Cedrat Technologies, innovation in mechatronicsCedrat Technologies, innovation in mechatronics

Cedrat Technologies, innovation in mechatronics

Piezoaktoren & Piezoelektronik

Technologien auf dem Gebiet piezoelektrischer Aktoren

Piezoelektrische Aktoren erstrecken sich im weitesten Sinne auf eine große Bandbreite an Konzepten. Potenziell können alle Vorrichtungen, die einen Piezoeffekt nutzen, als Piezoaktoren betrachtet werden. Um genauer zu sein, kann die folgende Unterteilung basierend auf Wirkungen und Anwendungen aufgegriffen werden.

Der direkte piezoelektrische Effekt wurde von Pierre and Jacques Curie im Jahr 1880 entdeckt: Bei der Anwendung eines mechanischen Drucks auf Kristalle wie Quarz oder Rochellesalz entstehen elektrische Ladungen. Dieser Effekt kann für Sensoren für die Messung dynamischer Kräfte oder für Stromerzeuger für die Erzeugung von Strom aus Vibrationen genutzt werden. Standardpiezoaktoren von Cedrat wie beispielsweise APA® (verstärkte Aktoren) können für diese Art Funktionen eingesetzt werden, da der direkte Piezoeffekt naturgemäß in allen Piezoaktoren vorhanden ist. Cedrat kann ebenfalls kundenspezifische Piezo-Sensoren, Generatoren entwickeln, wie in anderen Abschnitten dargestellt.

Der inverse piezoelektrische Effekt, der Schlüsseleffekt, der genutzt wird, um Antriebsfunktionen herzustellen, besteht in der Verformung eines piezoelektrischen Werkstoffs bei Anlegen einer elektrischen Spannung.

Ab den 60er Jahren wurden Blei-Zirkonat-Titanat-Keramiken, kurz PZT, als häufigster Werkstoff für Aktoren eingesetzt. Piezokeramische Bauteile mit größeren Abmessungen, so genannte Bulk-Keramiken, werden gepolt und mit Elektroden überzogen, um das elektrische Erregerfeld zu erzeugen. Sie bieten Verformungen im Bereich von 300ppm mit einer Feldstärke von 600kV/m. Das Feld bedarf hoher Voltzahlen außer bei Resonanz aufgrund des Q-Faktors, der es ermöglicht, die vollständige Verformung bei reduzierten Voltzahlen zu erreichen. Diese Methode, die zu "resonanten Aktoren" führt, wurde zuerst 1917 von Paul Langevin entwickelt für die Herstellung von Sonar-Wandler Strahlern. Sie wird weiterhin von Cedrat verwendet für die Herstellung verschiedener Schwingungs, Schall- und Ultraschallgeneratoren sowie Erkennungssysteme.

Die Multilayer-Piezokeramiken (MLA) wurden in den 90er entwickelt, um die erforderliche Voltzahl außerhalb der Resonanzkraft zu reduzieren. Dank einer Struktur, die auf PZT-Schichten von 50 bis 100µm basiert, die zwischen internen Elektroden liegen, kann die maximale elektrische Feldstärke bis zu 2MV/m erreichen mit einer Voltzahl unter 200V, was zu einer aktiven Verformung von rund 1000ppm führt. Im engeren Sinn gehören zu Piezoaktoren ansteuerbare Aktoren, die diese Multilayer-Piezokeramiken verwenden, um Festkörperaktoren herzustellen, die sich elektrisch induzierte Verformungen zunutze machen.

Cedrats Standard-piezoelektrische Aktoren wie PPAs und APA® verwenden die genannten Piezo-Werkstoffe auf diese Weise seit mehr als 10 Jahren. Im Rahmen seiner Raum- und Luftfahrttätigkeit werden die Multilayer-Piezokeramiken, die auf dem Markt erhältlich sind, für die Kunden mit und ohne Luft- und Weltraumaktivitäten verglichen in Bezug auf Leistung und Zuverlässigkeit.

Von Cedrat entwickelte kundenspezifische oder neue Piezoaktoren und dazugehörige Elektronik werden in den folgenden Beispielen vorgestellt: Hohlaktoren, Doppelverstärkung um Millimeter Hublänge zu erreichen, verstärkte, vorgespannte Aktoren, um großen externen Vibrationen standzuhalten, extrem kleine oder extrem breite Aktoren…

Bei den auch von Cedrat entwickelten und in anderen Abschnitten vorgestellten Piezo-Mechanismen und Piezo-Motoren handelt es sich um komplexere Vorrichtungen, die auch als Piezoaktoren angesehen werden können.

Weitere Informationen zu unseren Piezoaktoren finden Sie in den entsprechenden Veröffentlichungen zu Piezoaktoren .

Mikro-Piezoaktoren

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Description

Miniatur-Piezoaktoren und Ansteuerelektronik auf der Grundlage von verstärkten Standard-Piezoaktoren

Applications

Luftfahrt, Mikrotechnologien, Robotertechnik, unbemannte Luftfahrzeuge...

Status
Prototype

Verstärkter Piezoaktor: APA120ML-PP

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Description

Der APA120ML wurde als ein starrer Aktor konzipiert, der höhere Verschiebungen als direkte Piezoaktoren erzeugt.

Applications

Luftfahrt, Optik, refokussierende Mechanismen etc.

Status
Space evaluated

Parallel angeordneter, vorgespannter Piezoaktor: PPA10M

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Description

Der Aktor PPA10M wurde gemäß den Raumfahrtbestimmungen entwickelt, vor allem, um Ruck-Gleiten zu vermeiden.

Applications

Instrumentenbau, Luftfahrt, Optronik, Laserresonatoren etc.

Status
Space qualified prototype

Hohler, parallel angeordneter, vorgespannter Aktor: HPPA

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Description

Der HPPA ist ein Direkter Piezoaktor mit einem 8 mm Durchmesser großen Innenhohlraum

Applications

Refokussierung, optische Verzögerungsleitung, Laserresonatoren etc

Status
Space qualified prototype

LA75 OEM

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Description

Die LA75 OEM ist die OEM und die unabhängige Version des Standard-Produkts LA75 . Diese Version kann einen piezoelektrischen Aktor ansteuern und kontrollieren

Applications

Piezoaktoren, Piezo-Driver, Standalone

Status
Proof of concept

Switching amplifier SA75D

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Description

The SA75D is a new high power amplifier dedicated to supply piezo-electric actuators. Using high frequency PWM with a specific topology for piezo-electric loads, the SA75D offers large power and a very low ripple. These special features make the SA75D perfect for dynamic and precise motion applications.

The SA75D is developed with the G2ELAB in the frame of the Avibus project.

Applications

Piezo actuator, high dynamic, low losses

Status
Prototype

Antriebselektronik für die Raumfahrt: FB-LA75

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Description

Die Antriebs- und Kontrollelektronik FB-LA75-space wurde gemäß den Raumfahrtbestimmungen entwickelt.

Applications

Luftfahrt, Piezoaktoren etc.

Status
Space evaluated

Super verstärkter Piezoaktor für Magnetresonanztomographie

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Description

Nicht magnetische Piezoaktoren mit langem Hubweg wurden für den Einsatz in der Magnetresonanztomographie entwickelt

Applications

Magnetresonanztomographie, Medizin, nicht magnetisch etc.

Status
Prototype

Battery-based power supplies for embedded actuators, sensors & mechatronic systems

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Description

Power supplies for piezo or magnetic actuators, sensors & mechatronic systems based on 3.7V (typical) lithium polymer cells voltage.

Applications

Embedded piezo & magnetic actuators, motors, sensors, mechanisms, valves

Status
Proof of concept

Klappenantrieb

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Description

Leistungsstarker, verstärkter Piezoaktor mit langem Hub für die aktive Klappe der Rotorblätter beim Hubschrauber

Applications

Luftfahrt, Hubschrauber etc.

Status
Prototype

Electro-active polymers (EAP)

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Description

Electro-Active Polymers (EAP) receives growing interests due to some outstanding reported electromechanical performances. This may allow designing new active devices. Most of these outstanding performances (strain up to 300 %) have been reported on pre-tensioned devices.

Applications

Actuators, long stroke, low cost

Status
Demonstrator
down