Modellierung, Optimierung und experimentelle Verifizierung piezoelektrischer Biegeaktoren für Mikropumpen

Abstract:
Piezo-Biegeaktoren haben sich als Antrieb in Mikropumpen etabliert, da sie vergleichsweise hohe Förderraten ermöglichen. Neben den Ventileigenschaften wird die Leistungsfähigkeit einer Mikropumpe maßgeblich durch Volumenverdrängung und Steifigkeit des Aktors begrenzt. Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wird ein typischer Piezoaktor modelliert, und bezüglich eines Arbeitsdruckes optimiert. Eine einfache analytische Beschreibung der maximalen Verdrängung eines Piezo-Biegeaktors wird vorgestellt. Die Berücksichtigung des Versatzes der neutralen Fasern zwischen Piezo- und Randbereich führt zu einer hohen Übereinstimmung der analytischen und numerischen Lösung. Die Ergebnisse konnten experimentell verifiziert werden. Generische Designregeln für optimale Piezo-Biegeaktoren werden erstmals in einfacher Form dargestellt.