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Adaptive Materialien Hart oder weich auf Knopfdruck: Mit adaptiven Materialien Funktionen umsetzen

Autor / Redakteur: Holger Böse* / Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Mit magnetisch steuerbaren Flüssigkeiten und Elastomeren lassen sich haptische, dämpfende, spannende, dichtende und Kraft übertragende Funktionen umsetzen.

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Einfaches Fixieren von empfindlichen Werkstücken oder Bauteilen in einem mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefülltem Kissen, das sich nach Einschalten des Magnetfeldes versteift.
Einfaches Fixieren von empfindlichen Werkstücken oder Bauteilen in einem mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefülltem Kissen, das sich nach Einschalten des Magnetfeldes versteift.
(Bild: Knud Dobberke, Fraunhofer ISC)

Intelligente oder adaptive Materialien haben sensorische und aktorische Fähigkeiten, die sich durch äußere Einflüsse wie elektrische oder magnetische Felder steuern lassen. So können Materialien in ihrer Härte oder ihrem Fließverhalten verändert werden. Weitere Funktionen des Materials sind eine reversible Verformung oder eine Reaktion auf einwirkende Kräfte. Das Center Smart Materials (CeSMa) des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC in Würzburg entwickelt aus diesen Materialien Prototypen für zahlreiche Anwendungen in der Industrie. Ein besonderer Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeit von CeSMa liegt dabei auf magnetorheologischen Flüssigkeiten (MRF) und magnetorheologischen Elastomeren (MRE).

Kupplungen mit fein dosierbarer Kraftübertragung, Stoßdämpfer mit optimalem Fail-Safe-Verhalten oder Oberflächen, die sich bei der Näherung einer Hand verformen, sind nur einige Beispiele für neue Technologien, die mit intelligenten und adaptiven Materialien umgesetzt werden können.

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Angepasste magnetische Flüssigkeiten

Magnetorheologische Flüssigkeiten (MRF) sind Suspensionen mit magnetischen Partikeln in einer Trägerflüssigkeit. Die MRF verändert in Magnetfeldern blitzschnell ihr Fließverhalten von dünnflüssig über gelartig bis fest. CeSMa entwickelt diese Flüssigkeiten und fertigt sie maßgeschneidert für unterschiedliche Anwendungswünsche an. Mit MRF kann in Stoßdämpfern die Dämpfungskraft stufenlos eingestellt werden. Auf diesem Weg sind adaptive MRF-Stoßdämpfer realisierbar, die sich den Straßenverhältnissen anpassen und aktiv die Fahrdynamik beeinflussen. Die gegenüber bisherigen Systemen weiterentwickelten Dämpfer enthalten darüber hinaus einen hybriden Magnetkreis mit einem Elektromagneten und einem Permanentmagneten, der das Dämpfungsverhalten auch im stromlosen Zustand aufrechterhält. Das bietet außer der schnellen Reaktion den Vorteil der Ausfallsicherheit, da der Dämpfer beim Ausfall der Stromversorgung nicht wie bei bisherigen MRF-Dämpfern automatisch in den weichsten Dämpfungszustand, sondern in einen mittleren Dämpfungszustand übergeht. Bei Verwendung eines schaltbaren Permanentmagneten wird zudem die Energie- effizienz beträchtlich gesteigert, da nun elektrische Energie nur noch zur Veränderung der Dämpfungskraft aufgebracht werden muss.

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