Experimentelle Schädigungsanalysen und Entwicklung numerischer Modelle zur Vorhersage der Lebensdauer von Piezoaktuatoren in Werkzeugmaschinen

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Das Ziel des Fraunhofer IWM besteht in der Entwicklung und Verifikation von Lebensdauermodellen für PZT-Aktuatoren/Sensoren. In enger Kooperation mit anderen Antragstellern sollen dabei die spezifischen Beanspruchungen der adaptronischen Systeme in den Werkzeugmaschinen und die jeweilige Bauweise der eingesetzten Aktuatoren berücksichtigt werden. In den ersten beiden Jahren werden schwerpunktmäßig flächige PZT-Folienfunktionsmodule auf scheibenförmigen Werkzeugen betrachtet. In Modellexperimenten sollen jeweils typische Schädigungsmuster identifiziert und Lebensdaueruntersuchungen unter zyklischer mechanischer und/oder elektrischer Belastung durchgeführt werden. Parallel dazu werden die Spannungsverteilungen in den Aktuatoren mit der Finite Elemente Methode (FEM) berechnet, so dass die beobachteten Schädigungen mit den lokalen Beanspruchungen am Ort des Versagens korreliert werden können. Daraus wiederum können bauteil- und geometrieunabhängige Versagenskriterien abgeleitet und übertragbare Lebensdauermodelle für die jeweiligen Aktuatortypen entwickelt werden. Zum Nutzen der Anwender werden Lebensdauervorhersagen und Optimierungshinweise (z.B. zur Auslegung und Positionierung der Aktuatoren) erwartet. In ähnlicher Weise sollen später auch die Anwendungen mit Stapelaktuatoren untersucht werden.