Aktormaterialien

Aktormaterialien sind Materialien, die in Aktoren verwendet werden, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Sie umfassen sowohl die aktiven Funktionsmaterialien, die eine Verformung, eine Kraft oder eine Bewegung auslösen, als auch die strukturellen Werkstoffe, aus denen die Aktorkomponenten bestehen. Die Auswahl hängt von Kraftbedarf, Geschwindigkeit, Temperaturbereich, Lebensdauer und Kosten ab.

Die Einteilung erfolgt häufig nach dem verwendeten Aktuationprinzip: elektromagnetische, hydraulische, pneumatische, piezoelektrische, thermoaktive sowie magnetostriktive und formgedächtnisbasierte Systeme. Jedes Prinzip setzt spezifische Materialien voraus, die miteinander kompatibel sein müssen, etwa Dichtungen, Lager und Beschichtungen.

Elektrische Aktoren nutzen Leiter, Magnetwerkstoffe und Spulen. Typische Materialien sind Kupferleitungen, NbFeB- oder anderen Permanenmagneten, weiche magnetische Legierungen und ferritische Werkstoffe. Hydraulische und pneumatische Aktoren verwenden Druckflüssigkeiten wie Mineralöl oder Luft; für Zylinder und Ventile kommen Stahl, Edelstahl, Dichtungen aus FKM oder PTFE sowie Gummi- und Polymerwerkstoffe zum Einsatz. Piezoelektrische Systeme verwenden PZT-Keramiken, Quarz oder andere elektroaktive Kristalle; alternative elektroaktive Materialien umfassen elektroaktive Polymere. Formgedächtnislegierungen wie NiTi (Nitinol) und magnetostriktive Materialien wie Terfenol-D ermöglichen kompakte, schnelle Bewegungen. Thermische Aktoren arbeiten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungen, häufig in Bimetallen oder thermoaktuoren. Struktur- und Werkstoffe wie Aluminium, Stahl, Titan oder Verbundwerkstoffe liefern Festigkeit und Leichtbaupotenzial.

Anwendungen finden sich in der Robotik, der Automatisierungstechnik, im Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrt und in Präzisionsinstrumenten. Wichtige Kriterien für die Materialauswahl sind Lebensdauer, Ermüdung, Wärmeentwicklung, Verträglichkeit mit Medien, Reibung, Korrosionsschutz und Kosten.

Die Entwicklung von Aktormaterialien orientiert sich an steigenden Anforderungen an Präzision, Geschwindigkeit und Energieeffizienz. Typische Arbeitsschritte umfassen Werkstoffauswahl, Charakterisierung, Lebensdauertests, Simulationsmodelle und Prüfungen gemäß relevanten Normen.