Entwicklung elektromechanischer Systeme
Elektromagneten verwerfen und innovativ durchstarten

Aktorsysteme mit intelligenten Materialien

Aktorsysteme bestehen im Wesentlichen aus ausführenden Elementen, Sensoren zur Informationserhebungen und einer Steuerung zur Signalverarbeitung. Die moderne Automatisierungstechnik basiert immer auf dem einfachen Prinzip: ein Zustand oder Prozess wird durch Sensoren erfasst und je nach gewünschter Veränderung dieses Prozesszeitpunktes durch Aktoren beeinflusst.

Innovative Aktoren nutzen physikalische Naturgesetze oder machen sich Prozesseigenschaften zunutze, die im entsprechenden Sensor- oder Aktorsystem vorherrschen. Diese “intelligenten” Aktorsysteme bieten in zahlreichen Parametern eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber konventionellen Technologien (oftmals basierend auf Elektromagneten).

Smarte Aktorik für individuelle Lösungen

Unter dem Gesichtspunkt der Prozessoptimierung, der Wirtschaftlichkeit oder aufgrund höherer Qualitätsanforderungen stellt sich bei der Entwicklung von Aktorik-Systemen zwangsläufig die Frage nach optimalen Aktortechnologien wie z.B. dem Einsatz von Piezokeramiken. Einfache Aktor- und Sensormodule ohne besondere Qualitätsanforderungen lassen sich auf der elektromechanischen Ebene mit Elektro-Magneten kostengünstig, aber immer mit Nachteilen behaftet, realisieren. Piezokeramik hingegen profitiert gerade beim Aktor-Sensor-Anwendungen von ihren smarten Materialeigenschaften,

Piezokeramische Aktoren nutzen spezifische physikalische Eigenschaften und verformen sich, sobald eine elektrische Spannung angelegt wird. Dieses polykristalline Material ist ferroelektrisch und wird durch elektrische Spannung remanent polarisiert. Diese Polarisation macht die Piezokeramik in zweierlei Hinsicht zu einem intelligenten Bauteil bei der Entwicklung elektromechanischer Systeme: Einerseits dient ein Piezo-Biegewandler als Aktor und erzeugt durch Zuführung von Spannung eine Bewegung, andererseits kann er auch als Sensor dienen, da er Spannung abgibt sobald er eine Verformung durch Kraftzuwendung erfährt.

Ein entscheidender Vorteil dieser Technologie ist die Vielseitigkeit und exakte Regelung sowie der daraus resultierenden Auslenkung. Piezo Biegewandler können nahezu proportional ausgelenkt werden, sind nicht magnetisch und erzeugen auch kein Magnetfeld.

Im Vergleich zu Elektromagneten ist der Energieverbrauch deutlich geringer und störende Nebeneffekte, die einen Prozess beeinflussen könnten, werden vermieden. Die Entwicklung von Wärme (z.B. durch Reibung) oder Lärm wird vermieden. Weiterhin ist das geringe Gewicht und das daraus resultierende Konstruktionspotential ein großer Vorteil und spiegelt sich auch in der damit einhergehenden Kostenreduzierung wider. Auf der Suche nach Mikrobewegung, Mikropositionierung oder Mikrofluidik stößt jeder Systemingenieur früher oder später auf die Vorteile unserer intelligenten Piezotechnologie.

Technologische Innovationen schaffen

Die Verformung eines piezokeramischen Biegewandlers kann auf vielfältige Weise in Systeme integriert werden. Innerhalb eines Ventils sind unsere Piezokomponenten für das Öffnen und Schließen verantwortlich. Als intelligente Komponente, kombiniert mit einer perforierten Gitterplatte, können feinste Aerosole für chemische Prozesse im Ultraschallbereich entstehen.

Die meisten Prozesse erfordern lösungsorientierte Auslenkungen und Verformungskräfte. Mit Biegewandlern lassen sich diese Parameter einfach gestalten. Kräfte von bis zu mehreren Newton und Auslenkungen von bis zu mehreren Millimetern sind problemlos möglich. Unsere Keramikgrößen beginnen bereits bei Längen von nur 1 Millimeter und sind bis zu einer Breite oder Länge von 100 Millimetern wirtschaftlich sinnvoll.

(Mikro-)Bewegung in innovativen Aktor-Baugruppen verlangt nach effizienten und zeitweisenden Lösungen und Technologien. Ein optimales System kann nur mit umfassendem Know-how und praktischer Erfahrung erfolgreich entwickelt werden.

Johnson Matthey Piezo Products kann auf mehr als ein halbes Jahrhundert Erfahrung und Know-how zurückblicken. Ganz egal ob Sie eine einzelne Piezokeramik, einen Biegewandler als Aktorelement oder ein komplettes elektromechanisches Modul auf Basis von Piezo Technologie suchen, wir begleiten Sie gerne von der Beratung und Konzeption über den Prototypenbau bis hin zur Serienfertigung.

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