Arbeitsgruppen

Die Arbeitsgruppe Umformen befasst sich mit der Herstellung und Umformung von Piezo-Metall-Verbunden. Die Herstellung der Verbunde erfolgt durch die direkte Integration von Piezofasern in mikrostrukturierte Bleche oder durch das Einkleben von Piezo-Modulen in Doppellagenbleche. Das Teilprojekt A1 stellt den piezokeramischen Werkstoff zur Verfügung, innerhalb des Teilprojekts A2 erfolgt die Mikrostrukturierung der Metallträger und die Integration der Piezofasern, das Teilprojekt A3 bringt Isolationsschichten auf und das Teilprojekt A4 befasst sich mit der Kontaktierung der Piezofasern. In den Teilprojekten B1 und B2 erfolgt die Umformung der Piezo-Metall-Verbunde sowie die numerische Untersuchung des Prozesses. Die Entwicklung eines Auslegungs- und Funktionsmodells für flächige Piezofaser-Metall-Module erfolgt in Teilprojekt C1, die Auslegung der Polarisierungstechnologie in Teilprojekt C3. Die aufeinander aufbauenden Forschungsschwerpunkte der Teilprojekte konstituieren die enge Verknüpfung innerhalb der Prozesskette Blech.

An der Arbeitsgruppe Guss sind in erster Linie die Teilprojekte (TP) A1, A4, B3, B5, C2 und C3 beteiligt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Fertigungstechnologien für Bauteile mit integrierten Piezosensoren und –aktoren. TP B3 realisiert die Integration in metallische Bauteile mittels Druckgießen, TP B5 befasst sich mit der Herstellung von piezoaktiven Sandwichstrukturen durch Kunststoffspritzgießen.
Von besonderer Bedeutung für Integration mittels Druckguss ist die Entwicklung von Piezomodulen auf Basis von PZT-Laminaten mit vollkeramischer Isolierung, die von TP A1 und TP A4 umgesetzt wird.
TP C3 beschäftigt sich mit der Auslegung der Polarisierungstechnologie für die gefertigten adaptiven Werkstoffverbunde, die vom TP C2 charakterisiert und numerisch modelliert werden.

Die Arbeitsgruppe Faserverbund setzt sich aus den Teilprojekten A1, A4, A5, B4, C2 und C3 zusammen. Jedes einzelne Teilprojekt (TP) fungiert dabei als Glied einer Prozesskette, die sich mit großserienfähigen Produktionstechnologien zur Herstellung und Weiterverarbeitung thermoplastverbundkompatibler Piezokeramik-Module (TPM) befasst.
Die Prozessentwicklung zur Herstellung geeigneter piezoelektrischer Fasern und Laminate erfolgt dabei von TP A1. TP A5 obliegt die eigentliche Fertigung der TPM, die in robusten Fertigungsprozessen aus TP B4 in Faserverbundstrukturen integriert werden. Das Kooperationsprojekt C2 ist für die numerische Simulation und Materialcharakterisierung der TPM zuständig. Geeignete Verfahren zur Kontaktierung und Polarisierung der TPM werden von TP A4 bzw. TP C3 entwickelt.

In der Arbeitsgruppe Piezokeramik werden Fragestellungen zur Auslegung und Integration von piezokeramischen Komponenten diskutiert. Ausgehend von der Materialauswahl und der Ermittlung der Materialkenndaten, werden insbesondere Themen zur Kontaktierung, Isolierung, Herstellung von Piezomodulen und Integration in Leichtbaustrukturen behandelt. Dabei stehen Piezomodule auf Basis piezokeramischer Fasern und Laminate im Fordergrund.
Piezokomposite bestehend aus Bleizirkonattitanat (PZT) Fasern in einer Polymermatrix werden vor allem in den Prozessketten Blechumformung und Faserverbund eingesetzt. Hier spielen Fragen zur Geometrie und Anordnung der Fasern im Polymer sowie zur Ansteuerung der Komposite eine entscheidende Rolle.
Piezokeramische Laminate auf Basis von PZT/LTCC Multilayern finden vor allem in der Prozesskette Gießen im Aluminiumdruckguss und im Montagespritzguss Anwendung. Der Fokus liegt hier in der stoff- und formschlüssigen Integration in die Strukturbauteile und in der Weiterkontaktierung der Module.
Die Arbeitsgruppe setzt sich aus Mitgliedern aller Prozessketten zusammen und trifft sich je nach Schwerpunktthema zweimal jährlich.

Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Design und Charakterisierung liegt im 1. Antragszeitraum bei der Gestaltung des Piezofaser-Metall-Moduls durch direkte Integration. Ausgehend vom im Teilprojekt C1 erarbeiten FE-Auslegungsmodell sind zur Bereitstellung der Piezokeramischen Halbzeuge das Teilprojekt A1, zur Mikrostrukturierung des metallischen Trägers das Teilprojekt A2, zum Aufbau der Isolationsschicht das Teilprojekt A3 und zur Lösung von Kontaktierungsfragen das Teilprojekt A4 beteiligt. Die Integration in die Prozesskette Blech erfolgt durch Mitarbeit der Teilprojekte B1/B2, die die die Umformung von Piezo-Metall-Verbunden simulativ und experimentell untersuchen.