Der Bernoulli-Effekt: Greifen mit Überdruck

Artikel vom 24. Mai 2013 

Der Bernoulli-Effekt in der Automation: Greifen mit Überdruck

Schon über 250 Jahre lang bekannt, aber nach wie vor faszinierend ist der Bernoulli-Effekt, ein für die Strömungslehre elementarer Effekt bei strömenden Gasen und Flüssigkeiten. Entdeckt hat ihn der Schweizer Mathematiker und Physiker Daniel Bernoulli. Vereinfacht gesagt entsteht ein Unterdruck, wenn ein Medium – zum Beispiel Luft – schnell an einem Objekt vorbeiströmt. Dadurch wird das Objekt nicht weggeblasen, wie es eigentlich zu erwarten wäre, sondern angesaugt.

Flugzeuge machen sich diesen überraschenden Effekt zu Nutze – er verleiht ihnen den nötigen Auftrieb, um zu fliegen. Aber auch Motorradfahrer kennen ihn: Fahren sie schnell an einem Laster vorbei, strömt die Luft zwischen ihrem Körper und dem Aufbau des Fahrzeugs schnell hindurch. Es entsteht ein Unterdruck, der den Fahrer in Richtung LKW saugt. Nachempfinden lässt sich der Bernoulli-Effekt mit einem einfachen Experiment: Hält man zwei breite Papierstreifen im Abstand von etwa zehn Zentimetern vor den Mund und bläst einmal kräftig von oben zwischen ihnen hindurch, dann saugen sie sich gegenseitig an. Dafür sorgt der Unterdruck, der durch die bewegte Luft zwischen den Blättern entsteht.

Der Bernoulli-Effekt in der Automation

In der Automatisierungstechnik findet der Effekt zum Beispiel in einem Bernoulli-Greifer Anwendung. Die Technik eignet sich besonders für die Handhabung empfindlicher Werkstücke, beispielsweise für Silizium-Wafer – sehr dünne Halbleiterscheiben, die bei der Herstellung von Solarzellen benötigt werden. Die Werkstücke werden gehalten, indem am Greifer ein Überdruck angelegt wird. Obwohl die Luft dabei in Richtung des Werkstücks bläst, wird es dank des Bernoulli-Effekts gleichzeitig angesaugt, wobei ein winziger Spalt zum Greifer bestehen bleibt. So können auch Objekte mit porösen oder unregelmäßigen Oberflächen gehalten werden, was mit einem Vakuumgreifer nicht möglich wäre. Das berührungsfreie Handling vermeidet zudem bleibende Verformungen des Werkstücks.

Bernoulli-Greifer von Festo

Bernoulli-Greifer von Festo

Festo hat die bestehende Technik der Bernoulli-Greifer weiterentwickelt und erreicht mit seinem Modell durch einen strömungsoptimierten Aufbau und bessere Flächenausnutzung das Vierfache an Kraft (im Vergleich mit ähnlichen Greifern anderer Hersteller). Auch die Geräusche wurden minimiert: Die Entwickler haben durch eine Verbesserung des Aufbaus erreicht, dass sich im Greifer keine großen Luftwirbel bilden, die Lärm erzeugen. Bisher ist die Photovoltaikindustrie ein Haupteinsatzfeld. Aber die Entwickler von Festo sehen auch bei der Handhabung von Kohlefasermatten, Teppichen oder bestückten Leiterplatinen Potenziale.