Piezoaktoren

Steuer- und Regelungstechnik mit dem mehrschichtigen PZT Piezoaktor

Piezokeramische Aktoren nutzen den piezoelektrischen Effekt: die Piezokeramik dehnt sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung in Richtung des elektrischen Feldes aus. Ein Piezoaktor bietet in Mikropositionierung, Ventilsteuerung, Schwingungsdämpfung oder Schallerzeugung interessante Lösungen.

SealActor®

PZT Aktor mit aktiver
Feuchtigkeitsunterdrückung

Hermetisch versiegelte
piezokeramische Aktoren
Piezokeramische
Standard-Aktoren
Piezokeramische
Werkstoffe

Aktoren (elektromechanische Wandler; auch: Aktuatoren) sind Leistungswandler und setzen die elektrische Signale in eine mechanische Auslenkung um und greifen so regulierend in Steuerungssysteme ein. Der Umwandlungsvorgang wird auch als Aktorik oder Aktuatorik bezeichnet. Die für eine Aktor-Auslenkung von 1,4 bis 1,7‰ benötigten elektrischen Feldstärken liegen normalerweise bei etwa 2.000 V/mm.

Piezokeramik für die Aktorik

„Piezoaktoren von CeramTec setzen sich aus bis zu 500 etwa 0,1 mm dicken piezokeramischen PZT Schichten zusammen.“

CeramTec Piezo-Aktoren bestehen aber aus bis zu 500 etwa 0,1 mm dicken piezokeramischen Blei-Zirkonat-Titanat-Schichten (PZT) aus dem Werkstoff SONOX® P505 und werden nach speziell entwickelten Stapel- und Sinter-Verfahren hergestellt. Dadurch kann die maximale Dehnung oder Auslenkung mit linearen Piezoaktoren von CeramTec schon bei relativ niedrigen Spannungen von 200 V erreicht werden. CeramTec produziert diese piezokeramischen Vielschicht-Aktoren mit quadratischem, rechteckigem oder runden Querschnitt. Auch eine mittige beziehungsweise axiale Bohrung durch einen solchen Aktor ist möglich.

Gut zu wissen:

Anwendungen mit mehrschichtigen PZT Piezoaktoren

  • Mikropositionierung:
    • Lichtleitfaserjustierung
    • Präzisionsverstelleinrichtungen
  • Ventilsteuerung: pneumatische oder hydraulische Ventile
  • Aktive Schwingungsdämpfung
  • Schallerzeugung

Mikropositionierung mit Piezoaktoren zur Lichtleitfaserjustierung

Lichtleitfasern als Kommunikationsmedium sind nur wenige μm dick. Sollen bei der Verlegung solcher Kabelsysteme zwei Lichtwellenleiter miteinander verbunden werden, müssen sie auf den Bruchteil eines μm genau zueinander positioniert werden. Für diese Aufgabe eignen sich lineare Piezo-Aktoren hervorragend, weil sie bei elektrischer Ansteuerung eine zur Ansteuerspannung proportionale Längenänderung erzeugen, die auf 0,1 μm genau geregelt werden kann.

Mikropositionierung mit Piezoaktoren für Präzisionsverstelleinrichtungen

Überall wo präzise Positionierung in eine oder mehrere Richtungen notwendig ist, wie zum Beispiel bei der Interferometrie, bei Laseranwendungen oder in der Wafertechnik, kommen Mikroverstelleinrichtungen zum Einsatz. Hier sind je nach Ausführung bis zu drei piezoelektrische Vielschicht-Aktoren unter Vorspannung in eine spielfreie mechanischen Wegübersetzungseinheit eingebaut. Für jede Raumrichtung kommt ein Piezoaktor zum Einsatz und bewirkt eine Relativbewegung des Systems, die seiner Dehnung plus der Wegübersetzung entspricht.

Piezokeramische Ventilsteuerung mit PZT Piezo-Aktoren

In modernen pneumatischen und hydraulischen Anwendungen werden immer kürzere Schaltzeiten der Ventile gefordert. Hier stellen PZT-Piezokeramik-Aktoren mit Kräften im kN-Bereich und Stellwegen von bis zu 50 μm eine interessante Lösung dar. Aufgrund der erreichbaren hohen Energiedichten kann ein gefordertes Produkt aus Kraft und Weg durch ein vergleichsweise kleines Volumen des Piezoaktors erreicht werden. Die möglichen Ansprechzeiten liegen mit <1 ms weit unter denen von elektromagnetischen Antrieben.

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