Piëzo-elektrische materialen zetten energie direct om in mechanische, en omgekeerd. Piëzo-actuatoren kunnen bewegen met resoluties in het sub-nanometerbereik, met hoge dynamiek en scanfrequenties tot een paar duizend Hertz. Omdat de beweging berust op kristallijne effecten, zijn er geen roterende of wrijvende delen en zijn piëzoactuatoren praktisch onderhoudsvrij. Ze kunnen grote lasten – tot meerdere tonnen – bewegen en hebben in statische toestand geen vermogen nodig. Het toepassingsgebied breidt zich derhalve gestadig uit.
Piëzoelektrische materialen kunnen bij inwerking van een kracht een elektrische lading opwekken en onder invloed van een elektrische veld hun afmetingen veranderen. Het piëzo-effect kan worden gebruikt voor sensortoepassingen, het inverse piëzo-effect is geschikt voor het realiseren van actuatoren.
Tegelijkertijd hebben de piëzo’s een hele serie specifieke eigenschappen die ze interessant maken voor talrijke toepassingsgebieden. Dat gaat van aanstekers en trillende consumentenapparaten (mobieltjes!) via sonar en injectoren van verbrandingsmotoren en toepassingen in de medische techniek tot nauwkeurige positionering in de productie van halfgeleiders en in de ruimtevaart.
Snel en hoge resolutie
De belangrijkste voordelen van piëzo’s die als actuator worden toegepast, zijn de korte aanspreektijden (slechts enkele milliseconden) en de hoge resolutie. Tegelijkertijd zijn grote versnellingen haalbaar (meer dan 10 000 g) en kunnen belastingen van meerdere tonnen worden bewogen. Piëzo-sensoren en -actuatoren worden niet beïnvloed door magneetvelden en functioneren bij temperaturen tot bijna 0 K (cryogene toepassingen).
Piëzotechniek heeft weinig last van slijtage omdat geen tandwielen, lagers of andere aan slijtage onderhevige mechanica nodig is. De beweging is gebaseerd op kristallijne vastestof effecten. Piëzo-actuatoren hebben bij langeduuronderzoeken meerdere miljarden cyclussen doorlopen zonder meetbare veranderingen van hun gedrag.
Veel varianten
Er zijn tal van varianten van piëzo-actuatoren op de markt. Physik Instrumente heeft de zogeheten PICMA-actuatoren ontwikkeld, die conventionele, door polymeren geïsoleerde piëzo-actuatoren wat betreft betrouwbaarheid en levensduur overtreffen. De bruikbare bovengrens van het temperatuurbereik (150 °C) ligt ruim boven de grens voor conventionele multilayer piëzo-actuatoren (80 °C).
De DuraAct patch transducers van hetzelfde merk zijn veelzijdig inzetbare piëzo-elektrische elementen die zowel in de industrie als in onderzoek en ontwikkeling een breed toepassingsgebied ontsluiten. Ze kunnen als sensor én als actuator worden toegepast.
Het volledig artikel vindt u in de november-uitgave van Aandrijftechniek.
