Das Potenzial des Spritzgießens reicht für adaptronische Systeme

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ANDREAS MAIER GmbH & Co. KG

Föhrenbach GmbH

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Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)

LANXESS AG

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Anhand von Messungen der elektrostatischen Kapazität an allen umspritzten Proben der beiden Verbundbauteile wurde deren volle Funktionsfähigkeit festgestellt. Bild 6 zeigt einen Vergleich der Kapazitätswerte der Aktoren vor und nach dem Kunststoff-Spritzgießen.

Elektrostatische Kapazität steigt durch das Spritzgießen um etwa 4%

Im Mittel waren die Kapazitätswerte der Proben nach dem Kunststoff-Spritzgießen um etwa 4% erhöht. Die freie Dehnung der Aktoren wird durch die Kunststoffumhüllung reduziert (Bild 7).

Bei den Proben des zweiten Prototyps nahm jedoch die Kapazität nach dem Umspritzen mit ABS um etwa 5% ab. Die Messung der freien Dehnung und der Blockierkraft zeigte, dass das Design der Wegübersetzung noch besser gestaltet werden muss.

Bei der freien Auslenkung des Aktorhebels wurden nur 35% des jeweiligen Maximalwerts erreicht. Dies ist insbesondere auf Ungenauigkeiten bei der Fertigung der Kopfplatte und eine zu niedrige mechanische Vorspannung zurückzuführen.

Bei der Blockierkraft betrug der jeweilige Maximalwert etwa 65%. Um das Maximum zu erreichen, muss die Steifigkeit der Wegübersetzung konstruktiv verbessert werden.

Umspritzte Aktoren halten auch längerer Belastung stand

Zwei Testmuster dieses Prototyps wurden einer zyklischen Belastung unterzogen, um Hinweise darauf zu erhalten, ob und in welcher Weise sich die Eigenschaften der umspritzten Aktoren nach einer länger andauernden zyklischen Belastung verändern. Hauptziel war es, herausfinden, ob durch Bewegung der Aktoren in der Kunststoffmatrix die Seitenelektroden beschädigt werden.

Eine andauernde Bewegung der Aktoren kann dazu führen, dass mit der Zeit immer mehr Einzellagen elektrisch abgetrennt werden. Dies würde sich in einer deutlichen Abnahme der Kapazität bemerkbar machen. Die zyklische Ansteuerung erfolgte dabei mit 100 V Sinusspannung (Frequenz 20 Hz).

Nach 1,5 × 107 Zyklen sanken die Kapazitätswerte auf etwa 90 bis 95% der Ausgangswerte. Während der Tests wurde keine signifikante Verschlechterung der Eigenschaften der Testmuster beobachtet.

Formengestaltung auf das Umspritzen anderer Baugruppen übertragbar

Dieses Projekt zeigt, dass robuste komplexe Aktorsysteme als Verbundbauteile im Spritzgießverfahren herstellbar sind, die in adaptronischen Systemen Anwendung finden können. Es wurden erfolgreich Prototypen hergestellt, bei denen Multilayeraktoren, passive Bauelemente und elektrische Anschlüsse als komplette Baugruppe mit dem Kunststoff ABS umspritzt wurden. Die dabei gewonnenen Erfahrungen zur Gestaltung der Spritzgießformen und zur Optimierung der Prozessparameter sind auch auf andere Baugruppen aktiver Systeme übertragbar.

Die Serienfertigung aktiver Systeme als Verbundbauteile im Spritzgießverfahren kann der Adaptronik in vielen Bereichen zum Durchbruch verhelfen: in der Automobiltechnik, der Leistungsaktorik für die Mikrotechnik, der Handhabungs- und Antriebstechnik. Das Projekt wurde im Rahmen einer mittelstandsorientierten Eigenforschung der Fraunhofer Gesellschaft durchgeführt.

Literatur

[1] Patent EP 1588782

[2] Patent US 6639988

Dr. Lutz Seffner, Dr. Tassilo Moritz und Dr. Andreas Schönecker sind Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Roscher ist Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz. Dipl.-Ing. Christian Anselment und Dipl.-Ing. Daniel Just sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für chemische Technologien (ICT) in Pfinztal

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