Aus dem Ingenieurbüro der Natur

Prototyp des Miniatur-Piezo-Linearantriebs

Das grundlegende Bewegungsprinzip des zum Patent angemeldeten Linearantriebs ist mit dem Fortbewegungs- mechanismus einer Schnecke vergleichbar. Ausgenutzt werden Differenzen der Haft- und Gleitreibung zwischen zeitweise bewegten sowie nicht bewegten Elementen. Der in zwei Richtungen bewegbare Antrieb besitzt einen theoretisch unbegrenzten Bewegungsbereich. Einzelschrittauflösungen sind bis in den Nanometer-Bereich möglich. Da dieser Motor ein Direktantrieb ist, sind keine bewegungsübertragenden Elemente, etwa ein Getriebe, notwendig.

Die Antriebskraft erzeugen spezielle Piezokeramiken von nur wenigen Millimetern Größe, die sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung äußerst schnell ausdehnen und dabei sehr große Kräfte erzeugen. Gesteuert wird das Ganze mit einer speziell dafür konzipierten Mikrorechnersteuerung und einem leistungselektronischen Modul.

Die Ingenieure arbeiten nun daran, die Abmessungen des Antriebs weiter zu verringern, dabei jedoch die Bewegungskraft und -geschwindigkeit um mindestens eine Größenordung zu erhöhen. Momentan erfolgt die mathematische Simulation des Antriebssystems, die Entwicklung einer separaten Ansteuerelektronik, eine messtechnische Untersuchung des Bewegungsverhaltens bis in den Nanometer-Bereich sowie eine Neukonstruktion des Gesamtaufbaus. Der Antrieb kann des Weiteren als Rotationsantrieb modifiziert sowie zu einem Mehrkoordinatenantrieb ausgebaut werden.

Zu den Einsatzmöglichkeiten des Motors gehören beispielsweise ein- und mehrachsige Positioniersysteme, Proportionalventile, Mikromanipulatoren und Zuführsysteme in der Automatisierungs- und Fertigungstechnik. Als integrierbarer Aktuator in Robotern und Laufmaschinen ist der Miniatur-Piezo-Linearantrieb ebenfalls denkbar. In der Medizintechnik kann er als hochpräziser Mikroantrieb für Instrumente der minimal-invasiven Chirurgie oder auch als Antrieb für aktiv bewegbare Prothesen dienen.

COMPAMED.de; Quelle: Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig