FALLSTUDIE

Die genaue Messung der Energie des Unterkieferstoßes einer Trap-Kiefer-Ameise durch die Verwendung von OAV-Luftlagern

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„Außerhalb der Box“ – Die genaue Messung der Energie des Unterkieferstoßes einer Trap-Kiefer-Ameise durch den Einsatz von OAV-Luftlagern.

Die Lieblingsausdrücke des OAV-Gründers Murat Erturk, „out of the box“, werden passend mit dem Unternehmen in Verbindung gebracht, das Murat nach seiner Ingenieurkarriere in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und luftfahrtbezogene Technologien begann. Tatsächlich konzentrieren sich viele der OAV-Ingenieure darauf, „out of the box“ zu denken, wenn sie mit Kunden und Kunden sprechen oder neue Lager entwickeln, um bestehende fertigungs- und branchenweite Probleme zu lösen. Ähnlich wie die LED-Technologie Glühbirnen ersetzt, ersetzen nahezu reibungsfreie Luftlager die Standard-Rollen- und Linearlager schnell, nicht nur aufgrund der Forderung der Industrie nach mehr Effizienz und Energieeinsparung, sondern auch aufgrund der Notwendigkeit von mehr Präzision und langfristige Kosteneinsparungen.

Justin Jorge, ein Doktorand im Labor von Dr. Sheila Patek an der Duke University, wurde kürzlich damit beauftragt, die Energie zu messen, die aus den Mandibeln einer Ameise, genauer gesagt der Fallenkieferameise, freigesetzt wird. Jorge erkannte, dass die aktuellen Sensoren und Energiemesstechniken bei der Größe und Zeitskala eines Fangkiefer-Ameisenschlags nicht funktionierten und machte sich daran, ein neuartiges pendelbasiertes Messsystem zu entwickeln. Nach einer längeren Entwicklungs- und Testphase kam Jorge zu dem Schluss, dass konventionelle Techniken zur Herstellung eines Pendels (einschließlich eines pendelbasierten Messsystems unter Verwendung vorhandener Wälzlager) zur genauen Messung der von den Mandibeln freigesetzten Energie völlig unzureichend und ungenau waren. Tatsächlich wurden alle Versuche einer Messung aufgrund der Größe, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Unterkiefer der Fallenkieferameise äußerst erschwert – eine verständliche Schlussfolgerung, wenn man bedenkt, dass die Spitzen der Unterkiefer schneller beschleunigen als eine Kugel, die aus einer gewöhnlichen Handfeuerwaffe abgefeuert wird . Die von den Mandibeln an ihrem Ziel erzeugte Energie konnte durch den Einsatz üblicher Technologien mit Standardmethoden mit einem gemeinsamen Rotationslager nicht genau bestimmt werden. Die aufgenommenen Daten wurden durch die Energie beeinträchtigt, die erforderlich war, um die anfängliche Reibung und das Trägheitsmoment der herkömmlichen Lager in früheren Konstruktionen der Testanordnung zu überwinden.

In Dr. Pateks Labor an der Duke University hoffte Jorge, ein neuartiges pendelbasiertes Messgerät zu entwickeln, das einen reduzierten oder reibungsfreien Drehpunkt benötigt. Über den Tellerrand hinaus denkend, landete er als mögliche Lösung auf einer neuen Technologie – Luftlagern. Nach einer Reihe von Design- und Anwendungsgesprächen mit den Ingenieuren von OAV wusste er, dass er auf dem richtigen Weg war. Spätere Tests haben ihm Recht gegeben.

Durch den Ersatz des herkömmlichen Rollenlagers am Drehpunkt der dualen starren Pendelprüfanordnung durch das OAV-Luftrollenlager konnte Jorge die Hürde herkömmlicher Lager bei der Erfassung von Qualitätstestdaten überwinden. Seine Schlussfolgerungen waren eindeutig: „Reibung hat einen großen Einfluss auf die Energiemessung bei diesen Skalen (Mikrojoule) …und … die mit OAV-Luftlagern gemessene Energiemenge ist mindestens sechsmal größer als bei Verwendung herkömmlicher Kugellager.“ Die klare Folge dieser Schlussfolgerung ist der offensichtliche Energieverlust durch die Rotationsbewegung der traditionellen Lager und die langfristigen Vorteile der Verwendung von Luftlagern gegenüber herkömmlichen Lagern. Jorge kam auch zu dem Schluss, dass das Luftlager zwar deutlich kostspieliger ist als herkömmliche Lager, man aber „(seine Verwendung) mit Zeiteinsparungen rechtfertigen kann, indem man die Wartung zwischen den Tests und die Präzision und Genauigkeit eliminiert, die mit herkömmlichen Lagern unmöglich ist“. Die Ingenieure von OAV sind sich einig. Die Verwendung von Luftlagern kann anfangs kostspieliger sein, aber sie reduzieren die langfristigen Kosten durch weniger Wartungs- und Ausfallzeiten (und damit verbundene Arbeitskosten), erhöhte langfristige Zuverlässigkeit und Genauigkeit.

OAV-Ingenieure haben ähnliche Geschichten in einem Großteil ihrer unterstützenden Arbeit für Forscher an Universitäten und Unternehmen. Ob man nun die Energie des Fangkiefer-Ameise-Schlags oder die Energie der Flügel einer gewöhnlichen Stubenfliege testet, OAV arbeitet an Lösungen für die Zukunft.

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Jorge, JF, Bergbreiter, S. und Patek, SN (2021). Pendelbasierte Messungen zeigen Aufpralldynamiken im Maßstab einer Fallenkieferameise. J Exp Biol jeb.232157.

Dieses Material basiert auf Arbeiten, die vom US Army Research Laboratory und dem US 592 Army Research Office unter der Vertrags-/Bewilligungsnummer W911NF-15-1-0358 unterstützt werden.