Direktmontage von Piezokeramik-Bauelementen in mikrostrukturierte Bleche

Bisher erfolgt die Herstellung aktiver Strukturbauteile aus Metallblech durch Aufkleben piezokeramischer Module. Dieser Ansatz stößt an Grenzen, wenn beispielsweise für die Strukturüberwachung eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren in komplex geformte Strukturbauteile integriert werden soll. 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 Piezokeramik-Bauelementen vor. Davon ausgehend wird ein Konzept für die Direktmontage in mikrostrukturierte Bleche erarbeitet. Die Mikrostrukturierung der Bleche erfolgt durch Umformen oder Fräsen mit zehn parallelen Mikrokavitäten. Die Piezokeramik-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 Montageschritt mit Fügespalten unter 16 μm reproduzierbar in Mikrokavitäten eingelegt werden. Das Fügen der Piezokeramik-Bauelemente in Blech durch Umformen und Kleben wurde untersucht. Bleche mit integrierten Piezokeramik-Bauelementen konnten durch Tiefziehen umgeformt werden. Der Funktionsnachweis direkt integrierter Piezokeramik-Bauelemente in Blech erfolgte durch Anregung und Detektion elastischer Materialwellen in Aluminiumblech sowie durch die Messung des Sensorsignals bei periodischer Erregung.