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ACTRON AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Piezoelektrische Schalter

Piezoelektrizität (Druckelektrizität) ist eine Eigenschaft bestimmter kristalliner Werkstoffe, zu denen natürliche Kristalle wie Quarz, Rochelle-Salz, Turmalin sowie Keramiken wie Barium-Titanate und Blei-Zirkonat-Titanate (PZT) zählen. Erfolgt auf diese Werkstoffe eine Druckwirkung, verschiebt sich in der kristallinen Struktur eine zum Druck proportionale elektrische Ladung. Der Kristall ist dann nach außen nicht mehr elektrisch neutral. Umgekehrt ändert sich beim Anlegen eines elektrischen Feldes die Form des Kristalls oder der Keramik.

Ein Hub von 1 bis 10 µm reicht aus, um eine für den Schaltvorgang nutzbare Spannung oder Ladung zu erzeugen. Für einen Schaltvorgang genügt eine Druckwirkung statt eines physikalischen Weges.

Die Auflagefolie, die der Anwender bei diesem Schaltertyp sieht, bedruckt oder prägt man mit den erforderlichen Informationen. Zwischen zwei Lagen leitfähiger Folie wird eine gelochte Isolierschicht, in der sich eine piezoelektrische Zelle befindet, eingebracht. Eine Aufspannplatte trägt die Anordnung (Bild 1).

Die piezoelektrischen Zellen sind 200 µm dick und erzeugen etwa 1 V DC bei einer Kraft von 1 N. In den letzten Jahren wurden die Zellen durch piezoelektrische Tinte ersetzt, um die Montagekosten zu senken. Dadurch wurde allerdings ein höherer Betätigungsdruck für den Schaltvorgang erforderlich.

Die Spannung eines piezoelektrischen Elements steigt linear zum ausgeübten Druck an. Die Ausgangsspannung hängt von der Umgebungstemperatur, von der applizierten Kraft und Geschwindigkeit sowie von der Dicke und Art des verwendeten Deckschichtmaterials ab. Die durch diese Variablen verursachten Verfälschungen des Ergebnisses werden über eine elektronische Regelung kompensiert. Dieser komplexe Aufbau macht den piezolektrischen Schalter teuer. Vorteilhaft ist, dass metallische Deckschichtfolien verwendet werden können.

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