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Übersicht

Piezoelemente und -komponenten

Piezoelektrische Bauelemente in verschiedenen Formen

Piezoelemente und piezoelektrische Komponenten

Piezoelektrische Bauelemente wie Platten, Scheiben oder Ringe wandeln mechanische Signale wie Kraft, Druck, Dehnung oder Beschleunigung in eine elektrische Spannung um, oder umgekehrt eine elektrische Spannung in mechanische Bewegung oder Schwingungen. Die typischen Resonanzfrequenzen liegen dabei zwischen 200 kHz und 10 MHz. Die Piezoelemente werden häufig zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen zum Beispiel in Sensoren oder in Leistungsschallanwendungen eingesetzt.

Formen und Abmessungen der Piezokomponenten sind innerhalb der durch die Werkzeuge bestimmten Grenzen wählbar, die Dimensionen bedingen sich aber gegenseitig. Die minimalen Abmessungen werden durch physikalische und technologische Grenzen bestimmt. Beispielsweise wird die Dicke bzw. Wandstärke durch die Bruchfestigkeit der Keramik bei mechanischer Bearbeitung begrenzt. In Richtung der Polarisierung beträgt die Abmessung maximal 30 mm.  

PI Ceramic sorgt für die Integration von Piezokeramiken in das Kundenprodukt. Dazu gehören sowohl die elektrische Kontaktierung der Elemente nach Kundenvorgaben als auch die Montage in beigestellte Bauelemente, das Verkleben oder der Verguss. Piezoelemente und -komponenten können sehr kurzfristig auch in großen Stückzahlen geliefert werden.

Scheiben / Stäbe / Zylinder

Scheiben, Stäbe und Zylinder

PI Plates
PI Plates Drawing
OD     Außendurchmesser 
TH      Dicke
P        Polungsrichtung
 
Außendurchmesser OD
   2 bis 80 mm
Dicke TH
   0,15 bis 30 mm
Elektroden
Silber (Dickschicht) oder PVD-Dünnschicht (verschiedene Materialien: z. B. CuNi, Au, etc.)

Scheiben mit Sonderelektroden (Umkontakt)

PI Plates with Wrap-Around Electrodes
PI Plates with Wrap-Around Electrodes Drawing
OD     Außendurchmesser 
TH      Dicke

Umkontakte ermöglichen, die elektrische Kontaktierung an einer günstigen Position innerhalb der mechanischen Integration anzubringen.


Platten / Blöcke

Platten und Blöcke

PI Blocks
PI Blocks Drawing
L       Länge
W      Breite
TH     Dicke
P       Polungsrichtung 
 
Länge L
   1 bis 80 mm
Breite W
   1 bis 60 mm
Dicke TH
   0,1 bis 30 mm
Elektroden
Silber (Dickschicht) oder Dünnschicht (CuNi oder Au)

Scherplatten

PI Plates
PI Shear Plates
L       Länge
W      Breite
P       Polungsrichtung 
 
Länge L
   max. 75 mm
Breite W
   max. 25 mm
Dicke TH
   0,2 bis 10 mm

Ringe

Ringe

PI Rings
PI Rings Drawing
OD   Außendurchmesser
ID     Innendurchmeser
TH    Dicke 
P      Polungsrichtung
 
Außendurchmesser OD
   2 bis 80 mm
Innendurchmesser ID
   0,8 bis 74 mm
Dicke TH
   0,15 bis 30 mm
Elektroden
Silber (Dickschicht) oder PVD-Dünnschicht (CuNi, Au, etc.)

Rohre

Rohre

PI Tubes
PI Tubes Drawing
OD   Außendurchmesser
ID     Innendurchmesser
L      Länge
P      Polungsrichtung
 
Außendurchmesser OD
   2 bis 80 mm
Innendurchmesser ID
   0,8 bis 74 mm
Länge L
   max. 70 mm
Elektroden
Innen: Silber (Dickschicht)
Außen: Silber (Dickschicht oder PVD-Dünnschicht (CuNi, Au)

Rohre mit Sonderelektroden

PI Tubes with Special Electrodes
PI Tubes with Special Electrodes Drawing
Vierfach segmentierte Elektrode
PI Tubes with Special Electrodes Drawing
Umkontakt

Piezorohre können mit mehrfach segmentierten Elektroden versehen werden, um das Schwingungsverhalten zu beeinflussen. Umkontakte ermöglichen, die elektrische Kontaktierung an einer günstigen Position innerhalb der mechanischen Integration anzubringen.


Halbkugeln

Halbkugeln

PI Ceramic Hemispheres
PI Ceramic Hemispheres
OD  Außendurchmesser
TH  Dicke
P    Polungsrichtung
 
Außendurchmesser OD
   10 bis 60 mm
Dicke TH
   ab 1 mm
Elektroden
Silber (Dickschicht) oder Gold (Dünnschicht)

Größere Abmessungen sind auf Wunsch erhältlich. Halbkugeln können zusätzlich mit Nuten und Bohrungen versehen werden. Umkehren der Polungsrichtung ist ebenfalls möglich.


Biegeelemente

Seriell oder parallel aufgebaute Biegeelemente

Seriell oder parallel aufgebaute Biegeelemente sind sowohl eckig als auch rund fertigbar.

Eckige Biegeelemente

PI OEM Bender 02
PI Bender Drawing
L       Länge
W      Breite
TH     Dicke
P       Polungsrichtung
 
Länge L
   3 bis 50 mm
Breite W
   1 bis 25 mm
Dicke TH
   0,4 bis 1,5 mm

Runde Biegeelemente

PI Round Bender Element

 

 

 
Außendurchmesser OD
   5 bis 50 mm
Dicke TH
   0,3 bis 2 mm
Modifikationen

Modifikationen

Piezokomponenten werden in unterschiedlichsten Formen hergestellt. Je nach Anwendungsfall können sie zusätzlich mit elektrischen Anschlüssen, Positionssensoren, mit variablen Konturen usw. konfektioniert werden. Auf Wunsch modifizieren wir gerne. Sprechen Sie uns an!

PI Piezo Materials

Je nach Frequenzbereich, Betriebstemperatur und Applikation können verschiedene Materialien verwendet werden. PI Ceramic entwickelt alle eingesetzten Piezokeramiken selbst und kann daher für jede Applikation das richtige Material einsetzen.

PI Slides

PI Ceramic modifiziert auf Wunsch das Elektrodenmaterial passend zur Anwendung. Möglich sind verschiedene Edelmetalle oder Legierungen. Die Form der Elektroden ist ebenfalls flexibel wählbar. Umkontakte machen die elektrischen Anschlüsse leichter zugänglich. Segmentierte Elektroden beeinflussen das Ausdehnungsverhalten des Keramikelements.

PI PICMA Leads

Elektrische Anschlüsse

PI Ceramic übernimmt das Anlöten der Anschlusslitzen nach Kundenwunsch. Die Standardlänge der Litzen beträgt 100 mm, Stecker sind frei wählbar.

PI Assembling Technology 04

PI Ceramic sorgt für die Integration von Piezokeramiken in das Kundenprodukt. Dazu gehören sowohl die elektrische Kontaktierung der Elemente nach Kundenvorgaben als auch die Montage in beigestellte Bauelemente, das Verkleben oder der Verguss.

PI Vacuum

Piezokomponenten können für UHV-Umgebung bis 10-9 mbar ausgestattet werden. Sie sind dann bis über 100 °C ausheizbar und auf Anfrage mit entsprechenden Anschlusslitzen versehen. Für den Betrieb in Magnetfeldern werden die verwendeten Metalle für den elektrischen Kontakt passend ausgewählt.

Kennzeichnung der Polarität

Die während der Polarisation an positivem Potential liegende Elektrode ist durch einen Punkt oder ein Kreuz auf der Elektrodenfläche gekennzeichnet. 

Alternativ wird insbesondere bei Dünnschichtelektroden die Richtung der Polarisation durch die Färbung der Elektrodenmaterialien markiert: Eine rötliche Farbe zeigt die Elektrode an, die bei der Polarisation an positivem Potential lag.

PI Polarisation
Toleranzen

Toleranzen

Ohne Nachbearbeitung ("wie gesintert") beträgt die Toleranz ±3 % oder min. 0,3 mm.

Mit Nachbearbeitung gelten folgende Toleranzen:

Länge L, Breite W

Abmessung [mm] Toleranz [mm]
<15 ±0,15
<20 ±0,2
<40 ±0,25
<80 ±0,3

Durchmesser OD, ID

Abmessung [mm] Toleranz [mm]
<15 ±0,15
<20 ±0,2
<40 ±0,25
<80 ±0,3

Dicke TH

Abmessung [mm] Toleranz [mm]
<10 ±0,05
<20 ±0,1
<40 ±0,15
<80 ±0,2
Dimension Toleranz
Abweichung von der Ebenheit (kleine Durchbiegung dünner Scheiben oder Platten bleibt unberücksichtigt) <0,02 mm
Abweichung von der Parallelität <0,02 mm
Abweichung von der Konzentrizität <0,4 mm
Frequenztoleranz ±5 % (<2 MHz) / ±10 % (≥2 MHz)
Toleranz der elektrischen Kapazität ±20 %
Löthinweise

Löthinweise für Anwender

Alle unsere Metallisierungen sind >> RoHS konform lötbar. Wir empfehlen die Verwendung eines Lotes in der Zusammensetzung Sn 95,5, Ag 3,8, Cu 0,7. Die durchgehende Erwärmung der Piezokeramik über die Curie-Temperatur hinaus führt zur Depolarisation, und damit zum Verlust oder zur Herabsetzung der piezoelektrischen Kennwerte.

Um dies zu verhindern, müssen beim Löten folgende Bedingungen unbedingt eingehalten werden: 

  • Alle Lötkontakte müssen punktförmig ausgeführt werden.
  • Die Lötzeit muss möglichst kurz sein (≤3 sec).
  • Die spezifische Löttemperatur darf nicht überschritten werden.
Downloads

Downloads

Katalog: Piezokeramische Materialien und Bauelemente
Grundlagen, Eigenschaften und Anwendungen
Pdf 3.1 M CAT125D
Technical Note A000T0047 DE
Handhabung und elektrische Kontaktierung von Piezokomponenten
Pdf 182 K 2014-12-21 DE