Anders, NormanNormanAnders2022-03-072022-03-072011https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/279118Der Einwegeffekt bewirkt eine Kontraktion um bis zu 8% der Gesamtlänge eines Drahtes aus der Formgedächtnislegierung NiTi. Dieser Effekt wird durch die Erwärmung des Drahtes mit einem elektrischen Strom aktiviert. Nach der Verkürzung muss die Dehnung des Drahtes durch eine äußere Kraft (Rückstellmechanismus) realisiert werden, um zyklische Bewegungen zu erzeugen und die Funktion eines Linearaktors zu erhalten. Der Rückstellmechanismus (Masse, Zugfeder, antagonistischer Draht) hat einen starken Einfluss auf das Systemverhalten des Linearaktors, denn der Formgedächtniseffekt ist abhängig von der mechanischen Spannung im Draht. In dieser Arbeit wird das Systemverhalten des antagonistischen Aktorprinzips theoretisch und experimentell untersucht. Dazu wird ein Versuchsaufbau konstruiert, welcher durch die Messung verschiedenster physikalischer Größen (Position, mechanische Spannung, elektrische Größen) ermöglicht, die drei Rückstellmechanismen zu analysieren. Ein Algorithmus zur Positionsregelung des antagonistischen Systems in einem Stellbereich von 0 _m bis 10 000 _m wird mit der Unterstützung eines Modells der Regelstrecke entworfen. Die dabei erzielte Positioniergenauigkeit mit einem Lasersensor zur Positionsbestimmung liegt bei rund 20 _m, was 0:2% des gesamten Stellbereiches entspricht. Durch die parallele Anordnung von 9 Formgedächtnisdrähten des verwendeten Durchmessers d = 0:38mm, ist eine Maximalkraft von 100N realisierbar. Die Dynamik des Aktors im Medium Luft ist auf eine Frequenz von 0:1 Hz begrenzt. Im Vergleich zu den Rückstellmechanismen Masse und Feder ist die Leistungsaufnahme des antagonistischen Aktors bei der Positionsregelung um rund 60% geringer. Wird die elektrische Leistung nach dem Erreichen eines Positionssollwertes abgeschaltet, so wird dieser Sollwert nicht gehalten und es entsteht eine Abweichung zum Sollwert von maximal 1500 _m. Damit kann die mechanische Selbsthaltung verschiedener Positionen prinzipiell realisiert werden, da der Aktor nicht automatisch in die Startposition zurückkehrt. Jedoch kann die exakte Lage der Position der mechanischen Selbsthaltung nicht vorgegeben werden. Die Positionsbestimmung durch die Messung des elektrischen Widerstandes des Drahtes (Self-Sensing-Eigenschaften) ist mit großen Ungenauigkeiten verbunden, da die Widerstands-Positionskorrelation abhängig von der mechanischen Spannung ist. Bedingt durch das antagonistische System entstehen große Spannungsdifferenzen während des Stellvorgangs, sodass die Widerstands-Positionskorrelation keinem analytisch beschreibbaren Zusammenhang entspricht. Die Begrenzung der mechanischen Spannung im Aktordraht ist durch die Messung der Position (Lasersensor) und des elektrischen Drahtwiderstandes möglich und wird für den Fall einer Positionsblockade experimentell umgesetzt.deFormgedächtnisaktorantagonistisches PrinzipFormgedächtnis StellantriebRegelung Formgedächtnis Antriebmechanische SelbsthaltungFormgedächtnis Draht620670diploma thesis