Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualifizierung der Klebetechnik für Drahtaktoren auf FGL-Basis

Kleben von FGL-Aktor-Drähten in Kunststoff/Metallgehäusen

Formgedächtnislegierungen werden zunehmend in der industriellen Anwendung als Aktoren eingesetzt. Beispielprodukte sind Steuerventile im Automobilinterieur oder auch Entriegelungselemente in der Elektronikindustrie. Problematisch ist, vor allem für KMU, die mechanische und elektronische Anbindung der Systeme an Gehäuse, Strukturbauteile und Elektroleitungen. Im Gegensatz zu medizinischen FGL-Anwendungen sind die Verbindungsstellen mechanischen, thermischen und auch chemischen Einflussfaktoren während der Lebensdauer ausgesetzt. Im Gegenzug zu dem Stand der Technik zur FGL-Aktor-Verbindungstechnik wird in diesem Projekt eine Klebetechnologie für die mechanische Kontaktierung aus Perspektive der Werkstoffkombination, der mechanisch-thermisch-chemischen Zuverlässigkeit und konstruktiver Aspekte der Klebefugen entwickelt. Im Projektabschluss werden erste Untersuchungen zur Automatisierbarkeit der gefundenen Lösungen an Anwendungsszenarien durchgeführt.

Das Projekt wird in folgenden Arbeitsschritten bearbeitet:

AP1 Anforderungsspezifikation und Konstruktion der Befestigung

AP2 Bestimmung der FGL-Materialparameter und Auswahl der Klebstoffe

AP3 Klebeversuche

AP4 Charakterisierung der Klebeverbindungen

AP5 Vorbereitung der klimatischen Langzeitmessungen

AP6 Klimatische Lebensdauerversuche und chemische Beständigkeit

AP7 Vergleich mit gecrimpten Verbindungen

AP8 Automatisierung, Validierung und Übertragbarkeit auf Anwendungen

AP9 Praxisempfehlung und Dokumentation

KMU können durch die Etablierung der Klebetechnik eine Vielzahl aktorischer Anwendungen auf einem industrieüblichen Qualitätsniveau umsetzen. Im Projekt wird mit einem PA aus 13 Unternehmen gearbeitet die Interesse an FGL-Aktoranwendungen haben und die gesamte Wertschöpfungskette abbilden.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Forschungsvorhaben wurde die Klebung in quaderförmigen Elementen durchgeführt, in denen eine Rille gefräst wurde. Gefertigt wurden die Quader aus den Werkstoffen Stahl (1.0038), Aluminium (EN AW-2007), PVC, GFK und PA6. Getestet wurden vier zweikomponentige Epoxidharzklebstoffe. Die FG-Drähte mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurden verschiedenen chemischen Oberflächenbehandlungen unterzogen. Es wurden statische und dynamische Versuche der Klebefugen bis zum Versagen des Systems "FG-Element-Klebefuge-Quader" durchgeführt. Der Werkstoff der Quader, der verwendete Klebstoff sowie die durchgeführten Oberflächenpräparationen des FG-Elements hatten keinen nennenswerten Einfluss auf die Ergebnisse. Die Klebung versagte durchweg in Form eines Adhäsionsbruchs in der Grenzfläche Draht-Klebstoff. Einen großen Einfluss auf die Reproduzierbarkeit einer Klebefuge hatte die Montage des Drahtes mit dem Quader.

Für Zug-Belastungen aktorischer Drähte unterhalb von 100 N lassen sich Drahtaktoren auf FGL-Basis zuverlässig mithilfe der Klebetechnik fügen, da statische und dynamische Kräfte zu keinem Versagen der Klebefuge führten. In dieser Größenordnung lagen auch die Kräfte, die bei gecrimpten Drähten gemessen wurden. Der Kontakt mit Betriebsstoffen wie Kühlschmierstoffen reduziert die aushaltbaren Kräfte. Die Einwirkung im Salzsprühnebeltest mit anschließender Trocknung hatte keinen Einfluss auf die Klebung. Bei den dynamischen Versuchen in einer Heizkammer wurde nur eine Verringerung des E-Modul des FG-Drahtes mit zunehmender Temperatur festgestellt. Es trat allerdings kein Versagen der Klebefuge auf.

Zwei Lastfälle, die beim Einsatz von FG-Drähten als Aktor vorkommen, wurden getestet. Bei dem ersten Lastfall, thermische Aktivierung unter Stromdurchfluss, wurden zyklische Bestromungsversuche durchgeführt. Der zweite Lastfall bestand aus einem Bogenaktor. Es konnten Gewichte (max. 3,7 kg) um bis zu 2,5 mm gehoben werden.