Das Monolitix-Team von links nach rechts: René Jähne, Flavio Campanile und Alexander Hasse.
Monolitix
Anstatt die für einen Mechanismus erforderliche Bewegung durch klassische Lager und Gelenke zu ermöglichen, setzt ein Schweizer Start-up auf nachgiebige Materialien. Bei diesen sogenannten Festkörpermechanismen wird bewusst auf diese Elemente verzichtet. Stattdessen wird das Material kontrolliert und reversibel verformt.
Damit sich eine Maschine in Bewegung setzen kann, ist sie mit Lagern und Gelenken ausgestattet. Und um nun die Bewegung dieser einzelnen Körper unter Einwirkung von Kräften zu analysieren, halten die Ingenieurwissenschaften ein umfangreiches Berechnungsinstrumentarium vor, wie es beispielsweise Helga und Jürgen Dankert in ihrem Lehrbuch „Technische Mechanik“ in den Grundzügen ausbreiten.
Kurzum: „Gegenstände mit Gelenken umgeben uns von früh bis spät“, konstatiert Springer-Autor Flavio Campanile , Luftfahrtingenieur und Verwaltungsratspräsident von Monolitix, einem Spin-off-Unternehmen der zur ETH-Zürich gehörenden Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa). „Ohne Gelenke wäre alles starr: Das Auto ließe sich nicht lenken, die Bremse am Velo sich nicht betätigen.“
Zusammen mit seinen Doktoranden René Jähne und Alexander Hasse hat Campanile Festkörpermechanismen ersonnen und zur Einsatzreife gebracht, die nun vielerorts die Funktion von Lagern und Gelenken ersetzen sollen. Bildlich gesprochen: Anstelle einer Greifzange aus mehreren Teilen, die das traditionelle Gelenkprinzip verkörpert, rückt Campanile eine Pinzette aus einem einzigen, elastisch verformbaren Bauteil ins Zentrum.
Monolithische Systeme mit vielen Vorteilen
Eine monolithische Gelenkkonstruktion sei im Entwurf zwar komplexer, biete aber, so die Firmengründer, im Betrieb zahlreiche Vorteile: Gelenklose Mechanismen seien reibungs- und verschleiß- und daher auch wartungsfrei. Das könne die laufenden Kosten von Maschinen und Instrumenten drastisch reduzieren. Auch bei hohen hygienischen Anforderungen, wie etwa in der Medizintechnik oder in der Lebensmittelindustrie, seien sie von Vorteil, weil sie leichter gereinigt und sterilisiert werden könnten. Zudem könnten bei Festkörpermechanismen die Montagekosten drastisch reduziert werden oder gar ganz entfallen. Das führe zu wesentlich günstigeren Produktionsprozessen.
Und schließlich, so das Monolitix-Start-up-Team, könnten nachgiebige Mechanismen auch Funktionen erfüllen, die mit konventionellen Systemen nicht denkbar seien: Flugzeugflügel beispielsweise, deren Geometrie sich – wie die Vorbilder in der Natur – kontinuierlich veränderten und die Nutzung der aerodynamischen Kräfte optimierten.
Über Jahre hinweg forschte das Dreierteam an der Empa in der Abteilung „Mechanics for Modelling and Simulation“ und entwickelte dabei Verfahren zur Analyse von flexiblen Elementen und deren Verformungen sowie Algorithmen für die Formoptimierung. Ihre Ergebnisse sind in Softwaremodule, Datenbanken und Patente eingeflossen. Die Zeit, eine eigene Firma zu gründen, kam 2010.
Greifsysteme à la Carte
Schon bevor sie in das Gründerzentrum der Empa in Dübendorf einzog, konnte die Monolitix AG ihren ersten Kunden vorweisen: Backwarenhersteller HUG verwendet ihre Robotergreifer, um kleine Mürbeteig-Tortenböden sorgfältig, schnell und hygienisch vom Produktionsband zu nehmen und in die Verpackung zu legen. Für Campanile und seine Partner besteht die Aufgabe darin, mit ihren Ideen neue Kunden zu begeistern und sie dafür zu gewinnen, gemeinsam neuartige Produkte zu entwickeln. René Jähne: „Für uns als kleine Firma wäre es zu teuer, im Alleingang komplexe Produkte für einen bestimmten Markt zu entwickeln und zu vertreiben.“ Monolitix bietet zwar eine kleine Serie von Greifsystemen per Katalog an. Viel mehr Erfolg versprechen sich ihre Gründer jedoch davon, aktiv auf Hersteller von Maschinenbauteilen, Werkzeugen und Instrumenten zuzugehen.
Weitere Informationen finden sich unter empa und unter Monolitix.