Formgedächtnisaktoren – Schlaue Metalle mit großen Kräften

Grundlagen zu Formgedächtnislegierungen als Aktoren

Formgedächtnislegierungen, kurz FGL, sind Materialien, die ein einzigartiges Verhalten zeigen. Der bekannteste Werkstoff ist hierbei eine binäre Nickel-Titan-Legierung. FGL können sich nach einer Verformung an ihre zuvor eingeprägte Ursprungsform erinnern. Die Ausgangsform wird dabei vorab durch einen Glühprozess fest eingeprägt.

Der thermische Effekt ist dadurch gekennzeichnet, dass beispielsweise ein FG-Draht im kalten Zustand verformt wird. Diese Verformung bleibt solange erhalten, bis der Draht über eine bestimmte Schalttemperatur erwärmt wird und wieder seine Ausgangsform, annähernd linear zur Temperatur, einnimmt. Dabei erzeugt der Draht eine mechanische Arbeit.

Formgedächtnislegierungen besitzen in diesem Zusammenhang die höchste Energiedichte aller bekannten Aktorprinzipien.

Ein Formgedächtnisdraht von 2 mm Durchmesser und einem (1) Meter Länge ist beispielsweise in der Lage ein Gewicht von 120 kg um 8 cm anzuheben. Der Draht wiegt dabei lediglich 30 g. Ein vergleichbarer Hubmagnet würde ca. 5 kg wiegen um diese Leistung zu erbringen.

Funktionsprinzip eines Formgedächtnis-Aktors:

Das Grundprinzip eines Aktors ist schnell erklärt. Der sich durch die Stromfluss bedingte Erwärmung kürzer werdende FG-Draht nimmt den Aktuator mit, wodurch eine lineare Bewegung ausgeführt wird. Das Prinzip lässt sich in der folgenden Animation gut darstellen:

Unsere standardisierten Formgedächtnisaktoren:

• FG-ONE / FG-ONEeasy: unser standardisierter FG-Aktor für Entriegelungs- und Verstellaufgaben
• FG-FLEX: ein Kleinantrieb so flexibel montierbar wie ein Kabel
• FG-Valve: Proportionalventil für Industrieanwendungen

Individuelle Formgedächtnisaktoren:

Dank langjähriger Erfahrung sind wir in der Lage, Ihr Produkt von der Planung bis über die Markteinführung hinaus zu begleiten und Sie bei der Erreichung Ihrer Ziele kompetent und professionell zu unterstützen.

• In diesem Rahmen bieten wir Ihnen die folgenden Serviceleistungen an:
• Abgleich ihrer Zielparameter mit der Einsatzmöglichkeit von Formgedächtnisaktoren
• Seriengerechte Entwicklung ihres individuellen FG-Aktors unter Bezugnahme geltender Richtlinien und Normen (z.B. VDI-2248)
• Systemintegration von FGL in bereits vorhandene Produkte
• Lieferung von FG-Aktoren in kleinen, mittleren und hohen Jahreschargen

Vorteile von Formgedächtnisaktoren

Der Einsatz von Formgedächtnislegierungen (FGL) als Aktoren wird sich auch in Ihrem Unternehmen / in Ihrem Produkt positiv bemerkbar machen.

• Gewichts- und Bauraumeinsparung
  Durch die kompakte Bauweise der Formgedächtnisdrähte ist es möglich mit 10 mm³ FGL fast 100 N zu verstellen. Für eine ordnungsgemäße, langlebige und zuverlässige Funktion bedarf es jedoch der Aktorstruktur. Diese Komponenten machen unsere standardisierten Aktoren aus, die im Vergleich zu einem E-Magnet gleicher Leistungsklasse ein um 50% geringeres Bauraumvolumen aufzeigen. Die Gewichtseinsparung zum E-Magneten kann, je nach Anwendungsfall, bis zu 80% betragen.

• Unempfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüsse
  Die von uns verwendeten NiTi-Formgedächtnislegierungen (Nickel-Titan-Legierung) sind unempfindlich gegenüber typischen Witterungsbedingungen wie sie zum Beispiel in der Automobiltechnik, Gebäudetechnik und Landwirtschaft vorkommen. Das Material zeigt in diesen Bereichen keine Korrosionserscheinungen und keine Änderungen der Zuverlässigkeit.

• Keine Geräuschemission
  Formgedächtnislegierungen erzeugen während ihrer Umwandlung keine Geräusche, weswegen sie zyklische Stellaufgaben dort sinnvoll übernehmen können, wo Geräusche mit Qualitätsminderungen oder sogar Funktionseinschränkungen gleichzusetzen sind.

• Lineare Arbeitsbewegungen
  Durch die physikalischen Eigenschaften lassen sich FGL gut als lineare Antriebe einsetzen, welche auf Getriebeuntersetzungen verzichten. Dadurch entstehen keine Abriebe und keine Getriebegeräusche.

• Einfache Bauweise
  Die Zahl der Aktorkomponenten, und auch damit das Gewicht der Komponenten, wird weiterhin im Vergleich zu einem Getriebemotor, reduziert. Weniger Bauteile bedeutet geringerer Aufwand bei Konstruktion und Montage, geringere Störanfälligkeit, idR einfachere Steuerung der Endlage – also weniger Kosten.

• Gleichmäßige / Sanfte Arbeitsbewegungen möglich
  Die Bewegung eines FG-Aktors ist nicht ruckartig wie bei einem Hubmagneten, sondern weich und kontinuierlich. Die Geschwindigkeit lässt sich natürlich ebenso wie der Weg steuern, aber nicht „schlagartig“ ausführen. Er arbeitet Erschütterungsfrei.

• Kompatibilität mit vorhandener Aktorik-Infrastruktur
  Üblicherweise arbeiten unsere Formgedächtnisaktoren in Spannungsbereich zwischen 0-5V bzw. 0-12 V (AC oder DC). Wird der Formgedächtnisaktor an ein vorhandenes Steuergerät angeschlossen, so können folgende Standards eingesetzt werden um den Aktor ggf. mit einer Steuerendstufe in Betrieb zu nehmen:
  – TTL Signalpegel als Steuersignal / ggf. auch PWM-Signal
  – LIN- / CAN-/ Profibus- Konnektivität durch unsere eigenen Steuergeräte
  – I2C- / SP- Schnittstellenanschluss durch unsere eigenen Steuergeräte

• elektromagnetische Unbedenklichkeit
  Ein Aktor auf Basis einer Formgedächnislegierung hat kein elektrisches Magnetfeld und kein Dauermagnetfeld, wodurch eventuelle Abschirmungen gänzlich entfallen.

• eingebauter Überlastschutz
  Unsere FG-Aktoren weisen von Hause aus einen Schutz vor Überlastung auf ebenso wie einen Überhitzungsschutz.