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Entwicklung und Aufbau eines Piezomotors auf Basis von Kohlenstoff-Mikrowimpern

Schönbach, Tobias (2010):
Entwicklung und Aufbau eines Piezomotors auf Basis von Kohlenstoff-Mikrowimpern.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Piezomotors auf Basis von Mikrowimpern beschrieben. Diese beginnt mit der Betrachtung der Realisierbarkeit eines rotierenden Antriebs mit einem einzelnen Piezostapelaktor. Zur Kraftübertragung werden Mikrowimpern verwendet. Dies sind Bürsten aus schräg angeordneten Fasern mit einer Länge von weniger als einem Millimeter. Dabei wird der Effekt des bewegungsrichtungsabhängigen Reibungskoeffizienten genutzt, der aus dem Alltag von Teppichboden und Fell bekannt ist. Durch eine schwingende Bewegung der Wimpern ist so ein schrittweiser Vorschub möglich. Je nach Ausgestaltung des Motors kann dieser Effekt für lineare oder rotierende Antriebe genutzt werden.

Das gesamte Konzept wird in der Arbeit parallel für zwei Anwendungsgebiete betrachtet. Eines ist eine, trotz der schwingenden Anregung, nahezu konstante Bewegung. Dafür wird jeweils der Vor- und Rückhub des Piezostapelaktors als Antriebsbewegung genutzt. Bei dieser Konstruktionsvariante ist die Drehrichtung von der Richtung der Wimpern im Motor abhängig. Eine zweite Konstruktionsvariante ermöglicht das einfache Wechseln der Drehrichtung ohne einen zusätzlichen Motor. Bei diesem Konzept sind Wimpern für beide Drehrichtungen im Motor verbaut. Je nach gewünschter Richtung werden nur die jeweiligen Wimpern für den Vortrieb verwendet. Bei dieser Konstruktionsweise ist allerdings die Vorwärtsbewegung nicht mehr gleichmäßig, sondern erfolgt schrittweise. Beide Konzepte funktionieren mit identischen Stator- und Rotor-Konstruktionen, die ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt werden.

Ein Teil der Arbeit beschreibt die Versuche zur Herstellung von Wimpern und die aus den Ergebnissen abgeleiteten Designrichtlinien. Diese sind wichtig, da keine käuflich erwerbbaren Rohprodukte zur Herstellung von Wimpern geeignet sind. Die Proben müssen daher nach eigenen Vorgaben hergestellt werden. Ein wichtiger Punkt dabei ist die Auswahl des richtigen Fasermaterials. Es werden Kohlefasern, Glasfasern und Aramidfasern miteinander verglichen und eine Auswahl getroffen. Neben dem Material der Faser ist auch deren Packungsdichte sowie das Harz, mit dem diese vergossen werden, von großer Bedeutung. Auch auf den Reibbelag, der als Gegenseite der Wimpern fungiert, wird eingegangen. Dieser ist für die Funktionsweise des Antriebs ebenso von Bedeutung wie die Wimpern selbst.

Zwar konnten bis zum Ende der Arbeit keine funktionsfähigen Wimpern hergestellt werden doch mit den erarbeiteten Designrichtlinien ist dies in naher Zukunft möglich. Die erarbeiteten Realisierungsmöglichkeiten des Motors sind sehr vielversprechend und bieten eine Reihe von Vorzügen gegenüber bestehenden Konzepten.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2010
Creators: Schönbach, Tobias
Title: Entwicklung und Aufbau eines Piezomotors auf Basis von Kohlenstoff-Mikrowimpern
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Piezomotors auf Basis von Mikrowimpern beschrieben. Diese beginnt mit der Betrachtung der Realisierbarkeit eines rotierenden Antriebs mit einem einzelnen Piezostapelaktor. Zur Kraftübertragung werden Mikrowimpern verwendet. Dies sind Bürsten aus schräg angeordneten Fasern mit einer Länge von weniger als einem Millimeter. Dabei wird der Effekt des bewegungsrichtungsabhängigen Reibungskoeffizienten genutzt, der aus dem Alltag von Teppichboden und Fell bekannt ist. Durch eine schwingende Bewegung der Wimpern ist so ein schrittweiser Vorschub möglich. Je nach Ausgestaltung des Motors kann dieser Effekt für lineare oder rotierende Antriebe genutzt werden.

Das gesamte Konzept wird in der Arbeit parallel für zwei Anwendungsgebiete betrachtet. Eines ist eine, trotz der schwingenden Anregung, nahezu konstante Bewegung. Dafür wird jeweils der Vor- und Rückhub des Piezostapelaktors als Antriebsbewegung genutzt. Bei dieser Konstruktionsvariante ist die Drehrichtung von der Richtung der Wimpern im Motor abhängig. Eine zweite Konstruktionsvariante ermöglicht das einfache Wechseln der Drehrichtung ohne einen zusätzlichen Motor. Bei diesem Konzept sind Wimpern für beide Drehrichtungen im Motor verbaut. Je nach gewünschter Richtung werden nur die jeweiligen Wimpern für den Vortrieb verwendet. Bei dieser Konstruktionsweise ist allerdings die Vorwärtsbewegung nicht mehr gleichmäßig, sondern erfolgt schrittweise. Beide Konzepte funktionieren mit identischen Stator- und Rotor-Konstruktionen, die ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt werden.

Ein Teil der Arbeit beschreibt die Versuche zur Herstellung von Wimpern und die aus den Ergebnissen abgeleiteten Designrichtlinien. Diese sind wichtig, da keine käuflich erwerbbaren Rohprodukte zur Herstellung von Wimpern geeignet sind. Die Proben müssen daher nach eigenen Vorgaben hergestellt werden. Ein wichtiger Punkt dabei ist die Auswahl des richtigen Fasermaterials. Es werden Kohlefasern, Glasfasern und Aramidfasern miteinander verglichen und eine Auswahl getroffen. Neben dem Material der Faser ist auch deren Packungsdichte sowie das Harz, mit dem diese vergossen werden, von großer Bedeutung. Auch auf den Reibbelag, der als Gegenseite der Wimpern fungiert, wird eingegangen. Dieser ist für die Funktionsweise des Antriebs ebenso von Bedeutung wie die Wimpern selbst.

Zwar konnten bis zum Ende der Arbeit keine funktionsfähigen Wimpern hergestellt werden doch mit den erarbeiteten Designrichtlinien ist dies in naher Zukunft möglich. Die erarbeiteten Realisierungsmöglichkeiten des Motors sind sehr vielversprechend und bieten eine Reihe von Vorzügen gegenüber bestehenden Konzepten.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Ätzen elektrochemisch, Kohlefaser, Piezoantrieb, Stapelaktor piezoelektrisch, Wimpernantrieb
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: 31 Aug 2011 10:22
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1751

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 21-06-2010

Ende Datum: 22-11-2010

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1751
Referees: Pott, Dr. rer. n Peter and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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