Aktuatorisch unterstützte Haftelemente mit hierarchischem Aufbau für den Einsatz auf technischen Oberflächen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Hella-Christin Scheer; Dr.-Ing. Klaus Zimmer
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237354194

Trockene Haftoberflächen besitzen ein breites Anwendungspotential, jedoch ist ihre technische Realisierung komplex, anspruchsvoll und vielschichtig. In diesem Vorhaben sollen aktuatorisch unterstützte, hierarchisch aufgebaute Mikrostrukturen im Hinblick auf ein wiederholtes Haften und Lösen auf technischen Oberflächen untersucht werden. Der hierarchische Aufbau erlaubt die Kombination unterschiedlicher Wirkprinzipien (atomare Wechselwirkungen, mechanische Verankerungen) zur Optimierung der Haftwirkung. Externe Aktuatorik ermöglicht nicht nur das Anhaften und Lösen, sondern insbesondere die Überwindung der bei technischen Oberflächen typischerweise stark ausgeprägten Topographie.Im ersten Vorhabensabschnitt wurde die Herstellung solcher mikrostrukturierter, hierarchischer, aktuatorisch unterstützter Haftsysteme durch Replikationsprozesse gezeigt. Ein kontrolliertes Anheften und Lösen der Haftelemente unter Zug-/Scherbelastung konnte durch eine pneumatische Aktuierung realisiert werden. Der dafür entwickelte Messplatz erlaubt die Bestimmung makroskopischer Kräfte/Wege und die visuelle Dokumentation mikroskopischer Prozesse im Kontaktbereich. Der aktuelle Stand der Arbeiten ermöglicht den Übergang auf komplexere, anisotrope Haftsituationen.Die hier beantragte Fortführung zielt auf die Untersuchung anisotroper Haftelemente ab. Die daraus resultierende kraftrichtungsabhängige Haftung ermöglicht eine gerichtete Steuerung der Haft- und Lösefunktion. Die Messdaten werden mit FEM Simulationen verglichen, um daraus ein Verständnis der Wirkprinzipien von Haft- und Löseprozessen solcher hierarchischen Systeme zu gewinnen sowie Designansätze für eine technische Realisierung abzuleiten. Über grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse hinaus soll eine Bewertung der technischen Herstellungsprozesse (Aufwand und Grenzen) im Hinblick auf die Tragfähigkeit aktuatorisch unterstützter fortgeschrittener Haftsysteme erfolgen. Ausschlaggebend für die Bewertung ist die durch Replikation erreichbare Funktionalität der Haftsysteme auf technischen Oberflächen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen