Einbau und Handhabung von Piezostacks
Piezostapelaktuatoren sind für eine einachsige Belastung ausgelegt. Beste Leistungen und eine hohe Lebensdauer werden erreicht, wenn ein Vorspannungsmechanismus installiert ist, der dafür sorgt, dass während der gesamten Hubbewegung der Piezostapelaktuator unter Drucklast steht. Die damit erzeugte Kompression verhindert wirksam mechanische Beschädigungen. Werte für die Vorspannung werden für Piezotechnik Stacks empfohlen.
Es ist äußerst wichtig, den Piezostack genau in der Achse der Belastung auszurichten. Eine abweichende Fehlstellung verursacht Biege- oder Scherkräfte, für die Stacks nicht ausgelegt sind. Das Ausrichten des Piezostacks sollte so erfolgen, dass die Mittelachse des Piezostapels und die Lastachse senkrecht auf der Montagefläche stehen. Es ist zu vermeiden, dass während der Installation und im Betrieb Zugkräfte auf den Stapel wirken. Die Piezokeramik ist robust gegenüber Druckspannung, aber empfindlich gegenüber Zugkräften. Für strukturelle Anwendungen z.B. das Anbringen oder den Einbau von Piezostacks in Verbundstrukturen wenden Sie sich bitte an Piezotechnik.
Die obige Abbildung erläutert den mechanischen Einbau eines Piezostacks. Die Belastungsachse wird mit dem Piezostack ausgerichtet und der Stack wird beispielhaft mit einer dünnen Schicht von Klebstoff (Abbildung A) befestigt. Geringfügige Abweichungen von Last und Aktuator sind akzeptabel. Die Stirnseiten der Grundplatte als auch die Lastfläche müssen eben sein. Eine punktuelle Belastung würde zu hohen mechanischen Spannungen führen und Risse in der Aktuatorkeramik und einen Ausfall nach sich ziehen. Ein kugelförmiges Endstück kann eine geringfügige Fehlausrichtung des Stapels und der Lastachse (Abbildung b) kompensieren. Das Kippen der Last muss vermieden werden (Abbildung c). Eine Verschiebung der Last auf den Stapelstirnflächen wird eine inhomogene Spannungsverteilungen nach sich ziehen und bis zum Versagen (d) führen. Zugkräfte müssen vermieden werden (e). Beachten Sie auftretende Trägheitskräfte im dynamischen Betrieb (e), die zu Zugspannungen führen.
Der Aktuator kann geklemmt oder mit dem Lastmechanismus gefügt werden. Epoxidklebstoffe sind zum Verkleben empfohlen. Keine Klebstoffe an die Seiten des Stapels geben. Ebene Flächen mit vollflächiger Fügung der Stirnseite des Stapels sind eine gute Praxis. Ein ebenes Abtriebsstück sollte für die mechanische Kontaktstelle (b) verwendet werden.
Ein erprobtes Verfahren, um eine ausreichende Vorspannung herzustellen, ist in der obigen Abbildung (a) gezeigt. Eine möglichst weiche Feder ist zwischen einem Träger und dem Antriebsstück befestigt und drückt auf den Stack. Die Vorspannungsanordnung ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb. Die Vorspannung des Stacks ist eine gute Lösung, um Lastkräfte im Zugbereich zu kompensieren. In obiger Abbildung (b) wird die Überlagerung der Vorspannung Fpre und Lastkraft Fload mit der resultierenden Kraft Fstack dargestellt. Wählen Sie die richtige Vorspannung, um die maximale Zugkraft zu kompensieren! Sorgen sie dafür, dass die resultierende Kraft auf den Stapel immer in Druckrichtung ist.