Horn, T: Elektronische Schaltungen zur Ansteuerung von Hochs

Der Einsatz schneller Piezoaktoren ist in vielen Anwendungsgebieten, in denen translatorische Bewegungen mit hoher Dynamik erforderlich sind, bereits etabliert. Der Bereich mit dem grössten Produktionsvolumen sind Injektoren für Common-Rail-Diesel-Einspritzsysteme. Die hier verwendeten Hochleistungsaktoren mit der angekoppelten Mechanik erreichen Anstiegszeiten unter 200 µs. Die Auslenkung der verwendeten Piezokeramik ist proportional zur angelegten Feldstärke. Aufwändige Methoden werden eingesetzt, um die nötigen Feldstärken von ca. 2 kV/mm mit Spannungen unter 200 V zu erreichen. 360 Schichten aus piezokeramischem Material werden gestapelt und durch dünne metallische Elektroden separiert. Höhere Ansteuerspannungen ermöglichen höhere Schichtdicken und damit eine Reduktion der Schichtanzahl bei gleicher maximaler Auslenkung. Zugleich wird auslenkungsinaktives Elektrodenmaterial gespart. Für einen Kfz-Piezoaktor mit nur einer Schicht und gleicher Auslenkung würde eine Spannung von ca. 60 kV benötigt. Dieser Spannungsbereich erfordert aufwändige Isolationsmaterialien und Verfahren. Für den Einsatz im Kraftfahrzeug scheiden diese Verfahren aus Kostengründen aus. Ein guter wirtschaftlich-technischer Kompromiss ist die Verwendung von Spannungen bis 10 kV. Feldstärkeüberhöhungen und Korona-entladungen sind durch isolierenden Lack beherrschbar.Ein weiteres Anwendungsgebiet in diesem Spannungsbereich sind elektrorheologische Aktoren. Deren Prinzip basiert auf Flüssigkeiten, die ihre Viskosität mit dem Anlegen eines elektrischen Feldes vergrössern. Haptische Rückmeldungen in Steuerungssystemen aber auch verschleissarme Stossdämpfer, Bremsen und Kupplungen lassen sich damit realisieren.Transistoren in diesem Spannungsbereich sind derzeit nicht erhältlich. Ausgangsspannungen über der Durchbruchspannung von Einzeltransistoren werden durch eine Kaskade von Transistoren erreicht. Die dabei verwendeten passiven Netzwerke zur Ansteuerung und Spannungsaufteilung erhöhen die statische