Formgedächtnistechnik - Anwendungsentwicklung

Industrielle Manipulatoren zur Werkstück- oder Werkzeughandhabung sind Kernkomponenten in nahezu allen Produktionsanlagen. Angesichts der steigenden Industrieanforderungen an Leistung, Präzision, Bauraum und Effizienz existiert auch ein Bedarf dafür, dass Roboter und industrielle Greifer schneller, leichter und präziser werden. Gemeinsam mit einem Industriepartner wurde ein Greifersystem auf Basis von thermischen FGL entwickelt, das kompakt und nicht auf zusätzliche Sensorik angewiesen ist. 

Steckverbinder für Elektrofahrzeuge sind wichtige Komponenten beim Gleichstrom-Schnellladen. Bei Ladeleistungen über 150 kW treten hier aber aufgrund hoher Kontaktwiderstände zwischen Ladekabel und Fahrzeuganschluss thermische Probleme auf. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Kontaktwiderstands ist die Erhöhung der Kontaktnormalkraft zwischen Kontaktbuchse und -stift bspw. mithilfe von auf FGL basierenden Aktorsystemen.

Antriebssysteme auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL) erobern seit einigen Jahren kontinuierlich neue Anwendungsfelder. Ein aktuelles Beispiel für den Einsatz dieser Leichtbau-Aktoren ist eine Drohne, bei der die entwickelte Aktorik für eine zuverlässige Verriegelung des Batterieschlittens sorgt.

In der kommerziellen Landwirtschaft haben sich Mikro- oder Tröpfchen-Bewässerungssysteme etabliert. Bei starkem Gefälle (z. B. im Weinbau) schwankt die abgegebene Wassermenge jedoch erheblich. Eine gleichmäßige Bewässerung ist mit diesem Prinzip daher nicht möglich. Abhilfe schafft ein Ventil auf FGL-Basis.

Drahtbasierte FGL-Aktoren sind in industriellen Anwendungen etabliert, aber auf geringe Kräfte (N-Bereich) bei kleinen Hüben (mm-Bereich) beschränkt. Es gibt auch Anforderungen für kompakte FGL-Aktoren mit höheren Kräften (kN-Bereich) bei kleinen Hüben (mm-Bereich). Im Projekt HochPerForm werden Technologien erforscht, die schnellschaltende FGL-Aktoren im Hochlast-Bereich (kN) ermöglichen.

Im Projekt »ProAuSter« arbeiten Hahn-Schickard und das Fraunhofer IWU gemeinsam an innovativen Prozesstechnologien für eine heterogene Integration von Formgedächtnislegierungen (FGL) in siliziumbasierte Mikrosysteme. Die entwickelten Technologien sollen am Beispiel eines Sterilisationszyklenzählers erprobt werden. 

Faserverbundwerkstoffe und Kunststoffe sind im Vergleich zu Stahl und Aluminium stark elastisch dehnbar. Zur Dehnungsmessung an Bauteilen aus diesen Materialien sind daher ebenso dehnbare Sensoren notwendig. Konventionelle Dehnungsmessstreifen eignen sich dafür nicht, da sie bei hohen Zyklenzahlen aufgrund von Ermüdung versagen. Elastische, einfach in Faserverbundwerkstoffe und Kunststoffe zu integrierende FGL-Sensoren sind für zyklische Messungen und mobile Anwendungen geeignet. 

Die FGL-Räucherrakete, die aus der Kooperation zwischen Fraunhofer IWU und dem Seiffener Kunsthandwerker Markus Füchtner entstanden ist, nutzt die Wärme einer handelsüblichen Räucherkerze, um die Formgedächtnisfunktion zu aktivieren. Nach wenigen Minuten »sprengt« die Raketenkapsel auf. Ein verschmitzt lächelnder »Nussknacker Wilhelm« kann so der Rakete entsteigen. Dass er in einer Rakete steckt, ist kein Zufall, denn er war bereits auf der ISS.