Algemeen

Vormgeheugenlegering als actuator

Fraunhofer IWU actuator uit vormgeheugenlegering
De aan Fraunhofer IWU ontwikkelde roterende actuator. Links het concept, rechts de werkelijke component (foto: Fraunhofer IWU)

Mini- en micro-aandrijvingen, die bijvoorbeeld worden gebruikt voor het instellen van luchtklepsystemen van een airco-installatie in voertuigen, zijn vaak kleine versies van conventionele aandrijvingen. De miniaturisering is door de fysieke werkingsprincipes begrensd. Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) hebben een alternatief ontwikkeld: aandrijvingen uit vormgeheugenlegeringen.

De magnetische krachten in een elektromotor worden vanaf een bepaalde schaal zo zwak, dat ze niet meer voldoen voor de functionaliteit van de motor. Daarom was het tot nu toe niet mogelijk om aandrijvingen proportioneel ten opzichte van de inbouwruimte te verkleinen. Onderdelen, die in de motor voor de omzetting van elektrische signalen in de mechanische beweging zorgen, hebben bovendien geleidingselementen nodig om de dwarskrachten te kunnen opnemen.

Vormgeheugenlegering

Een vormgeheugenlegering (SMAS) heeft geen last van dergelijke schaaleffecten en lijken door hun hoge energiedichtheid voorbestemd voor de miniaturisering van de actuatoren. Deze intelligente materialen nemen na een plastische vervorming onder invloed van warmte, licht of een magnetisch veld hun oorspronkelijke vorm weer aan.

Een draad, die doelgericht korter wordt, kan een gewenst mechanisme op gang brengen. Door deze met vormgeheugen aangeduide eigenschappen kunnen dergelijke legeringen het principe van een conventionele en krachtige motor vervangen. Een vormgeheugenlegering draad met een diameter van 0,3 mm kan een gewicht van 6 kg te dragen.

Hoekverschil

Een mogelijke start om gewicht te besparen, is deze draad zodanig te positioneren dat geen aanvullende geleidingselementen nodig zijn. Aan het Fraunhofer IWF is een concept ontstaan voor vaste stof actuatoren gebaseerd op SMAS-draden, die aandrijving en geleiding in een simpele draad samenvoegen.

Hiervoor werd een hoekverschil ingevoerd tussen de draad en de bewegingsrichting van de actuator. De hiermee verkregen verdeling van de kracht in de draad in een langs- en een dwarscomponent zorgt voor de benodigde stijfheid in alle ruimtelijke richtingen. De ruimtelijke draadpositie maakt geleidende elementen overbodig waardoor verschillende bewegingsgeometrieën kunnen worden gerealiseerd. Op deze manier kan vorm gegeven worden aan roterende en lineaire actuatoren.

De op deze basis geproduceerde actuatoren blinken uit door een geringe massa en hoge energiedichtheid. Een lineaire actuator kan bij een eigen massa van 42 g een last dragen van 5 kg. Dat is ongeveer de verhouding van een mier die het honderdvoudige gewicht van zijn eigen lichaam kan dragen. Het instituut ziet overal toepassingsmogelijkheden waar in de kleinste ruimte nauwkeurig hoge krachten mechanisch moeten worden geregeld zijn er.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven