Schnelle Aktorik auf Basis von Formgedächtnislegierungen

Aktoren auf Basis von thermischen Formgedächtnislegierungen (FGL) weisen die höchste Energiedichte aller verfügbaren Aktoren auf. Sie können auf kleinem Raum hohe Kräfte erzeugen, und die durch Temperaturänderung erzeugte Strukturänderung kann zum Schalten des Aktors genutzt werden. Während die Wärme im Aktor mit wenig Aufwand erhöht werden kann, stellt die Abkühlung eine besondere Herausforderung dar.

Verschiedene Lösungsansätze für die Temperierung des Aktors hat Fraunhofer IPM gemeinsam mit anderen Fraunhofer-Instituten im Projekt HochPerForm erforscht. Eine Möglichkeit besteht in der Abkühlung über latente Wärme – also über Verdampfen und Kondensieren eines Fluids auf der Oberfläche des Aktors – wie sie zum Beispiel in Heatpipes genutzt wird. Um einen dauerhaften Wärmestrom vom Aktor zur Kaltseite zu unterbinden, wurden verschiedene Schaltmechanismen untersucht und miniaturisierte Ventile in Heatpipes implementiert.

Eine weitere technische Lösung für die Temperierung des Aktors bietet die Thermoelektrik. Mit Hilfe des Peltier-Effekts lässt sich Wärme von einer Seite eines sogenannten Peltier-Moduls zur anderen pumpen. Im Ring um den Aktor angeordnet übernimmt ein solches tubuläres Peltier-Modul sowohl das Heizen als auch das Kühlen des Aktors. Die Vorteile dieses Systems liegen in der sehr kompakten Bauweise, der genauen Regelbarkeit der Aktortemperatur sowie in der einfachen Ansteuerung über zwei elektrische Kabel. Mit dieser Temperierlösung entstehen Aktor-Systeme, die auf kleinstem Bauraum eine extrem hohe Energiedichte mit Schaltfrequenzen von über einem Hertz vereinen.