Formgedächtnislegierungsdrähte in Hochleistungsanwendungen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Formgedächtnislegierungsdrähten (FGL-Drähten) in Hochleistungsanwendungen sowie der Entwicklung erster funktionaler Prototypen für entsprechende Applikationsbeispiele. In den gezeigten Fällen ist unter der Definition von Hochleistung die Bündelung von FGL-Drähten zur Erzeugung hoher Kräfte, die schnelle Aktivierung von FGL-Drähten mit erhöhten elektrischen Leistungen oder die Kombination aus beidem zu verstehen. Bei den untersuchten Bündeln handelt es sich um eine spezielle Bauform, die sich dadurch kennzeichnet, dass ein definierter Abstand zwischen den einzelnen Drähten innerhalb des Bündels besteht. Die Möglichkeit der schnellen Aktivierung von FGL-Drähten wird anhand einer praxisrelevanten Entwicklung eines Prototyps aufgezeigt. Dabei handelt es sich um ein Ventil zur Entlüftung von Spritzgusskavitäten. Der Prototyp zeigt neben der Fähigkeit der schnellen Aktivierung, wie durch innovative konstruktive Lösungen die prominenten Schwachstellen der FGL-Technologie umgangen oder kompensiert werden können. Die Arbeit eröffnet somit neue Einsatzgebiete für Anwendungen von FGL-Aktoren. Zum Abschluss wird die Entwicklung eines Technologiedemonstrators vorgestellt, der eine Kombination aus beiden Hochleistungsgebieten darstellt und das Potenzial von FGL anschaulich aufzeigt. Dazu werden FGL-Bündel mit hoher elektrischer Leistung aktiviert, um eine Bowlingkugel senkrecht in die Luft zu katapultieren.

The present work deals with initial investigations of shape memory alloy (SMA) wires in high-power applications as well as the development of first functional prototypes for this field. In the regarded cases, the definition of high-power is described as the bundling of SMA wires to generate high forces, the fast activation of SMA wires with increased electrical power, or the combination of both. The SMA wire bundles shown in this work are special actuator elements characterized by having a defined space between the individual wires within the bundle. The behavior of such SMA bundles is investigated and discussed in the first part of this work. The potential for fast activation of SMA wires is demonstrated in this dissertation by the development and validation of a functional prototype. The prototype is a valve, which is used for venting cavities in injection molding. The prototype demonstrates the possibilities of fast activation and how prominent drawbacks of the SMA technology can be compensated or erased by innovative system design. Thus, this work expands the field of use for future applications. Finally, this work presents the development of a technology demonstrator, which constitutes the combination of both high-power areas and vividly showcases the potential of the SMA technology. For this purpose, SMA bundles are used in the demonstrator to catapult a bowling ball vertically into the air by high electrical power.