Handhabung von Piezoaktoren

Piezoaktoren sind hohen mechanischen undelektrischen Belastungen ausgesetzt. Die spröden keramischen oder kristallinen Materialien
erfordern zudem eine sorgfältige Handhabung.
Vermeiden Sie mechanische Stöße auf
den Aktor, wie sie z. B. beim Herunterfallen
entstehen können.
Verwenden Sie beim Einbau keine
metallischen Werkzeuge.

Abb. 52: Vermeiden vonQuerkräften und Momenten

Vermeiden Sie beim Einbau undwährend der Anwendung ein Zerkratzen
der Keramik- bzw. Polymerumhüllung
und der Endflächen.

Unbenannt-2
Unbenannt-2
1
1

Vermeiden Sie den Kontakt der Keramikoder Polymerisolierung zu leitfähigen
Flüssigkeiten (u. a. Fingerschweiß) sowie
zu Metallstaub.
Wenn der Aktor im Vakuum betrieben
wird: Beachten Sie die Hinweise zu den
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zulässigen Ansteuerspannungen in
bestimmten Druckbereichen (s. S. 150).

Abb. 53: Vermeiden
von Drehmomenten

Wenn der Aktor in Kontakt mit isolierenden
Flüssigkeiten, wie Silikon- oder Hydrauliköle, kommen kann, wenden Sie sich an
info@piceramic.de.
Wenn der Aktor versehentlich verunreinigt
wurde, reinigen Sie den Aktor vor der
Wiederinbetriebnahme sorgfältig mit Isopropanol bzw. Ethanol. Anschließend
trocknen Sie ihn vollständig in einem
Trockenschrank. Verwenden Sie zur
Reinigung keinesfalls Aceton. Reduzieren
Sie bei der Reinigung im Ultraschallbad
den Energieeintrag auf das notwendige
Minimum.

Abb. 54: Vermeiden vonZugspannungen durchmechanische Vorspannung

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Abb. 55: Montage eines
einseitig vorgespannten
Biegeaktors durch Klebung

Empfehlung: Tragen Sie während des Einbaus und der Inbetriebnahme Handschuheund Schutzbrille.

DuraAct Patch Aktoren und gekapselte PICMA®
Piezoaktoren sind besonders robust aufgebaut.
Für sie gelten Ausnahmen von diesen allgemeinen Handlungshinweisen.

Mechanischer Einbau (Abb. 52, 53, 54)
Vermeiden Sie Momente und Querkräfte
während der Montage und im Betrieb desAktors durch geeignete Konstruktionen
bzw. Führungselemente.
Wenn der Aktor dynamisch betrieben wird:
Bauen Sie den Aktor möglichst so ein,dass der Masseschwerpunkt des bewegtenSystems mit der Aktorachse übereinstimmtund verwenden Sie bei sehr großen Masseneine Führung.
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Stellen Sie an den Endflächen eines
Stapelaktors einen möglichst vollflächigen
Kontakt her.
Wählen Sie Gegenflächen mit einer
Ebenheit von wenigen Mikrometern.
Verkleben
Bei unebenen Montageflächen verwenden
Sie Epoxidharzklebstoffe zum Einkleben
der Aktoren. Gut geeignet sind kalthärtende 2K-Klebstoffe, um die thermomechanischen Spannungen zu reduzieren.
Halten Sie bei der Aushärtung den für denAktor spezifizierten Betriebstemperaturbereich ein und beachten Sie die Temperaturausdehnungskoeffizienten derbeteiligten Materialien.
Unebene Montageflächen gibt es beispielsweise bei PICMA® Bender und PICMA® Chip
Aktoren, da diese Flächen nach der Sinterung
nicht überschliffen werden (Abb. 55).
Vorspannung aufbringen (Abb. 54)
Erzeugen Sie die Vorspannung entweder
extern im mechanischen Aufbau oderintern in einem Gehäuse.
Bringen Sie die Vorspannung achsenahim Kernquerschnitt des Aktors auf.
Wenn der Aktor dynamisch betrieben unddie Vorspannung mit einer Feder erzeugt
wird: Verwenden Sie eine Feder, deren
Gesamtsteifigkeit um etwa eine Größenordnung unter der des Aktors liegt.

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P I E Z O A N T R I E B E | W W W. P I . D E

Last homogen einleiten (Abb. 56)
Parallelitätstoleranzen der Mechanik und desAktors führen zu einer inhomogenen Lastverteilung. Dabei können im Aktor bei Druckbelastung Zugspannungen entstehen. Es stehenverschiedene konstruktive Lösungen zurhomogenen Lasteinleitung zur Verfügung, diesich hinsichtlich der axialen Steifigkeit, derLösbarkeit der Verbindung, sowie der Drehbarkeit im Betrieb, z. B. bei Hebelübersetzung,unterscheiden.

TensilestressesAbb. 56: Vermeiden einer inhomogenen Lasteinleitung

Isolieren Sie den Aktor elektrisch gegendie umgebende Mechanik. Beachten Sie
dabei die gesetzlichen Vorschriften für die
jeweilige Anwendung.

Einkleben des Aktors (vgl. Abschnitt
Verkleben)
Gehärtetes Kugelkopfstück mit Punktkontakt zu ebener Gegenfläche

Beachten Sie beim Anschließen
die Polarität des Aktors.

Gehärtetes Kugelkopfstück mit Ringkontaktzu einer Kalotte

Montieren Sie den Aktor nur im
kurzgeschlossenen Zustand.

Verbindung über ein Festkörpergelenk

Wenn sich der Aktor aufgeladen hat,entladen Sie den Aktor kontrolliert mit
einem 10 kΩ-Widerstand. Vermeiden Sie
das direkte Kurzschließen der Anschlusskontakte des Aktors.

Wenn die Ankopplung des Aktors in einer
Frästasche erfolgt, stellen Sie sicher, dassan der Endfläche des Aktors vollflächiger
Kontakt besteht. Wählen Sie dazu die
Abmessungen der Frästasche entsprechend oder bringen Sie in der Frästasche
Freischnitte an (Abb. 57).
1Wenn eine Punktlast aufUnbenannt-2
das Endstück
desAktors einwirkt: Dimensionieren Sie das
Endstück so, dass seine Dicke der halben
Querschnittsabmessung entspricht, um
Zugspannungen am Aktor zu vermeiden(Abb. 58).

Abb. 57: Vollflächiger Kontakt
des Aktors

Ziehen Sie das Anschlusskabel zum Verstärker nicht bei anliegender Spannung ab.
Unbenannt-2
1Unbenannt-2
Unbenannt-2
11Derdadurchausgelöste mechanische
Impuls könnte den Aktor schädigen.
Sicherer Betrieb

Elektrischer Anschluss (Abb. 59)
Elektrisch gesehen sind Piezoaktoren Kondensatoren, die sehr viel Energie speichern
können. Ihre hohen Innenwiderstände führen
zu sehr langsamen Entladungen mit Zeitkonstanten im Bereich von Stunden. Mechanischeoder thermische Belastungen laden den Aktor
elektrisch auf.
Schließen Sie das Gehäuse bzw. dieumgebende Mechanik normgerecht aneinen Schutzleiter an.

Reduzieren Sie im Betrieb des Aktors
die DC-Spannung soweit wie möglich(s. S. 151). Offsetspannungen können Sie
durch einen semi-bipolaren Betrieb verringern.

Tensilestresses

Abb. 58: Richtiges Dimensionieren der Endstücke bei
punktförmigem Kontakt

Schalten Sie den Aktor immer ab,wenn er nicht benötigt wird.
Vermeiden Sie steile Flanken im Ansteuersignal, da sie bei fehlender Vorspannung des Aktors starke dynamische
Kräfte auslösen können. Steile Flanken
können z. B. beim Einschalten von digitalen Funktionsgeneratoren auftreten.

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Abb. 59: Mechanische Belastungen laden den Aktorelektrisch auf. Montage
nur im kurzgeschlossenen
Zustand

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PIEZO

NANO

POSITIONING