Transcript hyProFGA Entwicklung und Produktion hybrider Produkte mit Formgedächtnisaktorik Formgedächtnislegierungen Eigenschaften, Stand der Forschung, Kompetenzen und Ausblick Agenda I Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)? II Welche Eigenschaften besitzen FGL? III Welches Einsatzpotential besitzen.

hyProFGA
Entwicklung und Produktion hybrider Produkte mit Formgedächtnisaktorik
Formgedächtnislegierungen
Eigenschaften, Stand der Forschung,
Kompetenzen und Ausblick
Agenda
I
Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)?
II
Welche Eigenschaften besitzen FGL?
III
Welches Einsatzpotential besitzen FGL?
IV
Wie ist der Stand der Forschung?
V
Mit welchen Dienstleistungen können wir Sie optimal unterstützen?
2
Was sind Formgedächtnislegierungen
(FGL)?
Grundlagen der Formgedächtnislegierungen

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.
Für Aktorsysteme nutzbare Formgedächtniseffekte
Thermischer Effekt




Aktivierung durch elektrischen Strom oder
Wärme
Aktorelemente
Thermisch sensitiv
Interne Sensorfunktionen
Pseudoelastischer Effekt




Aktivierung durch mechanische Last, bei
konstanter Temperatur
(Pseudo-)elastische Elemente
Mechanischer Effekt
Interne Sensorfunktionen
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Was sind Formgedächtnislegierungen
(FGL)?
Extrinsischer Zweiweg-Aktoreffekt
Mechanische
Spannung
Elektrischer Widerstand
Stellweg / Stellkraft
FGL-Draht
Der elektrische Widerstand von FGL ändert sich mit der Umwandlung.
Dies kann als Sensorgröße genutzt werden.
Temperatur
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Welche Eigenschaften besitzen FGL?
Eigenschaften von FG-Aktoren
Vorteile von Formgedächtnislegierungen

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
Hindernisse 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
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Welche Eigenschaften besitzen FGL?
Eigenschaften von FG-Aktoren
30
20
10
0
volumenspezifisches Arbeitsvermögen [J/d m3]
Stellwege und -zeit verschiedener Aktortypen
40
FG-Aktor
FG-Aktor
6
Wie ist der Stand der Forschung?
FGL-Aktorbeispiele
Unkonventionelle Antriebe
Ventile mit FGL-Aktoren
Haptisches-Warnsystem (Abstandswarnung
und Spurwechsel)
Standardisierte FG-Stackaktoren als
Antriebselemente
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Welches Einsatzpotential besitzen FGL?
Einsatzpotentiale von FGL
Aktor
 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
Elastisches Element
 Passive
 Federdrähte mit 8%
reversible Dehnung
 Federn mit 100%
reversible Dehnung
 Federn mit integriertem
Dehnungssensor
 Adaptive Federn
(Verstellung der
Steifigkeit)
Dämpfungselemente
 Maschinenbetten
 Maschinenfüße
 Dämpfung in
spanender
Bearbeitung
 Kompensation von
Setzungserscheinungen
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.
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Mit welchen Dienstleistungen können wir
Sie optimal unterstützen?
Unsere Dienstleistungen im Bereich
Formgedächtnislegierungen
 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)
Gerne Beraten wir Sie hinsichtlich der Einsatzpotentiale in Ihrem
Unternehmen und unterstützen Sie bei der Entwicklung und
Umsetzung.
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Mit welchen Dienstleistungen können wir
Sie optimal unterstützen?
Wir sind Ihr Partner im Bereich FGL
 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
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Kontakt
Lehrstuhl für Produktionssysteme
Ruhr-Universität Bochum
Gebäude IC 02 / 677
Universitätsstraße 150
44801 Bochum
Benjamin Fleczok, M.Sc.
Dipl. -Ing. Dennis Otibar
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
+49 (234) 32 26305
[email protected]
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
+49 (234) 32 27568
[email protected]
Christian Rathmann, M.Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
+49 (234) 32 28930
[email protected]
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