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SMA-Metalle

Formgedächtnislegierungen (englisch shape memory alloy, Abkürzung SMA) werden oft auch als Memorymetalle bezeichnet. Dies basiert auf der physikalischen Eigenschaft, dass sie sich an ihre ursprüngliche Form trotz starker Verformung scheinbar „erinnern“ können.
Die temperaturabhängige Gitterumwandlung zweier verschiedener Kristallstrukturen (allotrope Umwandlung) eines Werkstoffes ist die Basis für diese Formwandlung. Es gibt die Austenit genannte Hochtemperaturphase und den Martensit (Niedertemperaturphase). Beide können durch Temperaturänderung ineinander übergehen (Zweiwegeffekt). Die Strukturumwandlung ist unabhängig von der Geschwindigkeit der Temperaturänderung. Zur Einleitung der Phasenumwandlung sind die Parameter Temperatur und mechanische Spannung gleichwertig. Das heißt die Umwandlung kann nicht nur thermisch, sondern auch spannungsinduziert herbeigeführt werden. Letzteres macht sich die Technologie von Alfmeier zunutze.

Quelle: Wikipedia, ©Degreen.Degreen, Cepheiden

Nutzbare Effekte
SMA-Drähte können sehr große Kräfte ohne auffallende Ermüdung Bewegungszyklen übertragen. Im Vergleich zu anderen Aktuator-Werkstoffen weisen sie mit Abstand das größte spezifische Arbeitsvermögen auf und können mehrere Millionen Zyklen lang funktionieren. Grundsätzlich können alle Formgedächtnislegierungen alle Formgedächtniseffekte ausführen.

Einweg-(Memory)-Effekt
Der Einwegeffekt ist durch eine einmalige Formänderung beim Aufheizen eines zuvor im martensitischen Zustand verformten Drahtes gekennzeichnet. Er gestattet nur eine einmalige Formänderung. Das erneute Abkühlen bewirkt keine Formänderung, nur eine intrinsische Gitteränderung. Will man nun Formgedächtnislegierungen auch für die Aktuorik, z. B. als Stellelement, nutzen, muss das Bauelement wieder in seine „Kaltform“ zurückkehren können. Dies ist z. B. mit einem Rückstell-Element in Form einer Feder möglich.

Zweiweg-(Memory)-Effekt
Formgedächtnislegierungen können sich durch den Zweiweg-Effekt auch an zwei Formen – eine bei hoher und eine bei niedriger Temperatur – „erinnern“. Damit das Bauelement beim Abkühlen seine definierte Form wieder einnimmt, muss es durch thermomechanische Behandlungszyklen „trainiert“ werden. Dies bewirkt die Ausbildung von Spannungsfeldern im Material, die die Bildung von bestimmten Martensit-Varianten beim Abkühlen fördern. Somit stellt die trainierte Form für den kalten Zustand lediglich eine Vorzugsform des Martensit-Gefüges dar. Die Umwandlung der Form kann beim intrinsischen Zweiwegeffekt nur stattfinden, wenn keine äußeren Kräfte entgegenwirken. Daher ist das Bauelement beim Abkühlen nicht in der Lage, Arbeit zu verrichten.
Quelle: Wikipedia

Max Planck-Institut zum Thema SMA

Am Beispiel eines alltägliche gegenstandes, einer Büroklammer, wird aus wissenschaftlicher Sicht die Funktion eines SMA-Drahtes anschaulich erklärt.
>> Zum Video auf Youtube

ProSieben Galileo – 08-2011 - Gedächtnismetall

Mit einigen Experimenten und an Hand der bekannten Büroklammer zeigte ProSieben in einer Galileo-Folge im August 2011 wie die Legierung Nitinol funktioniert.
>> Zum Video auf prosieben.de

SMA-Aktuatoren der Alfmeier Gruppe

Mit langjähriger Erfahrung und hoher Engineeringkompetenz wurden in der Alfmeier Gruppe Aktuatoren und Ventile mit SMA-Technologie entwickelt, um schwere, geräuschintensive und mehr oder weniger ungenaue elektromagnetische Ventile zu ersetzen. Die innovativen Stellelemente erzeugen mit feinsten Drähten aus Memory-Metallen (spezielle Nickel-Titan-Legierungen) präzise steuerbare, mechanische Kräfte und Bewegungen – ohne den aufwändigen Einsatz zusätzlicher Sensorik.

SMA-Ventil Butterfly der ersten Generation

Mit Aktuatoren und Ventilen auf Basis von sogenannten Memory-Metallen konnte Alfmeier in der Automobilindustrie einen grundlegenden Standard im Premium- und Volumensegment setzen und bietet als weltweit einziger Hersteller diese innovativen Ventile an, die herkömmlichen Lösungen bei Gewicht, Größe, Funktionalität und Leistungsdichte deutlich überlegen sind. Diese Ventil- und Aktuatoren-Lösungen auf Basis von Memory-Metallen bzw. Formgedächtnislegierungen (= Shape Memory Alloy; SMA-Technologie) sind zugleich die Schlüsseltechnologie, die es Alfmeier ermöglicht, nunmehr auch ganz neue Branchen und Anwendungsfelder, wie die Medizin- und Umwelttechnik, oder bei neuartigen Mikrokameras für Smartphones mit Autofokus- und optischer Bildstabilisierungen neuartige Anwendung zu erschließen.

Mikrokamera-Aktuatorik für Smartphones mit Autofokus- und optischer Bildstabilisierung

Die Alfmeier Gruppe schafft damit eine komplett neue industrielle Querschnittstechnologie. Im Firmenverbund der Unternehmensgruppe ist die Actuator Solutions GmbH der hochspezialisierte Partner für Weiterentwicklung und industrielle Serienproduktion.

SMA-Aktuatorik im neuen Porsche 911 Turbo

Ein intelligentes Steuergerät mit integrierter SMA-Aktuatorik regelt die geschwindigkeitsabhängigen Stellungen des Heckspoilers.