Lohmeier. »Ist ein Bauteil unterdimensioniert, funktioniert es nicht so wie es sollte, ist es überdimensioniert, haben wir Geld in Form von Material und Energie verschwendet.« Die passende Bauteilauslegung ist nicht nur im Herstellungsprozess eine wichtige Aufgabe, sondern auch bei der Anwendung beim Nutzer. Nur durch intelligente Auslegung und Konzeption von Automatisierungslösungen können Kunden energieeffizient arbeiten. Welche Einsparpotenziale in der richtigen Auslegung einer Lösung stecken, zeigt das Beispiel eines Pneumatikzylinders. »Wird ein Pneumatikzylinder um nur eine Baugröße zu groß dimensioniert, können sich der Energieverbrauch und damit auch die Energiekosten verdoppeln«, erklärt Dr. Axel-Andreas Gomeringer, Experte für Energieeffizienz im Hause Festo. Um eine Anwendung richtig zu dimensionieren, verwenden die Esslinger deshalb verschiedene Auslegungstools, etwa die Software Positioning Drives, mit der sich elektrische Handhabungs- und Automatisierungslösungen optimal auswählen und dimensionieren lassen.

Effizienz geht vor

»Energieeffizienz gehört für uns zu den primären Zielen in der Produktentwicklung«, betont Eberhard Veit. Fingerzeigend für weniger Energieverbrauch ist beispielsweise der extrem leichte servopneumatische Greifer HGPPI, der anders als elektrische Greifer keinen Motor erfordert. Antriebe, an denen der Greifer montiert ist, müssen deshalb bei der Bewegung weniger Energie aufbringen. Außerdem hat er gegenüber elektrischen Greifern einen weiteren Vorteil: Er braucht keine Energie für die Haltefunktion. Elektrische Greifer benötigen eine zusätzlich Energie kostende elektrische Bremse, um eine Halte-Funktion auszuführen; beim servopneumatischen Greifer HGPPI ist die Haltefunktion quasi eingebaut. Auch der Einsatz des DPA-Druckboosters spart beim Anwender viel Energie. Festos Druckbooster erlaubt eine lokale Steigerung des Leitungsdruckes einer Druckluftanlage für Applikationen, die besonders hohe Drücke brauchen. Die Technik verhindert das Fahren einer Anlage mit zu hohem Druck, wozu viel Energie vonnöten ist. Letztendlich sorgt das mechatronische Engineering für ein effizientes Zusammenspiel von Software und den Systemteilen. Die mechatronische Integration von Automatisierungslösungen mit einer Kombination von Mechanik, Elektronik und Software eröffnet neue Möglichkeiten wie Conditioning Monitoring und Total Productive Maintenance. So beobachtet etwa das Energy Monitoring System GFDM kontinuierlich den Druck, den Durchfluss und den Zyklusverbrauch in einer Anlage. »Mit Hilfe des GFDM ist es uns möglich erhöhte Energieverbräuche sofort aufzudecken«, weiß Produktmanager Matthias Prinzen. »GFDM kann den Druckluftverbrauch von bis zu 16 Prozessabläufen einer Anlage flexibel überwachen und erfasst automatisch Grenzwerte und Trends – das versetzt Anwender in die Lage, Abweichungen rechtzeitig zu erkennen.«

Festo/mm

Erschienen in Ausgabe: Sonderheft Green/2010