Piezobasierter Linearantrieb von PI

Selbsthemmend, unmagnetisch und leicht zu integrieren

05. November 2010

Bei geradlinigen Bewegungsabläufen in der Automatisierungstechnik bieten lineare Direktantriebe gegenüber drehenden Elektromotoren Vorteile, da bei Letzteren die Vorschubkraft immer über eine Spindel in eine translatorische Bewegung umgesetzt werden muss. Die fehlende Selbsthemmung konventioneller Linearmotoren und die daraus resultierenden Halteströme verbunden mit Erwärmung, hohem Energieverbrauch und „Positionszittern“ sind häufig unerwünscht. Abhilfe schaffen hier piezobasierte Linearantriebe.

Speziell im Hinblick auf die Anforderungen moderner Automatisierungstechnik hat Physik Instrumente (PI), Karlsruhe, jetzt einen skalierbaren piezobasierten Linearantrieb (Bild) im Programm, der sich mit Antriebskräften bis 10 N, Geschwindigkeiten bis 0,5 m/s und Stellwegen im Bereich mehrerer 10 mm für viele Applikationen eignet. Ein mit Ultraschallfrequenzen schwingender piezokeramischer Aktor ist gegen einen linear geführten Stab vorgespannt.

Das Schwingungsprofil des Aktors erzeugt dann die Vor- und Rückwärtsbewegung des Antriebs. Durch die Vorspannung der Keramik auf den Stab wird dieser im Stillstand stromlos in seiner Position fest gehalten. Anders als elektromagnetische Linearmotoren braucht der piezobasierte Antrieb dazu keine Energie, es entsteht keine Abwärme und die Position wird stabil gehalten. Im Positionierbetrieb erreicht der piezobasierte Linearantrieb mit einem optischen Linear-Encoder eine Genauigkeit im Bereich von 10 µm. Darüber hinaus entstehen im Gegensatz zu elektromagnetischen Linearantrieben beim Betrieb durch den piezokeramischen Aktor keine störenden Magnetfelder.

Passend zum piezobasierten Linearantrieb gibt es einen ebenfalls industriegerecht ausgelegten Controller, bei dem die Treiberelektronik zur Erzeugung der Ultraschallschwingungen bereits integriert ist. Damit steht ein preislich attraktives Linearantriebssystem zur Verfügung, das sich obendrein auch einfach in die Anwendung integrieren lässt. Die 100 mm breite und 160 mm lange Europakarte des Controllers kann man wahlweise über RS232-Schnittstelle, CAN oder Analogeingang ansteuern, z.B. für Geschwindigkeitssteuerung oder die externe Bedienung über einen Joystick. Die 32-polige Federleiste lässt sich bei der Schaltschrankmontage einfach über Adaptermodule oder Schraubklemmen anschließen.