Verbesserte Verschiebungs-, Spannungs- & Positionssteuerung

Piezoelektrische Materialen zeichnen sich dadurch aus, dass elektrische Ladungen durch mechanische Deformationen hervorgerufen werden. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, um mechanische Spannungen zu vermeiden, um unerwünschte Deformationen zu verhindern und auch um positionsempfindliche Sensoren zu entwickeln. Dieses Projekt fokussiert auf die Entwicklung von innovativen Regelungsmethoden mithilfe smarter und intelligenter Materialien. Der piezoelektrische Effekt ist dem bekannten thermoelastischen Effekt, den jeder aus dem Alltag kennt, sehr ähnlich. Die meisten Materialien, wie z.B. Metalle, dehnen sich aus, wenn sie Hitze bzw. einer Temperaturerhöhungausgesetzt werden.Jedoch ziehen sichauch manche unter Wärmeeinwirkung zusammen, z.B. Wasser zwischen 0C und 4C. Beispiele dieses physikalischen Phänomens wären Dehnungsfugen bei Brücken, um Schäden aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung vorzubeugen, oder das Zerbrechen von spröden Materialien wie Glas, welches spontan mit heißem Wasser befüllt wird. Wird der thermoelastische Effekt durch den piezoelektrischen Effekt, d.h. die Temperatur und der Wärmefluss durch die elektrische Spannung und die elektrischen Ladung ersetzt, so ergeben sich ähnliche Phänomene für piezoelektrische Materialien. Hohe mechanische Beanspruchungen und Deformationen reduzieren die Lebensdauer von Konstruktionen. Dies trifft auf praktische alle Materialien zu. Smarte und intelligente Materialien, welche aktiv solchen Auswirkungen entgegenwirken können, sind seit einigen Jahren für bestimmte Anwendungen verfügbar. Der sogenannte piezoelektrische Effekt ist die Eigenschaft von Materialien, die mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Dies bedeutet, dass piezoelektrisches Material auf eine elektrische Stimulation reagiert. Wenn beispielsweise die Bewegung einer Konstruktion kontrolliert werden soll, ist dies durch gezielte Vorgabe der elektrischen Signale möglich. Das ermöglicht die Entwicklung intelligenter Regelungsalgorithmen. Es ist auch in analoger Weise möglich, die Spannungsverteilung dieser Materialien zu beeinflussen, auf die beliebige Lasten einwirken. Das Ziel dieses Projektes ist die Erhöhung des Produktlebenszyklus und die Ableitung neuartiger Regelungsmethoden zur Positionskontrolle. Der Schlüssel zum Auffinden solcher smarter Lösungsalgorithmen sind sehr genaue mathematische Modelle, die auf explizite Zusammenhänge von Lastfällen und elektrischer Aktuierung führen. Insbesondere werden in diesem Projekt balkenähnliche Strukturen untersucht, weil diese Elemente in vielen Konstruktionen im Maschinenbau die Basis sind (z.B. Fahrzeugkarosserien, Brücken, Fachwerke). Weitere praktische Anwendungsmöglichkeiten wären beispielsweise die Rasterkraft-Mikroskopie und bei Nano- und Mikropositionierungsgeräten.