Smarte Aktoren schonen die Umwelt

Von bleifreien Piezomaterialien bis zu neuen Bremsen für Elektroautos

Der Begriff „Smarte Aktoren“ löst bei vielen Ingenieuren keine klare Vorstellung aus, was sich dahinter verbirgt. Dabei finden Aktoren, die weder an Elektromotoren noch an fluidtechnische Antriebe erinnern, bereits millionenfach in Autos und Kameras Verwendung. Hinzu kommen Anwendungen in kleineren Stückzahlen, dafür aber mit Hightech-Anspruch – zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt. Die hier exemplarisch gezeigten „Leckerbissen“ für kreative Produktentwickler werden auf der Kongressmesse ACTUATOR präsentiert, die vom 13. bis 16. Juni in der MESSE BREMEN stattfindet.

Elektroautos unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich des Antriebsaggregates von konventionellen Personenkraftwagen, sondern auch in Bezug auf die Bremsen sowie die Fahrwerksdämpfung. Die Gründe liegen auf der Hand: Dezentrale Elektromotoren, in zwei oder sogar allen vier Radnaben, beanspruchen den Raum, in dem heute allein die Radlager und Bremsen untergebracht sind. Zugleich erhöhen die Radnabenmotoren die ungefederten Massen, wodurch der Ruf nach leistungsfähigeren Dämpfungssystemen lauter wird. Gefragt sind Dämpfer mit adaptiver Wirkung, um besser mit unterschiedlichen Beladungszuständen und Fahrbahnqualitäten fertig zu werden. Geforscht wird aber auch an Betriebs- und Feststellbremsen, die sich raumsparend in die Radnabenantriebe integrieren lassen. Ein französisches Forscherteam berichtet auf der ACTUATOR über Tests mit magnetorheologischen Bremsen, die dank einer piezoaktorischen Schwingungsanregung eine erhöhte Effizienz besitzen. Diese Bremsen können kleiner und leichter dimensioniert werden und leisten damit einen Beitrag zum Erreichen einer nachhaltig vertretbaren Mobilität.

Dass der Weg dorthin kein leichter, geschweige denn ein kurzer ist, darin sind sich nahezu alle Experten einig. Insofern steht die Erforschung umweltverträglicherer Systeme für Verbrennungsmotoren – parallel zur Entwicklung der Elektromobilität – weiterhin hoch im Kurs. Dazu leistet die TU Darmstadt mit ihrem von Professor Dr. Jürgen Rödel geleiteten Fachgebiet „Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe“ wertvolle Beiträge. Vor allem hinsichtlich der Substitution des giftigen Schwermetalls Blei, das in vielen piezokeramischen Werkstoffen enthalten ist. Professor Rödel weist mit seinem Forscherteam einen Weg hin zu bleifreien Piezoaktoren. Dabei setzen die Materialwissenschaftler der TU Darmstadt auf Barium-Titanat mit komplexen Rezepturen. Damit soll es möglich werden, Injektoren für die Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff und die Ultraschallsensoren von Einparkhilfen ‚bleifrei‘ herzustellen.

Auf weitaus größere Fahrzeuge fokussiert die Erforschung der verbesserten Steuerung von schweren Bau-, Forst- und Landmaschinen. Deren Fahrer steuern die mobilen Arbeitsmaschinen per Joystick und verlieren dadurch das Fingerspitzengefühl, das sie für den sicheren Einsatz jedoch dringend brauchen. Joysticks mit haptischer Rückmeldung, für die Steuerung der servohydraulischen Radial- und Axialantriebe sollen künftig die Sicherheitslücke schließen. Solche Joysticks geben dem Fahrer das Gefühl zurück, ob sein Bagger gerade nach lockerem Geröll greift oder in Begriff ist, einen Abwasserkanal zu zerstören. Dafür setzen die Forscher auf magnetorheologische Elastomere, welche die Joysticks fühlbar beeinflussen: Dringt die Baggerschaufel mit Leichtigkeit ins Erdreich ein, lässt sich der Joystick spielerisch leicht bewegen. Leistet der Untergrund hingegen Widerstand, erfordert auch das Bewegen des Joysticks Kraft.

Der Bogen der Konferenz mit der begleitenden Fachausstellung ist weit gespannt. Rund 85 Vorträge bilden das gesamte Feld der 'Neuen Aktoren' – einschließlich der Mikro- und Nanopositioniertechnik, der Mikrofluidik und der Adaptronik ab. Ergänzt werden die Vorträge von rund 60 Poster-Präsentationen aus aller Welt. Zu den „unkonventionellen“ Aktoren, gehören auch Antriebe auf der Basis von Formgedächtnis-Metallen und elektroaktiven Polymeren, wie auch linear und rotativ arbeitende Piezoaktoren, elektro- und magneto-rheologische Systeme, Magnetaktoren, Ultraschall-Aktoren und Lösungen für das haptische Feedback.

Die Konferenz und die Ausstellung finden von Montag bis Mittwoch, 13. bis 15. Juni 2016, in der Messe Bremen statt. Informationen finden Sie im Internet unter: www.actuator.de.

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