Frustraties vormen vaak de directe oorzaak van uitvindingen of ontwikkelingen. Jack Schorsch, oprichter van IMSystems, liep bij de huidige generatie tandwielkasten bijvoorbeeld aan tegen het feit dat het maar niet lukte om de efficiëntie verder te verbeteren. Tot hij een ‘Eureka-momentje’ kreeg en de principes van een planetaire tandwielkast combineerde met die van een wrijvingskoppeloverbrenging. Het eindresultaat was de Archimedes Drive, die bij compacte afmetingen hogere krachten nauwkeurig kan overbrengen. En dat tegen lagere kosten. Ideaal voor onder meer toepassing in de robotica.
De uitvinding en doorontwikkeling van de Archimedes Drive begon met onderzoekswerkzaamheden van Jack Schorsch voor het ministerie van defensie in de Verenigde Staten. Hij richtte zich daarbij op de ontwikkeling van een nieuwe generatie tandwielkasten die vooral compacter moest worden met behoud van koppel. Wat hij ook probeerde: het lukte niet.
“In feite lopen we al vijftig jaar tegen dit probleem aan”, geeft hij aan. “In de jaren negentig werd al geroepen dat we tien jaar later veelvuldig gebruik zouden maken van robots – iedereen zou er zelfs eentje hebben – maar niets is minder waar. En dat komt onder andere omdat we niet in staat zijn om met compacte oplossingen de benodigde koppels over te brengen. De ontwikkelingen in de software gaan goed; het is de hardware die achterblijft.”
Lichtgewicht, compact en nauwkeurig
Tijdens zijn promotiewerkzaamheden aan de TU Delft liep hij wéér tegen dezelfde beperkingen van de huidige generatie tandwielkasten op. Ditmaal in het kader van onderzoek dat hij verrichte aan exoskeletten die uitsluitend hun functie kunnen vervullen wanneer het gewicht laag genoeg blijft voor de gebruiker.
Dit was het moment dat het befaamde ‘Eureka’ moment optrad en Schorsch in zijn hoofd twee verschillende principes combineerde tot een lichtgewicht, compacte en nauwkeurige transmissie die in staat zou zijn grotere krachten over te brengen. De tijd was rijp om al het vooronderzoek dat hij jaren daarvoor had gedaan naar de meest exotische vormen van tandwielkasten, in te zetten.
Geen tanden maar cilinders
Schorch bedacht verder dat tandwielen zijn te vervangen door cilinders waarbij de krachten door wrijving worden overgebracht. In dat geval zou het aantal toe te passen cilinders vele malen hoger kunnen zijn. In eerste instantie was het idee om hiervoor massieve cilinders te gebruiken maar in dat geval zouden er hoge krachten nodig zijn om de krachtenoverbrenging te realiseren. Dit leidt weer tot metaalmoeheid in de cilinders en hiermee een korte levensduur.
Daarom zijn geen vaste cilinders toegepast maar is gekozen voor holle cilinders. Deze worden tijdens gebruik licht ingedrukt waardoor de spanning over een groter oppervlak wordt verdeeld en het probleem van metaalmoeheid is opgelost. Eigenlijk een verend systeem. Hiermee dook echter een ander probleem op: doordat de cilinders hol zijn, is het niet mogelijk de applicatie hieraan te koppelen.
Het complete artikel over de mechanische transmissie Archimedes en de mensen erachter, is te lezen in de nieuwe Aandrijftechniek, die 30 november uitkomt.
