Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Miniaturversion eines Fensterputzroboters

03.09.2003


Der vom Fraunhofer IPA entwickelte in Bezug auf seine Energieversorgung und Steuerung autonome Fensterputzroboter hat nur noch die Größe eines DIN-A-5-Blatts und wiegt etwa 700 Gramm. Das - voll funktionsfähige - Funktionsmuster bildet die Basis für die Entwicklung eines produkttauglichen Geräts, das schon bald für etwa 200 Euro käuflich sein könnte.



Einfache Bedienung, Robustheit, Handlichkeit und niedriger Preis sind die wichtigsten Anforderungen an einen Fensterputzroboter. Letztes Jahr hat das Fraunhofer IPA seinen "RACCOON" vorgestellt - den Demonstrator eines tragbaren, autonomen Roboters zur Reinigung von Fensterscheiben im Haushalt. Mit einem Gewicht von 6,5 kg und einer Grundfläche von DIN A3 überschreitet diese erste Entwicklung noch deutlich oben genannte Anforderungen.



Auf der Basis dieses ersten Geräts ist es nun in zwei weiteren Funktionsmustern gelungen, das Gesamtsystem erst auf 1/7, dann auf 1/10 seines Gewichtes zu reduzieren. Diese Funktionsmuster bilden damit die Basis für die Entwicklung eines produkttauglichen Geräts, das schon bald für etwa 200 Euro käuflich sein könnte.

In diesen neuesten Entwicklungen haben die IPAler das Prinzip des gleitenden Saugnapfs für ihren frei kletternden Fensterputzer favorisiert. Es besticht durch seine geringe Komplexität und die darauf basierenden hohen Potenziale zur Miniaturisierung, so dass es für die Entwicklung eines handlichen, preisgünstigen Fensterreinigungsroboters am vielversprechendsten ist. Das Prinzip des gleitenden Saugnapfs beruht auf einer zur Scheibe hin offenen Vakuumkammer, in der durch eine Vakuumpumpe ein definierter Unterdruck erzeugt und gehalten wird. Über einen Antrieb (z. B. 2 unabhängig angetriebene Gummiräder) kann nun diese Vakuumkammer auf der Scheibe verfahren werden.

Das Problem dabei: die auf der Scheibe aufliegende Fläche muss sowohl gute Dicht- als auch gute Gleiteigenschaften besitzen. Optimale Gleit- und Dichteigenschaften besitzen zwei bestehende Reibpartner nie zugleich, denn geringe Reibkräfte bedeuten reduzierte Dichteigenschaften und umgekehrt folgen aus erhöhten Dichteigenschaften höhere Reibung. Auf die Miniaturisierung eines Systems angewandt, heißt das: Gute Dichteigenschaften ermöglichen den Einsatz einer kleinen Pumpe, erfordern aber einen entsprechend größeren Antriebsmotor, um die Saugkammer auf der Scheibe zu verschieben. Der umgekehrte Fall tritt ein bei optimalen Gleiteigenschaften, aber verminderten Dichteigenschaften. Durch Einspritzen einer Flüssigkeit zwischen die beiden Reibpartner haben die Fraunhofer Tüftler diesen Widerspruch jedoch gelöst.

So hat das Fraunhofer IPA im ersten Funktionsmuster ein Robotersystem mit Fluiddichtung aufgebaut. Die Aktorik des ferngesteuerten und akkubetriebenen Systems besteht aus einer Vakuumpumpe, einer Fluidpumpe und zwei Antriebsmotoren. Die Grundfläche dieses ersten Testaufbaus beträgt 12 x17 cm, das Gesamtsystem wiegt weniger als 1 kg. Die Vakuumpumpe hält den Unterdruck in der Vakuumkammer aufrecht. Die Fluidpumpe pumpt in regelmäßigen Abständen (ca. 2 x pro min) durch winzige Bohrungen wenige Milliliter einer Flüssigkeit aus einem an Bord befindlichen Tank zwischen Scheibe und Dichtfläche. So entsteht ein Flüssigkeitsfilm, der ein extrem reibungsarmes und damit energiesparendes Gleiten erlaubt. Die Vakuumkammer wird dabei optimal abgedichtet, so dass die Vakuumpumpe nur ca. jede Minute für den Bruchteil einer Sekunde eingeschaltet werden muss, um den erforderlichen Unterdruck zu halten.

Gleichzeitig übernimmt die Gleit- und Dichtungsflüssigkeit schon eine gewisse Reinigungswirkung: hinter der Vakuumkammer bleibt während der Fahrt ein feiner Flüssigkeitsfilm mit von der Scheibe gelöstem Schmutz zurück. Ein um die Vakuumkammer angebrachter Ring nimmt den Flüssigkeitsfilm samt Schmutz auf. Auf diese Weise konnten Halte- und Reinigungssystem in einer Komponente vereinigt und dadurch die Komplexität des Gesamtsystems auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden.

Im zweiten Funktionsmuster entwickelten die Roboterspezialisten ein innovatives Konzept, das die Teileanzahl und damit die Komplexität des Systems durch weitere Funktionsvereinigung noch stärker reduzierte: Zwei nebeneinander in einem gemeinsamen Grundrahmen rotierende Vakuumkammern ermöglichen durch eine spezielle, patentierte Lagerung eine in Richtung und Geschwindigkeit steuerbare Vorwärtsbewegung. Dadurch entfallen die Antriebsräder. Die Rotationsbewegung der Scheiben hat zusätzlich eine abrasive Wirkung und steigert dadurch die Reinigungsleistung des Systems. Reinigungs-, Halte- und Bewegungssystem können so in einer Komponente, den Vakuumkammern, vereint werden, bei gleichzeitiger Steigerung des Reinigungsergebnisses. Dieses Konzept eröffnet damit neue Potenziale in Bezug auf Miniaturisierung und geringe Komplexität. Es wiegt nur noch 600 g und hat eine Grundfläche von 10 x 15 cm.

In den folgenden Entwicklungsschritten soll dieses Prinzip aus dem Stadium des Funktionsmusters in einen Prototyp überführt werden. Dabei werden Größe und Gewicht weiter optimiert sowie die fertigungs- und bedienungsgerechte Gestaltung weiterentwickelt. Damit das produkttaugliche und marktfähige Gerät für den Haushalt bzw. die Reinigungsbranche schon bald zur Verfügung steht, suchen das Fraunhofer IPA Partner mit Kompetenzen in der Reinigungstechnik sowie Partner mit Interesse an der Produktion des Fensterroboters.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. Florian Simons, Telefon: 0711-970-1060, E-Mail: fls@ipa.fraunhofer.de

Jörg-Dieter Walz | idw
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile
19.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Löschwasser mobil und kosteneffizient reinigen
18.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie