Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
24 DESIGN&ELEKTRONIK 13 2020 www designelektronik de Jede einzelne polykristalline KeramikLage erzeugt eine Kraft die proportional zur angelegten Spannung ist Somit erzeugen n Schichten das nfache dieser Kraft Q = C×V C= Piezokapazität V = angelegte Spannung F = Q×d33 d33 = Ladungskonstante der Polarisationsvektoren Ftotal = n Q×d33 Piezomaterialien unterliegen verschiedenen Alterungsoder Degradationseffekten die unmittelbar verheerende Auswirkungen haben oder die im Laufe der Zeit immer mehr zunehmen Temperatur Feuchtigkeit und Druck können langfristige Schäden und eine Verschlechterung der Lebensdauer und des Piezoeffekts verursachen Die hermetische Abdichtung des Piezoaktors reduziert die Auswirkungen von Feuchtigkeit der normale atmosphärische Druck bewirkt nur geringe Alterungseffekte Hauptursachen für die Alterung von Piezoaktoren sind hohe Temperaturen und ein kontinuierlicher DC-Bias Gleichstromvorspannung Eine Überhöhung der Spannung ist ähnlich wie ein Spannungsdurchbruch und kann sich schlimm auswirken Wird ein Piezoaktor Differenzspannungen ausgesetzt die die Polarisationsspannung übersteigen kehrt die Piezokeramik in ihre ursprüngliche zufällige Kristallstruktur zurück und der Piezoeffekt verkleinert sich Ähnlich verhält es sich wenn ein Piezoelement Temperaturen über dem CuriePunkt ausgesetzt ist Auch dann wird die Kristallstruktur wieder regellos angeordnet Sowohl die Gleichstromvorspannung als auch hohe Temperaturen verursachen eine zunehmende Verschlechterung des Piezoeffekts Die Polarisierung des Piezomaterials zeigt Bild 2 ■ Modellierung des Piezoelements und Resonanz Wie bereits erwähnt entspricht das elektrische Modell eines Piezoaktors in erster Linie einem Kondensator mit Vorwiderstand Dies ist zwar eine nützliche Vereinfachung für die Schaltungsmodellierung sie trifft aber nicht ganz zu Tatsächlich zeigt die Messung am Piezoelement mit einem Netzwerkanalysator dass es mehrere elektrische Resonanzfrequenzen gibt die ungefähr bei dem Oktav-Vielfachen der primären Resonanzfrequenz auftreten Tritt beispielsweise die primäre elektrische Resonanzfrequenz eines bestimmten Piezoelements bei 8 kHz bis 9 kHz auf gibt es weitere Resonanzen bei 34 kHz und 83 kHz Das wurde zwar im Labor so beobachtet es könnte aber auch nur für dieses spezielle Piezoelement gelten Entscheidend ist jedoch dass die elektrische Resonanz unabhängig von der mechanischen Resonanz ist und die mechanische Resonanz für haptische Anwendungen weitaus nützlicher und wichtiger ist als die elektrische Resonanz Zum Beispiel zeigt der erwähnte bimorphe Piezoaktor wenn er mit einer Schraubzwinge montiert wird mit seiner Kapazität von 400 nF bei etwa 300 Hz eine mechanische Resonanz was sich mit einem laserbasierten Messsystem ermitteln lässt Daher ist die elektrische Resonanzfrequenz 30-mal höher als die mechanische Resonanz und hat kaum Einfluss auf den Treiberverstärker Dabei gilt es zu beachten dass die mechanische Resonanz von der Montagemethode und der Masse der Halterung abhängig ist Der endgültige mechanische Resonanzwert wird daher stochastisch sein und von seiner Montage Masse und Herstellung abhängen Die Kapazität des Piezoelements also die Menge der gespeicherten Ladung im Piezoelement spielt ebenfalls eine große Rolle Ein Treibersignal für ein Piezoelement ist eine kontinuierliche Sinuswelle die abhängig von der mechanischen Resonanzfrequenz ist Da der Stromverlauf in einem Kondensator dem Spannungsverlauf um 90° nacheilt erreicht der Ladestrom in Titel - Displays Piezowandler für Touchscreens Bild 3 Mit einem Netzwerkanalysator ermittelter Frequenzgang eines Piezoaktors Bild 4 Adäquates elektrisches Modell eines Piezoelements