Einbau und Handhabung von Piezostacks

Piezostapelaktuatoren sind für eine einachsige Belastung ausgelegt. Ein Vorspannungsmechanismus ist oftmals unerlässlich, um beste Leistungen und eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Er sorgt dafür, dass der Piezostapelaktuator während der gesamten Hubbewegung unter Drucklast steht. Die dadurch erzeugte Kompression verhindert zuverlässig mechanische Beschädigungen bei dynamischen Betrieb.


Es ist von entscheidender Bedeutung, den Piezostapel exakt in der Achse der Belastung auszurichten. Eine abweichende Fehlstellung führt zu Biege- oder Scherkräften, für die Stacks nicht ausgelegt sind. Das Ausrichten des Piezostacks muss so erfolgen, dass die Mittelachse des Piezostapels und die Lastachse senkrecht auf der Montagefläche stehen. Es ist unbedingt 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, beispielsweise das Anbringen oder den Einbau von Piezostacks in Verbundstrukturen, wenden Sie sich bitte an Piezotechnics.

Einbau von Piezostacks

Die obige Abbildung zeigt Ihnen, wie Sie einen Piezostack mechanisch einbauen. Die Belastungsachse wird mit dem Piezostack ausgerichtet und der Stack wird beispielsweise mit einer dünnen Schicht von Klebstoff (Abbildung A) befestigt. Geringfügige Abweichungen von Last und Aktuator sind nicht akzeptabel. Die Stirnseiten der Grundplatte sowie die Lastfläche müssen eben sein. Eine punktuelle Belastung führt zu hohen mechanischen Spannungen und kann zu Rissen in der Aktuatorkeramik und einem Ausfall führen. Ein kugelförmiges Endstück gleicht eine geringfügige Fehlausrichtung des Stapels und der Lastachse (siehe Abbildung b) zuverlässig aus. Das Kippen der Last muss unbedingt vermieden werden (Abbildung c). Eine Verschiebung der Last auf den Stapelstirnflächen führt zwangsläufig zu inhomogenen Spannungsverteilungen, die bis zum Versagen führen (d). Zugkräfte sind unbedingt zu vermeiden (e). Achten Sie unbedingt auf auftretende Trägheitskräfte im dynamischen Betrieb, die zu Zugspannungen führen.

Der Aktuator muss geklemmt oder mit dem Lastmechanismus gefügt werden. Wir empfehlen Ihnen, Epoxidklebstoffe zum Verkleben zu verwenden. Es dürfen keinerlei Klebstoffe an die Seiten des Stapels gegeben werden. Ebene Flächen mit vollflächiger Fügung der Stirnseite des Stapels sind eine gute Praxis. Für die mechanische Kontaktstelle (b) muss ein ebenes Abtriebsstück verwendet werden.

Die Abbildung (a) zeigt ein bewährtes Verfahren zur Herstellung einer ausreichenden Vorspannung. Eine möglichst weiche Feder ist zwischen einem Träger und dem Antriebsstück befestigt und drückt auf den Stack. Die Vorspannungsanordnung garantiert einen zuverlässigen Betrieb. Die Vorspannung des Stacks ist die ideale Lösung, um Lastkräfte zuverlässig zu kompensieren. In Abbildung (b) sehen Sie, wie sich die Vorspannung Fpre und die Lastkraft Fload auf die resultierende Kraft Fstack auswirken. 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.