SpotON auf die Hochschule Reutlingen

 

Abbildung 1: Passiver (oben) und aktiver (unten) Muskel
Abbildung 2: Sonnensegel mit Klappe
Abbildung 3: Das Funktionsmuster "Blinkrelais" in der verbesserten Version.

Das Projekt wurde von Studierenden des Master-Studiengangs „Interdisziplinäre Materialwissenschaften“ in der Fakultät Textil & Design der Hochschule Reutlingen durchgeführt. Dieses Projekt ist Bestandteil eines Forschungsprojekts der Hohenstein Institute. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein wärmegesteuerter Aktuator (Textiler Muskel) realisiert. Dabei handelt es sich um verdrilltes Filament, welches sich wie eine Feder verhält und bei thermischer Ansteuerung kontrahiert (Abbildung 1). Der Einfluss verschiedener Parameter auf die Wirkweise des textilen Muskels wurden untersucht. Anschließend wurden Funktionsmuster erstellt, welche die Funktionsweise des textilen Muskels zeigen. 
 
Die thermische Ansteuerung bzw. Aktivierung werden zwischen „aktiv“ und „passiv“ unterschieden. Aktiv gesteuerte textile Muskeln werden mit einem elektrisch leitenden Heizelement in Kontakt gebracht und somit elektrothermisch aktiviert, während passive textile Muskeln direkt thermisch auf Basis von Konvektion (z.B. Heißluftföhn) oder Strahlung aktiviert werden.

Steht der Muskel unter einer externen Belastung, entsteht ein Abstand zwischen den Windungen. Wird der Muskel aktiviert, kommt es zu einer Kontraktion. Der Abstand zwischen den Windungen verkleinert sich. Gleichzeitig vergrößert sich der Durchmesser des Muskels. Kühlt der Muskel ab, geht er in seinen Ausgangszustand zurück. Die Windungen sind wieder auseinandergezogen und der Durchmesser wird kleiner.
Das Phänomen der Kontraktion ist auf die anisotropen Eigenschaften der Chemiefasern und der spiralförmigen Geometrie des Muskels zurückzuführen. Der radiale Wärmeausdehnungskoeffizient ist positiv. Der axiale Wärmeausdehnungskoeffizient ist negativ. Somit dehnt sich der Faserdurchmesser beim Erwärmen aus. Die Faserlänge verkürzt sich.
 
Im Rahmen dieses Projektes wurden Monofilamente aus verschiedenen Polyamiden, Polyester sowie Polyethylen in einem Durchmesserbereich von 0,3 bis 1,0 mm untersucht. Dabei wurden auch die Herstellparameter für die textilen Muskel hinsichtlich des Einflusses auf die Wirkweise variiert. Anschließend wurden verschiedene Funktionsmuster für aktive und passive Muskel erstellt.

Passiver Muskel
Das Funktionsmuster des Sonnensegels mit variabler Beschattung (Abbildung 2) verwendet einen passiven Muskel als Aktor, welcher die Beschattung regulieren kann. Durch einen Gummizug (rechts) wird die Klappe aufgestellt und der Muskel (links) unter Spannung gesetzt. Das Licht kann jetzt durch die Öffnung scheinen. Bei größerer Wärmeentwicklung zieht sich der textile Muskel zusammen und schließt die Klappe. Die Abschattung durch das Sonnensegel wird vergrößert. Kühlt der Muskel ab, längt er sich wieder und die Klappe öffnet sich.

Aktiver Muskel
Das Funktionsmuster „Blinkrelais“ (Abbildung 3) soll die Funktion des aktiven Muskels als Aktor aufzeigen: Der Muskel betätigt den Schalter einer Spannungsquelle, durch die der Heizdraht des Muskels versorgt wird. Zieht sich nun der Muskel aufgrund der Wärme­entwicklung zusammen, wird der Schalter geöffnet. Der Stromfluss wird unterbrochen und der Muskel kann abkühlen. Längt er sich daraufhin, wird der Stromkreis wieder geschlossen.

Das Blinkrelais ist auf der Techtextil in Frankfurt auf dem Stand der Hochschule Reutlingen zu sehen.
 
Ansprechpartner:

Hochschule Reutlingen:
Prof. Dr. Klaus Meier
Klaus.meier@reutlingen-university.de
07121/271-8011
 
Hohenstein Institute:
B. Eng. Serge Lang
Serge.lang@hohenstein.de
07143/271-811 

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