Kompaktmodell für die Charakterisierung eines piezoelektrischen Membrandruckkopfes

Abstract:
Die Dosierung kleinster Mengen von Fluiden mit Drop-on-Demand (DoD) Techniken wird in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt. Hierbei kommt eine breite Palette an Fluiden mit z.T. sehr unterschiedlichen Eigenschaften zum Einsatz. Dies erfordert eine individuelle Anpassung des Tropfenerzeuger-Designs an die jeweilige Aufgabenstellung. Für eine Verkürzung des Design-Zyklus ist es vorteilhaft die Eigenschaften der Tropfenerzeuger noch vor der Herstellung ermitteln und so den Designprozess lenken zu können. Aufgrund der Komplexität des Vorgangs, der sich über drei physikalische Domänen erstreckt ist eine Simulation des vollständigen Tropfenerzeugungsprozesses mithilfe von FEAAnalyse sehr aufwändig. Deshalb beschränken sich gängige FEA-Modelle auf die Simulation von nur ein oder zwei Domänen. Für die Durchführung einer Simulation des vollständigen Tropfenentstehungsprozesses wird ein Modell auf Basis diskretisierter Elemente erarbeitet. Das Modell besteht aus drei Teilmodellen, je eines für die elektrische, die mechanische und die fluidmechanische Domäne. Für die Simulation werden diese bidirektional miteinander gekoppelt. Die Teilmodelle selbst werden auf Basis grundlegender physikalischer Überlegungen hergeleitet, wie z.B. der Biegedifferentialgleichung im Falle des mechanischen Teilmodells. Die Implementierung erfolgt in MATLAB(TM)/ Simulink(TM).