Studien- und Abschlussarbeiten

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi


Von allen derzeit bekannten Aktor-Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können Formgedächtnis-Elemente nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden. Mit ihrer einfachen Bauform eigenen sich Formgedächtnis-Elemente hervorragend für die Miniatu­risierung.

Die Fa. Actuator Solutions in Gunzenhausen hat sich auf die Entwicklung innovativer Aktoren auf der Basis von Formgedächtnis-Legierungen spezialisiert. Das Unternehmen produziert mehrere Millionen Aktoren pro Jahr, vorwiegend für die Automobilindustrie. Aktuell wird eine Bildstabilisierung für Smartphone-Kameras entwickelt, für die das Unternehmen auch den Innovationspreis 2014 in der Kategorie Mittelstand erhalten hat (siehe http://www.wiwo.de/technologie/forschung/innovationspreis-sieger-kategorie-mittelstand-actuator-solutions-muskeln-aus-drahtseilen-/9716644.html).

Weitere innovative Ideen und Konzepte warten darauf, im Rahmen von Bachelor- und Masterarbeiten in die Realität umgesetzt zu werden!

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi


Von allen derzeit bekannten Aktor-Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können SMA-Drähte nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden.

Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von SMA-Aktoren liegt allerdings in der Charakterisierung und Modellierung des komplexen Materialverhaltens. Im Labor für Aktorik und Sensorik der Hochschule Aalen wurde ein neuartiger Fluidprüfstand realisiert, mit dem SMA-Materialproben in einem Ölbad eine gewünschte Temperatur aufgeprägt werden kann. Bei der Zieltemperatur können dann z.B. Kraft-Weg-Kennlinien des Materials aufgenommen werden.

Erste Testläufe konnten die Funktion des neuen Teststands eindrucksvoll demonstrieren. Wie nicht anders zu erwarten, offenbarten sich aber auch Defizite, die im Rahmen dieses Projekts systematisch analysiert und behoben werden sollen. Das Projekt umfasst folgende Schritte:

  • Analyse evtl. thermischer Verspannungen der Rahmenstruktur und ihrer Auswirkungen auf die Positionsmessung
  • Optimierung der Temperaturdrift des Kraftsensors
  • Verbesserung der Positions- und Kraftregelung des Hochpräzisions-Linearaktuators
  • Steifigkeitsanalyse und Längenkalibration des Teststands
  • Durchführung von Probemessungen an einem SMA-Draht

Das Projekt ist für eine Gruppe von 2-3 Studierenden (F, MEKA, G) und einen Umfang von 10 CP ausgelegt. Alternativ ist das Projekt aber auch als Themenstellung für eine Bachelorarbeit geeignet.

Masterarbeit, Projektarbeit, Status: Offenes Thema
Studienangebote: Mechatronik / Systems Engineering
Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi


Von allen bekannten Aktuator-Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können SMA-Elemente nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden. Mit ihrer einfachen Bauform eigenen sich die Elemente hervorragend für die Miniatu­risierung. So finden SMA-Aktuatoren beispielsweise als miniaturisierte Antriebe für aktive Optiken im Smartphone (AutoFokus, optische Bildstabilisierung) ihre Anwendung.

Der Prototyp eines miniaturisierten SMA-Aktuators für die optische Bildstabilisierung misst nur 8 x 8 x 5 mm³. Der Prototyp konnte im Labor für Aktorik und Sensorik bereits erfolgreich in einem Bewegungsfreiheitsgrad „sensorlos“ geregelt werden. Im Rahmen des Projekts soll die Regelung nun auf beide Freiheitsgrade ausgeweitet werden, wobei auch geometriebedingte Kopplungen der Freiheitsgrade und Nachgiebigkeiten in der Struktur des Aktuators zu berücksichtigen sind. Das Projekt umfasst folgende Schritte:

  • FEM-Modellierung der Nachgiebigkeit des Aktuatorstruktur
  • Abgleich des FEM-Modells mit Messungen (Digital Image Correlation DIC)
  • Entwicklung eines Simulink-Modells, das die Nachgiebigkeit und die geometrische Kopplung beider Bewegungsfreiheitsgrade abbildet
  • Abgleich des Modells mit Messungen am Aktuator-Prototypen
  • Entwicklung eines Regelungskonzepts für beide Freiheitsgrade (inkl. Entkopplung)
  • Praktische Erprobung des Regelungskonzepts am Aktuator-Prototypen (vorhanden oder ggf. auch neu aufgebaut)

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi, Zweitbetreuer: Prof. Dr. Markus Glaser

bei ANDREAS STIHL AG & Co. KG

Bearbeitungszeit ab 01.03.2021 bis 31.08.2021

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