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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Piezoelektrische Elemente sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 10 Hersteller von Piezoelektrische Elemente und deren Firmenranking.
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Piezoelemente sind passive Elemente, die die piezoelektrischen und inversen piezoelektrischen Effekte nutzen, die in dielektrischen Materialien wie Quarz und Quarz auftreten, um winzige Bewegungen zu steuern und zu erkennen.
Aufgrund ihres einfachen Aufbaus, der keine Getriebe oder Motoren für den Betrieb erfordert, sind Piezoelemente kleiner als andere Elemente für Mikrobewegungsmechanismen.
Piezoelemente werden hauptsächlich in Geräten verwendet, die Mikrobewegungen für industrielle Anwendungen erkennen und steuern.
Sie werden z. B. in Vibrometern verwendet, bei denen winzige, durch Vibration verursachte Kraftänderungen dem Piezoelement als Druck zugeführt werden und die im Piezoelement unter Druck erzeugte Spannung ausgegeben wird, um einen Spannungswert zu erhalten, der als Größe der Vibration quantifiziert wird.
Sie werden auch als Antriebssysteme verwendet, die die Tischbewegungen von Geräten wie Mikroskopen und Interferometern begleiten, die präzise Bewegungen erfordern.
Piezoelemente in solchen Antriebssystemen werden als Piezotreiber oder Piezoaktoren bezeichnet und auch Mehrschichtaktoren mit mehreren Schichten von Piezoelementen sind gängige Komponenten. Bei diesen werden kleinste Bewegungen durch das Anlegen von winzigen Impulsströmen an die Piezoelektrischen Elemente erreicht. Piezoelemente eignen sich für Situationen, in denen eine hohe Reaktionsfähigkeit und eine präzise Bewegungssteuerung erforderlich sind.
Für die Kühlung elektronischer Geräte wie PCs werden häufig Gleichstromlüfter eingesetzt, aber auch Kühlmethoden mit Piezoelementen wurden vorgeschlagen.
Konkret wird der umgekehrte piezoelektrische Effekt des piezoelektrischen Elements genutzt, um Wind zu erzeugen, indem eine Struktur in Schwingung versetzt wird, die das Piezoelement und die Wind erzeugenden Flügel kombiniert.
Diese Kühlmethode mit Piezoelementen ist leiser als Gleichstromlüfter und kann energiesparend betrieben werden.
Bei längerem Betrieb können sich jedoch das Piezoelement und die Schaufeln voneinander lösen, weshalb Stützplatten installiert werden, um die Belastung der Struktur zu verteilen.
Es werden auch Systeme zur Stromerzeugung mit Piezoelementen entwickelt.
So forscht das Frontier Service Laboratory des JR East Research and Development Centre an einem System zur Stromerzeugung am Boden und führt seit 2006 Demonstrationstests am Bahnhof Tokio durch.
Konkret handelt es sich um ein System, bei dem Piezoelemente vertikal, horizontal und vertikal wie ein Fußboden verlegt sind und durch den piezoelektrischen Effekt Strom erzeugt wird, wenn der Benutzer auf dem Boden geht.
Das Frontier Service Laboratory des JR East Research and Development Centre schätzt, dass die erzeugte Strommenge bei den geplanten Demonstrationstests in den Jahren 2008-2009 etwa 10 Wsec betragen wird.
Obwohl also die Stromerzeugungskapazität nicht sehr hoch ist und die erzeugte Strommenge in keinem Verhältnis zu den Kosten steht und das Piezoelement ein sprödes Material ist und eine geringe Haltbarkeit aufweist, wird derzeit von verschiedenen Unternehmen und Forschungsinstituten geforscht und entwickelt, und es geht um die Frage, ob Strom in praktischem Umfang erzeugt werden kann.
Es wurden auch Lautsprecher mit Piezoelementen entwickelt.
Das wichtigste Material für Piezoelemente ist piezoelektrische Keramik, die eine Polarität, also eine elektrische Verzerrung im Inneren des Kristalls, aufweist.
Ein Piezoelement besteht aus einem piezoelektrischen Material, das zwischen einer positiven und einer negativen Elektrode eingebettet ist.
Durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden wird ein Druck auf den piezoelektrischen Körper ausgeübt, der sich entsprechend der Höhe der Spannung ausdehnt, zusammenzieht und verschiebt, wobei diese Verschiebung als Antriebskraft usw. genutzt wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Spannung zu erfassen, indem ein Druck angelegt wird, der das piezoelektrische Element in die entgegengesetzte Richtung verformt.
Das Kristallgitter des piezoelektrischen Körpers bleibt unter normalen Bedingungen elektrisch stabil, indem es Ionen aus der Atmosphäre aufnimmt. Wenn jedoch eine Spannung angelegt wird, wird das Gleichgewicht leicht gestört und die Polarität innerhalb des Kristalls ändert sich, wodurch sich das Kristallgitter selbst in der durch den Pfeil angegebenen Richtung ausdehnt und zusammenzieht, was der Verschiebung des piezoelektrischen Körpers entspricht.
Mit anderen Worten, die Auslenkung des piezoelektrischen Materials liegt bestenfalls im Bereich von einigen Mikrometern aufgrund der Verformung durch die elektronische Polarität des Kristallgitters und die Antriebskraft des piezoelektrischen Elements selbst ist im Allgemeinen nur einige Mikrometer groß.
Aus diesem Grund werden Mehrschichtaktoren mit mehreren kombinierten und gestapelten Piezoelementen verwendet, wenn ein noch größeres Antriebsvolumen erforderlich ist.
Auch hier wird der piezoelektrische Effekt der piezoelektrischen Elemente ausgenutzt. Es werden die schwingenden Glieder in Ausdehnungs- und Zusammenziehungsrichtung mit dem Piezoelement in Kontakt gebracht.
Wird durch das Signal des Wiedergabegeräts eine Spannung angelegt, dehnt sich das Piezoelement aufgrund des piezoelektrischen Effekts in Richtung des blauen Pfeils aus und zieht sich zusammen, wodurch es in Schwingungen versetzt wird, die auf das schwingende Element übertragen werden, um den Ton wiederzugeben.
Als Lautsprecher, der ein solches Piezoelement verwendet, wird ein Lautsprecher namens PiezoListen™ von der TDK Corporation verkauft.
Die Grundstruktur besteht aus einem Piezoelement, das mit einem Harzfilm überzogen und mit einem Rahmen und Kabelanschlüssen versehen ist.
Durch die Verwendung eines Piezoelements mit hoher Auslenkungsfähigkeit erhöht dieser Lautsprecher die Leistung im niedrigen Frequenzbereich und erreicht eine Leistung über einen breiten Schallbereich.
Durch die Verwendung von Feinkeramik für das Piezoelement kann der Lautsprecher außerdem kleiner und dünner gebaut werden.
*einschließlich Lieferanten etc.
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Rangliste in Deutschland
Ableitungsmethode| Rang | Unternehmen | Aktie lecken |
|---|---|---|
| 1 | Sinocera Piezotronics, INC | 15.7% |
| 2 | Megatron AG | 12.7% |
| 3 | CeramTec GmbH | 11.8% |
| 4 | nanoFaktur GmbH | 10.8% |
| 5 | HOERBIGER Motion Control GmbH | 9.8% |
| 6 | KYOCERA Europe GmbH | 8.8% |
| 7 | SI Scientific Instruments GmbH | 8.8% |
| 8 | PZT Electronic Ceramic Co., Ltd. | 7.8% |
| 9 | PI Ceramic GmbH | 7.8% |
| 10 | Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd. | 5.9% |
Ableitungsmethode
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