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Entwicklung einer pneumatisch angetriebenen Inchwormplattform

Lippold, Frank (2004):
Entwicklung einer pneumatisch angetriebenen Inchwormplattform.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer pneumatisch angetriebenen Inchwormplattform. Hierbei handelt es sich um einen linearen Schrittantrieb, der monolithisch aufgebaut ist. Dieser Aufbau ist unabdingbar für eine Miniaturisierung, welches Fernziel des gesamten Forschungsprojekts ist.

Herkömmlichen Schrittantrieben lassen sich nur bis zu einem gewissen Grad miniaturisieren, da diese aus mehreren Einzelteilen bestehen. Es sind aufwendige Montageschritte nötig, die sich mit kleiner werdenden Dimensionen immer schwieriger gestalten. Im Gegensatz dazu kommt die hier vorgestellte Inchwormplattform fast ohne Montage aus.

Ausgangspunkt der Entwicklung ist ein piezobetriebenes Inchwormkonzept, das am Institut (für) EMK im Rahmen der Promotion von Uwe Jungnickel entstanden ist. Problematisch ist die Integration der Piezo- Stapelelemente in die Plattform, es ist noch ein geringer Montageaufwand nötig. Darum ist das Kernziel dieser Arbeit, die vollständig monolithische Integration von pneumatischen Antriebselementen in die Plattform zu ermöglichen.

Auf Grund der hier gestellten Anforderungen an die pneumatischen Aktoren, wie der geringe Stellweg von 100µm und die zu leistende Kraft von 1N sind grundlegende Untersuchungen notwendig. Aus diesen sind zwei prinzipielle Aktorkonzepte entstanden, von denen eins nicht miniaturisierbar ist. Das weiterverfolgte Konzept ergibt eine Vielzahl möglicher Aktorvarianten, von denen die Grundstrukturen hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens mathematisch beschrieben sind. Hierbei zeigt sich ein nichtlineares Verhalten von Druck und Stellweg bei allen Strukturen. Problematisch ist die Abdichtung dieser Strukturen, die sich durch die Bewegung schwierig gestaltet. Durch den Einsatz der Laserschneidanlage am Institut sind erste Ansätze gemacht, solche Dichtungen aus 1mm Silikonfolie herzustellen. In Verbindung mit einer einfachen Dichtung ist bei einer Aktorvariante ein Stellweg von 500µm im Leerlauf praktisch nachgewiesen.

Die nachfolgende Integration der pneumatischen Aktoren in eine Inchwormplattform ergibt einen einfacheren Aufbau und es wird zusätzlich ein anderer Bewegungsablauf möglich. Die entwickelte Plattform ist modular aufgebaut, sie gliedert sich in zwei Antriebsmodule und Verbindungselemente. Es ist damit möglich diesen pneumatischen Schrittantrieb an unterschiedliche Aufgaben einfach anzupassen, wie z.B. in Bereichen der Medizintechnik.

Die Plattform konnte aus zeitlichen Gründen nicht in Betrieb genommen werden, eine Experimentierplattform ist aber hergestellt.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2004
Creators: Lippold, Frank
Title: Entwicklung einer pneumatisch angetriebenen Inchwormplattform
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer pneumatisch angetriebenen Inchwormplattform. Hierbei handelt es sich um einen linearen Schrittantrieb, der monolithisch aufgebaut ist. Dieser Aufbau ist unabdingbar für eine Miniaturisierung, welches Fernziel des gesamten Forschungsprojekts ist.

Herkömmlichen Schrittantrieben lassen sich nur bis zu einem gewissen Grad miniaturisieren, da diese aus mehreren Einzelteilen bestehen. Es sind aufwendige Montageschritte nötig, die sich mit kleiner werdenden Dimensionen immer schwieriger gestalten. Im Gegensatz dazu kommt die hier vorgestellte Inchwormplattform fast ohne Montage aus.

Ausgangspunkt der Entwicklung ist ein piezobetriebenes Inchwormkonzept, das am Institut (für) EMK im Rahmen der Promotion von Uwe Jungnickel entstanden ist. Problematisch ist die Integration der Piezo- Stapelelemente in die Plattform, es ist noch ein geringer Montageaufwand nötig. Darum ist das Kernziel dieser Arbeit, die vollständig monolithische Integration von pneumatischen Antriebselementen in die Plattform zu ermöglichen.

Auf Grund der hier gestellten Anforderungen an die pneumatischen Aktoren, wie der geringe Stellweg von 100µm und die zu leistende Kraft von 1N sind grundlegende Untersuchungen notwendig. Aus diesen sind zwei prinzipielle Aktorkonzepte entstanden, von denen eins nicht miniaturisierbar ist. Das weiterverfolgte Konzept ergibt eine Vielzahl möglicher Aktorvarianten, von denen die Grundstrukturen hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens mathematisch beschrieben sind. Hierbei zeigt sich ein nichtlineares Verhalten von Druck und Stellweg bei allen Strukturen. Problematisch ist die Abdichtung dieser Strukturen, die sich durch die Bewegung schwierig gestaltet. Durch den Einsatz der Laserschneidanlage am Institut sind erste Ansätze gemacht, solche Dichtungen aus 1mm Silikonfolie herzustellen. In Verbindung mit einer einfachen Dichtung ist bei einer Aktorvariante ein Stellweg von 500µm im Leerlauf praktisch nachgewiesen.

Die nachfolgende Integration der pneumatischen Aktoren in eine Inchwormplattform ergibt einen einfacheren Aufbau und es wird zusätzlich ein anderer Bewegungsablauf möglich. Die entwickelte Plattform ist modular aufgebaut, sie gliedert sich in zwei Antriebsmodule und Verbindungselemente. Es ist damit möglich diesen pneumatischen Schrittantrieb an unterschiedliche Aufgaben einfach anzupassen, wie z.B. in Bereichen der Medizintechnik.

Die Plattform konnte aus zeitlichen Gründen nicht in Betrieb genommen werden, eine Experimentierplattform ist aber hergestellt.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Fluidlogik, Hydraulikantriebsmodell, Inchworm, Niederdruckhydraulik, Pneumatik, Schrittantrieb monolithisch, Strömungsdiode, Strömungsumschalter
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 07 Sep 2011 10:34
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1539

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 28-10-2003

Ende Datum: 04-08-2004

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1539
Referees: Jungnickel, Dipl.-Ing. Uwe and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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