Modellierung und Validierung der Krafterzeugung mit Stick-Slip ...

26 2. Stand der Forschung
ximalen Kraft von 0, 2N. Die Skizze wurde an das Patent WO001996014959A1
angelehnt [50].
Die Bauform der Aktoren von SmarAct fußt auf einem Abtrieb, der durch
Linearkugellager geführt wird [51]. Der Antrieb erfolgt durch einen Piezostack,
der über einen definierten Reibkontakt auf den Abtrieb wirkt. Beispielhaft ist in
Abbildung 2.15b ein linearer Positionierer skizziert. Die Bauform ist bezüglich
dieser Arbeit besonders interessant, da nicht alle Lagerpunkte Stick-Slip-mäßig
angetrieben werden, sondern nur ein einziger Kontakt. Im Gegensatz zur z-Achse
von Ramona (Kapitel 2.2.2) sind also die Komponenten ,Führung’ und ,Antrieb’
funktionell getrennt. Diese bei größeren industriellen Achsen häufig anzutreffende
Bauart könnte Auswirkungen auf die Funktion der Stick-Slip-Krafterzeugung
haben. Daher wurde ein Positionierer dieses Typs für eine Messreihe ausgewählt,
welche in Kapitel 3.2.8 näher erläutert wird. Die Schrittweite der Positionierer
von SmarAct wird je nach Amplitude bis zu 1µm betragen, die Geschwindigkeit
kann maximal 5 mm bei einem sehr großen Verfahrweg von über 35mm erreichen.
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Die Haltekraft liegt laut Datenblatt bei 3N.
Die Abbildung 2.15c skizziert den Mechanismus, der von der Firma Kleindiek
Nanotechnik vertrieben wird [52]. Auf Basis der Patente WO001994006160A1 [53]
und WO002000054004A1 [54] werden rotatorische Achsen konstruiert. Diese bestehen
aus einem Rahmen, der durch Torsionsfedern flexibel gelagert ist und
durch einen Piezoaktor begrenzt gedreht werden kann. Im Rahmen ist der Abtrieb
eingespannt, der in Rotation versetzt wird. Durch die Kombination von
zwei rotatorischen und einer linearen Achse kann ein Arbeitsraum in Form einer
Halbkugelschale abgedeckt werden (Manipulator Kleindiek MM3A-EM). Die
Auflösungen sind im Bereich von 10 − 20nm, die Haltekraft und Haltemomente
sind maximal 1N beziehungsweise 3 − 4Nmm. Der Manipulator ist nicht mit
Sensorik verfügbar. Daher ist ein Bediener auf das Feedback durch die Umgebung
(Mikroskop) angewiesen.
Eine konstruktiv sehr einfache Variante eines Stick-Slip-Antriebs zum Bau
von Robotern mit drei kartesischen FG wird von der Xidex Corporation verwendet
[55]. Der Aufbau ist vergleichbar mit dem Piezowalker aus Abbildung 2.4c,
nur dass An- und Abtrieb vertauscht sind, wie der Skizze in Abbildung 2.15d
entnommen werden kann. Eine Stange wird durch einen Piezostack bewegt. An
der Stange sind zwei Reibkörper mit definierter Federvorspannung befestigt und
stellen den Abtrieb dieser linearen Achse dar. Ein interessantes Detail ist die
einfache Verklebung der Piezostacks mit der Stange ohne weitere mechanische
Vorrichtungen. Aufgrund des seriellen Aufbaus ist zu erwarten, dass relativ große
Momente zumindest auf die Verklebung der ersten Achse wirken und die Lebensdauer
negativ beeinflussen. Die Zukunft wird zeigen, ob ein solches Konzept
langfristig tragfähig ist. Die Schrittweite variiert zwischen 0, 1 und 2µm. Der