Referenzprojekte zum Thema Smart Materials

Um ein theranostisches Hüftimplantat technisch zu realisieren, konzentriert sich das Fraunhofer IWU auf die Entwicklung neuer Fertigungsprozesse bzw. auf die Entwicklung hybrider Fertigungstechnologien. Ziel ist es, Sensoren und Aktoren zu integrieren, ohne dabei die Komponenten zu beschädigen oder die mechanischen Eigenschaften der Implantate im Vergleich zu kommerziellen Systemen negativ zu beeinflussen. Eine der Lösungen ist die Integration des Sensor-Aktor-Systems in geschmiedete Komponenten.

Um die Messungen im Leichtbau für Faserverbund- und Kunststoffe ebenso zuverlässig zu gestalten, wie für metallische Werkstoffe, haben unsere Experten am Fraunhofer IWU eine Sensortechnologie auf der Basis von Formgedächtnislegierungen entwickelt. Sie können große Dehnungen in einer hohen Messempfindlichkeit, ohne auffallende Ermüdung und mit langer Lebensdauer übertragen. Zusätzlich kann die Sensorik beispielsweise in faserverstärkte Kunststoffe integriert werden.

Fahrzeuge der Zukunft sollen ihren eigenen Zustand kennen und vor Gefahren warnen. Im Rahmen des Projektes »SmartFrame+« wurde unter anderem ein Demonstrator bestehend aus einem sensorierten Leichtbaurahmen, einem Lenker mit Aktivelementen, einem Bildschirm sowie einem Shaker anstelle eines Sattels für den Anwendungsfall des Fahrradfahrens entworfen. Erkennt das System aus der Gesamtdatenlage kritische Situationen, erfolgt eine Warnung über Piezo-Schwinger.

Am Fraunhofer IWU wurde ein Demonstrator für die Entriegelung der Sauerstoffmasken in Flugzeugen mit Formgedächtnislegierung (FGL) entwickelt, bei dem die aktorische Funktion direkt in die Struktur verlagert werden kann und den konventionellen Entriegelungsmechanismus überflüssig macht. Durch Integration eines Formgedächtnisdrahtes reduzieren sich sowohl das Gewicht und der Bauraum als auch der Energiebedarf und die Anzahl der verbauten Einzelkomponenten.

Ein neuartiges System zur Regelung des Blecheinzugs in Tiefziehprozessen erlaubt durch einen in das Werkzeug integrierten Hochleistungs-Piezoaktor neben einer Anpassung an den jeweiligen umzuformenden Werkstoff eine gezielte Steuerung des Kraftverlaufs an prozesskritischen Umformzonen. Es ermöglicht somit eine Reduzierung der Hydraulikkomponenten und führt letztendlich zur kostengünstigeren Einpunktziehkissentechnik.

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. In der Regel werden diese Greifer entweder elektromechanisch oder pneumatisch angetrieben. Während elektrische Antriebe viel Raum in Anspruch nehmen, ist bei pneumatischen Greifern vor allem der hohe Energieverbrauch und die Notwendigkeit zusätzlicher Anbausensoren von Nachteil. In Zusammenarbeit mit einem Industriepartner wurde ein Greifersystem auf Basis von thermischen Formgedächtnislegierungen (FGL) entwickelt, das kompakt und nicht auf zusätzliche Sensorik angewiesen ist.

Um thermische Deformationen an Werkzeugmaschinen und damit einhergehende Genauigkeitseinbußen zu umgehen, ist eine Temperierung bestimmter Maschinenkomponenten notwendig. Das Fraunhofer IWU arbeitet deshalb an der Realisierung eines strukturintegrierten werkstoffbasierten Thermomanagements. Durch die Entwicklung thermischer Speicher auf Basis von Phase-Change-Materialien (PCM) beispielsweise können thermische Deformationen verhindert werden und aktive Kühlmaßnahmen entfallen.