PICMA® Piezoaktoren –
lange Lebensdauer für industrielle Anforderungen an die Zuverlässigkeit

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Know How und modernste Ausstattung
Know How und modernste Ausstattung begründen die einzigartige Flexiblität und Weltmarktführerschaft auf dem Gebiet der Piezokeramik. Piezoaktoren von PI vereinen nicht nur Stellweg und Steifigkeit in idealer Weise, sondern bieten lange Lebensdauer bei den tatsächlichen Anforderungen industrieller Einsatzgebiete. Lange Lebensdauer bedeutet maximale Zuverlässigkeit. Die preisgekrönten PICMA® Aktoren von PI nutzen die einzigartige, patentierte Technologie, und reduzieren, abhängig von der Betriebsart, die Ausfallrate um bis zu einem Faktor 10 verglichen mit herkömmlichen Multilayer Piezoaktoren.

Langzeittests unterstreichen die Zuverlässigkeit im statischen Betrieb
Feuchtigkeit ist der größte Risikofaktor für die Lebensdauer im niederfrequenten, quasistatischen Betrieb: Hier wird der Piezoaktor mit konstanter Spannung betrieben, um eine Position über längere Zeit beizubehalten. Der monolithische Aufbau mit keramischer Isolierung schützt die PICMA® Aktoren besser vor Feuchtigkeit als eine handelsübliche Polymerummantelung. Die eingebrannte äußere Keramikschicht isoliert und reduziert das Eindringen von Wassermolekülen. Vergleichende Testreihen von PICMA® Multilayer Piezoaktoren und solchen mit konventionellem Design legen die positive Wirkung der Keramikisolierung überzeugend dar. Polymerummantelte Piezoaktoren überstehen den Dauerbetrieb typischerweise ca. 30 Tage, die PICMA® Aktoren arbeiten auch noch nach über vier Jahren zuverlässig!

Download: PICMA® Lebensdauer-Tests

Dynamischer Dauerbetrieb
Die Faktoren, die die Lebensdauer von Piezokeramiken mit herkömmlicher Isolierung begrenzen, sind: Feuchtigkeit, Rissbildung in der Piezokeramik, die zu erhöhten Leckströmen führt, sowie die Ablösung der Elektroden aufgrund extremer dynamischer Belastung. PI reduziert die Risswahrscheinlichkeit durch die Nutzung eines besonderen, patentierten Designs mit segmentierten Schlitzen, die die Spitzen der auftretenden Zugbelastung auffängt. Des weiteren sichert ein spezieller Aufbau der Elektroden den hervorragenden, stabilen elektrischen Kontakt auch noch nach Milliarden von Belastungszyklen. PICMA® Multilayer Piezoaktoren zeigen auch nach vielen Milliarden von Lastzyklen keinen Rückgang in der Auslenkung.

Dauertest in kryogener Umgebung
Erfolgreiche beschleunigte Lebensdauertests mit PICMA® Piezoaktoren zeigen auch die Eignung für den Einsatz unter kryogenen Bedingungen. Für eine spezielle Anwendung mit der Anforderung von 10 Jahren Mindestlaufzeit wurden die Piezos in einer Vakuumkammer (2 • 10-3mbar ) in einemBad aus flüssigem Stickstoff (75 K) getestet und dann bei 90% der maximalen Spannung (>105 V) mit einer Frequenz bis zu 1 kHz betrieben. Auch nach einem Monat Dauerbetrieb war keine Verschlechterung der Aktorperformance messbar, weder in mechanischer Hinsicht (Auslenkung), noch in elektrischer (Kapazität und Resonanzfrequenz). (Dr. Bosotti et al., Universität Mailand, Italien, 2005)

Großer Betriebstemperaturbereich, optimale UHV Kompatibilität, minimales Ausgasen
Ein weiterer Vorteil der vollkeramisch isolierten PICMA® Piezoaktoren ist der erweiterte Betriebstemperaturbereich. Bis zu 150 °C bedeuten eine deutliche Verbesserung gegenüber den 80 °C, die die Obergrenze für andere, polymerisolierte Keramikaktoren darstellt. Die Hitzeentwicklung im dynamische Betrieb ist proportional zur Betriebsfrequenz. Daher erlaubt eine höhere Betriebstemperatur auch höhere Ansteuerfrequenzen und eine höhere Einschaltdauer. Zusätzlich dazu bietet die Abwesenheit einer Polymerisolation und die hohe Curie-Temperatur optimale Kompatibilität für Ultrahochvakuum: kein Ausgasen, und hohe Ausheiztemperaturen bis zu 150 °C.


PICA Piezoaktoren.


PICMA® Piezoaktoren (Kurve unten, rot) im Vergleich mit polymerummantelten Multilayer Piezoaktoren. Der Test zeigt, dass Feuchtigkeit keinen Einfluss auf PICMA® Piezoaktoren hat. Bei konventionell aufgebauten Piezokeramiken steigt der Leckstrom nach wenigen Stunden deutlich an: Ein Zeichen für die zunehmende Verschlechterung der Isolierung und damit für die Verkürzung der Lebensdauer


Ergebnisse eines beschleunigten Lebensdauertests im statischen Betrieb, Vergleich von PICMA® und herkömmlich isolierten Piezoaktoren (100 V DC, Raumtemperatur, 90% rel. Luftfeuchte). Die extrapolierte MTTF (mittlere Ausfallzeit, “Mean Time To Failure”) für PICMA® Piezokeramiken liegt bei 80 Jahren (700.000 Stunden Dauerbetrieb). Alle polymerummantelten Proben sind nach spätestens 1600 Stunden ausgefallen (MTTF: 805 Stunden = 1 Monat)

Dynamische Testreihen mit acht PICMA® Stichproben (5 x 5 x 18 mm): 4,0 x 109 Zyklen durchgeführt mit 116 Hz Sinusansteuerung (1,0 x 107 Zyklen pro Tag), 100 V unipolare Betriebsspannung, 15 MPa Vorspannung. Kontrollmessungen jeweils nach 109 Zyklen. Nur unwesentlicher Rückgang der Auslenkung