Experimentelle Untersuchung und Modellierung des temperatur- und lastabhängigen Verhaltens von Piezostapelaktoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Rinderknecht
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 197462161

Piezostapelaktoren gewinnen zunehmend an Bedeutung in industriellen Anwendungen. Die mechanische Leistungsfähigkeit der Aktoren ist jedoch im Allgemeinen durch die Eigenerwärmung der Aktorkeramik beschränkt. Bei erhöhten Umgebungstemperaturen ist deshalb nur ein Bruchteil der eigentlich vorhandenen Leistungsfähigkeit dauerhaft abrufbar. Mit der Temperaturänderung des Aktors geht eine Änderung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften einher. Heutige Aktormodelle vernachlässigen diese Temperaturabhängigkeit in der Regel völlig, was je nach Anwendungsfall zu großen Modellierungsfehlern führen kann. Das Phänomen der Eigenerwärmung wurde bereits von einigen Autoren behandelt. Alle bestehenden Untersuchungen beschränken sich jedoch auf die Beschreibung der reinen Eigenerwärmung. Rückschlüsse auf die elektromechanischen Eigenschaften des Aktors werden nicht gezogen. Ziel dieses Antrages ist es, ein selbstkonsistentes und temperaturabhängiges Materialmodell für Piezostapelaktoren zu schaffen, welches vollständig das temperaturabhängige, nichtlineare Aktorverhalten beschreibt und zusätzlich eine präzise Vorhersage der Aktoreigenerwärmung ermöglicht. Die Modellierung des piezoelektrischen Aktorverhaltens erfolgt mit mathematischen Hystereseoperatoren, welche durch Experimente an einem bereits am Institut vorhandenen Prüfstand parametrisiert werden. Das thermische Verhalten wird mit einem separaten thermischen Modell abgebildet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen