Doppelseitige Endbearbeitung von MSM-Aktorsticks mit PECM-Verfahren

Aktorelemente sind Bestandteile mikromechanischer Systeme und werden für vielzählige Anwendungen in der Automobilindustrie, der Medizintechnik, dem Maschinen- und Anlagenbau u.v.m. eingesetzt. Vor dem Hintergrund kurzer Schaltzeiten, hoher Energiedichten, geringem Verschleiß und ohne direkte elektrische Kontaktierung bieten Aktoren aus magnetischen Formgedächtnislegierungen innovative Potentiale. So zeigt das zum Einsatz kommende einkristalline MSM-Material (eine Heuslersche Legierung aus Nickel, Mangan und Gallium) unter dem Einfluss eines Magnetfeldes große Dehnungen und eignet sich besonders für innovative Anwendungen in der Sensor- und Aktortechnik. 

Der Schlüssel zum technischen und wirtschaftlichen Erfolg von MSM-Aktoren liegt in der reproduzierbaren und großtechnischen Herstellung sowie der Weiterverarbeitung des MSM-Materials zu Aktorsticks in der notwendigen Qualität. Für die Funktionalität und hohe Lebensdauer der MSM-Aktorelemente ist im Rahmen des Endbearbeitungsprozesses eine hohe Maßhaltigkeit (±0,01 mm) sowie die Vermeidung von oberflächennahen Defekten durch mechanische und thermische Einflüsse entscheidend. So stellt die Finish-Bearbeitung zu quaderförmigen Aktorsticks eine besondere verfahrenstechnische Herausforderung dar, für die bisher noch keine serienfähige Technologielösung existiert.

Im Rahmen der Forschungsarbeiten am Fraunhofer IWU wurde hierfür eine serienfähige, hochgenaue und planparallele Finish-Technologie von MSM-Aktorsticks unter Anwendung der präzisen elektrochemischen Doppelseitenplan-Bearbeitung (PECM) entwickelt. Im Rahmen der elektrochemischen Werkstoffcharakterisierung nach DIN SPEC 91399 wurde eine sehr gute elektrochemische Bearbeitbarkeit der NiMnGa-Legierung nachgewiesen. Multiphysik-Simulationen zur Auslegung der Werkzeugelektrode, innovative Spann- und Spülkonzepte sowie die Entwicklung geeigneter Prozessparameter trugen zu einer gezielten und reproduzierbaren Prozessführung bei. Darüber hinaus wurden qualitätsgerecht elektrochemisch gefinishte Demonstrator-Aktorsticks magneto-mechanischen Funktionstests unterzogen. Dabei zeigte sich eine Verbesserung der Leistungsdichte sowie der magnetisch induzierten Dehnung (MFIS), womit zugleich eine störschichtfreie elektrochemische Bearbeitung nachgewiesen wurde. Die wirtschaftliche Fertigung ist durch einen batch-Betrieb mit mehreren Bearbeitungsnester darstellbar.

Das erarbeitete Prozesswissen für eine wirtschaftliche und ressourceneffiziente Doppelseitenbearbeitung ist darüber hinaus auf weitere Formgedächtnislegierungen sowie sensible Werkstoffe übertragbar.