piezoelektrischer Antrieb

Technologie

Der Piezo-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 cirka 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 beziehungsweise die Geschwindigkeit der Motoren. Die Frequenz (∼ 40 KHz) 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. Ein Piezo-Motor erzeugt keine störenden Magnetfelder und ist ihrerseits unempfindlich gegenüber externen magnetischen Feldern. Auch für die Nutzung im Vakuum und Hochvakuum gibt es Standardserien von Nanomotion.