idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Grafik: idw-Logo

idw - Informationsdienst
Wissenschaft

Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instance:
Share on: 
05/22/2024 10:22

Stark, kompakt und jetzt auch schnell: Aktoren aus Formgedächtnislegierungen

Holger Kock, Fraunhofer IPM, Kommunikation und Medien Kommunikation
Fraunhofer-Gesellschaft

    Viele Anwendungen z. B. im Werkzeug- und Maschinenbau benötigen Aktoren, um elektrische Signale in mechanische Bewegungen umsetzen zu können. Sind dabei große Kräfte bei geringem Bauraum erforderlich, haben Aktoren aus thermischen Formgedächtnislegierungen bereits heute die Nase vorn. Einziges Manko ist ihr schlechtes Abkühlverhalten und die damit einhergehende geringe Dynamik. Nun haben drei Fraunhofer-Institute eine neue Klasse von Hochlast-Formgedächtnis-Aktoren entwickelt. Diese können große Kräfte, bei geringer Baugröße erstmals hochdynamisch schalten.

    Im kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekt HochPerForm hat ein Team von Fraunhofer IPM, Fraunhofer IWU und Fraunhofer IFAM kompakte, hochdynamische Hochlastaktoren auf Basis thermischer Formgedächtnislegierungen (FGL) entwickelt. Diese neuartigen Aktoren sind bei einem Durchmesser von nur 15 mm und einer Länge von 16 mm in der Lage, eine Masse von 500 kg um bis zu 200 µm anzuheben. Dank eines innovativen Peltier-Temperiersystems können die Aktoren mit mehr als 0,3 Hz geschaltet werden. Zur Ansteuerung werden lediglich zwei Kabel benötigt, die mit einer dezentralen, kostengünstigen Regelelektronik verbunden sind.

    Zunächst wurden einzelne Teilfunktionsmuster entwickelt, um die drei zentralen Fragestellungen des Projektes zu beantworten. Erstens: Wie kann der Bauraum eines FGL-Hochlastaktors minimiert werden? Zweitens: Wie gelingt die schnelle Temperierung des entwickelten Aktors? Und drittens: Können die benötigten FGL-Komponenten additiv gefertigt werden? Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen entwickelte das Team einen FGL-Hochlastaktor, der dank einer additiv gefertigten FGL-Komponente und einer leistungsfähigen Temperierung ein deutlich verbessertes Eigenschaftsprofil aufweist. Anhand eines Funktionsdemonstrators konnte gezeigt werden, dass sich die neuen Hochlastaktoren ideal z. B. für die Feinpositionierung von Bauteilen in Produktionsmaschinen eignen und für Anwendungen prädestiniert sind, die große Halte- bzw. Spannkräfte erfordern.

    Innovationen bei Kühlung, Systemdesign und Fertigung

    Zur schnellen Kühlung eines FGL-Hochlastaktors hat ein Team von Fraunhofer IPM zwei Ansätze verfolgt: zum einen schaltbare Heatpipes, zum anderen runde thermoelektrische Module. Insbesondere mit dem zweiten Ansatz war es möglich, hohe Dynamiken bei geringer Systemgröße zu erreichen. Das eröffnet im Hinblick auf Kompaktheit, Regelbarkeit und Einfachheit völlig neue Einsatzmöglichkeiten für FGL-Aktoren.

    Der Basis-FGL-Hochlastaktor wurde am Fraunhofer IWU entwickelt. Er besteht neben der FGL-Komponente, die als Energiewandler fungiert, aus einem ausgeklügelten Vorspannsystem. Bei der Entwicklung wurde ein Baukastenprinzip realisiert, das es erlaubt, FGL-Hochlastaktoren kundenspezifisch auf die jeweiligen Anforderungen anzupassen.

    Die Geometriefreiheit und Verfügbarkeit von Formgedächtniskomponenten war bisher ein Manko der FGL-Hochlastaktorik. Am Fraunhofer IFAM ist es gelungen, dieses Problem durch die additive Fertigung maßgeschneiderter FGL-Bauteile zu lösen. Dank der großen Erfahrung des Fraunhofer IFAM konnten zudem die Funktionseigenschaften wie Hysterese und Degradation durch pulverbettbasiertes Laserstrahlschmelzen (L-PBF) deutlich verbessert werden.


    Contact for scientific information:

    Roland Binninger, roland.binninger@ipm.fraunhofer.de


    More information:

    http://www.ipm.fraunhofer.de, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM


    Images

    Criteria of this press release:
    Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
    Electrical engineering, Materials sciences, Mechanical engineering, Physics / astronomy
    transregional, national
    Research results, Transfer of Science or Research
    German


     

    Help

    Search / advanced search of the idw archives
    Combination of search terms

    You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.

    Brackets

    You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).

    Phrases

    Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.

    Selection criteria

    You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).

    If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).