Thermische Formgedächtnislegierung

Eine Möglichkeit, den Sprit- oder auch Stromverbrauch eines Autos zu senken, ist die Verbesserung der Aerodynamik des Fahrzeugs: Es muss windschnittiger werden.

Der Luftwiderstand, der durch das Durchströmen des Kühlers verursacht wird, beträgt etwa ein Zehntel des gesamten Luftwiderstands des Fahrzeugs. Ausgelegt wird ein Kühler für den extremsten Fall. Etwa für den, dass ein Auto mit Anhänger durch eine Wüstenregion fährt. Nur so ist ein optimales Thermomanagement im Fahrzeug gewährleistet, und die Maximaltemperatur des Motors und anderer fahrzeugspezifischer Komponenten wird nicht überschritten. Das hat zur Folge, dass das Kühlsystem für die meisten Einsatzfälle überdimensioniert ist. Um den Konflikt zwischen geringem Strömungswiderstand und großem Kühlluftstrom aufzulösen, hat ein deutscher Automobilhersteller eine aktive Kühlluftklappensteuerung in seine Fahrzeuge integriert. Sie ist vor dem Kühler angeordnet und reguliert den Luftstrom abhängig vom Fahrzustand.

Die Regelung des Kühlluftstroms erfolgt durch das Öffnen und Schließen von Lamellen, angetrieben von einem Elektromotor. Dieser ist komplex und dadurch sehr teuer, was sich nachteilig auf den Preis des gesamten Fahrzeugs auswirkt. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU haben den Elektromotor durch einen alternativen Antrieb auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL) ersetzt. Diese sind in der Lage, sich nach einer Verformung an ihre Ursprungform zu »erinnern«. Bei sogenannten thermischen FGL lässt sich dieser Effekt aktivieren, indem eine bestimmte Temperatur überschritten wird.

Bei der entwickelten Antriebslösung kommt ein FGL-Draht in Kombination mit einer Hebelübersetzung zum Einsatz. Mit der geringeren Komplexität des Antriebs verringert sich auch sein Preis. Zudem ist der FGL-Aktor weniger störanfällig. So funktioniert er auch dann noch, wenn die Stromversorgung ausfällt. Denn anders als ein Elektromotor wird er direkt durch die Abwärme des Motors in Bewegung gesetzt.

Der an diesem System beispielhaft aufgezeigte Ersatz eines elektromotorischen Antriebs durch einen FGL-Aktor lässt sich auch auf andere Stellantriebe im Fahrzeug übertragen, beispielsweise die Entriegelung von Tankklappen oder die Höhenverstellung der Scheinwerfer.