Lebensdauer Piezoaktoren in dynamischen Anwendungen

11. Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Piezoaktoren

Betrachtet man die Lebensdauer der Piezoelemente ist es erforderlich, neben den rein materialspezifischen Faktoren, auch die Einsatzbedingung der Keramik zu berücksichtigen. Bei den Einsatzbedingungen sind 2 Faktoren zu nennen, die einen wesentlichen Einfluss haben:

Einsatz unter dynamischen Bedingungen
Lebensdauer der Systeme in Festkörpergelenken

11.1 Arbeiten unter dynamischen Bedingungen

11.1. ARBEITEN UNTER DYNAMISCHEN BEDINGUNGEN

Wegen der Migration des Elektrodenmaterials können in den keramischen Schichten beim Arbeiten unter statischen Bedingungen, elektrische Durchschläge auftreten. Diese werden meistens durch eine hohe Luftfeuchtigkeit und ein konstantes elektrisches Feld unter hoher Spannung ausgelöst. Unter dynamischer Benutzung ist die Zuverlässigkeit erheblich größer. Ein wechselndes elektrisches Feld ändert die Richtung der Elektroden und verringert die Migration als bei statischer Nutzung. Wegen der großen Anzahl von technischen Parametern gibt es keine Formel um die Zuverlässigkeit unter dynamischen Bedingungen zu bestimmen.

Piezoelemente von piezosystem jena werden seit über 24 Jahren in vielen verschiedenen Anwendungen in Forschung und Entwicklung sowie in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Jahr für Jahr liefern wir mehrere Tausende Aktoren an viele Kunden. Der sachkundige Umgang beim Bau der piezoelektrischen Aktoren und die gemeinsame Arbeit mit unseren Kunden sichert eine langfristige Zuverlässigkeit unserer Produkte ohne nennenswerte Ausfallraten.

11.2. Lebensdauer der Piezoantriebe mit Festkörpergelenken

Piezoelemente, die aus einem Piezostapel bestehen, der in einen Metalltisch mit Festkörpergelenken integriert ist, sind über einen langen Zeitraum stabil, wenn sie richtig konstruiert sind. Die Festkörpergelenke führen zu einer Hebelübertragung der Bewegung des Piezoaktors, die dadurch mehrfach verstärkt wird. Wenn darauf geachtet wird, dass die Biegung der Festkörpergelenke immer im elastischen Bereich bleibt, kann für diese Gelenksysteme eine Lebensdauer von mehreren Milliarden (109) Zyklen garantiert werden.

Auf Grund unserer langjährigen Erfahrung sind wir in der Lage Piezoantriebe mit einer langen Lebensdauer und einer hohen Zuverlässigkeit zu fertigen. Beim Betrieb der Piezoelemente sollte darauf geachtet werden, eine Anregung im Bereich der Resonanzfrequenz des Piezosystems zu vermeiden. Wenn diese Resonanzfrequenz angeregt wird, kann ein Überschwingen zu wesentlich höheren Bewegungen, als das System ausgelegt ist, führen. Als Folge kann eine mechanische Beschädigung des Festkörpergelenkes, bis hin zum Bruch der Keramik, auftreten.

Die meisten Ausfälle von Piezoelementen treten auf Grund unsachgemäßer mechanischer Handhabung und Verwendung der Elemente auf. Die richtige Handhabung und Verwendung ist im Kapitel 2 beschrieben..