Zuverlässigkeitstechnik bei Formgedächtnisaktoren: Entwicklung von Prüfstandstechnik und Erprobungsprogramm

Zusammenfassung

Innerhalb der letzten Jahre wurde eine Vielzahl an verschiedenen Formgedächtnisaktoren (FG-Aktoren, smarte Aktoren) entwickelt und getestet. Diese smarten Aktoren weisen bei gleicher Funktionsumsetzung gegenüber konventionellen Aktoren nutzbare Vorteile wie verringerter Bauraum sowie verringertes Gewicht auf, arbeiten geräuschlos und können zusätzlich auch als Sensor eingesetzt werden. Einige entwickelte FG-Aktoren wurden bereits in hohen Stückzahlen für industrietaugliche Lösungen produziert, die Substitution findet jedoch bisher nur bedingt Anwendung. Die Ursache dafür ist die mangelnde Akzeptanz aufgrund einer nicht vorhandenen Normierung für Prüfstände, Prüfbedingungen und Prüfpläne. FG-Aktoren unterliegen vielen Einflussfaktoren wie beispielsweise dem nutzbaren Stellweg, der nutzbaren Stellkraft, elektrischer Aktivierungsleistung, thermischer und mechanischer Belastung, diverser Umgebungseinflüsse usw. Dabei steigt jedoch die Anzahl notwendiger Tests exponentiell mit der Anzahl der Einflussfaktoren. Hersteller von FGAktoren entwickeln individuelle und spezialisierte Versuchsstände, welche sich in Aufbau, Prüftechnik und möglichen Einflussgrößen unterscheiden, wodurch ein einheitlicher und reproduzierbarer Vergleich unterschiedlicher Messreihen derzeit nicht durchgeführt werden kann. Weiterhin benötigen Lebensdauerversuche von FG-Aktoren, die beispielhalber 250.000 Belastungszyklen ertragen sollen, mehrere Testmonate, wohingegen konventionelle Aktoren mit denselben Anforderungen in wenigen Tagen getestet werden können.

Das Ziel des Beitrags ist es die Entwicklung von standardisierten Prüfständen und Prüfplänen für einheitliche Qualitäts-, Zuverlässigkeits- sowie Lebensdauertests voranzutreiben. Dazu zählt die Spezifizierung von kritischen Prüfkomponenten zur Konzipierung eines universellen Versuchsstandes für die Durchführung dieser Tests.

In diesem Beitrag wird ein Technologievergleich zwischen konventionellen Aktoren und FG-Aktoren sowie mögliche Einsatzgebiete für smarte Aktoren dargestellt. Im Kontext dazu wird diskutiert, ob neue Erprobungsinhalte im Vergleich zu konventionellen Aktoren erforderlich sind und wie ein entsprechender, möglichst reduzierter Versuchsplan definiert sein kann. Es werden Konstruktion sowie Aufbau eines Prüfstandes und eine exemplarische Auswertung von Versuchsdaten in Form von Zeitreihen vorgestellt. Die Analyse der

Daten erfolgt anhand statistischer Methoden (z. B. Korrelationsanalyse), wodurch Aussagen über die Lebensdauer und Zuverlässigkeit getroffen werden können. Weiterhin wird auf Basis der statistischen Auswertung geprüft, welche Prüfparameter einen signifikanten Einfluss auf das Prüfverfahren sowie den FG-Aktor haben. Die Auswertung der Messdaten ermöglicht es zudem Muster im Verlauf zu beschreiben.

Die innerhalb dieses Beitrags vorgestellte, exemplarische Auswertung basiert auf Daten eines bereits existierenden Prüfstands für FG-Drähte. Die zukünftigen Prüfstände sind mit zusätzlicher Hardware, z. B. einer Klimakammer und Sensorik, ausgerüstet, um weitere Einfluss- und Prüfparameter zu ermöglichen und aufzuzeichnen.