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Montag • 11:30
5.7.2004
Aktoren
Minimotore ziehen in den Alltag ein
Von Folkert Lenz

Aktoren, das sind Antriebe, die im Nano- oder Mikro-Bereich arbeiten. Sie sind klein, zumeist flink und lautlos. Die Mini-Motoren werden häufig als "Muskeln der Elektronik" bezeichnet, denn sie verwandeln elektrische Energie in mechanische. Und doch haben sie gar nichts mit einem gewöhnlichen Elektromotor zu tun.

Künftig werden die winzigen Helfer kaum noch aus dem Alltag wegzudenken sein. Denn die Aktoren haben schon lange ihren Siegeszug angetreten, auch wenn sie meistens unsichtbar bleiben.

Hubert Borgmann benutzt gerne sein Feuerzeug, um zu erklären, wie ein Piezomotor arbeitet. Die sind mittlerweile fast überall zu finden, wo kleinste Dinge gesteuert oder angetrieben werden müssen.

Das Feuerzeug hier hat keinen Feuerstein. Hier gibt es kein Rädchen, an dem ich drehen kann. Da drin befindet sich ein kleiner Kristall, ein Piezokristall. Der hat eine Eigenschaft: Wenn man ihn mechanisch verspannt, dass er dann als Ausgleich eine elektrische Spannung aufbaut.

Genau umgekehrt benutzt, wird das Piezo-Kristall zum Stellglied oder Motor. Liegt eine Spannung an, so dehnt sich der keramische Grundstoff aus. Je nach Höhe der Spannung mehr oder weniger. So kann der Nano-Motor drücken, ziehen oder ein klitzekleines Rad bewegen, erklärt der Ingenieur weiter. Wo Fingerspitzengefühl nicht mehr ausreicht, wo nicht viel mehr Platz als ein Stecknadelkopf ist, wo es nicht auf Millimeter, sondern auf Bruchteile davon ankommt: Dort sind Piezoaktoren zu finden.

Ein so genannter Biegewandler in Aktion. Diese Mini-Piezoantriebe baut Hubert Zipfel vom Aktorenhersteller Argillon neuerdings in Textilmaschinen für Wirkwaren ein. Auf Hundertstel Millimeter genau können so die vielen Nadeln gesteuert werden - und machen Dessous, Gardinen oder Sporttrikots hübsch wie nie zuvor. Hubert Zipfel:

Sie können es einsetzen für das Bewegen der Nadeln, für die Einzelnadelselektion, um hier eine Musterung in dem Stoff zu erzeugen, um das zu realisieren. Sie können hier eine deutliche höhere Geschwindigkeit erreichen, die Produktion geht deutlich nach oben bei diesen Maschinen. Dann können Sie Musterungen generieren im Stoff, die waren früher nie maschinell herstellbar.

Ob beim Einstellen von Mikroskopen, beim Bewegen von Autofokus-Objektiven oder beim Steuern von Maschinen, die Halbleiter-Chips herstellen: Überall dort, wo es auf Genauigkeit ankommt, verdrängt die Aktorentechnik zusehends die herkömmliche. Auch unter vielen Motorhauben stößt man schon auf die Mini-Antriebe - zumindest, wenn dort ein modernes Dieselaggregat brummt, sagt Hubert Zipfel:

Im Dieselmotor haben Sie die Piezo-Keramik direkt im Motor sitzen. Und durch dieses ständige Auf und Nieder, durch dieses Kontrahieren wird der Diesel so sehr verdichtet, dass sie dann jene ganz starke Einspritzung haben, und Sie können dann gezielter die Brennung realisieren.

Die schnell arbeitenden Piezo-Injektoren sorgen dafür, dass fünf bis sieben Mal Treibstoff in die Maschine gestäubt wird, wo vorher der Diesel in einer Wolke eingespritzt wurde. Das macht das Abgas sauberer. Die Testphase ist bei diesem System längst vorüber, erklärt Hubert Borgmann.

Mittlerweile ist diese Technologie quasi zum Standard geworden im Automobilbereich. Der Marktanteil dieser neuen Technologie liegt bei etwa bei 30 Prozent bei den Diesel-Pkw. Und wir sind in der Phase, wo auch im Benzinbereich in Zukunft diese neue Technologie eingesetzt wird.

Mittlerweile lassen sich die winzigen Helfer auch zu einem akzeptablen Preis herstellen. Beispiel: Der Elliptec-Motor. Er wiegt 1,2 Gramm, ist fingernagelgroß. Ein deutscher Modelleisenbahnhersteller hat jüngst 50.000 Elektro-Loks damit ausgerüstet - nur, damit der Stromabnehmer des Spielzeugs möglichst realitätsnah hoch- und runterfährt. Bis vor Kurzem waren noch zweistellige Eurobeträge für derartige Antriebe üblich. Diese Zeiten sind vorüber, sagt der Ingenieur Harald Bär über den Elliptec-Motor:

Das geht in den Massenmarkt. Der Motor ist speziell für den Massenmarkt entwickelt worden. Also: Ziel war einfach ein niedriger Preis. Der Preis liegt im Moment bei 100.000 Stück bei 1,50 €. Zielpreis ist deutlich im Bereich ein Euro.

Ob in Laptop oder Handy, in der Autolüftung oder im Blutzuckermesser. Die Piezotechnik-Winzlinge sind nicht mehr aufzuhalten. Zögerlicher - wegen der hohen Kosten - wird die Nutzung rheomagnetischer Flüssigkeiten betrieben - einer weiteren Aktorenart.

Da sind feinste Eisenpartikel drin. Diese Eisenpartikel richten sich im Magnetfeld an den Feldlinien aus. Und auf dieser Basis gibt es Stoßdämpfer, die sich dann elektronisch an den jeweiligen Untergrund in Millisekunden anpassen. Schneller, als der Fahrer es merkt, stellt sich dieser Stoßdämpfer in seiner Dämpfung auf den Untergrund ein.

Indem die Eigenschaften der hydraulischen Flüssigkeit per Magnetfeld blitzschnell verändert werden: ein so genannter "intelligenter Werkstoff". Das ist keine Zukunftsmusik mehr. Drei Autohersteller bauen die Komfortfederungen derzeit in ihre edelsten und teuersten Modelle ein. Bis die Fluid-Aktoren den Massenmarkt erreichen, dürfte aber noch etwas Zeit vergehen. In der Medizin dagegen werden sie schon als Dämpfung in künstlichen Kniegelenken eingesetzt.
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