Innovationspreis für Vakuum-Membransauger mit Formgedächtnisantrieb

Der anlässlich des Jubiläums „30 Jahre Vakuum-Technologie“ erstmals verliehene Schmalz Innovationspreis hat einen Gewinner: Julian Kunze aus Saarbrücken konnte die Jury mit seinem Entwurf für einen formgedächtnisangetriebenen Vakuum-Membransauger überzeugen. Er erhielt eine Siegprämie von 4.000 Euro inklusive Gutschein für ein vierwöchiges Praktikum bei Schmalz.

12. November 2014

In den vergangenen 30 Jahren hat sich Schmalz zum Weltmarktführer in der Vakuum-Technologie für Handhabungs- und Automatisierungsaufgaben entwickelt. Dieses Jubiläum nahm das Unternehmen zum Anlass, den Schmalz Innovationspreis zu verleihen.

„Wir sind sehr stolz auf den großen Erfolg. Die Jury konnte rund 40 interessante Ideen bewerten und freut sich mit den Gewinnern über deren exzellente Arbeiten“, sagte Dr. Dipl.-Ing. Kurt Schmalz, geschäftsführender Gesellschafter der J. Schmalz GmbH, bei der Preisverleihung.

Der mit 4.000 Euro dotierte 1. Platz ging an den 23-Jährigen Julian Kunze, Student am Lehrstuhl für Unkonventionelle Aktorik an der Universität des Saarlandes in Saarbrücken. Ihn beschäftigte die Idee, ein neues Aktuatorprinzip für Vakuum-Sauggreifer zu entwickeln.

Aktuelle Vakuum-Greifer arbeiten überwiegend mit pneumatischen oder mit elektrischen Vakuum-Erzeugern. Bei einer zentralen Vakuum-Versorgung über einen Vakuum-Ejektor wird das Vakuum vom Sauggreifer in Luftleitungen bis zum Ejektor transportiert. Elektrische Erzeuger wie Gebläse oder Pumpen sind häufig sehr geräuschintensiv. Abhilfe sollen nun Formgedächtnisaktoren schaffen, mit denen das Vakuum direkt am Wirkort – an der Saugermembran – erzeugt wird.

Die Idee von Julian Kunze: Die Membran ist im Inneren des Aktors direkt mit einem Formgedächtnisdraht verbunden. Wird der Draht durch Strom erwärmt, zieht er die Membran an und es entsteht ein Vakuum – das zu handhabende Werkstück wird aufgenommen. Wenn der Draht nicht mehr bestromt wird, kühlt er ab und die Membran wird flach. Das Vakuum baut sich ab und das Werkstück wird losgelassen.

Das Konzept von Julian Kunze bietet somit eine neuartige Alternative zur zentralen Vakuum-Erzeugung. Für Jury-Mitglied Dr.-Ing. Heinz-Jürgen Prokop, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung der Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG, ist das Konzept zukunftsweisend. „Platz eins des Schmalz Innovationspreises belegt eindrucksvoll, wie wissenschaftliche Ansätze in einem sehr praxisnahen Kontext erfolgreich umgesetzt werden können“, würdigte er.

Das System von Julian Kunze ist ebenso leicht wie platzsparend. Zum Betrieb sind nur wenige Einzelkomponenten erforderlich. Das erhöht die Ausfallsicherheit, zudem ist der Vakuum-Membransauger mit Formgedächtnisantrieb reinraumtauglich. Auch der CO2-Ausstoß verringert sich und die Energieeffizienz steigt, weil beispielsweise keine teure Druckluft mehr erforderlich ist.

Der mit 3.000 Euro dotierte 2. Platz ging an Walter Thiel aus dem Bereich Vorentwicklung Stanz-Kombimaschinen der Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG. Er entwarf einen Magnetgreifer mit automatischer Teileanwesenheitskontrolle für das Handling von ferromagnetischen Teilen. Bei bekannten Magnetgreifern ist diese Kontrolle nur mit beträchtlichem Zusatzaufwand möglich: Weil über die Druckverhältnisse innerhalb des Greifers keine Rückschlüsse auf die Anwesenheit eines Teils abgeleitet werden können, ist für die Überwachung und Kontrolle bisher ein zusätzlicher Sensor nötig. Die Greifer arbeiten mit einem beweglichen Kolben in einem Zylinder. Die Kolbenbewegung wird über einen Vakuum-Erzeuger mit integriertem Drucksensor vorgenommen. Bei der Lösung von Walter Thiel entsteht bei Abfall oder Lösen des Werkstückes vom Greifer eine Verbindung der Druckkammern untereinander und zur Atmosphäre. Das sorgt für veränderte Druckverhältnisse, was vom Drucksensor einfach erfasst werden kann.

Die Entwicklung von Walter Thiel realisiert eine einfache und kostengünstige Teileüberwachung. Das schafft mehr Prozesssicherheit und senkt die Kosten, weil keine weiteren Bauteile bzw. Sensoren notwendig sind. Gleichzeitig wird der CO2-Ausstoß reduziert und die Energiebilanz des Handhabungssystems verbessert – all das überzeugte auch die Jury. Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA): „Diese Innovation besticht durch zahlreiche Vorteile. Sie zeigt eindrucksvoll, wie ein Produkt mit hohem Praxis-Know-how und intensiver Entwicklungsarbeit sinnvoll und nutzwertig weiterentwickelt werden kann.“

Einen Sonderpreis vergab die Jury an den achtjährigen Johannes aus Braunschweig. Der Zweitklässler lieferte einen Entwurf für eine „Aufräummaschine“. „Macht doch mal bitte, bitte eine echte Aufräummaschine“, schrieb er in einem Brief – und schickte eine detaillierte Skizze gleich mit. Das hat auch die Jury begeistert: „Mit dem Wettbewerb wollten wir gezielt auffordern, Ideen zu entwickeln, zu Papier zu bringen und einzureichen. All das hat Johannes perfekt umgesetzt und damit in ganz jungen Jahren schon gezeigt, wie Innovationen entstehen können“, sagt Dr. Dipl.-Ing. Kurt Schmalz.

Für seine Kreativität wurde Johannes mit einem Messerundgang und einem Baukasten von Fischertechnik belohnt. Außerdem erhielt er einen Gutschein der besonderen Art: Im Jahr 2025 darf er ein Praktikum bei der J. Schmalz GmbH in Glatten absolvieren. „Schließlich wollen wir junge Nachwuchskräfte so früh wie möglich für technische Berufe begeistern. Deshalb freuen wir uns über solche tollen Ideen umso mehr“, so Dr. Dipl.-Ing. Kurt Schmalz.