3 Beispiele, wie Holz in der Automatisierung eine Rolle spielen kann

Viele Unternehmen stehen derzeit vor der Herausforderung, Ihren CO2-Fußabdruck messbar zu machen und schnellstmöglich zu reduzieren. Für stationäre Betriebsmittel und Maschinen gelingt dies bereits heute durch die Messung und Optimierung der jeweiligen Energieverbräuche.

Für mobile Betriebsmittel, etwa beim innerbetrieblichen Transport, fehlen bis dato oft die technischen Möglichkeiten für eine ganzheitliche CO2-Messung und -Optimierung. Genau hier setzt die gemeinsame Lösung der Projektpartner Ligenium, Objective Partner, Flowcate und Trumpf Tracking Technologies an.

Die Gesamtlösung kombiniert einen modularen, leichten und CO2-positiven Holzladungsträger der Firma Ligenium mit einer durchgängigen Echtzeit-Ortung auf Basis des Omlox-Ortungsstandards - bereitgestellt von den Firmen Flowcate und Trumpf Tracking Technologies. Die Lebenszyklusdaten des Holzladungsträgers und der CO2-Fußabdruck (Produkt und Transport) werden als digitaler Zwilling in einer Asset Administration Shell von Objective Partner verwaltet.

Omlox ist ein Technologiestandard, der eine technologie- und Hersteller-unabhängige Bereitstellung von Ortungsdaten ermöglicht und von der Industrievereinigung Profibus und Profinet International (PI) betreut wird.

• Die Lösung reduziert den CO2-Footprint durch die Verwendung des leichtgewichtigen und modularen Ladungsträgers auf Holzbasis.
• Die nahtlose Echtzeitortung macht alle Transportvorgänge und deren CO2-Footprint transparent und erlaubt eine Optimierung des Materialflusses.
• Durch die Einbindung in Asset Administration Shells ergeben sich künftige Anwendungsfälle, beispielsweise auf Basis dienstbasierter Nutzung.

Wellen sind ein elementarer Bestandteil vieler Maschinen und Anlagen. In der Regel sind sie aus Stahl, manchmal auch aus Aluminium oder Kohlefaser. Insbesondere bei Lösungen, die Leichtbau mit Kosteneffizienz verbinden müssen, könnte künftig Holz als neue Variante dazu kommen. Igus, Spezialist für Motion Plastics, kam auf die Idee, seine Drylin R Gleitlager auf verschiedenen Holzwellen zu testen. Auslöser war die Tatsache, dass sich die Drylin Lineargleitlager aufgrund der niedrigeren Flächenpressung im Vergleich zu Kugellagern generell auch für den Einsatz auf Rundwellen mit weicheren Oberflächen eignen.

Versuche im Igus-Testlabor brachten erstaunliche Ergebnisse. Produktentwickler Lars Fenger:  "Kurz gesagt: Holz und Drylin-Lineartechnik funktioniert. Und sogar sehr gut." Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die ermittelten Reibwerte sich nur wenig von den Ergebnissen auf Stahl oder Aluminium unterscheiden. Und auch die Verschleissergebnisse für Lager und Wellen sind vielversprechend. Einige Hölzer wie etwa Buche gedämpft bieten einen guten Gegenlaufpartner für die Lager.

Zum Einsatz kommen die Holzwellen in ersten Kundenprojekten, zum Beispiel beim Bau von höhenverstellbaren Arbeitstischen.

Eigentlich kann man es kaum glauben, aber die Quelle ist überaus seriös: Der schwedische Forschungsrat hat die Entwicklung des weltweit ersten Transistors aus Holz bekanntgegeben. "Wir haben ein noch nie dagewesenes Prinzip entwickelt. Ja, der Holztransistor ist langsam und sperrig, aber er funktioniert und hat ein enormes Entwicklungspotenzial", sagt Isak Engquist, Senior Associate Professor am Labor für Organische Elektronik der Universität Linköping. Sie hat gemeinsam mit der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) die Entwicklung vorangetrieben.

In früheren Versuchen konnten Transistoren aus Holz nur den Ionentransport regulieren. Und wenn die Ionen ausgehen, funktioniert der Transistor nicht mehr. Der von den Linköping-Forschern entwickelte Transistor kann jedoch kontinuierlich funktionieren und den Stromfluss regulieren, ohne sich zu verschlechtern.

Für die Herstellung ihres Transistors verwendeten die Forscher Balsaholz, da die Technologie ein maserfreies Holz mit gleichmäßiger Struktur erfordert. Sie entfernten das im Holz enthaltene Lignin, sodass nur lange Zellulosefasern mit Kanälen übrig blieben, in denen sich das Lignin befunden hatte. Diese Kanäle wurden dann mit einem leitfähigen Kunststoff oder Polymer namens PEDOT:PSS gefüllt, sodass ein elektrisch leitfähiges Holzmaterial entstand.

Die Forscher bauten daraus den Holztransistor und konnten zeigen, dass er in der Lage ist, den elektrischen Strom zu regulieren und eine kontinuierliche Funktion bei einem bestimmten Ausgangsniveau zu gewährleisten. Er kann auch den Strom ein- und ausschalten, wenn auch mit einer gewissen Verzögerung - das Ausschalten dauerte etwa eine Sekunde, das Einschalten etwa fünf Sekunden.

Mögliche Anwendungen könnten die Regelung elektronischer Anlagen etwa in der Automatisierung sein, so die Forscher, ein weiterer Forschungsschwerpunkt der Universität Linköping. Denn ein Vorteil des elektronischen Bauelements aus Holz ist, dass er aufgrund des großen Transistorkanals voraussichtlich einen höheren Strom verträgt als normale organische Transistoren.