Smart-Materials
Grundeigenschaften
Formgedächtnislegierungen (FGL) haben die Fähigkeit, bei Erwärmung immer wieder in eine vorher eingeprägte Form zurückzukehren. Die bekannteste Legierung besteht aus Nickel und Titan (Nitinol). Diese Legierungen sind unter Umständen auch in der Lage sich verschiedene Kristallstrukturen zu merken. Die eine wird im kalten und die andere im warmen Zustand gespeichert. Bei Einweg-Aktoranwendugen werden Formgedächntnislegierungen im kalten Zustand verformt und eingesetzt. Bei Erwärmung nimmt das Material die Kristallstruktur im warmen Zustand an und behält bei der Kühlung diese Form. Bei Formgedächnislegierungen für Aktoren mit mehreren Bewegungszyklen muss die Verformung im Martensit-Zustand (bei der Kühlung) durch eine äussere Feder erzwungen werden oder nach vielen Behandlungszyklen antrainiert werden. Ansonsten würde die Legierung im Metransit-Gefüge nicht die gewünschte Ursprungsform annehmen. Die Umwandlung der Form kann aber bei letzterem nur erfolgen, wenn keine äussere Kräfte wirken. Daher wäre der Aktor beim abkühlen nicht in der Lage Nutz-Arbeit zu leisten. Diese Aktoren weisen eine sehr hohe Energiedichte auf. Daher eignen sie sich für Aufgaben, bei denen auf kleinem Raum grosse mechanische Arbeit aufgebracht werden muss.
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Bauformen
FGL-Draht
FGL-Drähte übernehmen bei robotischen Systemen die gleiche Arbeit, wie die Muskeln beim im menschlichen Körper. Durch Erwärmung der Drähte ändert sich deren Form. Durch die Gelenke des Roboters wird eine Bewegung ausgeführt.
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Formgedächnislegierungen werden im rohen Zustand auch als Rohr, Band oder Platte hergestellt. Hier eine typische Umsetzung:
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Aufbau und Funktionsweise
Schaltungsarten
keine
Kenngrössen
Kraft [N]:
Keine genauen Angaben
Wiederholgenauigkeit [um]:
Keine genauen Angaben
Zyklenzahl [n]:
Keine genauen Angaben
Transformationstemperaturen [°C]:
Keine genauen Angaben
Ansteuerung
Zur Ansteuerung von Formgedächtnislegierungen muss Wärme oder Kälte aufgebracht werden. Die Bewegung zum Austenit-Gefüge wird erzeugt, indem der Werkstoff beispielsweise durch einen elektrischen Strom erhitzt wird.
Anwendungsgebiete
Medizinaltechnik
Implantate
Automatische Rohrankopplung
Weltraumforschung
Literaturhinweise
- Mechatronik Komponenten Methoden Beispiele, ISBN 3-446-40599-2
- www.mechatronik.info
- Wikipedia
Verbindungsmöglichkeiten Smart-Materials
| Sensortyp | Bemerkung zur Kombination |
|---|---|
| Kapazitiv | Kann für die Ermittlung der Bewegung oder Verformung eingesetzt werden. Zurzeit sind aber keine konkreten Anwendungen bekannt. |
| Induktiv | Kann für die Ermittlung der Bewegung oder Verformung eingesetzt werden, sofern das untersuchte Objekt ferromagnetische Eigenschaften aufwest. Zurzeit sind aber keine konkreten Anwendungen bekannt. |
| Magnetostriktiv | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Piezo | Sehr dünne Piezofäden können die Verformung eines Smart Materials aufnehmen. Die Fäden müssen so dünn sein, dass die Bewegung des Samart Materials nicht beeinträchtigt wird. |
| Potentiometrisch | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| DMS | Sehr dünne DMS (beispielsweise in Form von Piezofäden) können die Verformung eines Smart Materials aufnehmen. Die Fäden müssen so dünn sein, dass die Bewegung des Samart Materials nicht beeinträchtigt wird. |
| Fotoelektrisch | Kann für die Ermittlung der Bewegung oder Verformung eingesetzt werden. Zurzeit sind aber keine konkreten Anwendungen bekannt. |
| Ultraschall | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Magnetisch | Zurzeit keine Kombination bekannt |
Verbindungsmöglichkeiten Smart-Materials
| Controllertyp | Bemerkung zur Kombination |
|---|---|
| ASIC | Grundsätzlich kann ein ASIC speziell für eine Smart-Mateiral-Anwendung gefertigt werden. |
| SPS | Zurzeit ist keine Kombination bekannt. Grundsätzlich kann eine SPS mit Erweiterungsmodulen als Betätigungsglied eingesetzt werden. |
| Prozessrechner | Kann für die Regelung und Steuerung einer Smart-Material-Anwendung eingesetzt werden. |
| Microcontroller | Kann für die Regelung und Steuerung einer Smart-Material-Anwendung eingesetzt werden. |
| Industrie-PC | Kann mit Erweiterungen für die Regelung und Steuerung einer Smart-Material-Anwendung eingesetzt werden. |
Verbindungsmöglichkeiten Smart-Materials
| Identifikationstyp | Bermerkung zur Kombination |
|---|---|
| Barcode | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| 2D-Code | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| RFID | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Magnetisch | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Bildverarbeitung | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Elektro-Mechanisch | Zurzeit keine Kombination bekannt |
Verbindungsmöglichkeiten Smart-Materials
| Kommunikationstyp | Bemerkung zur Kombination |
|---|---|
| ASI | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| CAN | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Profibus | Zurzeit keine Kombination bekannt |
| Industrial Ethernet / Profinet | Zurzeit keine Kombination bekannt |