MA – Entwicklung einer Ansteuerelektronik für einen piezoelektrischen Dispenser und dessen applikationsnahe Charakterisierung

Für die Realisierung von schnellen, präzisen Injektoren ist die Verwendung von piezoelektrischen Aktoren eine interessante Alternative zu magnetischen Lösungen. Im Rahmen dieser Masterarbeit soll eine Ansteuerelektronik für einen Piezoaktuator entwickelt und im Gesamtsystem Dispenserkopf umfassend charakterisiert werden.

Die Ansteuereinheit soll in der Lage sein, eine Aktorkapazität von einem Mikrofarad in unter 10 Mikrosekunden um mindestens 60 Volt umzuladen, und das bei möglichst hohen Pulswiederholfrequenzen, idealerweise bis zu einem Kilohertz. Im Sinne einer Minimierung von Verlustleistung und elektromagnetischer Störemission soll auf ein hartes Umladen verzichtet werden. Stattdessen ist eine regenerative Ansteuerung mit der Möglichkeit zur dynamischen Einflussnahme auf die Form der Umladekurve anzustreben. Im ersten Schritt sind mögliche Lösungen für die Treiberendstufe und das Regelverfahren zu recherchieren sowie kritisch zu diskutieren, begleitet durch eigene Abschätzungen und Simulationen. Darauf aufbauend ist eine anwendungsspezifische Schaltungslösung zu entwickeln. Bei deren Realisierung ist ein möglichst kompakter Aufbau anzustreben, um eine (spätere) Integration in den Dispenserkopf zu ermöglichen. Die Treiberschaltung ist zunächst in Verbindung mit einem Piezoaktor umfassend elektrisch zu charakterisieren. Dabei ist vor allem die erreichbare Dynamik und Einstellgenauigkeit der Spannung (Überschwinger, Restwelligkeit, etc.), insbesondere in Verbindung mit der Art des Reglers und den Reglerparametern, zu untersuchen. Anschließend sind im Rahmen einer Charakterisierung des Gesamtsystems „Dispenserkopf“ die Qualität der Tröpfchen, deren Parameterbereich sowie die Möglichkeiten zur Einflussnahme auf die Tröpfchenbildung über die Piezoansteuerung zu untersuchen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind umfassend zu domkumentieren.

Bearbeiter: Daniel Föste

Betreuer:  Prof. Dr.-Ing. Martin März

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März