Spannungsinduziertes-Martensit-Training von thermischen Formgedächtnisdrähten und Federaktoren

Mit Formgedächtnislegierungen (FGL) steht ein thermosensitiver Werkstoff zur Verfügung, der bei Erreichen einer spezifischen Temperatur seine Geometrie ändert. Dieser Effekt, die so genannte Pseudoplastizität, basiert auf einer reversiblen Phasenumwandlung und lässt sich aktorisch nutzen. Man unterscheidet dabei zwischen einer Hoch- und einer Niedertemperaturphase. Die Entwicklung solcher Aktorsysteme stellt aufgrund der komplexen Eigenschaften der FGL eine besondere Herausforderung dar. Insbesondere das Einlaufverhalten muss bei der Auslegung berücksichtigt werden, damit die angestrebten Systemeigenschaften 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. Dazu ist es notwendig, beide Materialphasen durch wiederholtes Aufheizen und Abkühlen unter mechanischer Last zyklisch zu durchlaufen. Insbesondere in der Serienfertigung stellt der zeitintensive Abkühlprozess ein Hindernis für eine effiziente Produktion dar.

Neben der Pseudoplastizität zeigen Aktordrähte bei erhöhten Temperaturen auch den Effekt der Pseudoelastizität, ein Materialeffekt, welcher normalerweise nur in passiven Systemen Anwendung findet. Dieser ermöglicht eine Phasenumwandlung durch mechanische Triebkräfte. Bei Entlastung kommt es dabei zur Phasenrückumwandlung. Dieser Effekt kann dazu genutzt werden, die Konditionierung der Halbzeuge energie- und zeiteffizienter zu realisieren, da ein Durchlaufen beider Phasen bei konstanten Temperaturen stattfinden kann und ein zeitintensiver Abkühlvorgang entfällt.