Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung und Anwendung von Formgedächtnisaktoren auf Kupfer-Aluminium-Basis für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie

Neue Aktoren aus Funktionswerkstoffen verfügen über inhärente physikalische Eigenschaften, die zur Ausübung einer Aktorfunktion genutzt werden können. Formgedächtnislegierungen (FGL), die sich durch ihre konkurrenzlos hohe Energiedichte, große erzielbare Stellwege und einfachste Aktorbauformen (Drähte, Federn, etc.) auszeichnen, werden heutzutage als Legierungen aus Nickel und Titan in Großserien im Fahrzeug eingesetzt. Fast jedes Fahrzeug mit einer elektrischen Lordosenstüzeinstellung oder mit adaptiven thermischen Systemen in der Servolenkung oder Automatikgetriebe nutzt diese Technologie. Leider können sich diese Legierungen Aufgrund von thermischen Feldern (die im Automobil und Flugzeug auftreten können) nicht zahlreichen weiteren Applikationen eingesetzt werden. Der Benchmark für NiTi FGL liegt heute bei einer maximalen Umgebungstemperatur von +85°C.

Einen neuen Ansatz versprechen daher mechatronische Systeme im KFZ und Flugzeug auf Basis von Cu-Al Legierungen. CuAlNi zeigt zwar einen geringeren Effektbetrag als NiTi, jedoch Umwandlungstemperaturen oberhalb von 120°C bis hin zu 180°C. Damit wären auch Applikationen im Motorraum für elektrische Aktoren diese Technologie realisierbar.

Leider steht dem der Mangel an Fachwissen, sowohl in der Forschung als auch besonders in der Industrie, zu dieser Alternative. Es sind weder konstruktive Auslegungsparameter bekannt, noch Lebensdauergrenzen, ebenso wenig mechanische und thermische Parameter welche bei diesen Materialien durch eine Wärmebehandlung festgelegt werden. Das Projekt fokussiert daher die konstruktionsnahen Themen der funktionswerkstoffbasierten Mechatronik und erschließt die Lücken zwischen der neuartigen Werkstoffentwicklung zu der Anwendung in Automobil- und Luftfahrtindustrie. Somit werden den kmU neuartige Möglichkeiten zugänglich gemacht.

Ergebniszusammenfassung:

- Technische Einordnung von kupferbasierten FGL -> Ermöglicht die gezielte Auslegung und Konstruktion mit Cu-FGL

- Einordnung von Aktivierungsmöglichkeiten -> Gezielte Auswahl einer Aktivierungsart passend für die geplante Anwendung

- Ermittlung der lastabhängigen Drahtdehnung -> Festlegung des in einer Konstruktion notwendigen Rückstellelementes, passend zum geforderten Stellweg und den Drahtdimensionen

- Einordnung von Anwendungsmöglichkeiten passend für die Einsatzgrenzen der am Markt erhältlichen Cu-FGL -> Bessere Abschätzung der für das Material sinnvollen Anwendungsgebiete

- Technische Konstruktion von Demonstratoren auf Basis gängiger Konstruktionspraxis von NiTi-FGL und Beweis der Übernahme der für FGL üblichen Anbindungs- und Übersetzungsmöglichkeiten sowie unterschiedliche Anforderungen an das Konstruktionsmaterial -> Kürzere Entwicklungsphase von Cu-FG-Aktoren

- Unterschiede von Lebensdauer unter definierten Bedingungen und in der Demonstratoranwendung -> Abschätzung des Einflusses der Konstruktionsstruktur auf die Lebensdauer

- Energetische Einordnung der Cu-FG-Aktoren zu anderen Benchmarktechnologien -> Bestimmung des zu erwartenden Energiebedarfs in der Anwendung, sowie Abwägung aus energetischer Sicht

- Einordnung des Massereduktionspotentials zu anderen Benchmarktechnologien -> Abschätzung der möglichen Massereduktion für ein zukünftiges Produkt und die damit verbundenen Vorteile

- Technologieleitfaden -> Kurze Einarbeitungszeit, um praxisnah mit dem Material konstruieren zu können