Allgemeines
Der Piezoeffekt wird heute in vielen alltäglichen Produkten angewendet, zum Beispiel in Feuerzeugen, Lautsprechern und Summern. Beim Einsatz im Gasanzünder erzeugt der Druck auf eine Piezokeramik eine elektrische Ladung, die einen Funken erzeugt. Auch die meisten elektronischen Wecker nutzen keine elektromagnetischen Summer mehr, weil piezoelektrische Keramiken kompakter und effizienter sind. Neben diesen einfacheren Anwendungen hat sich die Piezoaktorik seit kurzem auch in der Kraftfahrzeugtechnik durchgesetzt. Piezogetriebene Einspritzventile in Dieselmotoren erreichen wesentlich kürzere Stellzeiten als die klassischen Magnetventile und verbessern die Laufruhe und Abgasqualität erheblich.
Das Wort "Piezo" ist vom griechischen Wort für Druck abgeleitet. 1880 entdeckten Jacques und Pierre Curie, dass Druck in Quarzkristallen elektrische Ladungen erzeugt; sie nannten dieses Phänomen den "Piezoeffekt". Später stellten sie fest, dass elektrische Felder piezoelektrische Materialien verformen können. Dieser Effekt wird der "inverse Piezoeffekt" genannt. Die ersten kommerziellen Anwendungen des inversen Piezoeffektes waren Sonarsysteme, die im ersten Weltkrieg eingesetzt wurden. Der Durchbruch kam in den 40er Jahren, als Wissenschaftler entdeckten, dass Barium-Titanat durch Anlegen eines elektrischen Feldes piezoelektrische Eigenschaften annimmt.
Piezoelektrische Materialien werden eingesetzt, um elektrische Energie in mechanische umzuwandeln und umgekehrt. Für die Nanopositionierung ist die präzise Bewegung, die entsteht, wenn eine elektrische Spannung an ein piezoelektrisches Material angelegt wird, von großer Bedeutung. Aktoren, die auf dem Piezoeffekt basieren, sind erst seit ca. 35 Jahren kommerziell verfügbar und haben seitdem die Welt der Präzisionspositionierung stark verändert. |
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Vorteile und Eigenschaften von Piezo-aktoren
- Piezoaktoren können Bewegungen im Sub-Nanometerbereich mit hoher Geschwindigkeit durchführen; ihre Bewegung beruht auf kristallinen Festkörpereffekten. Es gibt keine rotierenden oder reibenden Teile.
- Piezoaktoren können große Lasten bis zu mehreren Tonnen bewegen.
- Piezoaktoren wirken elektrisch wie kapazitive Lasten und benötigen praktisch keine Leistung im statischen Betrieb.
- Piezoaktoren sind wartungs- und verschlei§frei, weil sie keine bewegten Teile im klassischen Sinne besitzen.
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