Auf den Punkt genau: Membrantechnologie

Artikel vom 24. Oktober 2014 

Membrantechnologie – präzise Anordnung von Fasern

Die Methode, elastische Stoffe mit Fasern aus verschiedenen Materialien zu verstärken und so ihre Eigenschaften zu beeinflussen, gibt es schon lange. Dem Autoreifen wird so beispielsweise Stabilität und Robustheit gegeben, dem Gartenschlauch die flexible und beständige Form.

Festo hat dieses Prinzip weiterentwickelt und befasst sich seit mehreren Jahren mit der Membrantechnologie. Dabei ist der Fluidic Muscle entstanden, ein pneumatischer Antrieb, der dem biologischen Muskel nachempfunden ist. Er kombiniert Flexibilität und Stabilität und kann in den verschiedensten Applikationen der Fabrikautomatisierung eingesetzt werden.

Membrantechnologie – präzise Anordnung von Fasern

Das Außergewöhnliche an dieser Technologie ist die präzise Anordnung von hauchdünnen Aramid-Fasern auf wenigen Millimetern eines Gummischlauchs. Je nach Muskelgröße werden  bei nur zwei Millimetern Wandstärke bis zu 240 Fasern eingearbeitet. Beim kleinsten Modell sind etwa 60 Fasern auf zwei Ebenen bei einer Wandstärke von einem Millimeter verteilt. Trotz der hohen Anzahl berühren sich die Fasern an keiner Stelle in der Membran. Je nach Anordnung der  Fasern verändern sich auch die Eigenschaften des Muskels.

Bernd Lorenz, Leitung Membrane Technologies bei Festo, erklärt: „Die Anordnung jeder einzelnen Faser wird exakt bestimmt und kontrolliert – das ist bei dieser Technologie absolut entscheidend. So können wir gezielt auf Eigenschaften wie die Dreh- oder Kontraktionsbewegung des Muskels Einfluss nehmen.“ Die einzelne Faser ist sehr fein und empfindlich, ihr Durchmesser liegt je nach Muskelgröße zwischen 0,1 und 0,3 Millimetern. Im Verbund und in Kombination mit dem elastischen Material sind sie jedoch extrem stabil und dehnbar. Dabei spielen auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften der verwendeten Materialien eine große Rolle.

Der pneumatische Muskel – ein Zusammenspiel verschiedener Materialien

„Durch diese Fertigungstechnologie konnte Festo mit dem Fluidic Muscle einen pneumatischen Antrieb entwickeln, der über ganz besondere Eigenschaften verfügt", erklärt Bernd Lorenz. Der Muskel besteht aus einem Gummischlauch mit einem integrierten rautenförmigen Faseraufbau. Dank der Kombination aus Fasermatrix und Gummi ist der Muskel sehr dehnbar und lässt sich über eine definierte Länge strecken, ohne zu reißen. Der Muskel ist hermetisch dicht, arbeitet komplett reibungs- und ruckfrei und sehr präzise. Er ist frei von Leckage und bringt mehr Kraft auf als vergleichbare pneumatische Antriebe herkömmlicher Bauart.

Vielseitige Anwendungsbereiche – der Fluidic Muscle im Einsatz

Eingesetzt wird der Fluidic Muscle bereits in zahlreichen Applikationen. In drei großen  Anwendungsbereichen hat er sich besonders ausgezeichnet: Als Spannvorrichtung, zum Beispiel zur Fixierung von Holzplatten, für sehr schnelles Rütteln und Vibrieren, etwa in der Lebensmittelbranche zum Verteilen von Backwaren auf einem Transportband, oder als pneumatische Feder, zum Beispiel in einem Jacquardwebstuhl.