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Werkstoffe mit Erinnerungsvermögen

Formgedächtnislegierungen im Fahrzeug

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Formgedächtnisaktoren sind vor allem für geräuschlose Bewegungen mit begrenzten Stellwegen im Bereich von bis zu 16 mm bei einem 200 mm langen Zugdraht ohne Kraft- oder Wegübersetzungen geeignet. Die Stellkräfte und Stellwege können durch die Halbzeugform und das Wirkprinzip (Zug, Druck, Torsion, Schub und Biegung) maßgeblich beeinflusst werden. Auch hierzu ein Beispiel: Eine Schraubenzugfeder mit 20 Windungen, einem Drahtdurchmesser von 0,8 mm und einem mittleren Windungsdurchmesser von 5 mm kann ohne Probleme auf etwa 120 mm ausgezogen werden und somit einen Stellweg von ca. 100 mm leisten.

Die Vielfalt der Halbzeugformen ist groß. So werden neben Drähten und Drahterzeugnissen (Stents, Drahtfedern etc.) auch Bleche und Hülsen angewendet. Außerdem kann das Material 3D-gedruckt werden. Allen Formen ist gemein, dass der Bauraum – bei intelligenter Gestaltung der Kinematik – meist lediglich so groß ist wie der Formgedächtnisaktor selbst. Alles in allem sind somit extrem leistungsfähige, kompakte und leichte wie auch geräuschlose Kinematiken möglich.

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Erstes Etappenziel geschaft

CSI hat inzwischen ein Konzeptergebnis der Bachelorarbeit weiter forciert. Dabei handelt es sich um ein Folien-OLED-Display, kurz FOLED, welches durch eine, auf dem 1-Weg-Effekt basierende FGL-Kinematik ausgerollt wird. Das Display könnte beispielsweise unter der Instrumententafel-Oberseite positioniert werden. Um die Anforderungen und technischen Machbarkeiten moderner OLED-Displays kennenzulernen, wurde zeitgleich zur FGL-Bachelorarbeit eine Abschlussarbeit zur FOLED-Technologie durchgeführt. „Somit konnten in dem forcierten Konzept gleich zwei neue Technologien betrachtet werden“, ergänzt Daniel Gruner zum Projekt.

Das Projekt ist aus dem Technologie-Team hervorgegangen und hat schnell Unterstützung durch Hannes Rogl, Leiter des Kinematik- und Mechatronik-Teams am Standort Neckarsulm gefunden. Die ersten 3D-Daten waren dank tatkräftiger Unterstützung von Sven Kübler aus dem Interieur-Team schnell erstellt. Das Wirkprinzip der geplanten FGL-Kinematik zeigte nach näherer theoretischer Betrachtung und praktischen Versuchen zwar noch Schwächen. Die Abstimmung mit den FGL-Spezialisten der Ingpuls GmbH aus Bochum half jedoch, schnell eine funktionierende Alternative zu finden: Eine Schraubenzugfeder aus FGL wird durch zwei herkömmliche Schenkelfedern auseinandergezogen und um die Displayrolle gelegt. Beim Erhitzen der Feder zieht sich diese zusammen und dreht die Rolle aus eigener Kraft zurück. Dabei rollt sich das FOLED-Display von der Rolle ab. Während die ersten beiden Funktionsmuster im eigenen CSI-3D-Drucker hergestellt wurden, unterstützte die Firma OHP GmbH aus Weilburg die Fertigung des ersten Systemprototyps. Somit ist das erste Etappenziel geschafft.

Jetzt geht es um die Optimierung des Konzepts. Daniel Gruner dazu: „Wir haben inzwischen die FGL-Feder so ausgelegt und validiert, dass sie den definierten Stellweg erreicht. Zusätzlich arbeitet aktuell einer unserer Bacheloranden an der Steuerung und Regelung der FGL-Aktoren. Im Rahmen der Abschlussarbeit bauen wir auch einen Prüfstand auf, mit dem wir über die Zeit Stellweg, Stellkraft und den elektrischen Widerstand aufzeichnen können. Wir lernen also stetig mehr über den Werkstoff und machen große Fortschritte.“

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