Eclore Actuators erfindet den Zylinder neu  

Für die Erfindung eines Aktuators dessen Hauptbestandteil ein gefalteter Balg aus Elastomer ist, hat sich der junge Ingenieur Pierre Gautier-Le Boulch von den räumlichen Strukturen der Origamikunst und der Falttechnik inspirieren lassen, die auch in der Natur vorkommt. Diese bahnbrechende Innovation ist leicht, platzsparend, besteht aus wenigen Teilen und ist vollständig recycelbar und wartungsfrei. Sie kann unendlich viele Variationen aufweisen und Lasten von einigen Kilogramm bis zu über hundert Tonnen bewältigen.  

Während meines Studiums an der Ecole des Mines de Saint-Etienne habe ich ein sechsmonatiges Praktikum über Raumfahrtantriebe an der Seoul National University in Korea absolviert. Dort lernte ich die von der Origamikunst inspirierten Faltverfahren kennen, mit denen das Gewicht und der Platzbedarf der ins All geschickten Konstruktionen minimiert werden. Die Technik findet insbesondere bei den Tragarmen von Sonnensegeln Anwendung. Zur gleichen Zeit ist mir aufgefallen, dass sich alle großen Universitäten der Welt bei der Entwicklung von Aktuatoren von der Natur inspirieren ließen. Daraus entstand die Idee, beides zu kombinieren und einen Aktuator zu entwerfen, dessen aktiver Balg sich wie ein Origami entfaltet – denn eine solche Faltenbildung ist eine perfekte Lösung, die man auch in der Natur vorfindet

Erste technische Studien zu den notwendigen Faltprozessen konnte er an der École des Mines de Saint-Etienne während seines Abschlussprojekts im Jahr 2019 durchführen. Die Ergebnisse waren sehr vielversprechend und im November 2019 gründete er in Nantes das Unternehmen Eclore Actuators, um die Machbarkeitsstudien abzuschließen. Das Unternehmen wurde im Gründerzentrum Nantes Créatic von Nantes Métropole Aménagement ins Leben gerufen. Heute ist Eclore Actuators in den Gründerzentren Atlanpole mit MESRI-Label (Ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation, Deutsch: Ministerium für Hochschulbildung, Forschung und Innovation) und IMT Atlantique untergebracht, wo die Weiterentwicklung des Unternehmens begleitet wird.  

Ein Herzstück aus Elastomer  

Das wichtigste Element der Zylinder von Eclore Actuators ist ein sechseckiges Rohr aus Elastomer, das durch einfaches Biegen in die gewünschte Form gebracht wird. Gefertigt wird diese Vorrichtung mithilfe eines eigenen Herstellungsverfahrens, das durch Patente geschützt ist, für die derzeit internationale Versionen angemeldet sind.  

Bei der Entwicklung dieses Faltverfahrens haben wir einen empirischen Ansatz verfolgt, da sich Faltungen nur sehr schwer modellieren lassen. Deshalb haben wir viele Muster und Kombinationen ausprobiert und dabei mit zahlreichen Produktionsparametern experimentiert. Unter Simulation einer künstlichen Alterung konnten wir eine bruchfreie Haltbarkeit von mehr als 2 Millionen Zyklen bei einem Druck von 6 bar erreichen.

Ein solcher Zylinder hat viele Vorteile, schon allein mit Blick auf Gewicht und Trägheit. Ein herkömmlicher Zylinder mit einem Durchmesser von 50 mm und einem Hub von 100 mm wiegt zwischen 2 und 2,5 kg. Ein Zylinder von Eclore Actuators mit der gleichen Kapazität und einer Lastfähigkeit von 120 kg wiegt lediglich 400 g bei einer zwei- bis fünfmal kleineren Grundfläche und einer sehr geringen Trägheit. Auf diese Weise werden sehr hohe Zyklusraten ermöglicht. Außerdem kann der Faltenbalg in einem doppelt wirkenden Modus arbeiten: Dabei sorgt der Druck für das Ausfahren und der Unterdruck, der z. B. bei Saughebern verwendet wird, für das Einfahren.  

Der Faltenbalg hat eine dichte Bauweise und besteht vollständig aus Elastomer. Deshalb eignet er sich für eine Vielzahl von Medien: neben Druckluft auch Hydrauliköl, Wasser – da es keine korrodierenden Teile gibt – Glykol usw.  

Auch in puncto Wartung überzeugt die Vorrichtung durch die sehr geringe Anzahl von Teilen (ein Faltenbalg, zwei Endplatten und zwei Flansche, die den Faltenbalg mit einigen Schrauben daran befestigen) und den Verzicht auf Verschleißteile für die Führung als auch für die Abdichtung. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Schmierung zwischen den sich bewegenden Metallteilen. Dies ist besonders bei Anwendungen in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie von Vorteil, wo das Kontaminationsrisiko vermieden werden muss. Nicht zuletzt besteht dieser Zylinder aus vollständig recycelbaren inerten Materialien.  

Außerdem kann der Faltenbalg des Zylinders aufgrund seiner Flexibilität auch nicht geradlinigen Bewegungen folgen, wie etwa einer Scharnierbewegung über einen Winkel von 90°. Dank der umfassenden Kombinier- und Modulierbarkeit ermöglicht das angebotene Zubehörsortiment durch die Zusammenstellung mehrerer Faltenbälge die Umsetzung der komplexesten Bewegungsabläufe. Abgesehen von Aktuatoren können die Faltenbälge von Eclore Actuators auch zur Herstellung von Luftfederungen oder einfachen Schutzbälgen verwendet werden.  

• Von 100 bis 100.000 daN  

  Bei 6 bar hebt ein 5-cm-Balg 120 daN
  ein 10-cm-Balg 480 daN; ein 20-cm-Balg 1 900 daN
  ein 40-cm-Balg 7 700 daN; ein 80-cm-Balg 30 700 daN und ein 160-cm-Balg 123 000 daN. 

Von 1 cm bis 1 m

Mit unseren selbst entwickelten und gebauten Produktionsmaschinen können wir Faltenbälge mit einer Länge von bis zu 1,5 m und einem Durchmesser von 1 cm bis zu 1 m herstellen. So können wir sowohl auf die Anforderungen aus dem Robotikbereich als auch aus der Schwerlastförderung eingehen. Der primäre Zielmarkt sind Spezialmaschinen für die verarbeitende Industrie, die Logistik oder die Robotik. Wir haben bereits ein Partnerschaftsabkommen mit MGI Digital Technology, um die Peripheriegeräte für die Handhabung von Druckern für den grafischen Bereich mit unserer Lösung auszustatten. Die ersten Tests unter Realbedingungen werden Anfang 2022 beginnen, die Serienproduktion wird Anfang 2023 starten.

Eclore Actuators beschäftigt aktuell fünf Mitarbeitende. Bis Ende 2022 wird das Unternehmen voraussichtlich auf 12 Beschäftigte anwachsen. Im Jahr 2023 soll das Team auf 15 Mitarbeitende aufgestockt werden. Die Verstärkung betrifft sowohl die Entwicklungsabteilung mit Ingenieuren für Forschung und Entwicklung als auch die Produktion für die Herstellung der Faltenbälge und die Endmontage in einer Werkstatt. Letztere soll Mitte 2022 von 80 auf 400 m² erweitert werden.  

Eclore Actuators arbeitet mit Eigenkapital. Das Unternehmen hat den Status Jeune Entreprise Innovante (JEI, Deutsch: junges innovatives Unternehmen) erhalten und wird von der öffentlichen Investitionsbank Bpifrance unterstützt. „Wir planen jedoch eine Kapitalbeschaffung in Höhe von 1 Mio. Euro, um unseren Bedarf bis 2025 zu decken. In diesem Zeitraum streben wir einen Umsatz von 2,5 Mio. € an“, so Pierre Gautier-Le Boulch.  

Weitere Informationen: https://eclore-actuators.com/