Studie zu bionischen Pneumatikventilen
Aufgabe/Zielsetzung
Gewählte Vorgehensweise zur Entwicklung von biologisch inspirierten Ventilprinzipien
Drosselrückschlagventile steuern die Geschwindigkeit pneumatischer Antriebe und zeichnen sich durch eine kompakte Bauform und ihr passives Wirkprinzip aus. Eine elektrische Anpassung der Drosselung ist derzeit nicht möglich, aber im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung wünschenswert. Allerdings ist es wegen des größeren Bauraums und der hohen Leistungsaufnahme nicht sinnvoll, die aktuell eingesetzten Drosselrückschlagventile mit Elektromagneten oder Elektromotoren zu bestücken. Im Laufe der Evolution hat die Natur eine Vielzahl von Lösungen hervorgebracht, die sich durch hohe funktionale Integration, Energieeffizienz und minimalen Materialverbrauch auszeichnen. Daher untersucht diese Studie, wie die Natur als Ideengeber für verbesserte Konstruktionen von Pneumatikventilen dienen kann.
Lösungsweg
Machbarkeitsanalyse eines bionischen Ventildesigns
Diese Studie wurde gemeinschaftlich von Naturwissenschaftlern und Ingenieuren durchgeführt. Eine Funktionsanalyse lieferte zunächst abstrakte Teilfunktionen, die die interdisziplinäre Kommunikation verbessern das Screening biologischer Organismen erlauben. Basierend auf den abgeleiteten grundlegenden Funktions-prinzipien für die biologische Prozess-steuerung wurde ein Schema entwickelt, das eine systematische Lösungsfindung unterstützt. Zur Abschätzung der Machbarkeit von bionischen Drosselrückschlagventilen wurden mehrere Entwurfs-skizzen entwickelt und hinsichtlich ihrer mechanischen Leistungsaufnahme verglichen. Des Weiteren wurde die Eignung von elektromechanischen Wandlern bewertet.
Die präsentierten Forschungsarbeiten erfolgten innerhalb des Projektes “Studie zu bionischen Pneumatikventilen“ (Förderkennzeichen 703471). Die Autoren danken dem Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA für die Förderung und freundliche Unterstützung.