Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Textilbasierte Sensor-Aktor-Netzwerke für hochpräzise In-Situ-Mechanismen in FKV

Adaptive formveränderliche Faserkunststoffverbunde (FKV) mit intrinsischen Bewegungsmechanismen auf Basis von Aktoren aus Formgedächtnislegierung (FGL) und textilbasierten In-Situ-Sensoren zur Rückkopplung für die unmittelbare Aktor-Reglung durch indirekte Verformungserfassung und damit zur Realisierung hochpräziser Bewegungsabläufe bilden einen neuartigen Ansatz für eine Vielzahl neuer innovativer Produkte. Insbesondere ist es mit den im Rahmen des Projektes erarbeiteten und den KMU als praxistaugliches Auslegungstool bereitgestellten Wirkungszusammenhängen zwischen Struktur- sowie Fertigungsparametern und den damit erzielbaren adaptiven Eigenschaften (Stellkraft/ weg, Stellpräzision, Wiederholgenauigkeit, Dynamik, Langzeitstabilität) möglich, eine signifikante Verbesserung bisheriger adaptiver FKV-Strukturen zu erreichen.

Das übergeordnete Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die simulationsgestützte Auslegung und Verfahrensentwicklung zur anforderungsgerechten und schädigungsfreien Integration maßhaltiger mehrdimensionaler textilbasierter Sensor- und Aktornetzwerke (TexSAN) bei der webtechnischen Flächenbildung in ebenfalls simulationsgestützt ausgelegte Verstärkungshalbzeuge für FKV sowie die umfassende Erprobung der TexSAN-Anordnungen als gekoppelte Regelkreise im FKV. Das zweite Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von praxistauglichen formvariablen FKV mit aktiv über strukturell integrierte In-Situ-Sensoren regelbaren In-Situ-Stellmechanismen aus Aktoren auf FGL-Basis, die hochpräzise Bewegungsmechanismen erlauben die Überführung des erarbeiteten Grundlagenwissens in industriell verwertbares Ingenieurswissen. KMU sind damit in die Lage versetzt, neuartige innovative Produkte zu entwickeln und umzusetzen, die im medizinischen Bereich, z. B. in Prothetik- sowie Orthetik-Komponenten oder als aktorische Komponente von Greifern, Manipulatoren oder Gelenkarmen in der Robotik angewendet werden.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die simulationsgestützte Verfahrens- und Methodenentwicklung im Rahmen des abgeschlossenen FuE-Projektes können erstmals neuartige adaptive FKV mit maßgeschneiderten aktorisch und sensorisch funktionalisierten textilen Verstärkungsstrukturen ausgelegt, größtenteils vollautomatisiert gefertigt und erprobt werden. Für die umgesetzten adaptiven FKV-Probekörper und -Funktionsdemonstratoren wurden ein Auslegungstool und eine umfassende Wissensbasis hinsichtlich der mechanischen, elektrischen und elektromechanischen Kennwerte sowie der Zusammenhänge zu den strukturellen und geometrischen Parametern erarbeitet und KMU-gerecht in diesem Bericht aufgearbeitet. Ebenfalls wurden die notwendigen Technologien für eine KMU-gerechte Fertigung und Strukturintegration von FGL-Aktoren und Sensoren erarbeitet.

Folgende industrielle Anwendungsmöglichkeiten sind damit direkt gegeben:

• Litzenheber für Schwerlast-Hubvorgänge,

• Greifen und Spannen von Seilen z. B. im Bootsbereich,

• Robotik Greifarme mit mehrgliedrigen Gelenkabschnitten,

• Aerodynamisch wirksame Klappen/Ruder,

• Aero-Shutter - Adaptive Stellklappen vor Automobilkühler,

• Temperaturgesteuerte Notfallöffnungssysteme (z. B. Fenster),

• Reversibel entpackbare Faltstrukturen (Antennen, Solarpanele, Fallschirme, etc.),

• Adaptive Fassadenelemente (Beschattung, Sonnenkollektoren, etc.),

• Radiallüfter-Schaufel für adaptierbaren Volumenstrom,

• Adaptive Fadenbremse für textiltechnische Verarbeitungsmaschinen, z. B. Webmaschinen.