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Bistabiler elektrothermischer Klemm-Mechanismus

Büscher, Daniel :
Bistabiler elektrothermischer Klemm-Mechanismus.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2007)

Kurzbeschreibung (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.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2007
Autor(en): Büscher, Daniel
Titel: Bistabiler elektrothermischer Klemm-Mechanismus
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (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.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Aktor elektrothermisch, Bistabiler pseudo Bimorph, FEM-Simulation bistabiler Mechanismen, Pseudo-Starrkörpermodell
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: 31 Aug 2011 10:20
Zusätzliche Informationen:

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)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1637
Gutachter / Prüfer: Eicher, Dipl.-Ing. Dirk ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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