Die Zukunft der Piezokeramik im Automotive-Bereich
Von energierückgewinnenden Sensorsystemen und adaptiven haptischen Oberflächen über die Ultraschall-Sensorreinigung bis hin zu selbstüberwachenden Fahrzeugstrukturen – die piezokeramischen Lösungen von CeramTec ebnen den Weg für die Fahrzeugtechnologien von morgen.
Sie sind in der heutigen Automobilwelt bereits unverzichtbar: Unsere Materialien und Komponenten liefern selbst unter härtesten Bedingungen präzise Leistung – und verbinden dabei hohe Messgenauigkeit mit blitzschnellen Reaktionszeiten und außergewöhnlicher Robustheit. Damit unterstützen sie bewährte Systeme ebenso wie zukunftsweisende Konzepte und leisten einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Mobilität und zum autonomen Fahren.
Mit Blick auf die Zukunft werden bleifreie piezokeramische Lösungen auf diesem Weg eine Schlüsselrolle spielen – denn sie erfüllen immer strengere Umweltauflagen und halten dabei gleichzeitig die hohen Leistungsansprüche der Automobilindustrie aufrecht.
Innovative Konzepte - Gemeinsam entwickelt
Piezoelektrische Keramikkomponenten eröffnen zahlreiche neue Funktionsansätze in Fahrzeugen. Die folgenden Beispiele veranschaulichen mögliche Anwendungen und dienen als Inspiration für potenzielle Entwicklungsprojekte. Je nach Kundenprojekt können diese Themen bereits umgesetzt sein oder neues Innovationspotenzial erschließen.
CeramTec begleitet Kunden entlang des gesamten Entwicklungsprozesses:
Von der Auswahl geeigneter Materialsysteme bis hin zur Integration in Baugruppen. Diese partnerschaftliche Zusammenarbeit führt zu maßgeschneiderten Lösungen, die sowohl technisch als auch wirtschaftlich überzeugen.
Ob in der konkreten Produktentwicklung oder in der frühen Konzeptphase – wir verstehen uns als Entwicklungspartner.
Grundlegende Schritte:
- Mechanische Anregung: Unebenheiten der Fahrbahn, Kurvenfahrten, Reifenverformungen oder allgemeine Schwingungsquellen erzeugen eine periodische Kraft.
- Piezoelektrische Wandlung: Die piezokeramische Schicht verformt sich unter dieser Last geringfügig und erzeugt eine elektrische Spannung.
- Elektrische Nutzung: Die gewonnene Energie wird in einem Kondensator oder einem Mikro-Energiespeicher gepuffert und kann Mikrosensoren versorgen.
Technische Vorteile
- Energieausbeute selbst bei sehr geringen Schwingungen (hohe Empfindlichkeit)
- Zuverlässig unter extremen Temperaturen, Feuchtigkeit und Belastung
- Ideal für Sensortechnik in rotierenden Systemen (z. B. Reifen)
- Keine Batterie → kein Wartungsaufwand → keine Ausfälle durch Entladung
- Kompatibel mit energiearmer Elektronik und drahtlosen Sensoren (BLE, UHF, NFC)
Adaptiver Fahrzeuginnenraum
Funktionsprinzip
Hier kommt der inverse piezoelektrische Effekt zum Einsatz: Wird an einen piezokeramischen Aktor eine elektrische Spannung angelegt, verändert er seine Geometrie minimal – schnell und präzise, abhängig von der Frequenz. Dadurch lassen sich kontrollierte Schwingungen oder Klick-Impulse erzeugen. Diese veränderbaren Eigenschaften eröffnen neue Möglichkeiten der taktilen Interaktion in Infotainment-Systemen.
Technische Details
- Piezoaktoren bieten extrem kurze Reaktionszeiten (< 1 ms).
- Hohe Frequenzbereiche (Ultraschallfähigkeit), aber auch niederfrequente haptische Signale sind möglich.
- Hohe Kraftentwicklung bei minimaler Verformung → ideal für dünne oder verdeckte Einbauorte.
- Aktoren lassen sich in komplexe, gekrümmte Oberflächen integrieren (Armaturenbrett, Touch-Flächen, Mittelkonsole).
Technische Vorteile
- Keine mechanischen Tasten → größere Gestaltungsfreiheit
- Präzises, einstellbares taktiles Feedback („Klickgefühl“)
- Widerstandsfähig gegen Schmutz, Feuchtigkeit und Alterung
- Energieeffizient (es werden nur kurze Impulse benötigt)
- Ideal für hochintegrierte Cockpits und große Touchpanels in modernen Fahrzeugen
Ultraschallbasierte autonome Sensorreinigung
Funktionsprinzip
Piezoelektrische Ultraschallwandler erzeugen präzise, hochfrequente Schwingungen (typischerweise 20 kHz – 80 kHz). Diese Schwingungen erzeugen:
- Mikrovibrationen an der Oberfläche (z. B. Kameraabdeckung) sowie
- Druckschwankungen im Wasser- oder Luftfilm vor dem Sensor.
Diese Mikroeffekte entfernen zuverlässig Schmutzpartikel, Staub, Wassertropfen oder Eis von der Sensoroberfläche – ohne mechanische Wischer oder bewegliche Teile.
Technisch relevant sind:
- Hohe Frequenzstabilität für optimalen Reinigungseffekt
- Sehr flache Bauweise der piezokeramischen Elemente
- Integration in Glas, Kunststoff oder Metall möglich
Intelligente Werkstoffe
Funktionsprinzip
Piezo-Sensoren werden als eingebettete Funktionsschichten in Strukturelemente integriert. Sie dienen gleichzeitig als:
- Sensor: erkennt Dehnung, Risse, Strukturveränderungen
- Aktor: kann gezielte Impulse aussenden, um die Struktur zu überwachen (z. B. Puls-Echo-Verfahren)
So entsteht ein sogenanntes „Structural Health Monitoring System“ (SHM).
Technische Mechanismen
- Lambwellenanalyse: Ultraschallimpulse laufen durch das Bauteil und werden an Fehlern reflektiert – die piezokeramischen Sensoren empfangen diese Signale.
- Schwingungsanalyse: Änderungen der Eigenfrequenzen zeigen Materialermüdung an.
- Quasistatische Dehnungsmessung: Piezoelemente reagieren auf Kräfte und Dehnungen.
