Entwicklung eines multifunktionalen Antriebsmoduls zur Realisierung von Zustellbewegungen in Maschinen der Mikrofertigung
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurde zunächst ein erster Prototyp eines hybriden Aktors entwickelt. Hierzu wurden zunächst die beiden Teilsysteme Piezo- und FGL-Aktor entwickelt und messtechnisch untersucht, wobei der Großteil der Arbeiten auf den Formgedächtnisaktor entfiel. Die Ergebnisse und Methodik der Entwicklungen wurden veröffentlicht. Nach Fertigstellung des ersten Prototypen wurden Regelungskonzepte zum Betrieb des hybriden Aktorsystems entwickelt und untersucht. Dies umfasst zunächst die Regelung der Einzelaktoren und im weiteren die Regelung des Gesamtsystems. Hierbei zeigte sich, dass die kaskadierte Regelung gegenüber einer lediglich gesteuerten Bewegungsaufteilung deutliche Vorteile aufweist. Die Ergebnisse zur Regelung wurden ebenfalls veröffentlicht. Da der FGL Aktorteil des ersten Prototypen noch zusätzliche mechanische Führungen benötigte, wurde ein weiteres Konzept eines FGL Aktors mit inhärenter Führungsfunktion entwickelt und aufgebaut. Die Methodik bei der Entwicklung wurde zum Patent angemeldet und auch erteilt. Nach Aufbau und messtechnischer Untersuchung dieses multifunktionalen Aktors wurde darüber hinaus ein adaptives Regelungskonzept für Formgedächtnisaktoren entwickelt, welches eine gleichbleibende Dynamik über den gesamten Arbeitsbereich sicherstellt. Die Entwicklung und die messtechnisch erzielten Ergebnisse wurden zum Patent angemeldet. Mit Hilfe des zweiten FGL Aktors konnte ein Hybrider Aktor entwickelt werden, welcher keine Führungen mehr benötigt und daher ein sehr gutes Verhältnis von Bauraum zu Arbeitsraum aufweist. Eine weitere Besonderheit dieses neuartigen Aktorsystems ist seine ausgesprochen geringe Masse. Bei einem Eigengewicht von gerade 80g können Kräfte von 40N über einen Arbeitsbereich von 6,5mm aufgebracht werden. Mit weiteren Untersuchungen des Aktors bzgl. Quersteifigkeit und Dynamik konnte dessen Eignung als Vorschubachse für kleine Maschinen nachgewiesen werden.
Publications
- Design of a Controllable Shape-Memory-Actuator with Mechanical Lock Function; SPIE Proceedings, Paper 797719 (Vol.1), 2011
R. Neugebauer, W.-G. Drossel, K. Pagel, A. Bucht, N. Anders
- Design and Experimental Validation of a Hybrid Actuator based on Piezoceramics and Shape-Memory-Alloys, Mechatronics 2012 Proceedings Vol. 1, pp.322-327
R. Neugebauer, K. Pagel, W.-G. Drossel
- Adaptive Control Concept for Shape Memory Alloy Actuators, SMASIS 2013
K. Pagel, W. Zorn, A. Bucht, W.-G. Drossel
- Auslegungsgrundlagen für FGL Aktoren in Maschinanbauanwendungen, VDI Expertenforum „Entwicklung mechatronischer Systeme mit Formgedächtnislegierungen für industrielle Anwendungen“, FhG IWU Dresden, 11.06.2013
K. Pagel
- Design of a Solid State Shape- Memory-Actuator with Guidance Functionality, Advances in Science and Technology Vol. 78 (2013), pp. 113-118
K. Pagel, A. Bucht, W.-G. Drossel, R. Neugebauer
(See online at https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.78.113) - Multi-functional Shape-Memory-Actuator with guidance function, Production Engineering, Volume 7, Issue 5 (2013), Page 491-496
K. Pagel, W. Zorn, W.-G. Drossel
