Refine
Year of publication
Document Type
- Conference Proceeding (16)
- Article (8)
- Working Paper (4)
- Book (1)
- Part of a Book (1)
- Patent (1)
Language
- German (16)
- English (14)
- Multiple languages (1)
Keywords
- Actuators (1)
- Adaptive Steuerung (1)
- Additive manufacturing (1)
- Aktor (1)
- Aktuatorik (1)
- Bauelement (1)
- Bone Elongation (1)
- Bone elongation (1)
- Dynamic testing plant (1)
- Dynamic tests (1)
- Formgedächtniseffekt (2)
- Formgedächtnislegierung (1)
- Formgedächtnislegierungen (2)
- Functional materials (1)
- Grundwasserentnahme (1)
- Grundwassergewinnung (1)
- Intramedullary Nail (1)
- Joining Technology (1)
- Joining technology (1)
- Knochenverlängerung (1)
- Limb Lengthening (1)
- Limb lengthening (1)
- Marknagelung (1)
- Memory-Effekt (3)
- Memory-Legierung (4)
- Metal laser sintering (1)
- Monitoring sensor system (1)
- Ni-Ti wires (1)
- NiTi (1)
- Nitinol (2)
- Pedestrian safety system (1)
- Prüfgerät (1)
- Quick changing actuator (1)
- Rolling-contact fatigue (1)
- Selective laser melting (1)
- Shape memory (1)
- Shape memory alloy (1)
- Shape memory alloys (2)
- Sicherheitsmaßnahme (1)
- Smart materials (1)
- Thermal shape memory alloys (1)
- Third body (1)
- Top-of-rail conditioners (1)
- Wear (1)
- Weight reduction (1)
- Wheel-rail interface (1)
- Wärmekraftmaschinen (1)
In Anlehnung an das Tempcore-Verfahren wurde an wärmebehandeltem Stabstahl das Zugverfestigungsverhalten des Kernes, der Außenhaut sowie dem gesamten Stab experimentell und numerisch ermittelt. Es zeigte sich, dass die Dehnungen am Kern und am äußeren Rand gleich sind und der Einfluss des Kerngefüges entscheidend für den Beginn der Einschnürung in der Außenhaut ist. Eine Verbesserung der Eigenschaften des Kerngefüges kann somit die Bruchempfindlichkeit des gesamten Stabes reduzieren.
Adjusting the friction response of the wheel-rail interface is a key factor in the mitigation of wear and rollingcontact fatigue (RCF) in rails. The use of top-of-rail (TOR) friction conditioners has the potential to reduce maintenance costs significantly. Unfortunately, conflicting results on the use of commercial TOR conditioners have been presented in the literature. In this work, the performance of commercial TOR conditioners and a laboratory-made formulation were tested, both on the lab scale and in field measurements. Friction results are discussed together with the structural and chemical analysis of the tested materials.
These days, medical applications of shape memory alloys (SMAs) can be found in cardiovascular devices, gastroenterology and urology as well as in the area of orthopedic implants, orthodontic devices and clinical instrumentation. Their functional properties combined with excellent biocompatibility increase the possibility and the performance of minimally invasive surgeries. Overviews of existing applications can be found in [1-2]. Within the medical field, most of the applications with shape memory (SM) material take advantage of the superelasticity of NiTi SMAs. In contradiction to the superelastic or mechanical SM effect, the application described in this study uses the thermal SM effect for a new medical implant. Before explaining the SM driven intramedullary bone nail in detail, a short introduction to the bone elongation technique is given.
The background of this application on based in the medical fact that normally any tissue reacts to an injury with repair and healing processes through multiplication of cells. If after a transverse osteotomy a strain stimulus is activated, for example by tensile stress, this multiplication of cells and new formation of tissue may be continued for any length of time. Due to this mechanism, even considerable loss of bone caused by fractures or congenital defective positions, may be compensated without bone grafts. The technique of callus distraction by means of external fixation or intramedullary nail stimulates the formation of callus in the bone gap. Callus is the repair tissue of the bone generated in the fracture gap in case of bone fracture or osteotomy. The gap to be bridged should not be wider than 1 mm per day [3]. The process starts with the exudation of callus around the ends of the broken bone. At first, callus is more like a fibrous tissue. Later it hardens due to deposition of calcium and eventually it is converted into true bone. Three weeks after severance, the vascular system is formed. An overview of current bone lengthening techniques, also called callus distraction, can be found in [3]. External systems are normally used for the extension of bones, the bone fragments being fixed on rings by wires. The decisive disadvantages of those external systems are primarily the considerable risk of infection due to protruding wires, noticeable discomfort for the patient because of the external rings, a coarse cosmetic result because of scarring, as well as rather long hospitalization.
Therefore, internal bone extension systems are of great interest to orthopedic surgery.
Der Einsatz von adaptiv arbeitenden Sicherheitssystemen im Kraftfahrzeugbereich wird ständig zunehmen. Im vorliegenden Projekt soll ein einfach arbeitendes und schnellschaltendendes Aktorprinzip mit Hilfe des Einsatzes von Formgedächtniselementen realisiert werden. Ein solch kostengünstiges und sehr sicher arbeitendes System wird nicht nur vorhandene teure und aufwendige Systeme ersetzen können, sondern es wird auch durch die hohe Integrierbarkeit und günstige Recyclebarkeit den Einsatz von Aktoren im Kraftfahrzeugbereich erhöhen. Gegenstand dieses Projektes ist die werkstoffkundliche Entwicklung eines adaptiven Sicherheitssystems mit Formgedächtnislegierungen zum Einsatz in Kraftfahrzeugen. Durch die spontane Umwandlung der FGL beim Überschreiten einer kritischen Temperatur, können sehr schnell und funktionssicher Linearbewegungen ausgeführt werden. Das Problem der Langzeitstabilität des Formgedächtniseffektes soll in diesem Forschungsvorhaben betrachtet werden. Hierzu werden durch Auslagerungsversuche sowohl die Auswirkungen von Ausscheidungen, als auch die metallkundlichen Hintergründe für die Entstehung der Ausscheidungen betrachtet. Durch die Kenntnis der ablaufenden Vorgänge sollte es möglich sein Legierungen einzusetzen, welche die erforderliche Langzeitstabilität aufweisen. In einem weiteren Projektschritt sollen Schnellerwärmungssysteme entwickelt und erprobt werden, die es ermöglichen mit dem vorhandenen Bordstromnetz eine schnellstmögliche und sichere Erwärmung der FG-Elemente zu gewährleisten.
In the automotive industry a strong effort has been undertaken to reduce the weight of modern vehicles. In order to reduce the energy consumption and to improve the environmental sustainability, the importance of weight reduction activities is even growing faster. As lightweight designing is becoming more and more expensive and show less potential savings, new approaches are needed. One promising technology could be the use of shape memory elements. In the last years a lot of potential application possibilities were presented, demonstrating the benefit of these functional elements in automotive design solutions: they often reduce complexity, weight and design space of an actuation device and enable new functions. In addition they work silently and are therefore ideally suitable for comfort applications in the passenger cabin. Because of the current trend to electric vehicle the hitherto existing drawback of a high electrical energy consumption of shape memory actuators in some design proposals is not given any more.
In automotive a lot of electromagnetically, pyrotechnically or mechanically driven actuators are integrated to run comfort systems and to control safety systems in modern passenger cars. Using shape memory alloys (SMA) the existing systems could be simplified, performing the same function through new mechanisms with reduced size, weight, and costs. A drawback for the use of SMA in safety systems is the lack of materials knowledge concerning the durability of the switching function (long-time stability of the shape memory effect). Pedestrian safety systems play a significant role to reduce injuries and fatal casualties caused by accidents. One automotive safety system for pedestrian protection is the bonnet lifting system. Based on such an application, this article gives an introduction to existing bonnet lifting systems for pedestrian protection, describes the use of quick changing shape memory actuators and the results of the study concerning the long-time stability of the tested NiTi-wires. These wires were trained, exposed up to 4years at elevated temperatures (up to 140°C) and tested regarding their phase change temperatures, times, and strokes. For example, it was found that A P-temperature is shifted toward higher temperatures with longer exposing periods and higher temperatures. However, in the functional testing plant a delay in the switching time could not be detected. This article gives some answers concerning the long-time stability of NiTi-wires that were missing till now. With this knowledge, the number of future automotive applications using SMA can be increased. It can be concluded, that the use of quick changing shape memory actuators in safety systems could simplify the mechanism, reduce maintenance and manufacturing costs and should be insertable also for other automotive applications.
Thermal shape memory alloys show extraordinary material properties and can be used as actuators, dampers and sensors. Since their discovery in the middle of the last century they have been investigated and further developed. The majority of the industrial applications with the highest material sales can still be found in the medical industry, where they are used due to their superelastic and thermal shape memory effect, e.g. as stents or as guidewires and tools in the minimal invasive surgery. Particularly in recent years, more and more applications have been developed for other industrial fields, e.g. for the household goods, civil engineering and automotive sector. In this context it is worth mentioning that for the latter sector, million seller series applications have found their way into some European automobile manufacturers. The German VDI guideline for shape memory alloys introduced in 2017 will give the material a further boost in application. Last but not least the new production technologies of additive manufacturing with metal laser sintering plants open up additional applications for these multifunctional materials. This paper gives an overview of the extraordinary material properties of shape memory components, shows examples of different applications and discusses European trends against the background of the most recent standard and new production technologies.
A novel implant system for bone elongation will be presented. With this technique, the body's own bone material, so-called callus, can be formed by gradual distraction of the tubular bones, thus achieving an extension of femur and tibia bones. The driving principle of this fully implantable bone lengthening system is based on a shape memory element. During the surgical treatment, the intramedullary nail serves to stabilize the severed bone and enables the formation of new, endogenous bone material to lengthen the limbs or to bridge bone defects. The intramedullary nail is implanted into the medullary cavity and fixed at both ends with locking bolts. A receiver coil implanted under the skin receives the necessary energy twice a day through high-frequency energy transport to activate the thermal phase transformation of the shape memory element. This gradually increases the bone gap by 0.5 mm each time and stimulates callus formation. Consequently, osteoblasts or osteocytes are formed in the area of the desired bone extension and load-bearing bone material is formed. Three nail prototypes have already been tested for their functionality in a cadaver study in a German clinic. Currently a redesign of this intelligent implant system is underway, focusing on a novel coil geometry, a monitoring sensor system and control technology and a novel connection technology for the drive components. With this intelligent implant system, it will be possible for the first time to lengthen the bones in a patient-friendly manner and to continuously monitor, document and evaluate the entire lengthening process.
Mechanical properties after stretching testings were calcu-lated and experimentally determined via Tempcore method for bar core, bar surface and whole bar cross section. It was displayed on the base of experiments and imitating simulation that deformation in core and surface areas of a bar are equal and therefore influence of structural parameters in the core area is principally decisive for initiating of neck forming in the surface area. The results showed that resistance to destruction of martensite surface layer has rather less effect on bar properties in general in comparison with previous investigations. It is concluded that improvement of core structure quality can help to lower brittleness of the whole bar. It was also proved that used techniques provide good concordance between the obtained results and experimental data. Therefore, the additivity rule for structural components can be used successfully for determination of whole bar parameters, taking into account thickness of surface layer that can be measured easily using hardness sensor. It will simplify practically quality control of products.
Haarstylingutensil
(2022)
Formgedächtnislegierungen
(2018)
Formgedächtnislegierungen sind »Legierungen, die nach geeigneter Behandlung aufgrund einer martensitischen Umwandlung ihre Gestalt in Abhängigkeit von der Temperatur ändern«. Derartige Materialien werden in den nächsten Jahrzehnten eine wachsende Rolle in der Technik spielen. Um die Eigenschaften dieser Werkstoffe optimal nutzen zu können, ist es wichtig, den Einfluss des Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses auf ihre Anwendung zu kennen.
Das Buch behandelt die metallkundlichen Hintergründe und die Verwendungsmöglichkeiten der Formgedächtnislegierungen in verständlicher, auf den Anwender zugeschnittener Weise.
Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Linearantriebes mittels Formge-dächtnislegierungen (FGL) zur Knochenverlängerung und Defektüberbrückung ent-sprechend der Methode nach Betz und Baumgart. Der zu entwickelnde Linearantrieb sollte im Idealfall folgende Eigenschaften aufweisen: • mechanisch einfach aufgebaut • leicht zu miniaturisieren • großer Arbeitsweg • variable Positionierung • hohe Leistung • kostengünstig Zur Entwicklung eines derartigen FG-Marknagels sollten die folgenden Teilprobleme gelöst werden: • Auswahl einer geeigneten FGL zur Realisierung der benötigten Kräfte innerhalb der möglichen Temperaturdifferenz • Auswahl der Heizspirale und Messung der Aufheiztemperaturen an der Marknagel-oberfläche • Ausarbeiten der konstruktiven Lösung hinsichtlich der ermittelten Werte bezüglich des Verhältnisses Kraft/Weg • Werkstoffauswahl hinsichtlich der Implantierbarkeit, der Schweißbarkeit mit Laser und der Aufheizung • Mechanische Sicherung (Arretiermechanismus) bei Belastung der Extremität durch den Patienten und Entwicklung eines Rückstellmechanismus • Verbindungstechnik der Komponenten • Erprobung der entwickelten Prototypen in Labortests
Im modernen Automobilbau spielen Fussgängerschutzsysteme eine immer stärker werdende Rolle, um Verletzungen und Todesfälle bei Verkehrsunfällen mit Fussgängerbeteiligung zu reduzieren. Eines dieser Sicherheitssysteme ist die aktive Motorhaube. Durch die Verwendung von Formgedächtnislegierungen (FGL) als Aktoren können die bestehenden Systeme vereinfacht werden, wobei die gleiche Funktion durch neue Mechanismen bei reduzierter Grösse und Gewicht sowie verringerten Kosten ausgeführt werden kann. In diesem Beitrag werden nach einer Einleitung zu existierenden Systemen zur Motorhauben-Anhebung FG-Aktoren und deren potenzielle Einsatzmöglichkeiten in Automobilbau kurz vorgestellt.
Entwicklung einer neuartigen Prüfanlage zur Prüfung von Bauelementen aus Formgedächtnisteilen
(2004)
Im Rahmen des Forschungsvorhabens, unterstützt durch das Förderprogramm des BMBF „Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen“ (aFuE), soll eine voll automatisierte, universale Prüfanlage gebaut werden mit deren Hilfe es möglich ist, das Verhalten von Formgedächtnislegierungen (FGL) bei der Variation verschiedener Parameter zu ermitteln. Die Prüfanlage soll in erster Linie sehr genau die Phasenumwandlungstemperaturen der Formgedächtnislegierungen ermitteln, um damit einen tieferen Einblick in die metallkundlichen Hintergründe zu gewinnen. Aber es gibt auch weitere Anwendungen wie zum Beispiel das so genannte „Training“, indem man durch gezielte thermische und mechanische Belastungen den FGL verschiedene Formgedächtniseffekte trainiert. Ein weiteres Ziel des Forschungsvorhabens ist das Erstellen einer Prüfnorm für FGL die den gesamten Prüfablauf dokumentieren und ergänzen wird. Letztendlich soll die Prüfeinrichtung eine Plattform für die Weiterentwicklung der existierenden FG-Anwendungen sein, sowie die Einsatzmöglichkeiten dieser Werkstoffe zu erweitern. Da es derzeit keine Normung für Bauteile aus FGL gibt, soll in den erfolgten Tests ein Vorschlag für eine FG-Normung gemacht werden. Förderkennziffer 17 092 02
In Ländern mit aridem Klima, z.B. in Dürregebieten, und nicht flächendeckender Energieversorgung stellt der Antrieb von Pumpen zur landwirtschaftlichen Bewässerung und zur Trinkwasserversorgung ein erhebliches Problem dar. Bisherige Bewässerungsanlagen arbeiten größtenteils mit Dieselgeneratoren, welche die Umwelt mit Emissionen belasten und zur Verstärkung des weltweiten Treibhauseffektes führen, oder über photovoltaisch betriebene Anlagen. Letztere sind in der Anschaffung sehr kostenintensiv und aufgrund ihrer Funktionsweise gegenüber Störeinwirkungen sehr anfällig. Gerade in den sogenannten Dritte-Welt-Ländern, in denen in der Regel kein geschultes Fachpersonal für Wartungsarbeiten bereitsteht, ist der Ausfall der Anlagen schon kurz nach der Inbetriebnahme eine häufig berichtete Tatsache. Im Werkstoffprüflabor der HTWG Konstanz wurde ein System zur energieautonomen Wasserförderung entwickelt, bei der zum Antrieb der Pumpen Formgedächtnislegierungen (FGL) verwendet werden [1, 2]. Bei Sonnenschein arbeitet diese geplante Bewässerungsanlage völlig energieautonom: Die Wärmeenergie der Sonne wird durch die FG-Drähte direkt in mechanische Energie umgewandelt und betreibt die Bewässerungspumpen. Die Vorteile dieses einfachen Prinzips liegen in der Bedienerfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der Anlage wie auch in der Fle-xibilität bezüglich weiterer Anwendungsfälle der modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine in Industrie und Klimatechnik. Der angestrebte Einsatz von derartigen Anlagen würde zu einer entsprechenden Entlastung der immer stärker mit Emissionen belasteten Umwelt führen. Das überaus große Interesse an diesen Forschungsarbeiten sowie an einem Transfer der Bewässerungsanlage in die Industrie zeigte sich auch schon während früherer Teilnahmen an Messen, Tagungen und Konferenzen. Die Konkurrenzfähigkeit dieser sowohl neuartigen als auch sehr einfachen Systemlösung wurde, ausgehend von den damals zur Verfügung stehenden Ergebnissen, in einer bereits durchgeführten Studie nachgewiesen [2]. Im einzelnen sollten in diesem Projekt neben den anstehenden wissenschaftlichen Untersuchungen zwei Versuchsanlagen konstruiert und gefertigt werden. Dadurch sollten die nötigen Erkenntnisse gewonnen werden, um diese innovative Erfindung zu einem späteren Zeitpunkt zu einer transferfähigen Anlage fertig zu entwickeln. Diese beiden Prototypen bauen auf den bisherigen Arbeiten in diesem Projekt auf, die mit Erfolg gezeigt haben, daß das entwickelte Prinzip sehr gut funktioniert. Ziel dieses Projektes war es also, diese neuartige, innovative Wärmekraftmaschine weiterzuentwickeln, zu optimieren und die nötigen Erkenntnisse zu gewinnen, um diese Anlage nach Abschluß dieses aFuE-Projektes in Zusammenarbeit mit der beteiligten oder neu zu gründenden Firmen zur Serienreife zu bringen. Ein damit eng verbundenes, weiteres Ziel lag in der Entwicklung einer modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine, die dann auch für die anderen nachfolgend genannten Anwendungsgebiete verwendet werden kann: • Meerwasserentsalzung • Klimatisierungstechnik • Antrieb der Pumpen bei geothermischer Wärmeeinbringung • Energierückgewinnung aus Wärmequellen (z.B. Geysire in Island) • Energierückgewinnung in industriellen Kühlwasserkreisläufen • Energierückgewinnung in der Verfahrenstechnik • Restwärmenutzung bei konventioneller Energieerzeugung.
Dass sich Stoffe bei Temperaturänderungen zusammenziehen beziehungsweise ausdehnen, ist eine uralte Erkenntnis. Diesbezüglich stechen Formgedächtnislegierungen heraus, da diese die verblüffende Eigenschaft besitzen, sich bei Temperaturänderung ungewöhnlich rasch zusamenzuziehen beziehungsweise auszudehnen. Eine physikalische Besonderheit, die sich auf vielfältige Weise nutzen lässt.
Characterization of NiTi Shape Memory Damping Elements designed for Automotive Safety Systems
(2014)
Actuator elements made of NiTi shape memory material are more and more known in industry because of their unique properties. Due to the martensitic phase change, they can revert to their original shape by heating when subjected to an appropriate treatment. This thermal shape memory effect (SME) can show a significant shape change combined with a considerable force. Therefore such elements can be used to solve many technical tasks in the field of actuating elements and mechatronics and will play an increasing role in the next years, especially within the automotive technology, energy management, power, and mechanical engineering as well as medical technology. Beside this thermal SME, these materials also show a mechanical SME, characterized by a superelastic plateau with reversible elongations in the range of 8%. This behavior is based on the building of stress-induced martensite of loaded austenite material at constant temperature and facilitates a lot of applications especially in the medical field. Both SMEs are attended by energy dissipation during the martensitic phase change. This paper describes the first results obtained on different actuator and superelastic NiTi wires concerning their use as damping elements in automotive safety systems. In a first step, the damping behavior of small NiTi wires up to 0.5 mm diameter was examined at testing speeds varying between 0.1 and 50 mm/s upon an adapted tensile testing machine. In order to realize higher testing speeds, a drop impact testing machine was designed, which allows testing speeds up to 4000 mm/s. After introducing this new type of testing machine, the first results of vertical-shock tests of superelastic and electrically activated actuator wires are presented. The characterization of these high dynamic phase change parameters represents the basis for new applications for shape memory damping elements, especially in automotive safety systems.