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Bistabiler elektrothermischer Klemm-Mechanismus

Büscher, Daniel (2007):
Bistabiler elektrothermischer Klemm-Mechanismus.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

In dieser Arbeit wird ein neuartiger bistabiler elektrothermischer Aktor zum Einsatz als bistabiler Klemmmechanismus in einer Inchworplattform entwickelt. Der Aktor soll aus SU-8 oder Nickel gefertigt werden.

Haltekräfte von bis zu 1N bei einem Hub von mindestens 100 Mikrometer sind zu realisieren. Bisher wird die Klemmung der Inchwormplattform mittels thermischer Aktoren realisiert, die eine dauerhafte Bestromung verlangen. Durch das Ersetzen der thermischen Aktoren durch einen bistabilen Mechanismus, der nur zum Zustandswechsel bestromt werden muss, kann der Energieverbrauch gesenkt werden. Es werden bistabile Mechanismen, die in der Mikrotechnik aufgebaut wurden, vorgestellt und deren Vor- und Nachteile beurteilt. Der Vorteil des bistabilen Pseudobimorphs gegenüber bisher bekannten Strukturen ist die vollständig integrierte Aktorik. Die Zustandswechsel zwischen zwei stabilen Positionen können durch Ändern der Beschaltung des bistabilen Pseudobimorph bewerkstelligt werden. Dadurch enfällt der zusätzliche Aktor zum Rückstellen, der bei den bisher bekannten Sturkturen erforderlich ist. Der dadurch geringere Paltzbedarf und der einfache Aufbau der Struktur sind weitere Vorteile. Neben einer allgemeinen Erläuterung, was Bistabilität bedeutet, werden verschiedene Modelle zur Beschreibung von bistabilen Strukturen erklärt und hergeleitet. Für den bistabilen Pseudobimorph wird ein an die Geometrie angepasstes Pseudostarrkörpermodell erstellt. Die Modellparameter werden ermittelt und eine analytische Beschreibung des bistabilen Pseudobimorphs aufgezeigt. Es werden Ansysmodelle der Strukturen erstellt und das bistabile Verhalten mittels Simulationen überprüft.

Die Ergebnisse aus Simulation und Analytik sowie die Ergebnisse aus dem Vergleich des bistabilen Pseudobimorphs und der C-Bogenstruktur werden ausgewertet und bewertet. Es wird ein Gesamtkonzept einer Inchwormplattform mit bistabilen Klemmmechanismus vorgestellt. Ein Ausblick über die weiteren Optimierungs- und Verbesserungsmöglichkeiten von analytischem Modell, bistabilem Pseudobimorph sowie die mögliche Verwendung des Mechanismus in anderen Anwendungsgebieten wird aufgezeigt.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2007
Creators: Büscher, Daniel
Title: Bistabiler elektrothermischer Klemm-Mechanismus
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

In dieser Arbeit wird ein neuartiger bistabiler elektrothermischer Aktor zum Einsatz als bistabiler Klemmmechanismus in einer Inchworplattform entwickelt. Der Aktor soll aus SU-8 oder Nickel gefertigt werden.

Haltekräfte von bis zu 1N bei einem Hub von mindestens 100 Mikrometer sind zu realisieren. Bisher wird die Klemmung der Inchwormplattform mittels thermischer Aktoren realisiert, die eine dauerhafte Bestromung verlangen. Durch das Ersetzen der thermischen Aktoren durch einen bistabilen Mechanismus, der nur zum Zustandswechsel bestromt werden muss, kann der Energieverbrauch gesenkt werden. Es werden bistabile Mechanismen, die in der Mikrotechnik aufgebaut wurden, vorgestellt und deren Vor- und Nachteile beurteilt. Der Vorteil des bistabilen Pseudobimorphs gegenüber bisher bekannten Strukturen ist die vollständig integrierte Aktorik. Die Zustandswechsel zwischen zwei stabilen Positionen können durch Ändern der Beschaltung des bistabilen Pseudobimorph bewerkstelligt werden. Dadurch enfällt der zusätzliche Aktor zum Rückstellen, der bei den bisher bekannten Sturkturen erforderlich ist. Der dadurch geringere Paltzbedarf und der einfache Aufbau der Struktur sind weitere Vorteile. Neben einer allgemeinen Erläuterung, was Bistabilität bedeutet, werden verschiedene Modelle zur Beschreibung von bistabilen Strukturen erklärt und hergeleitet. Für den bistabilen Pseudobimorph wird ein an die Geometrie angepasstes Pseudostarrkörpermodell erstellt. Die Modellparameter werden ermittelt und eine analytische Beschreibung des bistabilen Pseudobimorphs aufgezeigt. Es werden Ansysmodelle der Strukturen erstellt und das bistabile Verhalten mittels Simulationen überprüft.

Die Ergebnisse aus Simulation und Analytik sowie die Ergebnisse aus dem Vergleich des bistabilen Pseudobimorphs und der C-Bogenstruktur werden ausgewertet und bewertet. Es wird ein Gesamtkonzept einer Inchwormplattform mit bistabilen Klemmmechanismus vorgestellt. Ein Ausblick über die weiteren Optimierungs- und Verbesserungsmöglichkeiten von analytischem Modell, bistabilem Pseudobimorph sowie die mögliche Verwendung des Mechanismus in anderen Anwendungsgebieten wird aufgezeigt.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Aktor elektrothermisch, Bistabiler pseudo Bimorph, FEM-Simulation bistabiler Mechanismen, Pseudo-Starrkörpermodell
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 10:20
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1637

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 20-11-2006

Ende Datum: 30-04-2007

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1637
Referees: Eicher, Dipl.-Ing. Dirk and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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