Das Projekt "RealMAK - Realisierung eines leistungsfähigen bleifreien Vielschicht-Piezoaktors über einen mehrskaligen Entwicklungsansatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PI Ceramic GmbH durchgeführt. Bleifreie piezokeramische Werkstoffe werden seit über 10 Jahren weltweit systematisch und intensiv untersucht. Ziel Ist es dabei, die bisher bleihaltigen Werkstoffe durch umweltfreundlichere Zusammensetzungen entsprechend den Forderungen der RoHS-Richttinie und der REACH-Verordnung zu ersetzen. Entsprechende Forschungen und Entwicklungen wurden durch die deutschen Industrieunternehmen erst 2004 begonnen. Mit den Ergebnissen der Projekte 'DeILead und LF-PICMA' konnte der Rückstand zum internationalen Stand deutlich reduziert und teilweise aufgeholt werden. Damit wurden Voraussetzungen geschaffen, um in der folgenden Phase die Entwicklungen von umweltfreundlichen piezokeramischen Werkstoffen und Komponenten im Sinne der Nachhaltigkeit und zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit zielorientiert fortführen zu können. Ziel des Projektes ReaIMAK ist es, einen langzeitstabilen Hochleistungs-Multilayer-Aktor auf Basis einer bleifreien Piezokeramik für Automotiv- oder Industrie-Anwendungen mit effektiven Piezokoeffizientefl d33 von mindestens 300 pm/V und einer Anwendungstemperatur im Bereich von -20C bis mindestens 150C zu entwickeln, der in Kombination mit einer Innenelektrode als Mehrschichtbauteil im Kosinterprozess hergestellt werden kann. Im Vorhaben wurde die gesamte Prozesskette von der Werkstoffzusammensetzung und den Rohstoffen bis zum bewerteten Aktor betrachtet. Dabei wurden sowohl Bismut-Natrium-Titanat basierte als auch Kalium-Natrium-Niobat basierte Zusammensetzungen hinsichtlich ihrer Eigenschaften für aktorische Anwendungen untersucht und bewertet. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass grundsätzlich möglich ist, bleifreie Multilayer sowohl aus KNN- als auch aus BNT-basierten Zusammensetzungen mit AgPd-lnnenelektroden aufzubauen. Verglichen zu den bekannten PICMA Aktoren liegen die erreichbaren Dehnungen dabei bei 60Prozent für KNN-basierte Zusammensetzungen und 30Prozent für BNT-basierte Zusammensetzungen Damit konnte die Performance von PZT-Materialien hinsichtlich Dehnungswerten und Stabilität mit bleifreien Piezokeramiken nicht erreicht werde. Eine einfache Substitutionslösung für bleihaltige Piezokeramiken wird es nicht geben. Ein potenzieller Einsatz bleifreier Keramiken in Systemen ist ohne individuelle Systemanpassung nicht möglich. Dennoch zeigen die durch das Konsortium erreichte Ergebnisse, dass industrielle Anwendungen bleifreier Piezowerkstoffe in der Zukunft nicht auszuschließen sind. Hierfür sind jedoch weiterführende Arbeiten in Richtung Materialanpassung, und Prozessstabilität und Dauerbeständigkeit notwendig
Das Projekt "FHprofUnt 2015: Herstellung und Eigenschaften von bleifreier Piezokeramik mit Nichtedelmetallelektroden durch Sinterung unter reduzierenden Bedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Jena, Fachbereich SciTec, Präzision - Optik - Materialien - Umwelt durchgeführt. Gesamtziel des Vorhabens PIEZORED ist die Erarbeitung der Grundlagen der Herstellung von bleifreier Piezokeramik mit Nichtedelmetall-Elektroden durch Sinterung unter reduzierenden Bedingungen sowie die Untersuchung der Korrelationen zwischen Herstellungsbedingungen und elektromechanischen Eigenschaften. Damit sollen gleichzeitig die Grundlagen für das Cofiring (gemeinsames Sintern) von bleifreier Piezokeramik in Kontakt mit Elektroden aus preisgünstigen Nichtedelmetallen (Ni, Cu) und der Herstellung von Multilayer-Aktoren (MLA) auf Basis dieser Werkstoffkombinationen erarbeitet werden. Das Vorhaben soll einen signifikanten Beitrag zum Verständnis der Phasenbeziehungen, der Stöchiometrieabweichung und der Korrelationen zwischen Kristall-, Mikro- und Domänenstruktur und elektromechanischen und Ladungstransporteigenschaften von bleifreien piezokeramischen Werkstoffen leisten. Das beantragte Vorhaben umfasst Untersuchungen zum Sintern bleifreier piezokeramischer Werkstoffe des Systems KNN und BNBST unter reduziertem Sauerstoffpartialdruck und des Cofirings mit preiswerten, jedoch oxidationsempfindlichen Nichtedelmetallelektroden. Damit soll letztlich das Cofiring von MLAs mit Cu- bzw. Ni-Elektroden ermöglicht werden, die in der Elektrotechnik, Mikrosystemtechnik bzw. Automotive ein hohes Anwendungs- und Marktpotenzial aufweisen.
Das Projekt "Optimierung von aktiven Rotorblättern mit verteilter piezokeramischer Aktuatorik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Luft- und Raumfahrttechnik durchgeführt. Lärm und Kabinenvibrationen lassen sich bei Hubschraubern nur mit aktiv steuerbaren Rotorblättern wesentlich reduzieren. Ein innovativer Ansatz zur aktiven Rotorsteuerung ist eine im Bereich der Blatthinterkante verteilte piezokeramische Aktuatorik. Eine ausreichende Steuerwirkung lässt sich nur erzielen, wenn die Anordnung der Piezokeramik und die Steifigkeitsverhältnisse im Blattquerschnitt bei der Auslegung genau aufeinander abgestimmt werden. Die daraus resultierende multidisziplinäre Entwurfsaufgabe ist so komplex, dass sie nur mit Hilfe von Optimierungsverfahren gelöst werden kann. Da traditionelle mathematische Optimierungsmethoden für die vorliegende Problematik ungeeignet sind, soll im Rahmen des beantragten Vorhabens eine neuartige problemspezifische Optimierungsstrategie entwickelt und umgesetzt werden. Es wird ein Optimierungsprogramm entwickelt, das auf Methoden der biologischen Evolution basiert. Zur aeroelastischen Auslegung wird es mit einem parametrisierten Simulationsmodell eines aktiven Rotorblattes verknüpft. Das entwickelte Programmpaket wird den Projektpartnern zur praktischen Anwendung bei der Entwicklung eines aktiven Rotors zur Verfügung gestellt.