Die Verteilung von positiven und negativen Ladungen und die räumliche Anordnung der Moleküle sind in piezoelektrischen Materialien derart gekoppelt, dass das eine nicht verändert werden kann, ohne das andere „mitzuziehen“. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung ändern die Kristallgitter ihre Form, unter mechanischer Belastung bauen sie eine elektrische Spannung auf. Der Einsatz in der Mikrosensorik, die Signale erkennt und verarbeitet, und der Mikroaktorik, die entsprechende Reaktionen übernimmt, bietet sich an. Piezoelektrische Wandler spielen eine bedeutende Rolle in zahlreichen technischen Anwendungen, von der Ultraschallerzeugung in der Medizintechnik über die Präzisionspositionierung und Schwingungskompensation bis hin zu schnellen Ventilen für die Common-Rail Dieselmotoren in der Automobiltechnik.

Insbesondere ist die bereits in verschiedenen Anwendungen eingesetzte Methodik - im Gegensatz zu herkömmlichen Parameterschätzverfahren - imstande, die für die Praxis relevanten Effekte der Temperatur- oder Frequenzabhängkeit der Materialparameter vollständig zu berücksichtigen.

Ein noch weitergehendes Forschungsziel, zu dem die Forschergruppe ebenfalls schon erste Resultate erzielt hat, ist die Identifikation von Nichtlinearität bzw. von Hysterese. Diese Phänomene treten in Anwendungen mit starker elektrischer bzw. mechanischer Anregung, also vor allem in der Aktorik auf. Hier hängen die Materialparameter vom elektrischen Feld bzw. der mechanischen Verzerrung selbst ab, beeinflussen diese Größen aber ihrerseits wieder über den piezoelektrischen Effekt. Dementsprechend hoch sind die sich daraus ergebenden Ansprüche sowohl an die mathematische Algorithmik als auch an die Messtechnik.

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Dr. Barbara Kaltenbacher
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Barbara.Kaltenbacher@lse.e-technik.uni-erlangen.de

Mediendienst Forschung-Aktuell Nr. 673 vom 30.10.03