Formgedächtnismaterialien für die Anwendung im Kraftfahrzeug

Abstract

Werkstoffe, die in der Lage sind ihre geometrische Grundform durch Einwirkung bestimmter physikalischer Größen in eine eingeprägte alternative Geometrie zu transformieren, nennt man Formgedächtniswerkstoffe. Dabei kann man im Wesentlichen optisch, thermisch und magnetisch induzierte Formgedächtniseffekte unterscheiden. Die entsprechenden Werkstoffe gehören zur Gruppe der aktiven Materialien und befinden sich zum Teil noch in der Grundlagenforschung. Am Fraunhofer IWU in Dresden werden neue Materialien auf ihre Eignung für mechatronische Applikationen im Bereich der Fahrzeugtechnik untersucht. Metallische Formgedächtnislegierungen auf der Basis von NiTi und NiMnGa haben gegenwärtig einen Entwicklungsstand erreicht, der neue Lösungsansätze mit stark vereinfachten mechanischen Strukturen im Einsatzbereich mechatronischer Steller und Antriebe verspricht. Die Auslösung der Aktorwirkung erfolgt bei NiTi-Material mit thermischen Feldern, z.B. durch erwärmte Luft oder direkte elektrische Bestromung. NiMnGa-Materialien benötigen für den Effektaufbau ein magnetisches Feld, z.B. von Elektro- oder Dauermagneten. Im Allgemeinen ist für die Rückformung des Formgedächtnisaktors eine Rückstellkraft erforderlich. Um diese Aufgabe zu lösen, kann die Einbettung des Aktors in ein elastisches Basismaterial mit ausreichend hohem E-Modul erfolgen. Man erhält damit einen Verbundwerkstoff, der auch tragende Funktion übernehmen kann und dabei durch eine elektrische Ansteuerung bezüglich seiner Materialeigenschaften beeinflusst werden kann. Für die Anpassung des aktorischen Kraft-Weg-Verlaufes, der Geometrieänderung und des Umschaltverhaltens muss der Werkstoff entsprechend konditioniert werden. Damit werden die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer des Aktorelementes bestimmt. Die Materialkonditionierung erfolgt durch ein thermomechanisches Training oder mit entsprechenden Technologien, die bereits im Herstellungsprozess der Halbzeuge zum Tragen kommen