Kurzfassung der Dissertation von Dr.-Ing. Rüdiger G. Ballas

Im Bereich der Aktorik nimmt die Gruppe der piezokeramischen Multilayer-Biege­aktoren eine Schlüsselstellung ein. Diese weisen Stellkräfte von einigen Newton bei hohen Auslenkungen (einige 100 µm) auf, ein Aspekt, welcher insbesondere für Mikro-Elektromechanische Systeme (MEMS) von großem Interesse ist.

Im Rahmen dieser Dissertation am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der TU Darmstadt wurden die theoretischen Grundlagen zur Beschreibung des statischen und dynamischen Verhaltens jeglicher Art einseitig eingespannter piezoelektrischer n-Schicht-Biege­aktoren erarbeitet und die beschreibenden Gleichungen in analytisch geschlossener Form abgeleitet. Aus den gewonnenen Kenntnissen bezüglich des dynamischen Verhaltens piezoelektrischer Multilayer-Biegeaktoren erfolgte in einem nächsten Schritt die systematische Entwicklung deren schaltungstechnischer Darstellung im Rahmen der Netzwerktheorie.

Die analytischen Berechnungen auf Basis der entwickelten strukturdynamischen Ansätze wurden realen Messungen an einem monomorphen Biegeaktor in Multilayertechnologie gegenübergestellt.

Der zweite Hauptschwerpunkt der Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung und Realisierung eines smarten Sensor-Aktor-Systems. Durch Integration von kapazitiven bzw. induktiven Wegsensoren konnten Aktor-Sensor-Systeme realisiert werden, mit denen es möglich ist, die für piezokeramische Aktoren typischen Hysterese-, Drift- und Kriecheigenschaften zu kompensieren.