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Entwicklung eines Linearantriebs auf Basis einer Inchworm-Plattform

Eicher, Dirk :
Entwicklung eines Linearantriebs auf Basis einer Inchworm-Plattform.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2002)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Antriebslösungen für die Mikrotechnik müssen Wegauflösungen bis in den subatomaren Bereich genauso erreichen wie Verfahrwege von einigen Zentimetern. Hinzu kommen wirtschaftliche Aspekte, die im Hinblick auf konkrete Anwendungen immer wichtiger werden. Diesen Anforderungen genügen die bekannten Systeme nur eingeschränkt bzw. unter erhöhtem Aufwand. Der in dieser Arbeit vorgestellte Linearantrieb soll diese Lücken schließen. Das zugrunde liegende Funktionsprinzip beruht auf einer historischen Bergwerkstechnik, der Fahrkunst. Der Antrieb setzt sich aus einem beweglichen Läufer sowie zwei Antriebssträngen, bestehend aus parallelgeführtem Antriebssteg, Antriebsaktor und Klemm-Mechanismus, zusammen. Die schrittweise, lineare Bewegung entsteht dadurch dass der Läufer immer abwechselnd mit einem der beiden antiparallel zueinander oszillierenden Stege verbunden wird. Die Klemmung erfolgt formschlüssig mittels ineinander greifender Mikroverzahnungen. Dadurch lassen sich beachtliche Kräfte übertragen. Sowohl für die Klemmung als auch für den Vorschub kommen piezoelektrische Niedervolt-Stapelaktoren mit einer Leerlaufauslenkung von 20µm zum Einsatz. Hebelgetriebe übersetzen diese Aktorauslenkung auf den erforderlichen Stellweg. Die Führung der Antriebsstege erfolgt hochpräzise sowie spiel- und reibungsfrei durch Federstrukturen. Theoretisch erreicht der entwickelte Linearantrieb die folgenden technischen Werte:

* Verfahrweg: 20mm

* Positioniergenauigkeit: 100µm im Vollschrittbetrieb

* max. Nennlast in Verfahrrichtung: bis 1,5-fache Klemmkraft

* Abmessungen (Höhe x Breite x Tiefe): ca. 3 x 110 x 110mm³

Er zeichnet sich durch einen flächenhaften Aufbau aus, und ist daher für die wirtschaftliche Fertigung im Batch-Prozess geeignet. Bis auf die Piezoaktoren und den Läufer kann die gesamte Aktorstruktur monolithisch gefertigt werden. Dadurch werden Genauigkeitseinschränkungen durch Montageschritte vermieden.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2002
Autor(en): Eicher, Dirk
Titel: Entwicklung eines Linearantriebs auf Basis einer Inchworm-Plattform
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Antriebslösungen für die Mikrotechnik müssen Wegauflösungen bis in den subatomaren Bereich genauso erreichen wie Verfahrwege von einigen Zentimetern. Hinzu kommen wirtschaftliche Aspekte, die im Hinblick auf konkrete Anwendungen immer wichtiger werden. Diesen Anforderungen genügen die bekannten Systeme nur eingeschränkt bzw. unter erhöhtem Aufwand. Der in dieser Arbeit vorgestellte Linearantrieb soll diese Lücken schließen. Das zugrunde liegende Funktionsprinzip beruht auf einer historischen Bergwerkstechnik, der Fahrkunst. Der Antrieb setzt sich aus einem beweglichen Läufer sowie zwei Antriebssträngen, bestehend aus parallelgeführtem Antriebssteg, Antriebsaktor und Klemm-Mechanismus, zusammen. Die schrittweise, lineare Bewegung entsteht dadurch dass der Läufer immer abwechselnd mit einem der beiden antiparallel zueinander oszillierenden Stege verbunden wird. Die Klemmung erfolgt formschlüssig mittels ineinander greifender Mikroverzahnungen. Dadurch lassen sich beachtliche Kräfte übertragen. Sowohl für die Klemmung als auch für den Vorschub kommen piezoelektrische Niedervolt-Stapelaktoren mit einer Leerlaufauslenkung von 20µm zum Einsatz. Hebelgetriebe übersetzen diese Aktorauslenkung auf den erforderlichen Stellweg. Die Führung der Antriebsstege erfolgt hochpräzise sowie spiel- und reibungsfrei durch Federstrukturen. Theoretisch erreicht der entwickelte Linearantrieb die folgenden technischen Werte:

* Verfahrweg: 20mm

* Positioniergenauigkeit: 100µm im Vollschrittbetrieb

* max. Nennlast in Verfahrrichtung: bis 1,5-fache Klemmkraft

* Abmessungen (Höhe x Breite x Tiefe): ca. 3 x 110 x 110mm³

Er zeichnet sich durch einen flächenhaften Aufbau aus, und ist daher für die wirtschaftliche Fertigung im Batch-Prozess geeignet. Bis auf die Piezoaktoren und den Läufer kann die gesamte Aktorstruktur monolithisch gefertigt werden. Dadurch werden Genauigkeitseinschränkungen durch Montageschritte vermieden.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Federführung, Festkörpergelenk, Hochspannungsverstärker, Inchworm, Linearantrieb, Linearführung, Mikroverzahnung, Piezoaktor, Piezoansteuerung, Piezoantrieb
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 07 Sep 2011 16:34
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1489

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 23-04-2001

Ende Datum: 06-02-2002

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1489
Gutachter / Prüfer: Jungnickel, Dipl.-Ing. Uwe ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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