Planarer Miniaturisiereter Rotationsantrieb - PlateDrive

• Antragsteller: Professor Dr. Lambert Alff; Professor Dr.-Ing. Helmut F. Schlaak (†)
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290067201

Ziel des Vorhabens die Realisierung eines rotierenden Kleinstantriebs basierend auf einem mikrostrukturierten Reibschluss aus Kohlefasern und strukturintegrierter piezoelektrischaktuierter Biegeelemente.Eine passive Blechscheibe wird dabei zu einem aktiven Stator durch Integration geeigneter strukturierter Biegeelemente und piezoelektrischer Schichten. Damit werden die Biegeelemente an der Blechscheibe zu Schwingungen angeregt. Der mikrostrukturierte Reibschluss aus Kohlefasern zwischen Stator und Rotor erzeugt die kraft- und mikroformschlüssige mechanische Übertragung der Schwingungsenergie und damit die Drehbewegung des Rotors.Im Vorhaben ist eine Arbeitskooperation zwischen dem Institut EMK, FG M+EMS (Prof. Schlaak) und dem FG Dünne Schichten FB Material- und Geowissenschaften (Prof. Alff) geplant, beide an der TU Darmstadt. Die Forschungsfelder der Arbeitskooperation werden wie folgt definiert:Das Forschungsfeld der Stelle bei Prof. Schlaak am Institut EMK befasst sich mit der Herstellung des Reibschlusses. Die Ziele dabei umfassen die Bereitstellung von Biegeelementen für die Herstellung piezoelektrischer Schichten bei Prof. Alff, die Untersuchungen zur technischen und reproduzierbaren Herstellung des Reibschlusses sowie die messtechnische Charakterisierung des Reibschlusses.Das Forschungsfeld der Stelle bei Prof. Alff am FG Dünne Schichten ist Herstellung strukturintegrierte piezoelektrische Schichten. Die Ziele der Stelle bei Prof. Alff beinhalten die Herstellung von aktiven Biegeelementen (piezoelektrische Schichten auf Blechsubstraten, bereitgestellt von Prof. Schlaak) sowie die Erarbeitung eines Modells zur Simulation des Biegeverhaltens der angestrebten Biegeelemente zur Optimierung der Schichtstrukturen. Das dabei fokussierte Hauptziel ist es, funktionsintegrierte Biegezungen (kontaktierbare Biegeelemente am Stator) mit optimierten elektrischen sowie mechanischen Eigenschaften zu fertigen.Zusätzlich zu den Abhängigkeiten der Ziele beider Kooperationspartner bei der Durchführung des Vorhabens ist eine enge Zusammenarbeit vorgesehen: bei der Definition der Gesamt- und Einzelspezifikationen zu Beginn des Vorhabens und anschließend zur Bearbeitung einzelner Zwischenziele bei der Integration der Komponenten in den Demonstrator sowie bei dessen Charakterisierung, für die ein neuer Messplatz vorgesehen ist.In den Untersuchungen zur Herstellung des PlateDrive Demonstrators wird großer Wert darauf gelegt, dass der dreischichtige Aufbau für die Batchfertigung mechanisch möglichst einfach wird. Daher wird die Herstellung des ersten Demonstrators vorwiegend angelehnt an großtechnische Fertigungsmethoden erfolgen. Der angestrebte rotierende Kleinstantrieb PlateDrive wird durch die Strukturintegration in wenigen Arbeitsschritten zu fertigen sein und dadurch zukünftig auch kostengünstig in der Herstellung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen