Maschinenelemente der Zukunft 20. Jun 2022 Von Manfred Schulze

Produktion: Wenn das Material zum Sensor wird

Aktive Materialien können Roboter nachgiebiger machen und Daten auch aus schnell rotierenden Antriebssträngen liefern. Wissenschaftler aus Dresden erklären, wie das geht.

Am Institut für Festkörpermechanik der TU Dresden wurde ein einfacher Greifer aus Formgedächtnismaterial konzipiert. Die Finite-Elemente-Simulation zeigt, wie er arbeitet.
Foto: TU Dresden

Um Echtzeitdaten unmittelbar aus dem Produktionsablauf zu gewinnen, müssen auch Maschinenelemente mit entsprechender Sensor- und Übertragungstechnik ausgestattet werden. Das ist in Achsen, Zahnrädern und anderen hoch belasteten Teilen schwierig, zumal dafür wenig Platz und keine externe Energie verfügbar sind. Mit dem Einsatz aktiver Materialien als Aktoren und Sensoren lässt sich jedoch die Entwicklung voranbringen.

Für Thomas Wallmersperger vom Institut für Festkörpermechanik der TU Dresden haben aktive Materialien, die mit ihren Reaktionen auf Änderungen von Bedingungen wie Temperatur, Spannung, Biegung oder Druck Daten generieren können, ein hohes Zukunftspotenzial. „Wir kennen zahlreiche Werkstoffe, die solche Effekte besitzen, und theoretisch lassen sich daraus natürlich sehr viele Anwendungen ableiten“, sagte er auf dem Dresdner Maschinenelemente-Kolloquium im Frühjahr.

Zurzeit arbeiten er und seine Mitstreiter an einem System für Kupplungssysteme, in das auch ein Dresdner Industrieunternehmen involviert ist. „Ob aus unserem Projekt tatsächlich ein Produkt werden kann, wissen wir noch nicht genau, aber es ist vielversprechend – das ist harte, aber schöne Wissenschaftsarbeit“, sagte Wallmersperger.

Formgedächtnislegierungen und schaltbare Materialien liefern nützliche Daten für die Produktion

Aktive Materialien liefern z. B. messbare elektrische Antworten oder reagieren auch umgekehrt mit Dehnungen, wenn elektrische Spannungen angelegt werden. Einsatzgebiete dafür sind Aktoren, Festkörpergelenke, aber auch Federn und Dämpfer oder Sensoren. Zu den wichtigsten Vertretern dieser Materialklassen gehören Formgedächtnislegierungen wie Nickel-Titan, die sich bis zu 8 % ihrer Größe reversibel quasi plastisch verformen können. Das heißt, im Gegensatz zu elastischen Materialien kehren sie erst wieder in ihre ursprüngliche Form zurück, wenn z. B. eine bestimmte Temperatur überschritten wird oder sich der elektrische Spannungszustand ändert.