Smart materials reinforce the flexible automation

23.03.2012
Smart materials reinforce the flexible automation

Automation: Smart materials, smart materials can be switched by applying electric or magnetic fields, shorten or extend - this is open for automation and mechatronics broadly applied. At WĂŒrzburg Fraunhofer-Institute for Silicate (ISC) experts recently met to share their experiences.

Sobald ein magnetisches Feld an eine magnetorheologische FlĂŒssigkeit (MRF) angelegt wird, wird aus dieser fluiden Substanz ein Semifestkörper. Ursache hierfĂŒr ist der gleichnamige Effekt, bei dem sich innerhalb von Millisekunden mikroskopisch kleine Eisenpartikel zu Ketten von magnetischen Dipolen ausbilden und die FlĂŒssigkeit sich versteift. „Hierbei kann man Schubspannungen bis 100 kPa erreichen“, betont Dieter Sporn, Leiter des Center Smart Materials am Fraunhofer-Institut fĂŒr Silicatforschung (ISC). Das Ganze geschehe extrem schnell, reversibel und exakt reproduzierbar. FĂŒr eine solche MRF gebe es keine feststehende Zusammensetzung, sondern sie wird wie in einem Baukasten aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt. Mit Smart Materials können laut ISC in Zukunft wesentlich einfachere Kupplungen fĂŒr steuerbare Kraft- und DrehmomentĂŒbertragungen, adaptive Greifwerkzeuge, intelligente Dichtungen und Dosierventile entwickelt werden. „Was man braucht, ist ein auf den jeweiligen Verwendungszweck zugeschnittenes Profil, mit dem sich diese Smart Materials an die entsprechende Aufgabe anpassen lassen“, ergĂ€nzt Sporn.

Inzwischen finden die Smart Materials ihren Niederschlag auch in der Praxis. Deshalb trafen sich am ISC die Mitglieder des Cluster Mechatronik und Automation und des Automation Valleys vor Kurzem zu einem ersten Erfahrungsaustausch. Die Fraunhofer-Forscher stellten neben anderen Exponaten einen gekapselten TĂŒrfeststeller fĂŒr AutotĂŒren auf der Basis von Smart Materials vor, der seine Haltekraft den entsprechenden Anforderungen anpasst. Selbst bei Ausfall des Bordnetzes ist die Funktionssicherheit gewĂ€hrleistet.

Eine weitere Gruppe der Smart Materials umfasst Werkstoffe, mit denen sich auch KrĂ€fte ĂŒbertragen lassen. Hierbei werden elektrische Signale in mechanische Bewegung umgesetzt oder umgekehrt. „Legt man an ein elektroaktives Polymer ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden an, so dehnt sich der dielektrischer Elastomer-Aktor (DEA) schnell und mit hoher Energiedichte axial aus“, prĂ€zisiert der ISC-Wissenschaftler. So sei es möglich, einen prĂ€zisen Linearmotor aufzubauen, der ohne Rare earth auskommt. Mit Ă€hnlichen Materialien lasse sich eine autarke Energieversorgung aufbauen, die aus den Schwingungen von Maschinen, Anlagen oder anderen Bauteilen Strom erzeugt.

„Nutzt man weitere Eigenschaften dieser Materialien, entstehen hochflexible kapazitive Sensoren zur Überwachung von KrĂ€ften, DrĂŒcken und Verformungen“, so Dieter Sporn weiter. Auch hier öffne sich ein weites Anwendungsfeld fĂŒr die Automatisierungstechnik. Allerdings lĂ€gen noch keine ausreichenden Erfahrungen hinsichtlich ZuverlĂ€ssigkeit, Robustheit und Lebensdauer der Smart Materials vor. Sporn: „Doch es scheint nur eine Frage der Zeit zu sein, bis auch hier entsprechende Methoden und Werkzeuge entwickelt werden.“
Those: VDI news, WĂŒrzburg, 23. 3. 12, kip ROLAND HENSEL

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