Piezokeramische Motoren

Die Motoren der Baureihe HR-1 bis HR-8 erreichen maximale Geschwindigkeiten von 250 mm/s (Sondertypen bis 380 mm/s). Im spannungslosen Zustand wirkt der Antrieb als Bremse. Dabei bremst der Motor mit einer Haltekraft, die fast seiner maximalen Vorschubkraft entspricht. Der Kraftbereich ist von der Anzahl der Piezoelemente abhängig. Folgende Motortypen stehen standardmäßig zur Auswahl:

Dieser Motor zeichnet sich durch ein kleines Bauvolumen aus. Er hat eine Maximalkraft von 1,3 N und erreicht eine max. Geschwindigkeit von 220 mm/s. Einsatzbereiche dieses Motors sind z.B. kleinste Greifer für elektronische Komponenten, Miniaturachsen und Antriebe zum Verschieben oder Schwenken von z.B. Mikrooptiken.

Die Low-Speed-Motoren der Baureihe LS sind speziell für sehr gute Gleichlaufeigenschaften bei niedrigen Geschwindigkeiten konstruiert worden. Minimalste Geschwindigkeiten im Bereich von einigen µm/s werden erreicht.
Die maximale Geschwindigkeit liegt bei diesen Motorentypen bauartbedingt bei 20 mm/s. Im spannungslosen Zustand wirkt der Antrieb als Bremse. Dabei bremst der Motor mit einer Haltekraft, die fast seiner maximalen Vorschubkraft entspricht. Der Kraftbereich ist von der Anzahl der Piezoschwinger abhängig. Folgende Motortypen stehen standardmäßig zur Auswahl:

Der Antrieb enthält piezokeramische Schwingstäbe, die mit Federkraft auf eine Keramikoberfläche drücken. Die stabförmigen Piezoelemente schwingen elektrisch angeregt in zwei überlagerten Schwingungsformen, einer Längs- und einer Biegeschwingung. Die Anregung erfolgt in einer bimodalen Resonanzfrequenz von ca. 40 kHz. Dabei bildet sich in den Stäben eine stehende Wellenform. Die Überlagerung der Schwingungsformen führt zur Bildung von mikroelliptischen Bewegungen an den Stabenden.

Da die Piezo-Elemente mit einer mechanischen Vorspannung auf der Läuferleiste aufliegen, übertragen sie mittels Reibung eine Antriebskraft.

Die Steuerspannung der Antriebselektronik bestimmt die Größe der Schwingamplitude und damit die Kraft bzw. die Geschwindigkeit der Motoren. Die Frequenz bleibt als Systemgröße konstant.

Zur Kraftsteigerung können auch mehrere Motoren auf einer Achse angeordnet werden. Sie werden dabei synchron von einer Antriebselektronik angesteuert.

Die Keramik-Elemente tragen Gleitschuhe aus einer Hartkeramik. Als Laufbahn dienen geläppte Keramikleisten. Diese tribologische Paarung ermöglicht einen langen Betrieb ohne nennenswerten Verschleiß. Ein wartungsfreier Betrieb von 20.000 Stunden (MTBF) wird für normale Einsatzbedingungen angegeben.

Rotatorische Antriebe lassen sich entweder durch radiale Anordnungen der Motoren auf dem Umfang eines Zylinders (Laufbahn als Keramikring) oder durch axiale Anordnung an einer Keramikscheibe angreifend realisieren.

Die Piezomotoren erzeugen keine störenden Magnetfelder und sind ihrerseits unempfindlich gegenüber externen magnetischen Feldern.

Auch für die Nutzung im Vakuum und Hochvakuum gibt es Standardserien von Nanomotion.

Die PiezoMotoren besitzen an den Enden der Antriebselemente eine Hartkeramik. Als Laufbahnen dienen geläppte Keramikelemente in Form von Standard-Streifen, Ringen oder Scheiben. Diese tribologische Paarung ermöglicht einen langen Betrieb ohne nennenswerten Verschleiß. Ein wartungsfreier Betrieb von 20.000 Stunden (MTBF) wird für normale Einsatzbedingungen angegeben. Rotatorische Antriebe lassen sich entweder durch radiale Anordnungen der Motoren auf dem Umfang eines Zylinders (Laufbahn als Keramikring) oder durch axiale Anordnung, an einer Keramikscheibe angreifend, realisieren.

Die piezoelektrischen Antriebe erfordern aufgrund ihrer hohen Dynamik und ihrer besonderen Positioniereigenschaften eine reaktionsschnelle Steuerung mit angepassten Regelstrukturen. Wir liefern Ihnen gerne die passende Mehrachssteuerung, abgestimmt auf Ihr Piezo-Motor-System. Zusätzlich können unsere Steuerungen auch weitere Schritt-, Servo- oder Sonderachsen Ihrer Applikation ansteuern und regeln.
Nähere Informationen finden Sie unter unseren Mehrachssteuerungen oder fordern Sie bitte unsere aktuellsten Informationen zu diesem Thema an.

Nanomotion's EDGE Motor ist der kleinste industrielle Motor seiner Art am heutigen Markt. Mit seinem unbegrenzten Verfahrweg, rotative wie linear, bietet er eine große Breite an Einsatzmöglichkeiten. Der EDGE Motor arbeitet mit einem extra entwickelten, kompakten ASIC-Regler, so dass jeder Servo Controller verwendbar ist. Der EDGE Motor ist leicht in jede gelagerte Struktur zu integrieren und ist ideal für die Massenproduktion.

• maximale Geschwindigkeit (ohne Last) 200 bis 300 mm/s
• Dauerkraft 320 bis 350mN
• Haltekraft im Stillstand 310 bis 350 nN
• statische Steifheit 0,06 bis 0,09 N/µ
• Vorlast am Tisch 1,65 bis 2,0 N
• Kraftkonstante Kf 30,5 mN/VoH mit AB5 Regler; 40,6 mN/VoH mit AB1 Regler
• Geschwindigkeitskonstante Kv -1,6307 Nsec/m
• Offset: 2-3 V von 10 V (Reglerabhängig)
• erreichbare Auflösung besser als 50 nm

• Länge 13,5 mm
• Breite 7,6 mm
• Höhe 3,15 mm
• Gewicht 0,55 g

• maximale Spannung 12 Vrms sinusförmig
• maximaler Stromverbrauch 130 mArms
• maximale Leistung 750 mW
• typische Kapazität 9.5nF/Pol

• Betriebstemperatur -20 °C bis 60 °C
• Lagerung -40 °C bis +80 °C
• Feuchtigkeit 0 bis 80% nicht kondesierend

Die vakuumtauglichen und unmagnetischen Piezomotoren sind perfekt als Antriebe im Vakuum (z.B. Rasterelektronenmikroskop, Röntgenstrahl- und Mikrowellenanwendungen):

• nichtmagnetisch (z.B. HRx-1-N oder DMx-1-N)
• vakuumtauglich bis 10-7 Torr (z.B. HRx-1-V oder DMx-1-V)
• vakuumtauglich bis 10-7 Torr und nichtmagnetisch (z.B. HRx-1-VN-l oder DMx-1-VN)
• hochvakuumtauglich bis 10-10 Torr und nichtmagnetisch (z.B. HRx-1-U oder DMx-1-U)

• 2 Standardausführungen für den Einsatz im Vakuum: Für 10-7 Torr oder 10-10 Torr
• 100% unmagnetische Ausführungen
• Unbegrenzter Hub
• Hohe Positioniergenauigkeit
• Großer Geschwindigkeitsbereich
• Hochdynamisch
• Hervorragende Verfahr- und Einschwingzeiten
• Kompakte Abmessungen
• Linearer- oder rotativer Direktantrieb
• Bremsfunktion im ausgeschalteten Zustand
• Keine Aussendung von Magnetfeldern
• Keine Einwirkung durch externe Magnetfelder

Die Piezomotoren benötigen eine Antriebselektronik, vergleichbar einem Servomotor, der einen entsprechenden Verstärker (Regler) benötigt. Die Verstärker werden mit einem Analogsignal +/-10 V angesteuert. Hinsichtlich Baugröße und Versorgungsspannung stehen unterschiedliche Antriebsverstärker zur Verfügung:

*Ein Regler ist immer für eine voher zu definierenden Anzahl von Elementen ausgelegt.

Diese Verstärker können für jeden Motor verwendet werden: Gleichgültig, ob 1 bis 32 Motorelemente, ob ST-, LS- oder HR-Motortyp.

Diese Einsteckkarte im 3 HE-Format ist funktionell identisch mit dem AB1A-Standardverstärker.

Diese AB2-Verstärker entsprechen den AB1A-Verstärkern erweitert um einen DC-Mode. In dem üblichen Betriebsmodus schwingen die Piezoelemente der Motoren und erlauben so eine große Verfahrstrecke bei hohen Geschwindigkeiten. In dem DC-Mode schwingen die Piezoelemente der Motoren nicht, sondern werden entsprechend des angelegten Sollwertes verformt.
Der Stellbereich im DC-Modus beträgt ca. ±1 - 300 Nanometer!

Diese AB4-Verstärker haben kleinere Abmaße und können für jeden Motor bis maximal 4 Motorelemente verwendet werden.

Der AB5-Verstärker revolutioniert die übliche Ansteuerung der Piezo-Motoren. Durch die Kompensation der Reibung und die Linearisierung der Geschwindigkeits-/Sollwert-Kennlinie können die Piezomotoren, wie DC-Motoren regelungstechnisch betrieben werden.
Zusätzlich kann die Haltekraft der Motoren über die Antriebseinheit beeinflusst werden, damit z.B. die Achsen auch manuell in eine Ausgangsposition verschoben werden können.