FORKERAM

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FüR KERAMISCHE MATERIALENTWICKLUNG UND PROZESSTECHNIK

III-3 Optimierung der Lebensdauer an dynamisch belasteten piezokeramischen Biegewandlern

Arbeitsfeld:

Das Projekt III-3 hat zum Ziel, die Lebenserwartung und die Ausfallwahrscheinlichkeit von piezokeramischen Biegewandlern unter Einsatzbedingungen quantitativ voraussagen zu können. Aktoren aus Piezokeramik haben gegenüber konventionellen Systemen eine Reihe von Vorteilen, wie hohe Stellgeschwindigkeiten bei kleiner Bauweise, niedrigem Energie-verbrauch und erwärmungsfreiem Betrieb. Die für den industriellen Einsatz notwendige Sicherung der Zuverlässigkeit bei piezokeramischen Biegewandlern stellt eine besondere Herausforderung dar. Biegeaktoren sind in der Regel aus einer passiven Mittellage aus Kunststoff oder Metall und zwei gepolten piezokeramischen Außenschichten aufgebaut. Im Betrieb kann die elektrische und mechanische, zum Teil stark inhomogene Belastung zum sofortigen oder allmählichen Ausfall in Form von unzureichender Auslenkung und/oder Kurzschlüssen zwischen den Elektroden führen. Bislang existiert kein zusammenhängendes Konzept zur Beschreibung zeitabhängiger mechanischer und elektrischer Schädigungsentwicklung in piezokeramischen Bauteilen. Zum Erreichen des Projektzieles sind im wesentlichen folgende Schritte geplant: a) Entwicklung und Einführung einer Prüfung mit einer mechanischen und/oder elektrischen Überlast (vorläufiger Prooftest) aus den Ergebnissen von Langzeitversuchen bei verschiedenen Lasten b) Aufklärung der Schadensmechanismen und deren zeitlichen Entwicklung (Schadens-analyse, Aufstellung eines Fehleratlas, FE-Belastungsanalyse) c) Gegebenenfalls Optimierung des Wandlerdesigns und der Prozesstechnik d) Festlegung und Verifikation eines Prooftests mit keiner oder definierter Vorschädigung, der den geprüften Bauteilen eine Mindestlebensdauer garantiert.