Auslegungsmethoden für neuartige, energieeffiziente, geschlossene Dehnstoffaktoren mit hoher Kraftwirkung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Groche
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386708634

Im Zuge der automatisierten Prozessketten der Industrie 4.0 spielt die Anpassbarkeit von Maschinen und Prozessen auf Veränderungen der Umgebungsbedingungen eine große Rolle. Es gilt Störgrößen auszuregeln und Temperaturveränderungen bzw. Verschleiß zu kompensieren. Diese Störgrößen können unbeachtet zu einer übergeordneten Beeinträchtigung der Prozesskette führen. Zur Kompensation sind neben Sensoren Aktoren von zentraler Bedeutung. Für die Integration in verschiedenste Anlagen und Einbausituation ist ein möglichst kompakter und gleichzeitig robuster Aufbau notwendig. Zudem sind signifikante Stellkräfte erforderlich, um in hochsteifen Systemen erfolgreich eine Stellbewegung umzusetzen.In der ersten Phase des Forschungsvorhabens wurden die Grundlagen hinsichtlich Auslegung und Umsetzung des paraffinbasierten Dehnstoffaktors in geschlossener Gehäusebauweise gelegt. Es wurde ein Gehäuse aus zwei tiefgezogenen Näpfen entwickelt, welches über eine schneidende Dichtung abgedichtet und per Laserschweißen formschlüssig versiegelt wird. Der eingeschlossene Dehnstoff realisiert unter Wärmezufuhr die erforderlichen Stellkräfte von über 50 kN. Durch ein entwickeltes selbsthemmendes Keilgetriebe werden diese nach Stopp der Energiezufuhr aufrechterhalten. Für den Aktor wurden Gestaltungsrichtlinien abgeleitet und ein präzises numerisches Modell zur Vorhersage des Aktorverhaltens auf Basis des charakterisierten Materialverhaltens von Paraffin aufgebaut. Weiterhin wurde eine Fertigungskette erfolgreich umgesetzt. Gesamtheitlich konnte das besondere Potential des Dehnstoffaktors zur Beeinflussung hochsteifer Systeme aufgezeigt werden.Die zweite Projektphase zielt darauf, die gewonnen Erkenntnisse zu vertiefen und die aufgezeigten Potentiale systematisch weiterzuentwickeln. Hierzu ist zunächst die Linearisierung des Kennlinienfeldes der Dehnstoffaktoren geplant. Es werden vielfältige Ansätzen, wie z. B. die Anpassung von Gehäusegestaltung und –material oder die Entwicklung von dotierten Paraffingemischen untersucht. Das zweite Kernthema ist die Entwicklung doppeltwirkender Dehnstoffaktoren. Diese verfügen über ein weiterentwickeltes Keilgetriebe, welches durch getrennt Heizzonen und Paraffinkammern einen Rückhub umsetzen kann. Hierzu werden zudem aktive Beheizungskonzepte für gesteuerte Bewegungen entwickelt. Drittes Kernziel ist die Adaption des gesamten Aktorkonzeptes auf weitere Gehäusegeometrien, wie bspw. einer Kreisringgeometrie. Diese kann als eine aktive Unterlegescheibe zur Verspannung von Schraubenverbindungen eingesetzt werden. Abschließend werden die Erkenntnisse an drei Demonstratoren umgesetzt, welche zudem das weitere Verwendungspotential aufzeigen.Gesamtheitlich stellt das vorliegende Forschungsvorhabend den notwendigen zweiten Schritt zur Qualifikation des Dehnstoffaktors zur allgemeinen Anwendung dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen