Anwendungen

Piezoaktuatoren haben einzigartige Eigenschaften, die ungewöhnliche Lösungen ermöglichen. Piezotechnik beflügelte in den letzten zehn Jahren die Produktinnovation in einem breiten Branchenspektrum. Neben dem Einsatz in wissenschaftlichen Instrumenten finden sie sich auch in Alltagsanwendungen wie Gasfeuerzeuge oder Dieselmotoren. Erprobt sind Piezoaktuatoren für Antivibrations- und Antischallsystemen. Im Allgemeinen können die Anwendungen in vier Felder unterteilt werden:

• Stelltechnik, Positionierung,
• Spannungstransformation,
• Energy Harvesting,
• Sensoren

Stelltechnik/Betätigungselemente

Piezostelltechnik ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlichster Bauformen: Linearpositionierung, Linear- und Rotationsmotoren, Antriebe für Pumpen, pneumatische und hydraulische Ventile, Einspritzdüsen, Dispenser, Vibrationsquellen (Shaker) zur Schall- und dynamische Krafterzeugung, auch zur Geräusch- und Vibrationsdämpfung, vielfältige Mechanismen der optischen Technik, der Material- und Bauteilprüfung, Lautsprecher, Inkjet-Drucker, und schließlich elektrische Energieerzeugung (Energy Harvesting).

Spannungswandler

Piezotransformatoren sind sehr nützlich für die Erzeugung von hohen Spannungen. Ein piezoeletrischer Transformator ist ein Keramikblock mit zwei Funktionsabschnitten.  Der Transformator wird in mechanischer Resonanz bei hohen Frequenzen betrieben, um eine hohe Leistungsdichte zu erzielen. Die Energie wird zweimal umgewandelt: die elektrische Eingangsleistung wird in dem ersten Abschnitt in mechanische Leistung umgewandelt welche den gesamten Piezokörper in Schwingungen versetzt. Der zweite Funktionsabschnitt wandelt die mechanische Schwingung wieder in elektrische Leistung um. Die Ausgangsspannung unterscheidet sich um die Verhältnisse der Schwingungsamplituden und der Abstände der Elektroden in beiden Abschnitten. Piezotransformatoren nutzen sowohl den direkten als auch den inversen Piezoeffekt. 

Energy Harvesting

Wo Schwingungen vorhanden sind, können Generatoren aus Piezomaterial genutzt werden, um der schwingenden Struktur (beispielsweise einer Maschine) mechanische Energie zu entnehmen und in elektrische Energie umzuwandeln. Die Amplitude der mechanischen Verformung, die Frequenz der Schwingung und der Wirkungsgrad des Piezomaterials bestimmen die Ausgangsleistung eines Piezogenerators. Piezo Stacks von PIEZOTECHNICS sind perfekt für die Gestaltung solcher Elemente geeignet. Piezogeneratoren eignen sich zur Versorgung kleiner elektrischer Lasten, beispielsweise die Versorgung kabelloser Sensoren.

Sensoren

Piezo sind besonders geeignet für dynamische Sensoranwendungen wie die Messung von Beschleunigung und Kraft. Kräfte, die an einem Piezostapel einwirken, verformen diesen und erzeugen ein Spannungssignal an den Anschlüssen. Piezostacks von PIEZOTECHNICS erzeugen sehr hohe nutzbare Spannungen und ermöglichen die direkte Messung ohne zusätzlichen Verstärker. Die technischen Grenze dieser Elemente sind im niederfrequenten Betrieb zu sehen. Dort sind Sensoren aus Quarzmaterialien vorzuziehen.