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Entwicklung von Formgedächtnisaktoren mit inhärenter Führungsfunktion

 
: Pagel, Kenny

Zwickau: Verlag Wissenschaftliche Scripten, 2018, 153 pp.
Zugl.: Chemnitz, TU, Diss., 2018
Berichte aus dem IWU, 105
ISBN: 978-3-95735-094-7
ISBN: 3-95735-094-8
German
Dissertation
Fraunhofer IWU ()
Formgedächtnislegierung; Mikroaktorik; Multifunktionalität; gain sheduling control; Führungsfunktion; Linearaktor; Rotationsaktor; FGL-Draht; Energie-Bilanz-Modell

Abstract
Mikroaktoren sind in der Regel herunterskalierte Abbilder konventioneller, makroskopischer Aktoren. Dabei stehen die erreichbaren Verfahrwege oft in einem erheblichen Missverhältnis zum benötigten Bauraum. Dies ist auf zwei Gründe zurückzuführen. Zum einen ist eine unbegrenzte Miniaturisierung der Antriebe nicht möglich, da ihr physikalisches Wirkprinzip gewisse Mindestgrößen erfordert. Zum anderen benötigen die Antriebe Führungen zur Bindung von Freiheitsgraden, wodurch die teilenazahl erhöht und das Unterschreiten bestimmter Baugrößen verhindert wird. Diese Effekte fallen insbesondere bei kleinen Hüben ins Gewicht, da die erreichbaren Wege nur sekundär vom benötigten Bauraum abhängen. Der Einsatz thermischer FGL als Aktoren bietet aufgrund ihrer hohen spezifischen Arbeitsdichte ein enormes Miniaturisierungspotential. Bei vergleichbaren Bewegungsanforderungen können kleinere und leichtere Aktoren entwickelt werden. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Aktoren bekannt, welche diese Vorteile nutzen. Die Meisten basieren bisher allerdings auf kostenintensiven FGL-Halbzeugen oder, sofern FGL-Drähte genutzt werden, benötigen diese immer noch Führungselemente. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung von drahtbasierten FGL-Aktoren, welche durch die Anordnung als Seilroboter die Festkörpereigenschaften von FGL-Drähten nutzen, um Antriebs- und Führungsfunktion zu vereinen. Der Anspruch der Untersuchungen liegt dabei in der allgemeingültigen Formulierung der Auslegungsgrundlagen. Als Ausgangspunkt werden zunächst die theoretische Grundlagen in Form von allgemeinen Kinematik- und Steifigkeitsmodellen erarbeitet. Für die Sonderkonfigurationen Linear- und Rotationsaktor werden die für die Entwicklung nötigen Hilfsmittel, Berechnungsgrundlagen und Modelle bereitgestellt, um mit gegebenen Anforderungen mittels eines Auslegungsalgorithmus Aktoren realisieren zu können. Darüber hinaus wird ein bestehendes FGL-Modell weiterentwickelt um die Aktoranordnungen regelungstechnisch beschreiben zu können. Hiermit wird ein geeignetes Regelungskonzept mit gesteuerter Adaption entwickelt, umgesetzt und experimentell erprobt. Zur Validierung der formulierten Auslegungsgrundlagen erfolgt eine detaillierte Auslegung, Konstruktion und experimentelle Untersuchung eines Linear- und eines Rotationsaktors. Den Abschluss der Arbeit bildet eine Gegenüberstellung und Diskussion der Ergebnisse.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-534435.html