Veit, Constantin: Entwicklung eines Ansteuerungskonzepts für mikrotechnische, schwingungsgedämpfte Linearschrittantriebe basierend auf elektrostatischer Krafterzeugung

Abstract in German:

Hochgenaue Positioniersysteme werden für wissenschaftliche, wie auch für produktionstechnische Anwendungen benötigt. Das vorhandene Angebot wird beständig ergänzt. Positionierapparate auf Basis des elektrostatischen Prinzips lassen sich relativ einfach in mikroskopischem Maßstab fertigen und sind relativ einfach steuerbar. Die herausragenden elektromechanischen Eigenschaften von monokristallinem Silizium für MEMS-Anwendungen beweisen sich in zahlreichen vermarkteten Erzeugnissen der Halbleiterindustrie. Durchbruchserscheinungen und Instabilitätsphänomene begrenzen die Leistungsfähigkeit elektrostatischer Positioniersysteme. Diese Arbeit beschreibt die Grundlagen und aktuellen Fortschritte der elektrostatischen Aktoren. Sie beschreibt darüber hinaus, wie ein 3-Phasen-Mikrolinearmotor in einem begrenzten Bereich höchstaufgelöste, stabile Positionierbewegungen ausführen kann. Die Funktionsweise elektrostatischer Energiewandler werden dazu eingehend erläutert und Alternativen zu bestehenden Systemen aufgezeigt. Als Ergebnis wird ein neuartiges Aktorprinzip vorgestellt und Konzepte zur Steuerung des Aktors untersucht. Die Arbeit zeigt, dass die maximal erreichbare Wegauflösung eines elektrostatischen Mikropositioniersystems maßgeblich durch die Eigenschaften der versorgenden Energiequelle begrenzt ist. Dementsprechend wird der Fokus auf einflussreiche Komponenten wie Präzisionsspannungsreferenzen gelegt, um die praktisch erreichbare Positionsauflösung weiter zu verbessern. Die in der o.g. Aufgabenstellung verlangte Charakteristik des Mikrolinearmotors, wird durch ein Konzept erreicht, das durch attraktiv wirkende Kapazitäten bewegte Biegebalken mit einem begrenzten Bewegungsraum mit einer Kammstruktur mit frei erweiterbarem Bewegungsraum vereint.