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First supervisor: Prof. Dr. Arif Kazi


Von allen derzeit bekannten „intelligenten“ 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. Aufgrund ihrer einfachen Bauform finden SMA-Aktuatoren mittlerweile in vielen Industriebereichen (Automobil, Medizintechnik, Haushaltsgeräte, Smartphones, …) Anwendung.

Eine Einschränkung beim Einsatz von SMA-Aktuatoren liegt in ihrer begrenzten Dynamik, die in durch das Abkühlverhalten der SMA-Drähte limitiert ist. Ein Student der Hochschule Aalen hat aber in seinem Praxissemester herausgefunden, dass SMA-Drähte in der Lage sind, kleine Stellbewegungen auch bei sehr hohen Frequenzen (im Bereich von kHz) zu realisieren. Dies eröffnet der SMA-Technologie potenziell ganz neue Anwendungsfelder.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll ein Teststand konzipiert und konstruiert werden, der es erlaubt, systematische Versuche zur hochdynamischen Anregung von SMA-Drähten durchzuführen. Speziell ist von Interesse, bei welchen Spannungen und Dehnungen des SMA-Materials eine hochdynamische Anregung am effektivsten ist, und unter welchen Bedingungen sich ein stabiler Effekt einstellt. Grundlage für die Konzeption ist eine saubere Versuchsplanung (Design of Experiment, DoE), aus der anschließend Anforderungen an den Teststand abgeleitet werden können. Herausforderungen für den Teststand sind das Sensorkonzept für die Messung von Bewegungen und Kräften bei hohen Frequenzen und die Realisierung einer variablen Last.

First supervisor: Prof. Dr. Arif Kazi


Von allen derzeit bekannten „intelligenten“ 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. Aufgrund ihrer einfachen Bauform finden SMA-Aktuatoren mittlerweile in vielen Industriebereichen (Automobil, Medizintechnik, Haushaltsgeräte, Smartphones, …) Anwendung.

Eine Herausforderung bei SMA-Aktuatoren liegt in dem komplexen Verhalten der eingesetzten Legierungen. Dieses ist durch Nichtlinearitäten und eine ausgeprägte Hysterese geprägt, die bei einer Regelung mit linearen Reglern (z.B. PI-Regler) Probleme aufwerfen. Ein Ansatz zur Verbesserung des Reglerverhaltens liegt im Einsatz einer modellbasierten Vorsteuerung.

Im Labor für Aktorik und Sensorik der Hochschule Aalen wurde ein SMA-Modell entwickelt, das das Materialverhalten besser beschreibt als herkömmliche SMA-Modelle. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll die modellbasierte Vorsteuerung in einer dSPACE Rapid Control Prototyping Umgebung praktisch umgesetzt und erprobt werden. Eine Erweiterung bzw. der Vergleich mit KI-gestützten Methoden schließt das Projekt ab.

First supervisor: 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!

Masterarbeit, Projektarbeit, Status: available
Courses: Mechatronics / Systems Engineering
First supervisor: 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)

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Prof. Dr. Arif Kazi

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