Forschungsthemen
Auf dieser Seite wollen wir Ihnen einen kleinen Überblick geben über Forschungsthemen, die aktuell an der Professur bearbeitet werden oder bis vor kurzem bearbeitet wurden.
Silizium-Federn als Führungselemente in der Gerätetechnik
Federführungen aus einkristallinem
Silizium
In der Gerätetechnik ergibt sich oftmals die Notwendigkeit, äußerst präzise Mechanismen, beispielsweise zur Realisierung von Geradführungen, einzusetzen. Ein bekannter Ansatz ist dabei die Parallelfederführung.
Mit einer Federführung liegt ein Mechanismus vor, bei dem die Bewegung des geführten Teiles nur durch die elastische Formänderung der Glieder des Mechanismus ermöglicht wird. Spiel-, Verschleiß- und Wartungsfreiheit sind einige Vorteile, die diese Art der Führung mit sich bringt. Weiterhin ist der gesamte Mechanismus mangels gleitender Gelenke bis auf die innere Reibung der Blattfedern nahezu reibungsfrei.
Eine Parallelfederführung liegt vor, wenn im einfachsten Fall zwei gleich lange Blattfedern parallel zwischen dem feststehenden Glied (Gestell) und dem beweglichen Glied (Koppel) des Mechanismus eingespannt sind. Die Bahnkurve der Koppel kann bei dieser Variante der Parallelfederführung für einige Anwendungsfälle bereits als ausreichende Geradführung genutzt werden. Werden höhere Anforderungen an die Geradlinigkeit der Koppelbahnkurve gestellt, können zwei identische Parallelfedern zu einer speziellen Reihenschaltung verbunden werden, die unerwünschte Komponenten in Querrichtung vermindern. Verknüpft man diese Parallelfedern zusätzlich mit den hervorragenden mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes Silizium, erhält man sehr präzise Geradführungen die z.B. für hochgenaue Messgeräte interessant sind.
Zu den charakteristischen Eigenschaften einer Parallelfederführung gehören neben der Bahnkurve der Koppel die Steifigkeit in Nutzrichtung und die Quersteifigkeit. Anzustreben ist für die meisten Anwendungsfälle ein möglichst hohes Verhältnis von Quer- zu Nutzsteifigkeit. Gestützt durch FE-Analysen soll dieses Verhältnis für verschiedene Parallelfederdesigns durch Identifikation und Variation der dafür wichtigen Geometrieparameter optimiert werden.
 Skizze der Federführung |
 Animation des Bewegungsverhaltens |
Die Bearbeitung dieses Themas erfolgt in enger Zusammenarbeit mit der Fachgruppe Werkstoffe der Elektrotechnik/Elektronik und dem Zentrum für Mikrotechnologien (ZfM).
