Um noch mehr Vielseitigkeit und Know-how zu bündeln, baut smart3 stetig die Zusammenarbeit mit anderen Akteuren aus. Auch 2021 wurde die Schlagkraft des Netzwerks erneut erhöht: Mit zwei wertvollen Partnern – dem FGL-Netzwerk und dem Netzwerk ElRoSens – konnte die Zusammenarbeit stark intensiviert werden.

Innovationsnetzwerk für Formgedächtnisaktorik

Das 2010 gegründete FGL-Netzwerk „Effiziente Wertschöpfung bei Herstellung und Anwendung von Formgedächtnislegierungen (FGL)“ – koordiniert vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU – hat sich zum Ziel gesetzt, die Vorteile von FGL als „Multifunktionswerkstoff“ durch innovative Verfahren, Dienstleistungen und neue Produkte in technischen Anwendungen zu etablieren. Im Vordergrund steht dabei die effiziente Verbindung aller Prozessschritte entlang der Wertschöpfungskette und die Einsatzoptimierung dieser zukunftsweisenden Technologie.

Der Einsatz von FGL bietet ein äußerst großes Potenzial für neue und innovative Anwendungen. Die Vorteile der Formgedächtnistechnologie sind:

  • einfacher und kompakter Aufbau
  • geringer Bedarf an Bauraum
  • minimales Gewicht
  • geräuschlose Arbeitsweise
  • große Arbeitsleistung pro Volumen
  • elektromagnetische Verträglichkeit.

Mit ihren besonderen Eigenschaften eröffnen FGL somit einen großen Innovationsspielraum für alle Industriezweige. Um Entwicklern und Anwendern einen Überblick über diese Technologie und über bereits am Markt erfolgreiche Serienanwendungen zu vermitteln, werden neben FuE-Projekten im Rahmen der Netzwerkarbeit zahlreiche interne und externe Veranstaltungen durchgeführt. Hier werden Einblicke in alle Felder – von der Werkstoffherstellung bis hin zu bereits bestehenden Anwendungen – der Formgedächtnistechnologie gegeben.
Die Materialeigenschaften sind jedoch recht komplex: Sowohl mechanische als auch thermische Belastungen haben einen wesentlichen Einfluss auf das Werkstoffverhalten. Daher bietet das FGL-Netzwerk die Gelegenheit, in einen Erfahrungsaustausch mit Experten zu treten, um sich über die Entwicklungsprozesse eines Bauteils mit FGL von der Materialherstellung über die Simulation bis hin zur Auslegung zu informieren. Weiterhin initiierte das Expertennetzwerk den VDI-Fachausschuss „Produktentwicklung mit Formgedächtnislegierungen“ mit dem Ziel, eine solide Wissensbasis für diese vielversprechende Technologie mittels Standardisierung zu schaffen. Die VDI-Richtlinie 2248 liegt nun vor und gibt einen Überblick von der Legierungsauswahl bis hin zur Produktentwicklung mit FGL, um die Akzeptanz und den Bekanntheitsgrad der Technologie weiter zu erhöhen.

Weitere Spezialeigenschaften erweitern die Palette der Einsatzmöglichkeiten von FGL zusätzlich, denn sie zeigen Aktor- als auch Sensoreigenschaften gleichermaßen.

ElRoSens – Innovative Dehnungssensoren

Dehnungssensoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen bieten einen neuen Lösungsansatz, um Leichtbaustrukturen optimal einsetzen zu können. Der klassische Maschinenbau sieht vor, dass ein Bauteil mit einem anwendungstypischen Sicherheitsfaktor ausgelegt wird, ohne die konkreten Einsatzbedingungen zu berücksichtigen. Dies führt im Allgemeinen zu einer Überdimensionierung oder zu einem erhöhten Wartungsaufwand. Structural Health Monitoring ermöglicht mit Hilfe von Dehnungssensoren eine Lebensdauerprognose sowie eine Schadenserkennung in Abhängigkeit von den tatsächlich wirkenden Belastungen und dadurch eine ressourcenschonendere Auslegung von Bauteilen bei angepasstem Sicherheitsfaktor. Dehnungssensoren ermöglichen darüber hinaus als Teil von Systemen zur Zustandsüberwachung die Optimierung von Betriebszuständen beispielsweise bei Rotorblättern von Windkraftanlagen. In Hinsicht auf die Dehnbarkeit, die Ermüdungsbeständigkeit und die Kosten bieten Dehnungssensoren aus Formgedächtnislegierungen ein Eigenschaftsprofil, das für kunststoffbasierte Leichtbaustrukturen wesentliche Vorteile mit sich bringt. Durch diese wesentlichen Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik lässt sich das Leichtbaupotenzial, bspw. bei Elektro-fahrzeugen zur Maximierung der Reichweite, deutlich steigern.

 

Das Netzwerk für elastische, robuste und sensitive Dehnungssensorik „ElRoSens“ wurde 2019 als ZIM-Innovationsnetzwerk gegründet und verfolgt das Ziel, Dehnungssensoren auf Basis von Formgedächtnislegierungen in die industrielle Anwendung zu überführen.
In gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsprojekten konnten Sensorsysteme realisiert und anwendungsspezifisch erprobt werden.

Neben dem FGL-Netzwerk, das sich mit der Etablierung von Formgedächtnislegierungen für aktorische Zwecke einsetzt, ist auch ElRoSens ein Verbund, der es sich zum Ziel gesetzt hat, einen technologischen Lösungsansatz auf Basis eines Funktionswerkstoffs in die Verwertung zu führen. Beide Netzwerke befinden sich in enger Kooperation mit smart3 und haben sich zum Ziel gesetzt, in Zukunft weiter intensiv zusammenzuarbeiten, damit alle Partner von Synergieeffekten profitieren, beispielsweise durch Knowhowtransfer oder interdisziplinäre Zusammenarbeit.

 

Text: Andrea Böhm, Björn Senf und Thomas Mäder
Foto: studioline GmbH & Co.KG, Actuator Solutions GmbH, peroptato photographie eK, Rico Welzel, Björn Senf

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