Referenzprojekte zum Thema Smart Materials

Die Produktion von Blechbauteilen erfolgt heute automatisiert und unter hohem Effizienzdruck. Ungeplante Stillstände durch Prozessanomalien wie Werkzeugverschleiß oder Materialschwankungen führen zu Ausschuss und hohen Kosten. Eine wirkstellennahe Überwachung der Kräfte kombiniert mit einer Datenanalyse kann solche Probleme frühzeitig erkennen. Die vorgestellte Lösung nutzt einen neu entwickelten Sensor zur multidimensionalen Kraftmessung, der präzise Einblicke in den Umformprozess ermöglicht und damit Qualität und Anlagenverfügbarkeit verbessert.

Das Walzrichten von Blechbändern ist ein zentraler Teilprozess in der umformtechnischen Herstellung von Blechbauteilen. Dabei wird gekrümmtes Bandmaterial zu einem ebenen Halbzeug umgeformt. Das Projekt OptiForm will den Weg zur Umsetzung eines adaptiven, selbstregelnden Walzrichtprozesses ebnen.

Nach Sehnenverletzungen oder einem Schlaganfall kann die Beweglichkeit der Hände stark eingeschränkt sein. In der Therapie kommen zunehmend Exoskelette zum Einsatz, die wie ein zweites Skelett über der Hand angebracht werden. Sie ermöglichen eine gezielte, langsame Bewegung von Handgelenk und Fingern. Für einen erfolgreichen Therapieverlauf ist es entscheidend, dass das Exoskelett individuell auf die Hand des Patienten abgestimmt ist und zentrale Anforderungen wie geringes Gewicht und kompakte Bauweise erfüllt.

Die klassische Profilschienenführung in Werkzeugmaschinen steht immer vor einem Zielkonflikt: verschleißarmer Betrieb einerseits oder hohe Präzision durch hohen Anpressdruck anderseits. Maschinenbetreiber müssen sich vorab auf eine Druckstärke, also eine Vorspannungsklasse festlegen. Im Betriebsalltag wird dann meist zu viel Vorspannung genutzt, was die Maschinen unnötig früh verschleißen lässt. Das Fraunhofer IWU hat eine Lösung für dieses Problem entwickelt.

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.

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.

Die Integration von FGL in Kunststoffkomponenten eröffnet vielfältige Möglichkeiten zur Herstellung intelligenter und adaptiver Bauteile. Mittels Spritzgussverfahren können FGL-Elemente direkt in die Kunststoffmatrix eingebettet werden, wodurch in nur einem, Prozessschritt komplexe Aktorsysteme hergestellt werden können.

Die zuverlässige Einbindung von FGL-Komponenten ist eine essenzielle Aufgabe zur Herstellung von FGL-Anwendungen. Aus diesem Grund werden am Fraunhofer IWU neben mechanischen Technologien zum Fügen von FGL auch thermische Fügeverfahren untersucht, um Systeme zuverlässiger, flexibler und wirtschaftlicher zu machen.

Insbesondere das Einlaufverhalten muss bei der Auslegung von Aktorsystemen berücksichtigt werden, damit die angestrebten Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer erhalten bleiben. Da dieses Verhalten in den ersten Lastzyklen besonders ausgeprägt ist, werden Aktordrähte und -Federaktoren im Regelfall konditioniert bzw. vorzykliert, um diese Effekte zu kompensieren und ein konstantes Materialverhalten sicherzustellen.

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.