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Nachgiebiges Design: Flexible Maschinen aus einem Guss

Am Stück gefertigte biegsame Geräte könnten heutige Maschinen schon bald vorsintflutlich erscheinen lassen.
Einteilige Blende

Auf der Fahrt zu meinem Labor an der University of Michigan in Ann Arbor an einem regnerischen Tag im Jahr 1995 fiel mein Blick auf die Scheibenwischer. Als Professor für Maschinenbau befasste ich mich mit dem so genannten montagegerechten Konstruieren. Dabei geht es darum, die Zahl der Teile einer Maschine zu verringern, um Kosten für Fertigung und Montage zu sparen.

Als ich nun hinter dem Lenkrad saß, dämmerte mir, dass diese Scheibenwischer eine haarsträubend komplizierte Konstruktion waren. Während sich das Wischerblatt über die ungleichmäßig gewölbte Windschutzscheibe hin- und herbewegt, muss der Wischerrahmen dafür sorgen, dass es stets fest angedrückt bleibt – und das bei einer Vielzahl von Automodellen mit jeweils anderer Scheibenform. Wie wird diesem Zwang zur Flexibilität genügt? Mit einem komplizierten System aus starren Stäben, Verbindungsgliedern und Gelenken.

Damals hatte eine spezielle Technik mein Interesse geweckt: das elastische oder nachgiebige Design. Es zielt darauf ab, flexible und zugleich stabile Maschinen aus möglichst wenigen Komponenten zu bauen. Meinen Mitarbeitern und mir war es vereinzelt schon gelungen, Geräte aus einem Stück zu fertigen – etwa eine Heftzange, die ich zusammen mit meinen Doktoranden G. K. Ananthasuresh und Laxman Saggere konstruierte. Doch der Scheibenwischer erschien mir als perfekter Testfall. Die Lösung einer so anspruchsvollen Aufgabe würde das Potenzial der Methode eindrucksvoll dokumentieren. Und es wäre mehr als eine Übung in minimalistischem Design. Das Teuerste an einem Scheibenwischer ist nämlich seine Montage, weshalb solche Geräte schon seit Langem praktisch nur noch in Niedriglohnländern produziert werden. ...

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  • Quellen

Krishnan, G. et al.: A Metric to Evaluate and Synthesize Distributed Compliant Mechanisms. In: Journal of Mechanical Design 135, 011004, 2012

Krishnan, G. et al.: Building Block Method: A Bottom-up Modular Synthesis Methodology for Distributed Compliant Mechanisms. In: Mechanical Sciences 3, S. 15 - 23, 2012

Oh, Y. S., Kota, S.: Synthesis of Multistable Compliant Mechanisms Using Combinations of Bistable Mechanisms. In: Journal of Mechanical Design 131, 021002, 2009

Trease, B. P., Kota, S.: Design of Adaptive and Controllable Compliant Systems with Embedded Actuators and Sensors. In: Journal of Mechanical Design 131, 111001, 2006

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