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Piezoelektrisches Relais-Array

Mouanda, Thierry Leandre (1999):
Piezoelektrisches Relais-Array.
Technische Universität Darmstadt,
[Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwieweit sich die im Sol-Gel-Verfahren hergestellten piezoelektrischen Keramikfolien, aufgebracht auf einem Metallträger, als Antrieb für Mikrorelais im Niederspannungsbereich eignen.

Zunächst wird die prinzipielle Wirkungsweise eines handelsüblichen elektromagnetischen Relais erläutert, um darauf basierend die Funktionsstruktur und die Anforderungsliste eines Mikrorelais abzuleiten. Ferner werden verschiedene Aktorprinzipien, die als mögliches Antriebsmodul zur Lösung der Aufgabenstellung in Frage kommen, miteinander verglichen. Als neuartiges Prinzip wird ein piezoelektrischer Folienbieger zur weiteren Untersuchung ausgewählt. Bei diesem werden die piezoelektrischen Keramikschichten im Sol-Gel-Verfahren auf der metallischen Trägerfolie aufgetragen. Es wird eine Prinzipiensammlung zur Herstellung der Biegeelemente aus den mit Keramik beschichteten Folien erstellt. Diese beinhaltet die Auswahl der geeigneten Geometrien sowie der Bauform (Trimorf bzw. Unimorf), und die Herstellung einer Maske für die spätere Kontaktierung der geschnittenen Proben. Die kontaktierten Proben werden polarisiert und anschließend werden durch statische und dynamische Untersuchung deren Kennwerte ermittelt. Als Ergebnis der experimentellen Untersuchungen werden als Schwachstellen des Verfahrens Durchschläge in der Keramikschichten, vor allem in den Kontaktbereichen, festgestellt. Diese Ausfälle umfassen ca. 90% aller Probenstreifen. Als Ursache wird zur Zeit vom Hersteller der Folien eine chemische Reaktion zwischen Kontakt und PZT-Schicht vermutet.

Die Untersuchung an den intakten Biegern zeigen, daß bereits bei Spannungen bis zu 10V Auslenkungen von bis zu 15µm bei Kräften bis zu 200µN erreichbar sind. Zwar wird für die Kontaktkraft die Pflichtenheftvorgabe nicht erreicht, aber bei einer weiteren Optimierung des Schichtsystems in Richtung höherer Durchschlagsspannung, ganzflächiger Kontaktierung des Biegers, dickerer Keramikschicht und dünnerer Hastelloydicke lassen sich zukünftig Antriebselemente für Mikrorelais erwarten, die die Pflichtenheftzielsetzungen erfüllen.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 1999
Creators: Mouanda, Thierry Leandre
Title: Piezoelektrisches Relais-Array
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, inwieweit sich die im Sol-Gel-Verfahren hergestellten piezoelektrischen Keramikfolien, aufgebracht auf einem Metallträger, als Antrieb für Mikrorelais im Niederspannungsbereich eignen.

Zunächst wird die prinzipielle Wirkungsweise eines handelsüblichen elektromagnetischen Relais erläutert, um darauf basierend die Funktionsstruktur und die Anforderungsliste eines Mikrorelais abzuleiten. Ferner werden verschiedene Aktorprinzipien, die als mögliches Antriebsmodul zur Lösung der Aufgabenstellung in Frage kommen, miteinander verglichen. Als neuartiges Prinzip wird ein piezoelektrischer Folienbieger zur weiteren Untersuchung ausgewählt. Bei diesem werden die piezoelektrischen Keramikschichten im Sol-Gel-Verfahren auf der metallischen Trägerfolie aufgetragen. Es wird eine Prinzipiensammlung zur Herstellung der Biegeelemente aus den mit Keramik beschichteten Folien erstellt. Diese beinhaltet die Auswahl der geeigneten Geometrien sowie der Bauform (Trimorf bzw. Unimorf), und die Herstellung einer Maske für die spätere Kontaktierung der geschnittenen Proben. Die kontaktierten Proben werden polarisiert und anschließend werden durch statische und dynamische Untersuchung deren Kennwerte ermittelt. Als Ergebnis der experimentellen Untersuchungen werden als Schwachstellen des Verfahrens Durchschläge in der Keramikschichten, vor allem in den Kontaktbereichen, festgestellt. Diese Ausfälle umfassen ca. 90% aller Probenstreifen. Als Ursache wird zur Zeit vom Hersteller der Folien eine chemische Reaktion zwischen Kontakt und PZT-Schicht vermutet.

Die Untersuchung an den intakten Biegern zeigen, daß bereits bei Spannungen bis zu 10V Auslenkungen von bis zu 15µm bei Kräften bis zu 200µN erreichbar sind. Zwar wird für die Kontaktkraft die Pflichtenheftvorgabe nicht erreicht, aber bei einer weiteren Optimierung des Schichtsystems in Richtung höherer Durchschlagsspannung, ganzflächiger Kontaktierung des Biegers, dickerer Keramikschicht und dünnerer Hastelloydicke lassen sich zukünftig Antriebselemente für Mikrorelais erwarten, die die Pflichtenheftzielsetzungen erfüllen.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Biegewandler SOL-GEL-Verfahren, Kraft-Weg Kennlinie, Mikrorelaisentwurf, Piezoaktor
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design (dissolved 18.12.2018)
Date Deposited: 09 Sep 2011 15:45
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1413

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 04-05-1998

Ende Datum: 15-02-1999

Querverweis: 17/24 EMKS 1374

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKS 1413
Referees: Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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