Fit für den Einsatz im Hochvakuum

Umgangssprachlich beschreibt „Vakuum“ einen weitgehend luftleeren Raum; auch Technik und klassische Physik verwenden den Begriff in diesem Sinne. Technische „Vakua“ finden Anwendung in der Forschung, in der Elektronenmikroskopie sowie in der Halbleiterindustrie, in der Raumfahrt oder in Fusionsreaktoren. Da hier oft für automatisierte Abläufe präzise positioniert werden muss, sind zuverlässige Antriebslösungen gefragt, bei denen keine das Vakuum verunreinigenden Ausgasungen zu befürchten sind und die gleichzeitig den oft extrem hohen Anforderungen an Genauigkeit und Dynamik gerecht werden. Positioniersysteme und Linearaktoren auf piezokeramischer Basis bieten für den Einsatz im Hoch- und Ultrahochvakuum bei Drücken bis 10-10 hPa (mbar) besonders gute Voraussetzungen, da die Bewegung auf Verschiebungen in der Kristallstruktur basiert. Es sind also keine klassischen mechanischen Elemente wie Wellen oder Getriebe und damit keine Wartung oder Schmierung erforderlich. Auch ein Ausgasen der verwendeten Werkstoffe ist nicht zu befürchten. Die PICMA-Aktoren beispielsweise, die die Karlsruher Firma Physik Instrumente (PI) im eigenen Tochterunternehmen PI Ceramic fertigen lässt, sind vollkeramisch ummantelt und verzichten auf polymerische Isolation. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat bei entsprechenden Prüfungen keine messbaren Ausgasraten festgestellt. Durch die Keramikisolierung steigt außerdem die nutzbare Obergrenze des Temperaturbereichs auf 150 °C; ein Vorteil für das Ausheizen in Vakuumanwendungen.
Für größere Stellwege bieten sich – ebenfalls vollkeramische und vakuumtaugliche – Piezo-Schreitantriebe der NEXACT® oder NEXLINE® Serien an. Je nach Ausführung eignen sich damit ausgestattete Positioniersysteme für Stellwege bis 30 oder bis 125 mm und mehr (Bild). Dabei können die Positioniersysteme beachtliche Lasten bewältigen. Schwerlastausführungen erreichen Antriebskräfte bis 600 N, für Schnelligkeit optimierte Varianten fahren mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 mm/s bei einer Antriebskraft von 10 N.

Dabei profitiert man noch von weiteren Eigenschaften der Piezomotoren: Sie müssen nicht weiter bestromt werden, wenn die Zielposition erreicht ist. Es gibt dadurch keine im Vakuum unerwünschte Wärmeentwicklung. Zusätzliche Bremsen sind nicht erforderlich, da die Piezomotoren im Ruhezustand selbsthemmend sind.