Fraunhofer-Gesellschaft 
Hochdynamische Sonderaktorik am Beispiel einer hochfrequenten Piezopumpe
Die Vorteile von Piezoaktoren werden immer noch selten genutzt. Im Projekt HIPER-Act wird u. a. eine Einspritzpumpe auf Basis hochdynamischer Piezoaktoren entwickelt. Um Entwicklungsrisiken zu minimieren, entwickelt das Fraunhofer LBF flexible Simulationsmodelle und Integrationstechniken für Piezoaktoren, die die Pumpenoptimierung und die nachfolgende Produktentwicklung deutlich beschleunigen.
HIPER-Act – Piezoaktorik für industrielle Anwendungen
Im 7. Rahmenprogramm für Forschung innerhalb der Europäischen Union wird im Projekt HIPER-Act (Novel technology for HIghPERformance piezoelectric Actuators) unter anderem eine hochfrequente Piezopumpe von Fraunhofer LBF, Ricardo und Noliac entwickelt. Hier kommen erstmals neu entwickelte Piezoaktoren zum Einsatz, die bezüglich Fertigungskosten, Robustheit und Einsatzdynamik optimiert sind und neue Applikationen für die Piezoaktortechnologie erschließen werden.
Innerhalb des Projektes werden neue Piezomaterialien sowie darauf basierende Aktoren entwickelt, die eine deutlich höhere Feuchtigkeits- und Bruchresistenz und damit auch eine höhere Lebensdauererwartung aufweisen. Um auch die Kosten für Piezoaktoren weiter zu senken, werden neue Fertigungsverfahren entwickelt. Die neuen HIghPERformance Aktoren kommen im Anschluss in vier industriellen Anwendungen zum Einsatz.
Eine dieser Anwendungen ist eine hochfrequente Piezopumpe zur Injektion von AdBlue® im Abgastrakt von Kraftfahrzeugen. Durch die piezogesteuerte Einspritzung wird es möglich sein, den Schadstoffausstoß durch eine feinere Dosierung weiter zu senken und eine weitere Kommerzialisierung der kostengünstigen Piezoaktoren zu erlauben. Das Fraunhofer LBF entwickelt hierzu in Zusammenarbeit mit der Firma Ricardo ein ganzheitliches Simulationsmodell, in dem thermomechanische, elektromechanische und hydraulische Wechselwirkungen im aktorischen Großsignalbetrieb berücksichtigt werden. In Kombination mit Konstruktions- und hydraulischen Modellen können damit bereits auf dem Reißbrett entworfene Komponenten bezüglich ihrer späteren Performance anwendungsnah vorbewertet werden. So können frühzeitig konstruktive Details verbessert und Funktionen implementiert werden, was den Entwicklungsprozess deutlich beschleunigt und damit Kosten spart.
Die entwickelten Simulationsmodelle, damit verbundene Simulationsverfahren zur Auslegung der Aktorik und das Integrations-Know-how sind modular aufgebaut und können flexibel bei künftigen hochdynamischen Anwendungen mit Piezoaktoren eingesetzt werden, dies auch über Pumpanwendungen hinaus.
