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Ersatz für pneumatische Bremsen High-Speed Bremsen durch smart Materials

Autor / Redakteur: Bernd Rachor und Alexander Czechowicz / Stefanie Michel

Wenn pneumatische Systeme beispielsweise in Werkzeugmaschinen wegfallen, muss eine andere Lösung für die Klemmsysteme in Linearführungen gefunden werden. Eine Möglichkeit mit hoher Krafterzeugung sind Formgedächtnislegierungen, die solche Linearbremssysteme blitzschnell machen.

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Bild 1: Alternative zur pneumatisch betriebenen Klemmung: Hema testet mit den Prototypen Linclamp G-SMA (links) und Linclamp K-SMA (rechts) zwei unterschiedliche Konzepte mit Formgedächtnislegierungen.
Bild 1: Alternative zur pneumatisch betriebenen Klemmung: Hema testet mit den Prototypen Linclamp G-SMA (links) und Linclamp K-SMA (rechts) zwei unterschiedliche Konzepte mit Formgedächtnislegierungen.
(Bild: ZAF - Zentrum für angewandte Formgedächtnistechnik)

In Linearführungen spielen Klemmsysteme zum Schutz von Mensch und Maschine eine große Rolle. Sie sollen den linearen Verfahrschlitten in Gefahrensituationen, aber auch in programmierten Situationen schnell, zuverlässig und präzise anhalten. Robuste und zuverlässige Systeme auf Basis pneumatischer Federstahlmembranen haben sich auf dem Markt durchgesetzt. So sind Produkte der Linclamp-Serie von Hema Maschinen- und Apparateschutz hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Flexibilität bekannt.

Prototypen von Klemmsystemen nutzen Formgedächtnislegierungen

Mit den neuen Herausforderungen an Miniaturisierung, Elektrifizierung und Digitalisierung von Werkzeugmaschinen geht allerdings der Trend zum Wegfall pneumatischer Systeme. Eine zukünftige Perspektive hat nun die Firma Hema in exklusiver Zusammenarbeit mit dem Zentrum für angewandte Formgedächtnistechnik entwickelt: Die Linclamp K-SMA und die Linclamp G-SMA sind zwei Prototypenreihen, deren Hauptantrieb durch Formgedächtnislegierungen anstatt mit pneumatischen Elementen realisiert wurde.

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Doch was sind Formgedächtnislegierungen überhaupt? Formgedächtnislegierungen (FGL) sind smarte Materialien, die beim Überschreiten einer kritischen Temperatur linear eine Phasenumwandlung durchführen. Dadurch kommt es zu einer Änderung der Gestalt, die mit einer enormen Krafterzeugung einhergeht. Bild 2 zeigt ein einfaches Beispiel: Der unscheinbare Draht wird in ein Becken mit 90 °C warmem Wasser gelegt. Nach nur 34 ms ist er bereits in eine vorher eingeprägte Form, die einer Büroklammer, umgewandelt.

Zwei Konzepte für den Klemmvorgang

Diesen Effekt zeigt Bild 3 schematisch: Hier wird ein gerader FGL-Draht mit einer Stahlfeder vorgespannt. Erhitzt man das System (durch warme Medien oder durch elektrischen Stromfluss), wandelt es sich in eine Kurzform des Drahtes. Hierbei ändert sich der elektrische Widerstand dieses smarten Werkstoffes so stark, dass man diesen als Zustands- oder Wegsensor direkt mit verwenden kann.

Der Effekt wird heutzutage in Elektronikprodukten wie Tablets, Ventilsteuerungen oder Türschließsystemen in Serie eingesetzt, wobei die Zyklenzahlen 250.000 Schaltvorgänge überschreiten. Die beiden entwickelten Prototypenreihen nutzen unterschiedliche Konzepte zur Realisierung des Klemmvorgangs.

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