Branchenübergreifende Anwendungsmöglichkeiten der Technologie

Biegeaktor mit Formgedächtnislegierungen

Handheld Demonstrator eines Biegeaktors auf Basis von Formgedächtnislegierungen.

Flächige Biegeaktoren auf Basis von Formgedächtislegierungen treffen auf den
3D-Druck

Aktorikmodule mit integrierten Drähten aus einer Formgedächtnislegierung ermöglichen die flächige Krümmung von Bauteilbereichen. Der aktive Bauteilbereich ist in der Ausgangkonfiguration ohne das aufgebrachte Aktorikmodul biegeweich, d. h.  dünn, auszuführen. Mit dem Aufbringen des Aktorikmoduls wird dieser Bereich versteift und die Aktorik – also die Krümmung – des Bauteils lässt sich anschließend durch externe Wärmezufuhr oder mittels direkter Beheizung durch elektrischen Strom abrufen. Durch die Technologie des 3D-Drucks sind der Gestaltungsfreiheit nahezu keine Grenzen gesetzt und neuartige Bewegungsprinzipien für vielfältige Anwendung lassen sich einfach entwickeln und testen. Eine Übertragung auf Großserienbauteile, die z.B. im Spritzgussverfahren hergestellt werden, ist zudem möglich.

Verteilte Aktorik bei adaptiven Turbulatoren mit Formgedächtnislegierungs-Biegeaktoren

Mit adaptiven Turbulatoren kann die aerodynamische Leistungsfähigkeit bei fast jedem Tragflächenflugzeug verbessert werden. Sie bieten die Möglichkeit die Mindestfluggeschwindigkeit ohne Nachteile für die Reiseflugeffizienz zu reduzieren. Die Randbedingungen der Anwendung – ein sehr limitierter Bauraum, ein möglichst geringes Gewicht und die Realisierung einer Vielzahl von kleinen Stellelementen – erschweren die Realisierung dieser Funktionalität mit konventionellen mechanischen Systemen. Durch den Einsatz von Aktorikmodulen mit integrierten Drähten aus einer Formgedächtnislegierung wird die flächige Krümmung von Bauteilbereichen ermöglicht. Der aktive Bauteilbereich im 3D-Druck ist in der Ausgangkonfiguration ohne das aufgebrachte Aktorikmodul biegeweich, d. h. dünn, auszuführen. Mit dem Aufbringen des Aktorikmoduls wird dieser Bereich versteift und die Aktorik – also die Krümmung – des Bauteils lässt sich anschließend durch externe Wärmezufuhr oder mittels direkter Beheizung durch elektrischen Strom abrufen.

Flugversuch - Adaptive Turbulatoren mit flächigen Biegeaktoren aus Formgedächtnislegierung

Die Flugversuche wurden im Rahmen eines ZIM-Kooperationsprojektes, Partner Institut für Verbundwerkstoffe und DG Flugzeugbau, durchgeführt. Mit adaptiven Turbulatoren kann die aerodynamische Leistungsfähigkeit bei fast jedem Tragflächenflugzeug verbessert werden. Sie bieten die Möglichkeit die Mindestfluggeschwindigkeit ohne Nachteile für die Reiseflugeffizienz zu reduzieren. Die Randbedingungen der Anwendung – ein sehr limitierter Bauraum, ein möglichst geringes Gewicht und die Realisierung einer Vielzahl von kleinen Stellelementen – erschweren die Realisierung dieser Funktionalität mit konventionellen mechanischen Systemen. Hybridverbunde aus FGL und FKV mit materialintegrierter Aktorik ermöglichen eine aktiv ansteuerbare Funktion auch unter derartigen Anforderungen. Ein einzelner aktiver Turbulatoren mit einer Bauhöhe von 1,8 mm und einem Gewicht von 1,5 g ist in der Lage eine Spitzenauslenkung von 17 mm zu erzeugen.

Aktive Unterbodenklappe mit flächenintegrierten Biegeaktoren

Mit flächenintegrierten FGL-Biegeaktoren wird aus einem statischen Fahrzeugunterboden, ein Unterboden mit aktiver Entlüftungsklappe – ohne komplexe Mechanik, bauraumarm und knickfrei. Die Aktorikmodule werden mittels Klebefilm und Nieten auf die zugeschnittene Klappe des Unterbodens aufgebracht und werden entweder mittels Fremdwärme oder Joulescher Erwärmung aktiviert.

Eckdaten:
Entlüftungsgröße: 220*100 mm²
Gewicht des Aktorikmoduls: 3*4 g
Aktordicke: 2,8 mm

Bauraumminimierte Lüftungsklappe mit Protagonist-Antagonist-Formgedächtnislegierungs-Aktor

Bei einer im Automobilbau üblicherweise eingesetzten elektronisch verstellbaren Lüftungsklappe wird neben dem eigentlichen Lüftungskanal und der Klappe auch Motor, Getriebe und Mechanik verbaut, die zusammen ein Volumen im größeren zweistelligen cm³-Bereich beanspruchen. Um einen minimalen Bauraum zu realisieren wurde in Kooperation mit einem Partner, eine direkt in die Klappe intergierte und über die Fläche verteilte Aktorik aus Formgedächtnislegierungen auf der Basis des materialintegrierten Protagonist-Antagonist-Prinzip entwickelt, wodurch der erforderliche Bauraum außerhalb quasi auf null sinkt. Der Einsatz des Protagonist-Antagonist-Aktors erlaubt somit eine kompaktere Bauweise, ohne dass der Komfort darunter leidet.

High Speed Catapult - Biegeaktor mit Formgedächtnislegierungen

High-Speed-Aktivierung des Biegeaktors innerhalb von wenigen Millisekunden (<< 30 ms).

Aktives aerodynamisches Profil - flächenintegrierter Biegeaktor mit Formgedächtnislegierung

Die Vorteile der flächigen Biegeaktoren mit Formgedächtnislegierungen, speziell für Anwendungen im Aerodynamik-Bereich, verdeutlicht dieses aktive aerodynamische Profil, welches seine Form auf “Knopfdruck” verändert. Der benötigte Bauraum wird durch die direkte Integration des Aktors in den unteren Profilschenkel minimiert. Das Leichtbau-Potential des skalierbaren Aktorikprinzips wird hier verdeutlicht: Ein Profilabschnitt mit einer Breite von 30 mm ist bei einer Masse von 40 g in der Lage ein Gewicht von 120 g um 10 mm anzuheben. Besonders die geschlossene und kontinuierlich gekrümmte Außenkontur stellt eine innovative aerodynamische Formanpassung sowie optisch ansprechende Designlösungen in Aussicht.