Aktive Aerodynamik-Beeinflussung mit FGL-Aktoren : Fraunhofer Geschäftsbereich Adaptronik

Aktive Aerodynamik-Beeinflussung mit FGL-Aktoren

Die Fahrzeughersteller sind durch die sich stetig verschärfenden Emissionsvorschriften gezwungen, ihre Fahrzeuge permanent zu optimieren. Eine Möglichkeit zur Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Emissionsausstoß besteht in der Verbesserung der Aerodynamik, d.h. durch die Senkung des Luftwiderstandes.

Der Durchströmwiderstand, der durch das Durchströmen des Kühlers verursacht wird, beträgt ca. 10% vom gesamten Luftwiderstand des Fahrzeuges. Die Dimensionierung erfolgt dabei für den schlimmsten Fall – z.B. Anhängerbetrieb in Wüstenregion –, um auch in solchen Extremsituationen garantieren zu können, dass die Maximaltemperatur des Motors nicht überschritten wird. Das hat zur Folge, dass das Kühlsystem in den meisten Einsatzfällen „überdimensioniert“ ist. Um diesen Zielkonflikt zwischen geringem Strömungswiderstand und großem Kühlluftmassenstrom aufzulösen, gibt es in Fahrzeugen eines deutschen Automobilherstellers eine aktive Kühlluftklappensteuerung. Diese ist vor dem Kühler angeordnet und regelt den Kühlluftmassenstrom in Abhängigkeit vom Fahrzustand.

Die Regelung des Kühlluftmassenstroms erfolgt über das Öffnen und Schließen von Lamellen, welche über ein Gestänge von einem Elektromotor mit Getriebe angetrieben werden. Der Elektromotor ist sehr preisintensiv und wirkt sich so nachteilig auf den Fahrzeugpreis aus. Am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden wurde das Elektromotor-Getriebe-Modul (Bild 1) durch einen Antrieb mit Formgedächtnis-Aktor ersetzt und in Form eines Demonstrators dargestellt (Bild 2). Formgedächtnislegierungen (FGL) sind in der Lage, sich nach einer (pseudoplastischen) Verformung an ihre Ursprungsform zu „erinnern“. Die Aktivierung dieses Effektes erfolgt bei thermischen FGL durch Überschreiten einer bestimmten Grenztemperatur. Im Demonstrator kommt FGL-Draht in Kombination mit einer Hebelübersetzung zum Einsatz. Die Systemkomplexität und der Systempreis können so reduziert werden (Bild 3 und Bild 4). Der an diesem System beispielhaft aufgezeigte Ersatz eines elektromotorischen Antriebes durch einen FGL-Aktor ist auch auf andere Stellantriebe im Fahrzeug übertragbar.