Kleiner Kraftprotz schafft 15 Kilo und bewegt sogar Flügelklappen
Großventile und Flügelklappen von Flugzeugen soll ein neuartiger Aktor steuern und bewegen, den Ingenieure bei Siemens entwickelt haben. Der Aktor ist zwar klein, dafür aber ein Kraftprotz: Seine überraschend große Kraft schöpft er aus einer Kombination aus Piezomechanik und Hydraulik.
Flügel eines Airbus A320: Siemens hat einen neuen Aktor entwickelt, der praktisch ohne Verzögerung Landeklappen bewegen kann.
Foto: Airbus/H. Goussé
Gewissermaßen mit links stemmt ein neuartiger Aktor ein Gewicht von 15 Kilogramm. Dabei ist er gerade mal neun Zentimeter groß. Er soll Flügelklappen von Flugzeugen bewegen, Großventile steuern und Robotern Kraft verleihen, so die Vorstellungen der Siemens-Forscher, die den Aktor entwickelt haben.
Der kleine Kraftprotz ist eine Kombination aus Piezomechanik und Hydraulik. Eine elektrische Wechselspannung, die nicht wie üblich sinusförmig, sondern sägezahnartig verläuft und dazu noch eine hohe Frequenz hat, steuert zunächst einen Piezokristall. Dieser bewegt sich im Takt der Stromfrequenz, vergleichbar der Bewegung des Kolbens einer Luftpumpe fürs Fahrrad.
Die Pumpbewegung des Kristalls überträgt sich auf eine kleine, mit Öl gefüllte Kammer. Der entstehende Druck öffnet ein Ventil zur Nachbarkammer, in der sich der Kolben der Antriebsstange befindet. Die rasend schnellen Pumpbewegungen lassen diese zügig ausfahren. Der maximale Hub beträgt zwei Zentimeter. Durch Umkehren der Spannung fährt der Aktor in seine Ausgangsstellung zurück.
Aktor ist immun gegen Schmutz
Ganze fünf Milliliter Hydrauliköl befinden sich in den Kammern im Inneren des Aktors, die untereinander mit Rückschlagventilen verbunden sind. Die Kapselung ist absolut dicht, sodass kein Schmutz eindringen kann. Deshalb arbeitet der Aktor auch in rauer Umgebung störungsfrei. Auch Kälte und Hitze machen dem System nichts aus. Außerdem braucht es keine Wartung.
Siemens-Forscher haben einen sehr kleinen und trotzdem sehr kraftvollen Piezohydraulik-Aktor entwickelt. Er kann mehr als 150 Newton Kraft ausüben und damit Ventile und Klappen bewegen. Ideal einsetzbar ist der Aktor auch in der Robotik.
Quelle: Siemens
Piezoaktoren werden bereits genutzt, um Ventile in Einspritzmotoren zu steuern. Die dazu nötige relativ kleine Kraft entwickeln sie selbst. Um größere Aufgaben bewältigen zu können, haben die Siemens-Forscher die kleinen Kristalle mit einer Hydraulik kombiniert.
Piezoaktoren reagieren nahezu verzögerungsfrei
Im Gegensatz zu rein hydraulischen Systemen reagieren Piezoaktoren nahezu verzögerungsfrei. Das gilt auch für die jetzt entwickelte Kombination, weil die Menge an Hydraulikflüssigkeit so gering ist. In herkömmlichen hydraulischen Systemen müssen Pumpen zunächst einen Druck erzeugen, ehe es eine mechanische Bewegung gibt.
Elektromagnetische Aktoren arbeiten zwar auch verzögerungsfrei. Die Kraft, mit der sie ihre Aufgabe verrichten, ist allerdings umso geringer, je kleiner sie sind. 15 Kilogramm schaffen sie nicht, wenn sie auf die Größe des Kombiaktors aus der Siemens-Forschungswerkstatt geschrumpft werden.
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