Interview über Piezo-UltraschallMotoren „Der Siegeszug hat noch nicht einmal begonnen“

Dr. Karl Spanner, Gesellschafter und Geschäftsführer Physik Instrumente, sieht Piezo-Ultraschallantriebe stark im Kommen. Damit können sich Gerätehersteller von Wettbewerbern absetzen, denn das Vorurteil, Piezomotoren seien empfindlich und teuer, das gilt nicht mehr.

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Physik Instrumente (PI) SE & Co. KG

Piezo-Ultraschallmotoren gelten als klein und schnell, aber auch als teuer und empfindlich in rauen Umgebungen. Wo sehen Sie die Haupteinsatzgebiete?

Die Entwicklung der Ultraschallmotoren wurde von PI in den vergangenen Jahren kontinuierlich vorangetrieben, sodass Preis oder Empfindlichkeit keine Rolle mehr spielen. In einem aktuellen Projekt haben wir z.B. für die Firma Leica Geosystems in der Schweiz Antriebe entwickelt, die herkömmliche Motoren in Vermessungsinstrumenten für die Geodäsie ersetzt haben. Diese sogenannten Totalstationen werden witterungsunabhängig im Freien betrieben, und die Piezomotoren funktionieren unter diesen Bedingungen einwandfrei. Die Haupteinsatzgebiete sind überall dort, wo die vier wesentlichen Eigenschaften der Piezo-Ultraschallmotoren zum Tragen kommen: Klein, schnell, besseres Start-/Stoppverhalten und selbsthemmend in Ruhe. Gerade der letzte Punkt ist entscheidend, wenn die Zielposition erreicht ist und stabil gehalten werden soll, da dann keine Halteströme benötigt werden und kein Servozittern um die Zielposition auftritt.

Welche Einsatzfälle sehen Sie in Zukunft?

Noch kompakter und in größeren Fertigungsvolumina. Mittlerweile können die kleinen Piezomotoren sehr preisgünstig gefertigt werden, da sie mechanisch sehr einfach aufgebaut sind. Wir erarbeiten momentan Lösungen zur Anwendung für batteriebetriebene, mobile Geräte in der Medizin-, Mess- oder der Kameratechnik. Hier geht es weniger um Präzision sondern wieder um: klein, schnell, selbsthemmend und dadurch energiesparend.

Wo ersetzen Piezo-Ultraschallantriebe künftig die Gleichstrom- und Schrittmotoren und wo nicht?

Neben der Kompaktheit kommen noch andere prinzipielle Eigenschaften des Motors hinzu, die mehr für Forschungsbereiche oder die Halbleiterfertigung interessant sind: Piezo-Ultraschallmotoren sind vakuumtauglich und nichtmagnetisch. Auch hier bieten sie Vorteile gegenüber herkömmlichen Antrieben. Aber sie haben auch Grenzen, beispielsweise in der Kraftskalierung. Lineare Antriebskräfte über zehn Newton sind beispielsweise nur aufwändig umsetzbar. Für hohe Geschwindigkeiten über 0,5 Metern pro Sekunde können auch magnetische Linearmotoren die bessere Lösung sein – wenn Baugröße und das magnetische Funktionsprinzip nicht stören.

Wie sieht sich PI am Markt aufgestellt? Sehen Sie sich als Marktführer?

Definitiv ja! Sie finden nirgendwo in der Welt ein breiteres Spektrum an piezobasierten Antriebstechnologien wie bei PI. Zu unserem Know-how zählen wir auch Sensorik, die wir im atomar-hochauflösenden Segment selbst entwickelt haben, wie auch die digitale Steuerungstechnologie, die mittlerweile zur Hälfte die Leistungsmerkmale eines Antriebs oder Positioniersystems bestimmen. Es gibt einige wenige andere Unternehmen, die sich in Teilgebieten unserer Märkte mit Piezotechnologie tummeln – diese haben aber jeweils etwa nur ein Zehntel unserer Größe und bei weitem nicht dieselbe technologische Breite und Tiefe.

Die Keramiken für die Piezo-Ultraschallmotoren gelten als Kern- und Angelpunkt im Konw-how. Fertigen Sie Keramiken selbst?

Das genau ist eine unserer wesentlichen Stärken. PI Ceramic, unsere Tochtergesellschaft, die sich mit der Weiterentwicklung, Optimierung nach eigenen Rezepturen und Fertigung der piezoelektrischen Keramiken beschäftigt, macht uns unabhängig und flexibel. PI „macht“ keine Märkte, aber ermöglicht Anwendungen, die ohne die spezifischen Eigenschaften von Piezokeramiken nicht umsetzbar geworden wären. In den Boomphasen der Telekommunkation zu Beginn der 2000er-Jahre wie auch jetzt in der Halbleiterfertigung war PI schnell mit Lösungen zur Präzisionspositionierung am Markt und musste sich nicht erst noch mit der Qualifikation geeigneter Antriebssysteme aufhalten.

Wie werden sich Piezo-Ultraschallmotoren künftig entwickeln? Wie wird sich die Technik ändern, was ist noch zu erwarten? Ist die Technik schon ausgereizt?

Der Siegeszug der Ultraschallantriebe hat noch nicht einmal begonnen. Zaghafte Versuche in der Vergangenheit, diese Antriebe am Markt zu etablieren, scheiterten an der Geduld der Unternehmen, die Technologie zur Marktreife zu bringen. Darin liegt auch das eingangs von Ihnen genannte Vorurteil begründet, Piezomotoren seien teuer und empfindlich. Natürlich erfordert es von Geräteherstellern Innovationswillen und auch ein stückweit Mut, vom Bewährten abzulassen und auf eine neue Antriebstechnologie zu setzen. Aber, je mehr Unternehmen dies in der nahen Zukunft tun, um sich von ihren Mitbewerbern abzusetzen, desto mehr werden sich die Ultraschall-Piezomotoren ausbreiten.

Karl Spanner, Geschäftsführer PI, über den Markt von Piezo-Ultraschallmotoren

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