Aus dem Ingenieurbüro der Natur

Die HTWK Leipzig präsentiert Mini-Motor nach biologischem Vorbild einer Schnecke auf der Hannover Messe. Das kleine Kraftwunder stieß beispielsweise schon in der Automobilindustrie und bei einem Tresorhersteller auf großes Interesse.

Einen zum Prototypen weiterentwickelten elektrischen Motor stellt Prof. Dr.-Ing. Detlef Riemer vom Fachbereich Maschinen- und Energietechnik (Fachgebiet Mechatronik) der HTWK Leipzig auf der größten Industriemesse der Welt in Hannover vom 24. April bis zum 28. April 2006 vor. Die Funktionsweise hat der Ingenieur von der Natur abgeschaut. Das grundlegende Bewegungsprinzip des zum Patent angemeldeten Linearantriebs ist mit dem Fortbewegungsmechanismus einer Schnecke vergleichbar. Ausgenutzt werden Differenzen der Haft- und Gleitreibung zwischen zeitweise bewegten sowie nicht bewegten Elementen. Der in zwei Richtungen bewegbare Antrieb besitzt einen theoretisch unbegrenzten Bewegungsbereich. Einzelschrittauflösungen sind bis in den Nanometer-Bereich möglich. Da dieser Motor ein Direktantrieb ist, sind keine bewegungsübertragenden Elemente, wie z. B. ein Getriebe notwendig.

„Seit der Messepremiere in Hannover 2005 haben sich schon sehr viele Firmen dafür interessiert und wollten den Antrieb am liebsten als fertiges Produkt kaufen“, sagt Erfinder Detlef Riemer. „Man möchte einen kleinen Motor, der große Kraft hat.“ Hauptsächlich kämen Anfragen aus der Automobilindustrie, aber auch ungewöhnliche, beispielsweise von einem Tresorhersteller. Die Antriebskraft erzeugen spezielle Piezokeramiken von nur wenigen Millimetern Größe, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung äußerst schnell ausdehnen und dabei sehr große Kräfte erzeugen. Gesteuert wird das Ganze mit einer speziell dafür konzipierten Mikrorechnersteuerung und einem leistungselektronischen Modul.

Auf der diesjährigen Hannover Messe wird zum ersten Mal ein vorführbares makroskopisches Erklärungsmodell auf der Basis Mikrocontroller gesteuerter Elektromagneten zu sehen sein sowie ein nur wenige Zentimeter großer Prototyp eines funktionsfähigen Miniatur-Piezolinearantriebs. Derzeitige Entwicklungsarbeiten haben zum Ziel, die Abmessungen des Antriebs weiter zu verringern, dabei jedoch die Bewegungskraft und -geschwindigkeit um min-destens eine Größenordung zu erhöhen. Momentan erfolgt die mathematische Simulation des Antriebssystems, die Entwicklung einer separaten Ansteuerelektronik, eine messtechnische Untersuchung des Bewegungsverhaltens bis in den Nanometer-Bereich sowie eine Neukonstruktion des Gesamtaufbaus. Der Antrieb kann des Weiteren als Rotationsantrieb modifiziert sowie zu einem Mehrkoordinatenantrieb ausgebaut werden.

Äußerst vielfältig sind die Einsatzmöglichkeiten für das kleine Kraftwunder. Besonders hervorzuheben sind dabei beispielsweise ein- und mehrachsige Positioniersysteme, Proportionalventile, Mikromanipulatoren und Zuführsysteme in der Automatisierungs- und Fertigungstechnik. Als integrierbarer Aktuator in Robotern und Laufmaschinen ist der Miniatur-Piezo-Linearantrieb ebenfalls denkbar. In der Medizintechnik kann er als hochpräziser Mikroantrieb für Instrumente der Minimal Invasiven Chirurgie dienen oder auch als Antrieb für aktiv bewegbare Prothesen.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Detlef Riemer
Tel.: 0341/3076-4116; E-Mail: riemer@me.htwk-leipzig.de
Messestand: Halle 2 / Stand C39