Superelastizität

Grundlagen

Bei Feder- und Dämpfungselementen kommt die Super- oder Pseudoelastizität zum Einsatz. Hierbei kann ein Formgedächtniselement bei nahezu gleichbleibender Spannung Dehnungen von maximal 8 % erreichen. Die Verformung basiert dabei auf einer spannungsinduzierten Martensitbildung. Nimmt man nach der Verformung die Kraft wieder weg, so vollzieht sich eine Rückumwandlung des Martensits in Austenit und die Dehnung geht bei fast konstanter Spannung wieder zurück. Diese Eigenschaft erlaubt die Herstellung von Federelementen, die näherungsweise eine vom Weg unabhängige konstante Kraft ausüben. Diese minimale Kraftänderung während der Deformation nennt man Plateau, die hierzu gehörige Kraft bzw. Spannung: Plateaukraft bzw. Plateauspannung.

 

Die Plateauspannungen und die Breite der Hysterese können sowohl über die Materialzusammensetzung als auch über die Materialvorbehandlung eingestellt werden.

 

Das Niveau der mechanischen Spannungen kann gewollt durch elektrische Energiezuführung im Systembetrieb modifiziert werden. Hierzu kann man thermische Felder oder direkte elektrische Erwärmung einsetzen.

 

Weitere Anwendungen dieses Effektes sind Festkörpergelenke, biegsame Elemente und Werkzeuge, z.B. in der Medizin- oder Gerätetechnik sowie Dämpfungselemente zur Dämpfung von Schwingungen.

 

Superelastische Federn

Superelastische Federn sind herkömmlichen Stahl-Federn hinsichtlich mechanischer und sensorischer Eigenschaften überlegen. Eine Schraubenfeder aus superelastischem Formgedächtnismaterial kann um bis zu 1000 % reversibel gedehnt werden.

 

Neben dem mechanischen Verhalten und der auftretenden Plateauspannung zeigen diese Federn auch einen nutzbaren Sensoreffekt auf.

 

Bei Deformation des superelastischen Formgedächtniselementes ist eine deutliche Änderung des elektrischen Widerstandes feststellbar. Diese kann als sensorische Größe ausgelesen werden.

 

Somit ist eine superelastische Formgedächtnisfeder ein Federelement welches zusätzlich dämpfende und sensorische Funktionen übernehmen kann. Überdies können die Eigenschaften der Elemente im Betrieb durch elektrische oder thermische Energiezufuhr modifziert werden. 

 

 

 

 

 




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