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Verhalten von passiv betriebenen Sauggreifern unter der Krafteinwirkung von Kletterrobotern
(2006) Simons, Florian; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)
Für den wirtschaftlichen Einsatz von Kletterrobotern auf Glasfassaden zur Durchführung von Wartungs- und Inspektionsaufgaben ist die Einsetzbarkeit auf einer möglichst großen Anzahl an Gebäuden notwendig. Der Roboter muss sich dafür möglichst ohne externe Energieversorgung und unabhängig von gebäudeseitigen Installationen wie Dachkränen und speziellen notwendigen Kletterstrukturen über Vakuumelemente direkt auf den Glaselementen halten und bewegen können. Dies stellt hohe Anforderungen an Gewicht und Energiebedarf eines Klettersystems, welche insbesondere durch die aufwändige Vakuumtechnik zur Versorgung der Halteelemente nicht zufrieden stellend erreicht werden können. Passiv betriebene Sauggreifer benötigen im Gegensatz zu aktiv betriebenen Sauggreifern keine Peripherie zur Erzeugung und Regelung des Unterdrucks und stellen damit die Basis für ein Klettersystem mit niedriger Komplexität, niedrigem Gewicht und Energiebedarf dar. Die Konzeption eines hierfür geeigneten Klettersystems sowie die Entwicklung von Berechnungsgrundlagen zur Berechnung des Verhaltens passiv betriebener Sauggreifer sind daher zwingend erforderlich. Das elastische Verhalten sowie das Versagensverhalten passiv betriebener Sauggreifer unterscheiden sich grundsätzlich von dem der aktiv betriebenen Sauggreifer. Existierende Verfahren zur Berechnung des Verhaltens von Sauggreifern konzentrieren sich jedoch ausschließlich auf aktiv betriebene Sauggreifer und können nicht auf den passiven Betrieb übertragen werden. Außerdem wird hier der beim Einsatz von Kletterrobotern typischer Weise auftretende kombinierte Zug-Schub-Lastfall nicht betrachtet. Weiterhin zeigt sich, dass die existierenden mit passiv betriebenen Sauggreifern ausgestatteten Klettersysteme für den Einsatz auf Glasfassaden nicht geeignet sind. In dieser Arbeit wird ein für den Einsatz passiv betriebener Sauggreifer geeignetes Klettersystem konzipiert sowie der Einfluss des Sauggreiferverhaltens unter dem hier auftretenden Lastfall auf die geometrische Gestaltung des Klettersystems bestimmt. Im Kern der Arbeit steht daher die Erarbeitung eines Verfahrens zur Bestimmung der von diesem Klettersystem auf die Sauggreifer wirkenden Zug- und Schubkräfte, sowie die Entwicklung von Berechnungsgrundlagen auf numerischer Basis zur Bestimmung des elastischen Verhaltens und des Versagensverhaltens unter diesen Kräften. Die theoretischen Grundlagen zur Bestimmung des Verhaltens passiv betriebener Sauggreifer wurden durch Versuche verifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass das zu Grunde gelegte Berechnungsmodell die realen Bedingungen hinreichend genau nachbildet. Zum Nachweis der Anwendbarkeit der Berechnungsgrundlagen auf das Szenario der Glasfassade wurde das konzipierte Klettersystem prototypisch aufgebaut und unter Variation der zentralen geometrischen Parameter mit verschiedenen Lasten getestet und bewertet. Die Berechnungsgrundlagen stehen damit in der Praxis für die Auslegung von Sauggreifern für Kletterroboter unter variierenden Anforderungen bezüglich Lastaufnahme und geometrischer Gestaltung des Klettersystems zur Verfügung.