Wie Piezoelemente Ultraschallsensoren in Schwung bringen

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Flexibel bei Piezokeramik-Material

Die im Ultraschall-Wandler eingesetzte Piezokeramik muss hohe Anforderungen erfüllen. Als Schlüsselkomponente beeinflusst sie schließlich die Qualität des Wandlers und damit auch die Genauigkeit der Sensoren erheblich. Piezokeramisches Material, Geometrie sowie Aufbau- und Verbindungstechnik sind hier die entscheidenden Kriterien, denn die eingesetzte Piezokeramik muss schließlich zur jeweiligen Anwendung passen und sich in die Sensoren möglichst einfach integrieren lassen.

PI Ceramic ist Spezialist auf diesem Gebiet. Das Unternehmen fertigt Piezokeramiken aus vielen verschiedenen Materialien, in variablen Bauformen und mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen; bei Bedarf steht auch die passende Verbindungstechnik zur Verfügung, so dass sich der Anwender nur noch um den Einbau im Sensor kümmern muss.

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Piezoelektrische Keramikmaterialien gibt es auf Basis von Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) und Bariumtitanat ebenso sowie aus bleifreien Materialien, die sich für den Einsatz als Ultraschallwandler gut eignen. Die bleifreien Werkstoffe basieren auf einem Bismut-Natrium-Titanat-Komplex (BNT) und zeigen sehr ähnliche Eigenschaften wie Bariumtitanat. Sondermaterialien sind ebenfalls möglich, wobei die technische Umsetzung je nach Einzelfall individuell geprüft wird.

Viele geometrische Varianten und Resonanzfrequenzen

Auch was Geometrie und Resonanzfrequenzen betrifft, sind die Piezoelemente sehr anpassungsfreudig. Bauelemente wie Dickenschwinger in Scheiben- bzw. Plattenform, Piezo-Ringscheiben, Piezorohre und Scherelemente mit Standardabmessungen beispielsweise können auf Basis vorrätiger Halbzeuge sehr kurzfristig geliefert werden. Über die Standardabmessungen hinausgehende Geometrien sind auf Anfrage ebenfalls erhältlich. Die typischen Resonanzfrequenzen liegen zwischen 200 kHz und 10 MHz.

Die Piezos „Made in Germany“ überzeugen mit sehr geringen Toleranzen aller für die Ultraschallperformance relevanten piezoelektrischen Parameter (Resonanzfrequenz, elektrische Kapazität und Kopplungskoeffizienten). Außerdem haben sie eine sehr hohe Oberflächenreinheit. Dadurch ermöglichen sie z.B. eine optimale, also feste und gleichzeitig elastische Verklebung mit der Anpass-Schicht.

Alles aus einer Hand

Die Prozesse in der Aufbau- und Verbindungstechnik reichen von der elektrischen Kontaktierung mit Anschlusslitzen oder Flex-Leiterplatten über das Verkleben zu Stapeln bis hin zur Kapselung in Metallgehäuse. Die mechanische Nachbearbeitung wie Läppen und Schleifen sorgt für minimale geometrische Toleranzen. Ganz gleich, ob einzelne Piezoelemente weiterverarbeitet oder ganze Module mit vom Anwender bereitgestellten Komponenten hergestellt werden – PI Ceramic verfügt über das notwendige Know-how, selbst sehr individuelle Aufgabenstellungen in kürzester Zeit in höchster Qualität umzusetzen. Das Resultat sind robuste Ultraschallwandler, die unter härtesten Bedingungen zuverlässig ihre Funktion erfüllen, in Anwendungen der Fabrik- und Gebäudeautomatisierung ebenso wie in Prozess- und Verfahrenstechnik.

Weitere Informationen finden Sie hier.

* Dominik Nehse ist Fachredakteur bei Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, und Ellen-Christine Reiff ist Fachautorin beim Redaktionsbüro Stutensee.

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