FALLSTUDIE
"Outside the Box" - Die genaue Messung der Energie aus dem Unterkieferschlag einer Trap-Jaw-Ameise durch die Verwendung von OAV-Luftlagern.
Der Lieblingsausdruck von OAV-Gründer Murat Erturk, „out of the box“, wird passenderweise mit dem Unternehmen in Verbindung gebracht, das Murat nach seiner Karriere als Ingenieur in der Luft- und Raumfahrt und luftfahrtbezogenen Technologien begann „out of the box“, wenn Sie mit Kunden und Kunden sprechen oder neue Luftlager entwickeln, um bestehende Fertigungs- und branchenweite Probleme zu lösen. Ähnlich wie die LED-Technologie Glühbirnen ersetzt hat, ersetzen reibungsfreie Luftlager schnell Standardrollen und Linearlager, nicht nur aufgrund des Bedarfs der Industrie an höherer Effizienz und Energieeinsparung, sondern auch aufgrund des Bedarfs an höherer Präzision und langfristigen Kosteneinsparungen.
Justin Jorge, ein Doktorand im Labor von Dr. Sheila Patek an der Duke University, wurde kürzlich damit beauftragt, die Energie zu messen, die von den Mandibeln einer Ameise freigesetzt wird, genauer gesagt der Fangkieferameise. Jorge erkannte, dass die derzeitigen Sensoren und Energiemesstechniken bei der Größe und den Zeitskalen eines Fangkiefer-Ameisen-Unterkieferschlags nicht funktionierten, und machte sich daran, ein neuartiges pendelbasiertes Messsystem zu entwickeln. Nach einer längeren Entwicklungs- und Testphase kam Jorge zu dem Schluss, dass herkömmliche Techniken zur Herstellung eines Pendels (einschließlich eines pendelbasierten Messsystems unter Verwendung vorhandener Rollenlager) zur genauen Messung der von den Mandibeln freigesetzten Energie völlig unzureichend und ungenau waren. Tatsächlich wurden alle Messversuche aufgrund der Größe, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Mandibeln der Fangkieferameise äußerst schwierig – eine verständliche Schlussfolgerung, wenn man bedenkt, dass die Spitzen der Mandibeln mit einer Geschwindigkeit beschleunigen, die größer ist als eine Kugel, die aus einer gewöhnlichen Pistole abgefeuert wird . Die von den Mandibeln auf ihrem Ziel erzeugte Energie konnte durch den Einsatz herkömmlicher Technologien mit Standardmethoden mit einem gemeinsamen Rotationslager nicht genau bestimmt werden. Daten entnommen wurde durch die Energie beeinträchtigt, die erforderlich war, um die anfängliche Reibung und das Trägheitsmoment der herkömmlichen Lager in früheren Konstruktionen der Testanordnung zu überwinden.
Jorge arbeitete im Labor von Dr. Patek an der Duke University und hoffte, ein neuartiges Messgerät auf Pendelbasis zu entwickeln, das einen reduzierten oder reibungsfreien Drehpunkt erforderte auf eine neue Technologie – Luftlager – als mögliche Lösung. Nach einer Reihe von Design- und Anwendungsdiskussionen mit den Ingenieuren von OAV wusste er, dass er auf dem richtigen Weg war. Nachfolgende Tests haben ihm recht gegeben.
Durch den Austausch des traditionellen Wälzlagers am Drehpunkt der starren Doppelpendel-Prüfanordnung durch das OAV-Luftrollenlager konnte Jorge die Hürde überwinden, die herkömmliche Lager beim Sammeln von Qualitätsprüfdaten darstellen. His Die Schlussfolgerungen waren eindeutig: „Reibung hat einen großen Einfluss auf die Energiemessung in diesen Größenordnungen (Mikrojoule) … und … die mit den OAV-Luftlagern gemessene Energiemenge ist mindestens sechsmal größer als bei der Verwendung herkömmlicher Kugellager.“_cc781905 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_ Die klare Folge dieser Schlussfolgerung ist der offensichtliche Energieverlust durch die Drehbewegung herkömmlicher Lager und die langfristigen Vorteile der Verwendung von Luftlagern gegenüber herkömmlichen. Jorge kam auch zu dem Schluss, dass das Luftlager zwar deutlich kostspieliger ist als herkömmliche Lager, „seine Verwendung jedoch mit Zeiteinsparungen gerechtfertigt werden kann, indem die Wartung zwischen den Tests und der Präzision entfällt ion und Genauigkeit, die mit herkömmlichen Lagern unmöglich ist.“ Die OAV-Ingenieure stimmen zu. Der Einsatz von Luftlagern mag anfangs teurer sein, aber sie reduzieren langfristig die Kosten 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. Unabhängig davon, ob man die Energie testet, die durch den Schlag einer Fangkieferameise oder des Unterkiefers erzeugt wird, oder die Energie, die von den Flügeln einer gewöhnlichen Stubenfliege erzeugt wird, OAV arbeitet daran, Lösungen für die Zukunft zu liefern.
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Jorge, JF, Bergbreiter, S. und Patek, SN (2021). Pendelbasierte Messungen zeigen Aufpralldynamiken in der Größenordnung einer Fangkieferameise. 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-/Zuschussnummer W911NF-15-1-0358. unterstützt wurden.
OAV founder Murat Erturk’s favorite expression, “outside the box", is appropriately associated with the company Murat started after his engineering career in aerospace and aviation related technologies. Indeed, many of OAV’s engineers focus on thinking “outside the box” when speaking with clients and customers or when developing new air bearings to solve existing manufacturing and industry wide problems. In much the same way that LED technology has come to replace incandescent light bulbs, frictionless air bearings are rapidly replacing standard roller and linear bearings, thanks not only to the industry’s need for greater efficiency and energy reduction, but also due to the need for greater precision and long-term cost savings.
Justin Jorge, a PhD student in the laboratory of Dr. Sheila Patek at Duke University, was recently tasked with measuring the energy released from the mandibles of an ant, the trap-jaw ant to be precise. Jorge realized that the current sensors and energy measurement techniques did not work at the size and time scales of a trap-jaw ant mandible strike and set out to create a novel pendulum-based measurement system. After an extended period of design and testing, Jorge came to the conclusion that conventional techniques for creating a pendulum (including a pendulum-based measurement system utilizing existing roller bearings) for accurately measuring the energy released from the mandibles were grossly insufficient and inaccurate. Indeed, any attempts at a measurement was made exceedingly difficult due to the size, speed, and acceleration of the trap-jaw ant’s mandibles – an understandable conclusion given the tips of the mandibles accelerate at a speed greater than a bullet fired from a common handgun. The energy generated by the mandibles on their target could not be accurately determined through the use of common technologies using standard methods with a common rotational bearing. Data taken was compromised by the energy required to overcome initial friction and moment of inertia of the traditional bearings in earlier designs of the test assembly.
Working in Dr. Patek’s laboratory at Duke University, Jorge’s hope was to design a novel pendulum-based measurement device that required a reduced or frictionless point of rotation. Thinking “outside the box”, he landed upon a new technology – air bearings – as a possible solution. Following a series of design and application discussions with the engineers at OAV, he knew he was on the right track. Subsequent tests have proven him correct.
By replacing the traditional roller bearing at the fulcrum of the dual rigid pendulum test assembly with the OAV Air Roller Bearing, Jorge was able to overcome the hurdle presented by traditional bearings in collecting quality test data. His conclusions were clear: “friction has a large effect on energy measurement at these scales (micro-joules) …and…the amount of energy measured using the OAV air bearings is at least six times greater than when we used traditional ball bearings.” The clear corollary to this conclusion is the obvious loss of energy lost to the traditional bearings rotational motion and the long-term advantages of utilizing air bearings over traditional ones. Jorge also concluded that while the air bearing is clearly more costly than traditional bearings, one can “justify (it’s use) with savings in time by eliminating maintenance between tests and the precision and accuracy that is impossible with traditional bearings.” OAV’s engineers concur. The use of air bearings may be more costly initially but they reduce long term costs through less maintenance and down time (and associated labor) costs, increased long term reliability, and accuracy.
OAV engineers have similar stories in much of their supportive work for University and corporate based researchers. Whether one is testing the energy generated by the trap jaw ant mandible strike or the energy generated by the wings of a common house fly, OAV is working to supply solutions for the future.
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Jorge, J. F., Bergbreiter, S. and Patek, S. N. (2021). Pendulum-based measurements reveal impact dynamics at the scale of a trap-jaw ant. J Exp Biol jeb.232157.
This material is based on work supported by the U.S. Army Research Laboratory and the U.S. 592 Army Research Office under contract/grant number W911NF-15-1- 0358.