hyProFGAEntwicklung und Produktion hybrider Produkte mit Formgedächtnisaktorik

FormgedächtnislegierungenEigenschaften, Stand der Forschung, Kompetenzen und Ausblick

2

Agenda

Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)?I

Welches Einsatzpotential besitzen FGL?III

Welche Eigenschaften besitzen FGL?II

Wie ist der Stand der Forschung?IV

Mit welchen Dienstleistungen können wir Sie optimal unterstützen?V

3

Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)?

Aktivierung durch elektrischen Strom oder Wärme

Aktorelemente Thermisch sensitiv Interne Sensorfunktionen

Aktivierung durch mechanische Last, bei konstanter Temperatur

(Pseudo-)elastische Elemente Mechanischer Effekt Interne Sensorfunktionen

Thermischer Effekt Pseudoelastischer Effekt

Für Aktorsysteme nutzbare Formgedächtniseffekte

Formgedächtnislegierungen besitzen die Fähigkeit eine zuvor eingeprägte beliebige Form durch Energiezufuhr einzunehmen.

Dieser Effekt basiert auf der diffusionslosen, hysteresebehafteten Phasenumwandlung von der Tieftemperaturphase (Martensit) in die Hochtemperaturphase (Austenit).

Der Effekt wird thermisch aktiviert, ist reversibel und zeitunabhängig, da eine Verzerrung des Atomgitters und keine Atomwanderung erfolgt.

Grundlagen der Formgedächtnislegierungen

4

Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)?

Elek

trisc

her

Wid

erst

and

Stel

lweg

/ St

ellk

raft

Temperatur

FGL-

Drah

t

Mechanische Spannung

Extrinsischer Zweiweg-Aktoreffekt

Der elektrische Widerstand von FGL ändert sich mit der Umwandlung.Dies kann als Sensorgröße genutzt werden.

5

Welche Eigenschaften besitzen FGL?

Eigenschaften von FG-Aktoren

Große Arbeitsleistung Verschiedene Bewegungsarten

durchführbar Potential zur Standardisierung und

Funktionsintegration Leicht miniaturisierbar Reinraum tauglich Hohe elektromagnetische Verträglichkeit Einfacher und kompakter Aufbau Geringer Bauraumbedarf Geringes Gewicht Keine bewegten Teile Geringe elektrische Betriebsspannung Geräuschlos Kein magnetisches Feld Korrosionsbeständig

Vorteile von Formgedächtnislegierungen

Problem der Reproduzierbarkeit und der Qualitätsstandards industriell hergestellter FG-Halbzeuge müssen gelöst werden.

Funktionelle Materialermüdung kann das Aktorverhalten beeinflussen

Bisher sehr geringe Bekanntheit und Akzeptanz der Technologie

Geringere Dynamik des FG-Aktors aufgrund des Abkühlverhaltens

Für bestimmte Anwendungen zu niedrige Umwandlungs- und Einsatztemperaturen

Schwankung der Materialeigenschaften und fehlende Normung der Produktionsprozesse

Hindernisse von Formgedächtnislegierungen

6

Welche Eigenschaften besitzen FGL?

Eigenschaften von FG-Aktoren

FG-Akto

r

Hydrau

lik

Bimeta

ll

el. ch

em. A

ktor

Piezoa

ktor

Elektr

omag

net0

10

20

30

40

volumenspezifisches Arbeitsvermögen [J/d m3]

FG-Aktor

FG-Aktor

Stel

lweg

e un

d -z

eit

vers

chie

dene

r Ak

tort

ypen

7

Wie ist der Stand der Forschung?

FGL-Aktorbeispiele

Ventile mit FGL-Aktoren

Haptisches-Warnsystem (Abstandswarnung und Spurwechsel)

Unkonventionelle Antriebe

Standardisierte FG-Stackaktoren als Antriebselemente

8

Welches Einsatzpotential besitzen FGL?

Durch ihr hohe volumenspezifische Arbeitsvermögen, großen Stellwege/ -kräfte und vorteilhaften Eigen-schaften stellen FG-Aktoren Alternativen zu konventionellen Aktoren da. FG-Aktoren eignen sich für vielfältige Lösungen u.a. in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Maschinen- und Anlagenbau.

Aktor Elastisches Element

Einsatzpotentiale von FGL

Thermische Ventile Elektrische Ventile Mikro- / Feinaktoren Schließsysteme Entriegelungen Sicherheitssysteme Vorschubantriebe Orthesen /

Prothesen Aktoren für Optiken

Sensor

Elastische Sensorelemente

Eingebettete Sensoren

Thermische Schaltsensoren

Kraft- / Dehnungssensoren

Dämpfungselement

Passive Dämpfungselemente

Maschinenbetten Maschinenfüße Dämpfung in

spanender Bearbeitung

Kompensation von Setzungs-erscheinungen

Federdrähte mit 8% reversible Dehnung

Federn mit 100% reversible Dehnung

Federn mit integriertem Dehnungssensor

Adaptive Federn (Verstellung der Steifigkeit)

9

Mit welchen Dienstleistungen können wir Sie optimal unterstützen?

Markt-, Trend- und Patentanalysen

Erstellung von Machbarkeitsstudien

System-Integration von Formgedächtnislegierungen

Konzeptentwicklung und Gestaltung von neuen Produkten

Wissensmanagement für Formgedächtnislegierungen

Experimentelle Untersuchungen/ Materialtests

Simulation (FEM, Matlab Simulink)

Unsere Dienstleistungen im Bereich Formgedächtnislegierungen

Gerne Beraten wir Sie hinsichtlich der Einsatzpotentiale in Ihrem Unternehmen und unterstützen Sie bei der Entwicklung und Umsetzung.

10

Mit welchen Dienstleistungen können wir Sie optimal unterstützen?

Seit dem Jahr 2000 tiefgreifende Kompetenz an der RUB im Bereich FGL durch Sonderforschungsbereich SFB 459 (mit ca. 100 Mitarbeitern und 500 Veröffentlichungen sowie über 40 Dissertationen)

LPS ist seit 2004 im Bereich Formgedächtnistechnik tätig. Derzeit 6 Mitarbeiter im Bereich FGL tätig. Koordination von hyProFGA (FGL-Industrieprojekt) mit

insgesamt 15 Mitarbeitern Industrienahe Forschung und Produktentwicklungserfahrung

im Bereich Formgedächtnislegierungen

Wir sind Ihr Partner im Bereich FGL

11

Gebäude IC 02 / 677Universitätsstraße 15044801 Bochum

Lehrstuhl für ProduktionssystemeRuhr-Universität Bochum

Kontakt

Benjamin Fleczok, M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter+49 (234) 32 26305fleczok@lps.rub.de

Christian Rathmann, M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter+49 (234) 32 28930rathmann@lps.rub.de

Dipl. -Ing. Dennis OtibarWissenschaftlicher Mitarbeiter+49 (234) 32 27568otibar@lps.rub.de