Produkte aus Nitinol oder Formgedächtnislegierungen sind mittlerweile in vielen Bereichen des täglichen Lebens zu finden.
Das größte Einsatzgebiet ist bis heute die Medizintechnik, mittlerweile finden sich aber auch Anwendungen in anderen Märkten
wie z.B. in der Industrie, der Gebäudetechnik, der Luft- und Raumfahrt oder im Automotive-Bereich.
FGL – Formgedächtnislegierung
Formgedächtnislegierungen (kurz FGL) finden vielfältige Anwendung in unterschiedlichen Branchen, von der Medizintechnik, der Automobilindustrie bis hin zur Luft- und Raumfahrt. Bei Formgedächtnislegierungen handelt es sich um metallische Werkstoffe, die sich nach einer scheinbar plastischen Verformung oder großen elastischen Verformung an ihre Ursprungsgestalt zurückerinnern können und dadurch reversible Dehnungen bis zu 8-10% ermöglichen. Es existieren Eisen- und Kupfer-basierte FGL. Aufgrund eines ganz besonderen Eigenschaftsprofils haben sich jedoch die Nickel-Titan FGL (NiTi, Nitinol) in der Welt mit großen Abstand gegenüber den anderen FGL durchgesetzt.
Ursächlich für die Technologie hinter einer Formgedächtnislegierung ist eine Festkörperphasenumwandlung im Metall zwischen zwei Kristallstrukturen. Diese Strukturen werden mit Martensit (Tieftemperaturphase) und Austenit (Hochtemperaturphase) bezeichnet. Je nach Legierungszusammensetzung, Umgebungstemperatur und Beanspruchungszustand treten unterschiedliche Effekte auf. Diese werden in der Formgedächtnistechnik für technische Systeme auf unterschiedliche Weise intelligent genutzt. FGL-Spezialisten können im Rahmen physikalischer Grenzen die Materialeigenschaften kundenspezifisch einstellen.
Durch ihre funktionellen Eigenschaften eignen sich Formgedächtnislegierungen beispielsweise für Anwendungen in der Aktorik sowie für Bauteile, die eine große reversible Verformung aufweisen müssen. Führungsdrähte in Kathetern oder Wurzelkanalfeilen sind solche Bauteile aus Formgedächtnislegierungen in der Medizintechnik.
Im Vergleich zu anderen Funktionswerkstoffen weisen FGL eine hohe Aktivierungsspannung bei gleichzeitig hoher Aktivierungsdehnung auf. Hieraus resultieren hohe Stellkräfte und Stellwege bei sehr geringem Materialeinsatz. FGL-Federn können z.B. Ventile automatisch öffnen oder schließen, sobald die Temperatur ihres Umgebungsmediums einen bestimmten Wert, die Austenit-Start-Temperatur, überschreitet.
Die Ingpuls GmbH – Experte im Bereich FGL
Ingpuls aus Bochum entwickelt und produziert in Deutschland Formgedächtnislegierungen. 2009 aus dem Institut für Werkstoffe der Ruhr-Universität Bochum als SpinOff gegründet, ist die Ingpuls GmbH heute der einzige FGL-Hersteller Europas, der vom Schmelzen bis zur Komponentenfertigung alle Prozesse unter einem Dach vereint.
Ingpuls designt auf Kundenwunsch unter Einsatz modernster Herstellungs- und Charakterisierungsmethoden Formgedächtnislegierungen mit maßgeschneiderten Eigenschaften, die unsere Kunden für den Einsatz in ihren Produkten benötigen. Im Anschluss an eine erfolgreiche Produkt- und Prozessentwicklung sind wir in der Lage, entweder als Einzelteil oder Kleinserie (z.B. für Raumfahrtanwendungen) oder aber im Großserienmaßstab (z.B. für die Automobilindustrie) prozesssicher zu produzieren. Von der Idee bis zum Serienprodukt begleiten wir unsere Kunden zuverlässig und kompetent, damit Sie sich auf Ihre Kernkompetenzen konzentrieren können, aber gleichzeitig die Vorteile der Formgedächtnislegierungen in ihren Produkten zur Entfaltung bringen.
Eigenschaften von Formgedächtnislegierungen (FGL)
Durch die besonderen Eigenschaften von Formgedächtnislegierungen, lohnt sich ihr Einsatz in der industriellen Anwendung.
Kräfte & Stellweg
Der Kraft und Stellwegverlauf in FG-Systemen wird nicht linear erzeugt, sondern diskret. Formgedächtnislegierungen vermeiden damit ungewollte Stellvorgänge.
LEBENSDAUER
Neben der funktionellen und strukturellen Stabilität sind Formgedächtnislegierungen extrem korrosionsbeständig und eignen sich so für den dauerhaften Einsatz auch unter extremen Bedingungen.
Zuverlässigkeit
Richtig hergestellt und ausgelegt behalten Formgedächtnislegierungen ihre funktionellen Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer und verrichten somit auch bei hohen Zyklenzahlen N>10Mio zuverlässig ihre Arbeit.
Schaltdynamik
Elektronisch aktiviert können FGL-Elemente variable Schaltdynamiken realisieren. Obwohl sie thermische Aktoren sind, können kleinste Elemente im µs Bereich aktuieren und Schaltfrequenzen im Hz-Bereich erzielen.
Gewicht & Bauraum
Unter den Funktionswerkstoffen verfügen FGL über die größte Energiedichte. Die Funktionsintegration in den Werkstoff ermöglicht Produkte auf kleinstem Bauraum mit geringstem Gewicht zu realiseren.
Geräuschemission
Die Phasenumwandlung in FGL erzeugt keine Geräusche im für Menschen hörbaren Spektrum. Aktoriken können daher nahezu geräuschlos arbeiten und leisten einen wichtigen Beitrag zum Anwenderkomfort.
Medienbeständigkeit
FGL können durch ihre gut haftende Passivschicht in vielen Medien vielseitig eingesetzt werden.
Ruhige Bewegung
FGL arbeiten erschütterungsfrei und erledigen ihre Arbeit kontinuierlich.
Nicht Magnetisch
FGL sind nicht magnetisch und können so unbedenklich in Kombination mit magnetischen Bauteilen eingesetzt werden
Unser FGL Wiki
Die Formgedächtnistechnologie revolutioniert die Möglichkeiten, welche in den einzelnen Branchen zur Verfügung stehen. Was aber steckt dahinter?
Im FGL-Wiki finden Sie eine Vielzahl von erklärenden Fachbegriffen, die Beiträge werden kontinuierlich erweitert und aktualisiert.
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Formgedächtnislegierung einfach erklärt
FGL in der Medizin
Formgedächtnislegierungen bzw. Nitinol sind in der Medizintechnik bereits seit Jahrzenten etabliert – mehr dazu hier.
FGL im Auto
Die Anwendungen im Auto sind vielfältig: Von der Elektromobilität, über das Thermomanagement, bis hin zur Aktorik oder Sensorik.
FGL in der Industrie
Ob in der Kraftwerkstechnik, im Maschinen- und Anlagenbau oder in der Robotik – hier kann FGL helfen..
Was sind Formgedächtnislegierungen?
Bei Formgedächtnislegierungen handelt es sich um metallische Werkstoffe, die sich nach einer scheinbar plastischen Verformung an ihre Ursprungsgestalt zurückerinnern können.
Was sind Halbzeuge auf Basis von FGL?
Halbzeuge sind Rohmaterialformen in einer grundlegenden geometrischen Form, wie z.B. zylinderförmige Abgüsse, Stäbe, Drähte, Bleche oder aber Pulver. Bereits ein Halbzeug kann auf kundenspezifische Anforderungen hergestellt werden, so dass hieraus eine große Bandbreite an Produkteigenschaften resultiert.
Wie werden Formgedächtnislegierungen charakterisiert?
Da Formgedächtnislegierungen Funktionswerkstoffe sind geht die Analytik hierbei weit über das hinaus, was in der Regel bei Strukturwerkstoffen gängige Praxis ist. Neben der Ermittlung klassischer Materialparameter wie E-Modul oder Zugfestigkeit müssen bei FGL eine große Anzahl weiterer Parameter ermittelt werden, um eine FGL angemessen und eindeutig zu beschreiben. Zu den Methoden, die hierfür eingesetzt werden, zählen u.a. differenzkalorimetrische Messungen, temperierte Zugversuche, rasterelektronen- und lichtmikroskopische Analysen. Zudem finden Untersuchungen von FGL-Aktorsystemen in der Regel in speziell dafür angefertigten Prüfvorrichtungen oder in Klimakammern statt.
Welche Eigenschaften haben Formgedächtnislegierungen?
Formgedächtnislegierungen haben die besondere Eigenschaft sich nach großen „scheinbar“ plastischen Verformungen, in eine Ursprungsgeometrie zurückverformen zu können. Es gibt Materialien, die bei der Anwendungstemperatur als metallischer Werkstoff gummiartig verformt werden können und Materialien, die den Ein- bzw. den Zweiwegeffekt zeigen. Bei dem Ein- bzw. Zweiwegeffekt kann ein Bauteil zunächst verformt werden und nimmt seine Ausgangsgeometrie wieder ein, sobald es erwärmt wird.
In welchen Branchen werden Formgedächtnislegierungen eingesetzt?
Formgedächtnislegierungen werden auch als Querschnittstechnologie bezeichnet, da sie in vielerlei Branchen eingesetzt werden können. Neben der Medizintechnik, in der Formgedächtnislegierungen als Nitinol schon seit den 60er Jahren etabliert sind, finden FGL ihre Anwendung auch in der Industrie, Luft- und Raumfahrt, Konsumelektronik, Gebäudetechnik, in Haushaltsgeräten oder im Bereich Automotive
Wie gehe ich vor, wenn ich Formgedächtnislegierungen in meinem System einsetzen möchte?
Sprechen Sie uns gerne an! Möglicherweise können Sie uns bereits spezifische Details und Hintergrundinformationen zu Ihrem Projekt mitteilen? Dann stellen wir Ihnen einen strukturierten Anforderungskatalog zur Verfügung, mit dem wir Ihr Anliegen umgehend prüfen können.
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