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Direktmontage von Piezokeramik-Bauelementen in mikrostrukturierte Bleche

 
: Müller, Michael

Auerbach: Verlag Wissenschaftliche Scripten, 2016, 195 pp. : Ill.
Zugl.: Chemnitz, TU, Diss., 2015
Berichte aus dem IWU, 90
ISBN: 978-3-95735-034-3
ISBN: 3-95735-034-4
German
Dissertation
Fraunhofer IWU ()
Mikromontage; Piezokeramik/Metall-Komposit; aktive Strukturbauteile; micro assembly; piezoceramic/metal-composite; active structural part

Abstract
Die Arbeit befasst sich mit einer Technologie zur direkten Integration piezo-elektrischerSensoren und Aktoren in Metallblech.
Bisher erfolgt die Herstellung aktiver Strukturbauteile aus Metallblech durch Auf-klebenpiezokeramischer Module. Dieser Ansatz stößt an Grenzen, wenn beispiels-weise für die Strukturüberwachung eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren in kom-plex geformte Strukturbauteile integriert werden sollen. Ein Lösungsansatz ist die Direktmontage miniaturisierter Piezokeramik-Bauelemente ohne Gehäuse.
Die Arbeit stellt zunächst eine Methodik für die Bauteilauslegung und die Entwicklung von Produktionsprozessen für aktive Strukturbauteile mit direkt integrierten Piezo-keramik-Bauelementen vor.Davon ausgehendwird ein Konzept für die Direkt-montage in mikrostrukturierte Bleche erarbeitet. Die Mikrostrukturierung der Bleche erfolgt durch Umformen oder Fräsen mit zehn parallelen Mikrokavitäten. Die Piezo-keramik-Bauelemente sind Verbunde aus zehn parallelen Piezokeramik-Fasern.Die Fertigung der Piezokeramik-Bauelemente erfolgt durch Trennschleifen und Fügen von Piezokeramik-Platten. Schließlich wird ein automatisierter Mikromontageprozess konzipiert und umgesetzt, mit dem Piezokeramik-Bauelemente in einem Montage-schritt mit Fügespalten unter?16?µm reproduzierbar in Mikrokavitäten eingelegt wer-den. Das Fügen der Piezokeramik-Bauelemente in Blech durch Umformen und Kleben wurden untersucht. Blechemit integrierten Piezokeramik-Bauelementen konnten durch Tiefziehen umgeformt werden.
Der Funktionsnachweis direkt integrierter Piezokeramik-Bauelementein Blech erfolgte durch Anregung und Detektionelastischer Materialwellenin Aluminiumblech sowie durch die Messung des Sensorsignals bei periodischer Erregung.

 

By now, manufacturing of active structural parts is solely based on adhesive bonding of pre-fabricated piezoelectricpatches. This approach reaches its limits as soon as a large number of sensorsand actuators needs to be integrated. One possible solution is the assembly of bare miniaturized piezoceramic components.
The thesis introduces a methodology for the design and development of production processes for active structural parts with directly integrated piezoceramic components. Based hereupon, a concept for the direct integration in microstructured sheet metal is derived. Microstructuring of the metal sheets is achieved by micro-forming or micro-milling of ten parallel micro-cavities. The piezoceramiccomponents are ten piezoceramic fibersinterconnected in parallel. Manufacturing of piezoceramiccomponents is achieved by dicing and assembly of piezoceramic plates. Finally, an automated micro assemblyprocess has been developed and experimentally validated, by successful integration of piezoceramic components in micro-cavities with assembly clearanceslower than 16 µm. Further, joining by forming and joining by bonding have been investigated. Metal sheets with integrated piezoceramic components where shaped by deep drawing.
The functionality of directly integrated piezoceramic components in metal sheets was demonstrated by excitation and detection of elastic waves in aluminumsheets as well as by the sensor signal derived from a periodic mechanical excitation.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-379574.html