Formgedächtnisaktoren

Grundlagen

 

 

Der Aktoreffekt beruht auf der „pseudoplastischen“ Verformung bis maximal 8% im martensitischen Zustand und der im Vergleich zum Austenit geringen Festigkeit des Martensits. Durch das Anlegen einer Kraft wird der Martensit verformt. Die Formänderung ist dabei bleibend. Erhöht man die Temperatur, so stellt sich während der Umwandlung die ursprüngliche Form der Probe wieder ein. Kühlt man daraufhin die Probe wieder ab, so erfolgt zwar eine kristalline Umwandlung von Austenit in Martensit, jedoch keine äußere Formänderung und man spricht vom so genannten Einwegeffekt. Gekennzeichnet ist der Einwegeffekt also durch die einmalige Formänderung einer Probe beim Aufheizen, die zuvor im Martensit pseudoplastisch verformt wurde. Der Einwegeffekt eignet sich zur Verwendung in Klemmschellen und Verbindungselementen.

 

Die reversible Formänderung sowohl beim Aufheizen als auch beim nachfolgenden Abkühlen bezeichnet man demnach als Zweiwegeffekt. Bei diesem Effekt „erinnern“ sich Formgedächtnisbauteile sowohl an ihre Hochtemperatur- als auch an ihre Niedertemperaturform. Der Zweiwegeffekt stellt damit ein immer wieder von neuem erzeugter Einwegeffekt dar. Die von außen wirkende, verformende Kraft kann durch eine Last oder eine Gegenfeder aufgebracht werden und muss groß genug sein, um den Martensit zu verformen. Die Kraft darf jedoch nicht zu groß sein, um die Arbeitsleistung nicht unnötig zu verringern. Der Zweiwegeffekt eignet sich zur Verwendung in Aktoren wie z.B. Ventilantrieben.

 

 

Thermische Antriebe

 

Durch Änderung der Mediums- oder Umgebungstemperatur kann ein vorgespannter Formgedächtnisaktor geschaltet werden. Kühlt dagegen die Umgebung oder das Medium ab, so wird die von der Last (z.B. Rückstellfeder) erzeugte Kraft dazu verwendet, das System wieder in den Ausgangszustand zu versetzen. Es ist möglich, den Formgedächtnisantrieb so auszulegen, dass eine schmale Hysterese (ideal für Regelungsaufgaben) oder eine besonders breite Hysterese (für Schutzfunktionen) eingesetzt werden kann. 

 

 

 

Elektrische Antriebe

 

Elektrische Antriebe können mit Formgedächtnislegierungen zu einem durch das direkte Anlegen eines elektrischen Stromes und zum anderen durch indirekte Heizsysteme realisiert werden. Bei einem konstanten Stromimpuls ist die Änderung der Widerstandscharakteristik als Spanungsabfall erkennbar. Damit können FG-Aktoren über den Zeitverlauf dynamisch geregelt werden. Die Höhe des Stromimpulses beeinflusst dabei die Aktivierungsdynamik, während die Deaktivierung von der Umgebungstemperatur und dem Aktorvolumen maßgeblich beeinflusst wird.

Die Auslegung dieser Systeme ist deutlich komplexer als bei rein thermischen FG-Antrieben, da nicht nur mechanische und thermische Parameter, sondern auch elektronische Komponenten und Widerstandscharakteristiken ausgelegt werden müssen

 

 

 

 

 




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Herr Dr. Alexander Czechowicz

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