Piezoelemente für eine Vielzahl sensorischer Anwendungen

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Spezielle Herausforderung: Kombidisziplin Adaptronik

Eine spezielle Art der sensorischen Anwendung ist auch das Energy Harvesting. Der Duraact-Flächenwandler beispielsweise (s. Abb. 6) ist ein sehr vielseitig einsetzbares piezoelektrisches Element sowohl für die Industrie als auch für Forschung und Entwicklung. Ein spezielles Herstellungsverfahren macht die Keramik extrem biegsam, wodurch sie auf bewegte Strukturen angebracht werden kann, deformiert wird und so Ladungsverschiebungen erzeugt, die als elektrische Energie genutzt werden können.

Ein weiteres aktuelles Beispiel sind adaptronische Systemlösungen, bei der Duraact-Wandler sowohl als Sensor als auch als Aktor eingesetzt werden. Mit solchen Systemen lassen sich störende Schwingungen messen und gleichzeitig kompensieren. Anders herum werden beim Structural Health Monitoring Schwingungen erzeugt und ihre Fortpflanzung in Materialstrukturen gemessen. Bei einem veränderten Schwingungsbild sind Fehler in der Struktur erkennbar, noch bevor Risse entstehen, z.B. in Maschinenteilen, Brücken, Tragflächen etc.

Grundlage der kompakten Wandler ist eine piezokeramische Folie, die zur elektrischen Kontaktierung beidseitig mit einem leitfähigen Material bedeckt wird. Anschließend wird dieser Aufbau in einem biegsamen (duktilen) Polymerverbundstoff eingebettet. Dadurch erreicht man gleich dreierlei: Die Piezokeramik wird elektrisch isoliert, mechanisch vorgespannt und der an sich spröde Werkstoff wird so robust, dass er sogar auf gekrümmten Oberflächen mit Biegeradien bis zu 20 mm aufgebracht werden kann (s. Abb. 1). Man klebt die Wandler dazu einfach auf dem entsprechenden Substrat auf oder integriert sie direkt in den Verbundwerkstoff des Substrats. Kundenspezifische Geometrien des Flächenwandlers lassen sich bei diesem Aufbau ebenso realisieren wie genau auf den jeweils benötigten Biegeradius abgestimmte Form und Dicke der Keramik. Das Gleiche gilt für die Beschaffenheit der Keramik (in Abhängigkeit von der Einsatztemperatur) sowie die Gestaltung der elektrischen Anschlüsse. Einmal mehr beweisen damit piezoelektrische Elemente ihre Vielseitigkeit, die ihnen zunehmend weitere Einsatzbereiche in der Sensorik erschließen wird.

* F. Möller: PI Ceramic GmbH, 07589 Lederhose

* *E.-C. Reiff: Redaktionsbüro Stutensee, 76297 Stutensee

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