Substituierung konventioneller Aktorik durch intelligente Werkstoffe: Erprobung der technischen Zuverlässigkeit von aktiv gekühlten Formgedächtnis-Aktoren

Aktoren werden zur Realisierung von Stellbewegungen und -kräften in technisch komplexen Systemen eingesetzt. Mit steigender Komplexität der Systeme steigen die Anforderungen an diese Aktoren. Begrenzungen von Bauraum und Gewicht bei hohen, erforderlichen Stellkräften und -bewegungen erschweren den Einsatz konventioneller Aktoren. Ein alternativer Lösungsansatz ist die Nutzung des Formgedächtniseffekts, z. B. bei Nickel-Titan-Drähten, innerhalb eines Aktorsystems. Aufgrund der hohen Energiedichte von Formgedächtnisdrähten lassen sich hohe Kräfte bei geringem Bauraum und Gewicht realisieren. Weitere Vorteile sind Korrosionsbeständigkeit und ein lautloser sowie energieeffizienter Betrieb. Allerdings ist ein standardisierter Einsatz in vielen potentiellen Anwendungsfeldern bisher nicht möglich, da ein komplexes Materialverhalten vorliegt, welches den Einsatz der Technologie limitiert. Nach einer Aktivierung ist beispielsweise eine Abkühlphase erforderlich, welche die Aktivierungsfrequenz begrenzt. Weiterhin ist das Degradationsverhalten nicht ausreichend erforscht, da kaum standardisierte Erprobungsprogramme für die einheitliche Erprobung der Langzeitzuverlässigkeit existieren. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein Prüfstand für Ermüdungsversuche skizziert. Anschließend werden die Messdaten von Lebensdauerversuchen (verschiedene Lastszenarien) analysiert. Der Fokus liegt auf dem Einfluss einer aktiven Belüftung (verkürzte Abkühlphase) auf Ermüdungseffekte und das Ausfallverhalten. Die Datenanalyse erfolgt unter Anwendung verschiedener statistischer Verfahren, um Aussagen zur technischen Zuverlässigkeit der Formgedächtnisdrähte zu treffen. Abschließend wird der Einsatz von Formgedächtnisdrähten zur Substitution von Schrittmotoren in klimatisch anspruchsvollen Umgebungen diskutiert.