Aktualisiert: 2023-07-02
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Vom Material zur Produktinnovation
Schlüsselwort: Formgedächtnislegierungen
Vom Material zur Produktinnovation
Vom Material zur Produktinnovation
Smart Materials
Das Buch bietet eine grundlegende Einführung in die verschiedenen Klassen adaptiver Materialien. Dabei werden sowohl die besonderen Materialeigenschaften als auch die vielfältigen Möglichkeiten zur Realisierung neuer Produkte dargestellt.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Smart Materials
Das Buch bietet eine grundlegende Einführung in die verschiedenen Klassen adaptiver Materialien. Dabei werden sowohl die besonderen Materialeigenschaften als auch die vielfältigen Möglichkeiten zur Realisierung neuer Produkte dargestellt.
Aktualisiert: 2023-04-30
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Numerische Auslegung und Entwicklung von adaptiven Strukturen auf Basis von Formgedächtnislegierungen am Beispiel textilverstärkter Elastomerkomposite
In dieser Arbeit erfolgt die experimentell-numerische Untersuchung und Entwicklung integral fertigbarer adaptiver Strukturen auf Basis faserverstärkter Elastomerverbunde.
Dafür werden aktive Bewegungsmechanismen auf Basis eines aktiv verformbaren Biegebalkens analysiert und umsetzbare Funktionsmuster konzipiert. Unter Verwendung der Mehrlagenflachstricktechnik werden textile Verstärkungshalbzeuge mit gradienten Eigenschaften und integrierten Formgedächtnislegierungen entwickelt und hergestellt, die mittels Vakuuminfiltrationstechnik mit Silikon infiltriert und zu Elastomerverbunden konsolidiert werden. Nach der experimentellen Untersuchung der aktiven Verformungsmechanismen erfolgt die Modellierung auf Basis der Finite-Elemente-Methode, sowie die Gegenüberstellung mit den experimentellen Ergebnissen. Schließlich werden Parameterstudien zu den Bewegungsmechanismen durchgeführt und Gestaltungsempfehlungen formuliert.
Diese Dissertation entstand im Rahmen des Graduiertenkollegs 2430 "Interaktive Faserelastomerverbunde" am Institut für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Verbundstrangpressen adaptiver Leichtbaukomponenten aus Aluminium und Formgedächtnislegierungen
Im Verbund mit Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium oder Magnesium zeigen Formgedächtnislegierungen ein hohes Potenzial. Sogenannte Formgedächtnis-Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe zeichnen sich insbesondere durch verbesserte mechanische Eigenschaften und eine erweiterte Funktionalität aus. Das kontinuierliche Verbundstrangpressen bietet eine flexible und wirtschaftliche Möglichkeit zur Herstellung von Verbundprofilen mit eingebetteten Formgedächtnis-Drähten. Durch eine gezielte Positionierung sowie eine umformtechnische Weiterverarbeitung lassen sich so adaptive Leichtbauprofile herstellen. Bei einer thermischen Aktivierung sind die Profile in der Lage eine Auslenkung zu vollziehen oder mit einer Änderung ihrer mechanischen Eigenschaften auf die Temperaturerhöhung zu reagieren.
Im Rahmen der Arbeit werden sowohl experimentelle als auch analytische und numerische Methoden zur Bauteilauslegung vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass aufgrund des hohen Drucks bei gleichzeitig hoher Temperatur während der Fertigung eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Verbundpartnern erzeugt werden kann. Diese ist in der Lage, die durch die Drähte erzeugte Spannung auf die Matrix zu übertragen. Durch eine exzentrische Positionierung der Drähte kann dadurch innerhalb der vorgedehnten Verbundprofile ein Biegemoment erzeugt werden. Die Höhe des angreifenden Biegemoments wird insbesondere durch die Höhe der angreifenden Aktivierungsspannung des Drahtes definiert. Diese wiederum unterliegt zahlreichen thermomechanischen Einflussfaktoren entlang der betrachteten Prozesskette. Unter Berücksichtigung dieser Einflüsse kann das Verhalten der gefertigten Biegeaktuatoren mithilfe der entwickelten analytischen und numerischen Methoden vorhergesagt werden.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Vom Material zur Produktinnovation
Formgedächtnisaktorsysteme als Enabler für smarte Produkt-Service-Systeme
Unternehmen stehen vor vielfältigen Herausforderungen, welche neue technologische Lösungen erfordern. Eine mögliche Antwort sind kompakte, leichte und intelligente formgedächtnislegierungsbasierte (FGL) Aktorsysteme. Derzeit werden solche Systeme aufgrund der Kosten und Komplexität selten von Unternehmen eingesetzt. Ein Grund hierfür sind sachleistungsorientierte Geschäftsmodelle, welche die Regel sind und dem Potenzial von FGL nicht gerecht werden.
Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Unter Berücksichtigung neuer technologischer Trends und dem Umdenken in Bezug auf die technischen Eigenschaften ist das Ziel, neue Anwendungsmöglichkeiten von NiTi-FGL-Aktoren aufzuzeigen, welche dienstleistungsorientierte Geschäftsmodelle ermöglichen.
Die Forschungslandschaft zeigte, dass insbesondere die Sensoreigenschaften und die thermische Sensibilität der FGL ein hohes Innovationspotenzial haben, wobei wesentliche Untersuchungen fehlten. Experimentell wurden daher die Fähigkeit zur Zustandsüberwachung anhand des elektrischen Widerstandes validiert, sowie zur Regeneration durch die elektrische Wärmebehandlung technisch und wirtschaftlich untersucht. Darauf aufbauend wurden dann systematisch die Dienstleistungspotenziale anhand repräsentativer FGL-Produkte - basierend auf Expertenwissen - analysiert. Hier zeigte sich, dass insbesondere die elektrisch aktivierten FGL-Aktoren vielfältige Dienstleistungen möglich machen.
Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Überführung von Dienstleistungspotenzialen, wurde ein FGL-spezifischer Geschäftsmodellbaukasten entwickelt und durch Geschäftsmodelloptionen konkretisiert. Dieser kann Unternehmen bei der Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle helfen. Die Methodik wurde dann an einem Fallbeispiels der kunststoffverarbeitenden Industrie diskutiert.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Vom Material zur Produktinnovation
Elastokalorisches Kühlen mit Ni-Ti-basierten Formgedächtnislegierungen: Thermodynamische Analyse, experimentelle Untersuchungen, Prozessoptimierung
Elastokalorisches Kühlen ist eine neue Technologie, die eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen kältekompressionsbasierten Kühlsystemen darstellt. Bevor jedoch erste Systeme entwickelt werden können, muss ein Grundverständnis von Materialien und Prozessen geschaffen werden. Hierzu soll diese Arbeit durch die Entwicklung optimierter thermodynamischer Kreisprozesse und einer umfassenden experimentellen Untersuchung elastokalorischer Materialien und Prozesse einen Beitrag leisten. Mittels einer graphischen Analysemethode werden die Prozessvarianten bewertet und verglichen, um so eine optimale Prozessführung zu identifizieren, die sowohl hohe Kühlleistungen ermöglicht, als auch die Effizienz des Kühlprozesses optimiert. Zur experimentellen Untersuchung von Materialien und Prozessen wurde eine wissenschaftliche Testplattform entwickelt. Mit der Anlage wird der Einfluss von Material, thermodynamischen Kreisprozessen, Prozesssteuerung sowie den thermischen Randbedingungen auf die Prozessgrößen differenziert untersucht.
Aktualisiert: 2020-12-08
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