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Mehrstufiger regelbarer Formgedächtnis-Stellantrieb mit integrierter Führungsfunktionalität

 
: Zorn, Wolfgang

Dresden, 2014, XII, 77 S.
Dresden, TU, Dipl.-Arb., 2012
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IWU ()

Abstract
Stellantriebe auf Basis von drahtförmigen Formgedächtnislegierungen (FGL) sind im Allgemeinen auf separate Führungselemente angewiesen, da Drähte aufgrund ihrer schlanken Struktur keine Querkräfte aufnehmen können. Dies ist oft mit einer Bauraum- und/oder Massenzunahme sowie einer größer werdenden Komplexität des Stellantriebes verbunden. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Aktorkonzept vorgestellt, welches keiner zusätzlichen Führungselemente bedarf. Das Funktionsprinzip beruht auf der teleskopartigen Ineinanderschachtelung mehrerer konzentrisch angeordneter starrer tubus- oder kubusförmiger Elemente. Diese sind mittels FGL-Drähten derart untereinander verbunden, dass die aktorische Wirkung der Einzeldrähte eine Relativbewegung der Stufen zueinander bewirkt. Mit einer entsprechenden Stufenzahl kann damit ein beliebig großer Hub bei gleichbleibender Aktorlänge realisiert werden. Durch einen Freiraum zwischen den starren Segmenten und der dadurch bedingten Neigung der Drähte teilt sich die realisierbare Drahtkraft in eine Längs- und eine Querkomponente auf, sodass auch Querkräfte aufgenommen werden können und keine separaten Führungselemente notwendig sind. Für die theoretische Beschreibung dieses Aktorkonzeptes wird ein Multidomänenmodell entwickelt. Anhand der aus diesem Modell abgeleiteten analytischen Beziehungen zwischen den Ziel- und Auslegungsgrößen wird ein konkreter Aktor dimensioniert, aufgebaut und anschließend erprobt. Eine auf den Aktor ausgelegte Leistungsschaltung dient zur Ansteuerung für den geregelten Betrieb. Für diesen wird ein neuartiges Regelungskonzept entwickelt, welches auf der Kombination aus messtechnischer und modellbasierter Ermittlung des Anstieges in der \'18-T-Kennlinie beruht. Durch entsprechende Anpassung der Reglerparameter soll so für jeden Stellbereich eine gleichbleibende Dynamik gewährleistet werden.

 

Actuators based on Shape-Memory-Alloy (SMA) wires usually need separate guidance elements because wires can not carry transversal loads. Hence, cross section and mass as well as the complexity of the actuator increase. In this work a new actuator approach is presented, which does not need additional guidance elements. The principle is based on the telescoping of several concentrical arranged tube- or cube-shaped elements. These are interconnected by SMA-wires, such that a contraction of the single wires causes a relative movement of the stages to each other. With an increasing number of stages an increasing actuator deviation is possible without affecting the length of the actuator. Due to the space between the tubes and the so conditioned angular direction of the wires the force is split into a longitudinal and a transversal component. Thus, the support of transversal loads is possible and no further guidance elements are neccessary. For the theoretical characterisation of the actuator principle a multi-domain-model is developed. With the derived correlations between the design variables and the specification variables a concrete actuator is designed, built up and metrologically examined. An electrical power switch is dimensioned for the control operation of the actuator. For this a new control approach is developed, which is based on the combination of the metrological and model-based capture of the gradient of the \'18-T-characteristic. With the adaption of the control parameters a deviation-invariant dynamic behaviour should be realised.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-303777.html