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Smartes Verstellen ohne Elektrik

Smarte Aktoren aus der Nähmaschine
Verstellen durch Formgedächtnislegierung

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Oft braucht es aufwändige Mechaniken für Verstellfunktionen mit Modulen wie Motoren, Getrieben und Hebel. Ihr Gewicht begrenzt Leistung und Dynamik. Eine smarte Alternative bietet das Start-up CompActive aus Neustadt/Weinstraße auf Basis von Formgedächtnislegierungen.

Patricia Schweitzer
Finanzen & Marketing bei CompActive
Moritz Hübler
Geschäftsführung & Technischer Vertrieb bei CompActive

Das junge Technologie-Unternehmen entwickelt und produziert leichte und kompakte Biegeaktoren, bei Bedarf auch maßgeschneidert. Das hat den großen Vorteil, dass der Anwender gänzlich auf ein mechanisches System verzichten kann. In den Biegeaktoren wird ein moderner Festkörperaktor eingesetzt – die Formgedächtnislegierung, kurz FGL. Dieses spezielle Metall reagiert, basierend auf einer Phasenumwandlung, beim Erwärmen mit einer nutzbaren reversiblen Formänderung.

Die Arbeitstemperaturen sind legierungsabhängig. CompActive liefert beispielsweise Varianten der Biegeaktoren, die ihre Form bei Temperaturen im Bereich von 70 bis 100 °C ändern. Bis zu 300 MPa hohe Spannungen lassen sich dabei nutzen, auch bei geforderten Zykluszahlen von über 100.000. Sind die Zyklenanforderungen deutlich geringer, können bis zu 800 MPa abgerufen werden.

Durch die einfache Gestaltung der patentierten Technologie lassen sich die Aktorikmodule auf flächige Bauteile wie metallische Platten, Hochleistung-Faserverbundwerkstoffe und Spritzgussbauteile applizieren. So entstehen kundenspezifische, kompakte und flächige Biegeaktoren. Durch Aktivieren des Aktors mit einer elektrischen Steuerung oder durch eine externe Erwärmung mit einer vorhandenen Wärmequelle „schaltet“ das Aktorikmodul. Die dünnen Aktorikmodule zeigen eine hohe Effektivität und können beeindruckende Wege verrichten.

Der Biegeaktor macht den Verzicht auf ein mechanisches System möglich, das aktive Verstellfunktionen üblicherweise erfordern. Das System auf Basis des Formgedächtniseffekts ist kompakt, leicht und robust. Verstellfunktionen können ganz ohne relative Bewegungen und Reibungseffekte auch in spalt- und knickfreien Oberflächen erzeugt werden. Dies eröffnet beispielsweise neue Wege in Aerodynamik und Design. Wie es funktioniert, zeigt das Video eines Spielzeug-Katapults, das sich selbstständig in die Ausgangsposition zurückbegibt, https://youtu.be/qJcX-96vHjQ.

Variable Auslenkung, wenig Platzbedarf

Die Aktoren werden nach einem flexiblen Modulkonzept gefertigt, aktuell in Größen von 10 x 29 mm² bis hin zu 50 x 59 mm². Durch die Modulhöhen zwischen 1 und 3 mm lässt sich eine maximale Auslenkung von wenigen Millimetern bis zu mehreren Zentimetern einstellen – bei der gleichen Modulfläche. Auch vorhandene externe Lasten und geforderte Zyklen-Ziele werden beim Auslegen berücksichtigt. Sollen die Module über 100.000 Zyklen standhalten, sind Kräfte an der Modulspitze bis zu 5 N (beziehungsweise 500 g) bei einer Modulbreite von 20 mm möglich. Durch größere Modulbreiten oder gar Koppeln mehrerer Aktorikmodule lässt sich die Lasttragfähigkeit vervielfachen.

Die mechanischen und elektrischen Schnittstellen sind für eine reibungslose Systemintegration optimiert und flexibel gestaltbar. Neben der sehr leicht umsetzbaren Ausführung mit Klebefilm und Niet lassen sich die Module auch mit Flüssigklebstoff, Bolzen oder Schrauben aufbringen. Zur elektrischen Kontaktierung kann an einen Messingdraht angebunden werden, beispielsweise über Löt-, Schweiß- oder Steckverbindungen.

Vorteile bringt die neue Technologie gerade für die Produkte, in denen neuartige Verstellfunktionen zu realisieren sind. Die Projekte sind vielfältig und reichen von der Automobil-, Luft- und Raumfahrtbranche über die Gebäude- und Sicherheitstechnik sowie die Hygienebranche bis hin zur Konsumgüterindustrie. Das Anwendungsspektrum reicht von „einfachen“ Deckelöffnungsfunktionen für Abfallsammler, Lagerboxen oder Ausgabe-Aautomaten wie Paketstationen bis hin zu Anwendungen in der Luftfahrt- und Windenergiebranche, etwa adaptive Turbulatoren auf den Flügeloberflächen. Hier werden viele kleine Elemente zur Strömungsoptimierung bedarfsgerecht ausgefahren und ermöglichen steilere Anflüge und sicherere Landungen, ohne die Flugeffizienz zu beeinträchtigen ((Video: https://youtu.be/EewDKo7D09E).

Weg vom Altbewährten, hin zur disruptiven Innovation

Ob als Pre-Crash-Aktoren mit Reaktionen im Millisekunden-Bereich für eine verbesserte Verkehrssicherheit, als lautlose und nachgiebige Greifer, als perfekt kontinuierliche Sensorführung oder als formschöne Beeinflussung von Lichtelementen: Der Einsatz moderner Festkörperaktor-Technologien eröffnet neue Funktionalitäten – weg vom Altbewährten, hin zu disruptiven Innovationen. CompActive unterstützt den Anwender schon früh bei der Ideenfindung mit Machbarkeits- oder Konzeptstudien. Gemeinsam mit und für den Kunden werden Funktionsdemonstratoren entwickelt, die die Technologie und deren Vorteile direkt an seiner Anwendung demonstrieren.

Im Anschluss folgen anwenderindividuelle Entwicklungsschritte mit dem Ziel, innovative Produkte mit neuer Funktionalität in die Serie zu bringen. Es geht darum, dem Anwender und CompActive-Kunden einen Mehrwert und ein Alleinstellungsmerkmal am Markt zu verschaffen. Damit die Vorteile der Technologie auch für Produkte mit bisher geringer Elektrifizierung genutzt werden können, liefert CompActive nicht nur Aktorikmodule, sondern unterstützt individuell bei der Systemintegration. Bei Bedarf werden auch funktionsfähige Systeme aus Biegeaktor und Elektronik mit anwenderspezifischer Ansteuerung geliefert – falls erforderlich inklusive Akku und Solarzelle.

Durch die neuartigen Aktorikmodule lassen sich neue Produktfunktionen realisieren, die dem Anwender einen gesteigerten Mehrwert garantieren. Und auch dies bietet die Technologie: Neue Alleinstellungsmerkmale zum Anfassen, die abseits von digitalen Innovationen einen „Wow“-Effekt beim Kunden erzeugen.

Autarke Felgenlüftung – ganz ohne Strom und Elektrik

Zum Beispiel in diesem Fall hat die Technologie den Nagel auf den Kopf getroffen: Seit Jahrzenten arbeitet die Automobilindustrie an Konzepten, um den lästigen Luftwiderstand am sich schnell drehenden Rad zu minimieren. Dieser macht einen erheblichen Anteil am Gesamtluftwiderstand aus. Die Designs neuerer Elektrofahrzeuge zeigen, dass aus Gründen der Effizienz und Reichweite geschlossene Felgendesigns mit kleineren Öffnungen auf dem Vormarsch sind.

Mit diesem Kompromiss lässt sich der Luftwiderstand immerhin im einstelligen Prozentbereich reduzieren, mehr jedoch nicht. Nur das vollständige Schließen der Felge ist in der Lage, die Durchströmung und den schädlichen Rotoreffekt des Rades gänzlich zu unterbinden. Dies steht jedoch im Konflikt mit der erforderlichen Kühlung des Bremsraumes im Fall der Fälle, zum Beispiel nach einer Passabfahrt.

Aktorikmodule von CompActive erlauben es nun, mehrere Lüftungsklappen in die Felge zu integrieren, die sich durch die Abwärme des Bremssystems selbstständig öffnen und eine Kühlung durch die Radoberfläche einleiten. Aktorikmodule von CompActive kommen in derartigen Anwendungen gänzlich ohne Stromquelle aus und lassen sich somit sehr einfach auch an rotierenden Bauteilen applizieren. Die flächigen Biegeaktoren stellen einen ausreichenden Stellweg zur Verfügung und bringen die erforderliche Robustheit für ein Element mit, das im Straßenverkehr schnell rotierend bewegt wird.

Videochannel von CompActive:
http://hier.pro/2v8ES

Kontakt:

CompActive GmbH
Rietburgstr. 1
67434 Neustadt/Weinstr.
Tel.: +49 6321 600 9015
www.compactive.de

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