hy Pro FGA Entwicklung und Produktion hybrider Produkte

hy. Pro. FGA Entwicklung und Produktion hybrider Produkte mit Formgedächtnisaktorik Formgedächtnislegierungen Eigenschaften, Stand der Forschung, Kompetenzen und Ausblick

Agenda I Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)? II Welche Eigenschaften besitzen FGL? III Welches Einsatzpotential besitzen FGL? IV Wie ist der Stand der Forschung? V Mit welchen Dienstleistungen können wir Sie optimal unterstützen? 2

Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)? Grundlagen der Formgedächtnislegierungen § Formgedächtnislegierungen besitzen die Fähigkeit eine zuvor eingeprägte beliebige Form durch Energiezufuhr einzunehmen. § Dieser Effekt basiert auf der diffusionslosen, hysteresebehafteten Phasenumwandlung von der Tieftemperaturphase (Martensit) in die Hochtemperaturphase (Austenit). § Der Effekt wird thermisch aktiviert, ist reversibel und zeitunabhängig, da eine Verzerrung des Atomgitters und keine Atomwanderung erfolgt. Für Aktorsysteme nutzbare Formgedächtniseffekte Thermischer Effekt § Aktivierung durch elektrischen Strom oder Wärme § Aktorelemente § Thermisch sensitiv § Interne Sensorfunktionen Pseudoelastischer Effekt § Aktivierung durch mechanische Last, bei konstanter Temperatur § (Pseudo-)elastische Elemente § Mechanischer Effekt § Interne Sensorfunktionen 3

Was sind Formgedächtnislegierungen (FGL)? Extrinsischer Zweiweg-Aktoreffekt Mechanische Spannung Elektrischer Widerstand Stellweg / Stellkraft FGL-Draht Der elektrische Widerstand von FGL ändert sich mit der Umwandlung. Dies kann als Sensorgröße genutzt werden. Temperatur 4

Welche Eigenschaften besitzen FGL? Eigenschaften von FG-Aktoren Vorteile von Formgedächtnislegierungen § Große Arbeitsleistung § Verschiedene Bewegungsarten durchführbar § Potential zur Standardisierung und Funktionsintegration § Leicht miniaturisierbar § Reinraum tauglich § Hohe elektromagnetische Verträglichkeit § Einfacher und kompakter Aufbau § Geringer Bauraumbedarf § Geringes Gewicht § Keine bewegten Teile § Geringe elektrische Betriebsspannung § Geräuschlos § Kein magnetisches Feld Hindernisse von Formgedächtnislegierungen § Problem der Reproduzierbarkeit und der Qualitätsstandards industriell hergestellter FG-Halbzeuge müssen gelöst werden. § Funktionelle Materialermüdung kann das Aktorverhalten beeinflussen § Bisher sehr geringe Bekanntheit und Akzeptanz der Technologie § Geringere Dynamik des FG-Aktors aufgrund des Abkühlverhaltens § Für bestimmte Anwendungen zu niedrige Umwandlungs- und Einsatztemperaturen § Schwankung der Materialeigenschaften und fehlende Normung der Produktionsprozesse § Korrosionsbeständig 5

Welche Eigenschaften besitzen FGL? Eigenschaften von FG-Aktoren 30 20 10 ag ro m ek t Pi ne t or kt or ez oa kt El el. ch e m . A et al l m Bi yd H FG -A k to r ra ul ik 0 volumenspezifisches Arbeitsvermögen [J/d m 3] Stellwege und -zeit verschiedener Aktortypen 40 FG-Aktor 6

Wie ist der Stand der Forschung? FGL-Aktorbeispiele Unkonventionelle Antriebe Ventile mit FGL-Aktoren Haptisches-Warnsystem (Abstandswarnung und Spurwechsel) Standardisierte FG-Stackaktoren als Antriebselemente 7

Welches Einsatzpotential besitzen FGL? Einsatzpotentiale von FGL Aktor § § § § § Thermische Ventile Elektrische Ventile Mikro- / Feinaktoren Schließsysteme Entriegelungen Sicherheitssysteme Vorschubantriebe Orthesen / Prothesen Aktoren für Optiken Sensor § Elastische Sensorelemente § Eingebettete Sensoren § Thermische Schaltsensoren § Kraft- / Dehnungssensoren Dämpfungselement Elastisches Element § Passive Dämpfungselemente § Maschinenbetten § Maschinenfüße § Dämpfung in spanender Bearbeitung § Kompensation von Setzungserscheinungen § Federdrähte mit 8% reversible Dehnung § Federn mit 100% reversible Dehnung § Federn mit integriertem Dehnungssensor § Adaptive Federn (Verstellung der Steifigkeit) Durch ihr hohe volumenspezifische Arbeitsvermögen, großen Stellwege/ -kräfte und vorteilhaften Eigen-schaften stellen FG-Aktoren Alternativen zu konventionellen Aktoren da. FG-Aktoren eignen sich für vielfältige Lösungen u. a. in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Maschinen- und Anlagenbau. 8

Mit welchen Dienstleistungen können wir Sie optimal unterstützen? Unsere Dienstleistungen im Bereich Formgedächtnislegierungen § Markt-, Trend- und Patentanalysen § Erstellung von Machbarkeitsstudien § System-Integration von Formgedächtnislegierungen § Konzeptentwicklung und Gestaltung von neuen Produkten § Wissensmanagement für Formgedächtnislegierungen § Experimentelle Untersuchungen/ Materialtests § Simulation (FEM, Matlab Simulink) Gerne Beraten wir Sie hinsichtlich der Einsatzpotentiale in Ihrem Unternehmen und unterstützen Sie bei der Entwicklung und Umsetzung. 9

Mit welchen Dienstleistungen können wir Sie optimal unterstützen? Wir sind Ihr Partner im Bereich FGL § Seit dem Jahr 2000 tiefgreifende Kompetenz an der RUB im Bereich FGL durch Sonderforschungsbereich SFB 459 (mit ca. 100 Mitarbeitern und 500 Veröffentlichungen sowie über 40 Dissertationen) § LPS ist seit 2004 im Bereich Formgedächtnistechnik tätig. § Derzeit 6 Mitarbeiter im Bereich FGL tätig. § Koordination von hy. Pro. FGA (FGL-Industrieprojekt) mit insgesamt 15 Mitarbeitern § Industrienahe Forschung und Produktentwicklungserfahrung im Bereich Formgedächtnislegierungen 10

Kontakt Lehrstuhl für Produktionssysteme Ruhr-Universität Bochum Gebäude ICFW 02 / 677 Universitätsstraße 150 44801 Bochum Dipl. -Ing. Konstantin Lygin Dipl. -Ing. Dennis Otibar Wissenschaftlicher Mitarbeiter +49 (234) 32 26302 lygin@lps. rub. de Wissenschaftlicher Mitarbeiter +49 (234) 32 27568 otibar@lps. rub. de Christian Rathmann, M. Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter +49 (234) 32 28930 rathmann@lps. rub. de 11