Was ist ein Piezo-Linearaktuator?
Einige Kristallstrukturen geben unter Spannung oder Verdrillung eine elektrische Ladung ab, was als piezoelektrischer Effekt bekannt ist. Dies wird in vielen elektronischen Schaltungen verwendet. Ein Piezo-Linearantrieb nutzt diesen Effekt umgekehrt, indem ein elektrischer Strom eine Bewegung im Kristall verursacht. Diese Aktuatoren sind häufig in mikroelektronischen oder sehr kleinen Motoren zu finden und dort, wo kleine Bewegungen in einer geraden Linie erforderlich sind, wie z. B. Mikroschalter.
Es gibt zwei Haupttypen von Piezoaktoren: Schritt- und Dauerbetätigung, die sich durch die Wirkung unterscheiden, die sich aus der elektrischen Eingabe ergibt. Ein schrittweiser Piezokristall bewegt sich bei jeder elektrischen Aktivierung um einen messbaren Betrag. Dies ist die Art von Bewegung, die normalerweise mit einem Piezo-Linearantrieb verbunden ist, der sich linear oder geradlinig hin und her bewegt.
Viele Piezokristalle haben auch Resonanzfrequenzen, bei denen ein elektrischer Eingang einer bestimmten Spannung bewirkt, dass der Kristall in Resonanz gerät oder mit einer bestimmten Rate vibriert. Resonanzfrequenzeffekte können für kontinuierliche Aktuatoren verwendet werden, bei denen jede Vibration eine kleine Bewegung verursacht. Durch die Nutzung der Resonanz können die kleinen Bewegungen zu einer Bewegung kombiniert werden, die kontinuierlich erscheint.
Ein Piezo-Linearantrieb verwendet einen Reibbelag an einer Oberfläche des Kristalls, der neben einer Stange, einem Rad oder einer anderen Vorrichtung platziert werden kann, die bewegt werden muss. Wenn sich der Kristall bewegt, überträgt der Reibbelag diese Bewegung auf das Gerät. Nachdem die elektrische Eingabe gestoppt wurde, kehrt der Kristall in seine ursprüngliche Form zurück und der Reibbelag bewegt sich bis zur nächsten Aktivierung vom Gerät weg.
Das Zusammenschichten oder Stapeln einzelner Kristalle kann zu größeren Bewegungen führen. Zu jedem Kristall im Stapel werden elektrische Verbindungen hergestellt, und bei Aktivierung ist die kombinierte Bewegung ungefähr die Summe jedes Kristalls im Stapel. Das Platzieren von Kristallen entlang der Länge des Stellantriebs gegenüberliegend kann zu längeren linearen Bewegungen führen. Der elektrische Eingang wechselt mit den Kristallen auf jeder Seite der Stange des Piezo-Linearaktuators, wodurch diese sich weiter bewegt als ein einzelner Eingang.
Die Bewegung der Kristallstruktur ist nicht nur von der elektrischen Ladung, sondern auch von der Polarität oder Richtung des Elektronenflusses abhängig. Das Umkehren der elektrischen Polarität kann dazu führen, dass sich die Kristalle in die entgegengesetzte Richtung bewegen oder deformieren. Dieser Effekt wird verwendet, um einen Piezo-Linearaktuator in die entgegengesetzte Richtung oder durch wiederholtes Ändern der Polarität vor und zurück zu bewegen.