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Jahresbericht 2021

Abb. 3: Funktionsdemonstrator: Zweiteiliger adaptiver FKV-Mechanismus für gekoppelte Greif- und Bewegungsvor-
gänge in mehrerer Stellpositionen. / Function demonstrator: Two-part adaptive FRP mechanism for coupled gripping and
movement processes in multiple positions.

Dazu werden funktionsangepasste, textilbasierte integriert und gleichzeitig über die Manipulation der
Aktoren auf Basis von drahtförmigen Formgedächt- Einbindungsart eine anforderungsgerechte effektive
nislegierungen (FGL) simulationsgestützt ausgelegt. Kraftübertragung erreicht wird.
Zur Realisierung definierter Verformungsarten mit
hohen Freiheitsgraden der resultierenden Deforma- Die erzielten maximalen Verformungen für die adap-
tion erfolgt die bindungstechnische Modellierung tiven duroplastischen FKV-Typen mit textilbasierten
zur gezielten Einbindung und Anordnung der aktori- Festkörpergelenken betragen 38 % (bezogen auf die
schen Komponenten in mehrlagig aufgebauten Ver- Bauteillänge) und liegen deutlich über dem vorhe-
stärkungsstrukturen mit Gradienteneigenschaften. rigen Stand der Technik und Forschung bei derar-
Grundlage dafür bildet die Weiterentwicklung ver- tigen Bauteilen. Ebenfalls konnte für die adaptiven
fügbarer Algorithmen für die mechanische Model- FKV im Regelbetrieb eine hohe Stellpräzision (Diffe-
lierung und die Simulation der Verformungsgrade renz zwischen Soll- und Ist-Wert im eingeschwunge-
der funktionalisierten textilen Verstärkungsstruktu- nen Zustand < 0,1 mm) ermittelt werden. Im Lang-
ren mit lokalen Eigenschaften auf der Mesoebene zeitversuch wurde eine sehr gute Langzeitstabilität
unter Beachtung des aktorischen Effekts. der adaptiven FKV für eine Zykluszahl bis mindestens
10 ermittelt. Der Funktionsnachweis wurde exemp-
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larisch an Funktionsdemonstratoren (u. a. Adaptiver
Textilbasierte Sensor-Aktor-Netzwerke für FKV-Mechanismus für gekoppelte Greif- und Bewe-
hochpräzise In-Situ-Mechanismen in FKV gungsvorgänge – siehe Abb. 3) aufgezeigt [5]. Die
(TexSAN) hierfür erarbeitete simulationsgestützte Auslege-
methodik und Fertigungstechnik lässt sich effizient
Im Rahmen des IGF Projektes TexSAN (19832 BR) auf andere praxisrelevante Anwendungsgebiete für
wurden formvariable duroplastische FKV für hoch- Serienanwendungen übertragen, z. B. in der Robo-
präzise Stellbewegungen entwickelt und erprobt. tertechnik (Greifer, Gelenkarme), der Medizintechnik
Hierfür wurden gekoppelte Regelkreise in derartige (aktiv steuerbare Prothesen und Orthesen) und dem
textilverstärkten Composites, bestehend aus ver- Automobilbau (Blattfedern, Drosselklappen).
bundkompatiblen fadenförmigen Aktoren und Sen-
soren, webtechnisch integriert, intelligent miteinan- Entwicklung von Textilstrukturen mit
der verschaltet und regelungstechnisch angesteuert. materialintrinsischem Formänderungs-
Die adaptiv/aktorischen Eigenschaften der FKV wur-
den auch hier durch den gezielten Einsatz von Akto- vermögen für die regenerative Medizin
ren aus FGL mit textilem Charakter in Hybridkonst- (TexMedActor)
ruktion erreicht. Die Erfassung der Ist-Postion erfolgt Formveränderliche Strukturen und Implantate, die
über strukturell integrierte In-Situ-Sensoren (auf sich in vivo an Defekte anpassen oder ihre Ziel-
Basis von Isaohm-Drähten) und ermöglicht somit geometrie formen, sind äußerst vielversprechend
die angestrebte hochpräzise Bewegungsregelung. für neuartige, patientenangepasste Therapien. Sie
Als Flächenbildungsverfahren wurde die Mehrlagen- ermöglichen minimalinvasive Behandlungen und
webtechnik eingesetzt, mit der die textilen Sensor- verringern damit einerseits operative Risiken und
und Aktornetzwerke variabel und hochautomatisiert beschleunigen andererseits den Heilungsprozess

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