Minimale Abmessungen – maximale Spielfreiheit

Sechs Piezomotoren des Typs LS15 mit einer Kraft von jeweils bis zu 15N verbaut in einer KundenlösungMechanisches Spiel ist in vielen Motor- und Antriebskomponenten bautechnisch bedingt. Das bringt Leichtgängigkeit, problemlose Montage, Vermeidung von Verspannungen, Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen und Verschmutzung mit sich. Für manche Anwendungen wird dieses Spiel sogar benötigt. Es bedeutet aber auch geringere Positionsgenauigkeit und meist größeren Verschleiß. Und bei bestimmten Anwendungen in der Bio- oder Medizintechnologie, in der Halbleiterindustrie sowie bei Applikationen mit Teilchenbeschleunigern oder in Digitalscannern ist Spiel unerwünscht. Die Motoren können in magnetischem Umfeld verwendet werden.

Weitestgehende Spielfreiheit sind neben höchster Genauigkeit bei größtmöglicher Miniaturisierung Herausforderungen, mit denen Motorenhersteller heute immer häufiger konfrontiert werden. Getrieben von der immer größer werdenden Genauigkeit in der Fertigung, wird die Entwicklung von Präzisionsmaschinen und hochgenauen analytischen Instrumenten weiter forciert. Weil der Antriebsstrang und dadurch die Reibungsverluste des Getriebes wegfallen, wird hier oftmals auf Direktantriebe zurückgegriffen. Die haben nicht nur den Vorteil, den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern, es gibt vielmehr auch keine Bewegungsungenauigkeiten durch Spiel im Getriebe. Direktantriebe sind gegenüber konventionellen Antrieben deutlich dynamischer – kürzere Reaktionszeiten sowie höhere Bahntreue, Endgeschwindigkeiten oder Drehzahlen sind die Folge.

Spielfrei und selbsthemmend

Der Linearmotor LS15 lässt sich leicht an der Seite eines Lineartisches montieren. In der Mitte ist zu sehen, wie die Beine die Antriebsstange berührenDer Aufbau von klassischen Direktantrieben ist einfach und kompakt. Allerdings fehlt bei den direkt angetriebenen Elektromotoren die Selbsthemmung, was für viele Applikationen wiederum Bremsen erforderlich macht und die Baugröße beeinflusst. Diese Probleme hat ein Piezomotor nicht. Die Einsatzbereiche von piezoelektrischen Motoren des schwedischen Unternehmens PiezoMotor sind deswegen überall dort, wo höchste Präzision bei größter Miniaturisierung gefragt ist. Die Piezo-Technologie bringt Eigenschaften mit sich, die sie für viele Anwendungen attraktiv macht. PiezoMotor setzt bei seinen Linear- und Rotationsmotoren auf die patentierte Piezo-LEGS-Technologie. Damit sind spielfreie Bewegungen mit Nanometer- oder sogar Sub-Nanometer-Auflösung erreichbar.

Diese Technologie macht sich den so genannten inversen piezoelektrischen Effekt zu Nutze. Piezoelektrizität beschreibt die Änderung der elektrischen Polarisation an Festkörpern, wenn sie elastisch verformt werden – umgekehrt bewirkt es eine Verformung der Materialien beim Anlegen einer Spannung. Bei den Piezo-LEGS handelt es sich um Beine aus Keramik, die durch Spannung sowohl verlängert als auch seitlich gebogen und dadurch bewegt werden können. Hervorgerufen durch eine Synchronisation der paarweise angeordneten Beine startet eine Bewegung im Submikrometer- bis Nanometerbereich, welche die Linear- und rotierenden Motoren antreibt.

Minimale Abmessungen, maximale Kraft

Die Antriebsstange im Motor steht in direktem Kontakt zum bewegenden Objekt und zu den Piezoelementen im Motor. Die Reibungskopplung zwischen den Schenkeln und der Antriebsstange verursacht Spielfreiheit, extrem kurze Reaktionszeit und hohe Auflösung. Der Direktantrieb ermöglicht darüber hinaus die starke Verriegelung ohne Leistungsaufnahme bei Stillstand, da Klemmen und Vortrieb von denselben Aktoren übernommen werden. Die Spitzen der Beine würden ohne direkten Kontakt eine elliptische Bewegung ausführen, drücken nun aber auf das anzutreibende Element und schieben es in die gewünschte Richtung. Die phasenversetzte Bewegung der Aktoren klemmt stets den Rotor oder die Antriebsstange, sodass er nie freiläuft.

Die Kraftkapazität eines Piezo LEGS-Motors hängt vom Volumen des in den Beinen verwendeten Piezomaterials ab und kann von wenigen Newton bis zu einigen hundert Newton skaliert werden. PiezoMotor fertigt solche Elemente in Ausführungen mit vier oder sechs Beinen, und hat so eine Reihe von Produkten mit unterschiedlichen Haltekräften im Portfolio.

Spielfreiheit auf kleinstem Raum

Ihre enorme Miniaturisierbarkeit ist ein weiterer Vorteil der Piezomotoren, die sie zur guten Alternative zu konventionellen Mikromotoren für Messgeräte, medizinische Geräte oder Mikroskope machtIm Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ist die Anzahl der Teile und Elemente im Piezomotor gering: Die einfache Antriebselektronik spart Platz, wodurch jede Anwendung in hohem Maße miniaturisiert werden kann. Die Spielfreiheit, eine hohe Haltekraft im ausgeschalteten Zustand sowie eine sehr gute Dynamik und Miniaturisierbarkeit wissen viele Anwender bereits zu schätzen. Dass die Piezomotoren darüber hinaus wartungsarm und vakuumtauglich sind sowie ohne Magnetfelder arbeiten, macht sie für eine große Auswahl von OEM-Anwendungen mit Fokus auf hochgenauer Positionierung attraktiv.

PiezoMotor Uppsala AB ist ein führender Entwickler und Hersteller von Mikromotoren auf Basis piezoelektrischer Materialien. Das Unternehmen wurde 1998 gegründet und hält 60 Patente. Die Motoren werden weltweit vertrieben und zeichnen sich durch hohe Präzision bei kleiner Größe aus. Am Hauptsitz in Schweden betreibt PiezoMotor mit 35 Mitarbeitern die eigene Entwicklung und Produktion. Kunden weltweit kommen aus den Bereichen Diagnose, Halbleiterindustrie und Photometrie.