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Abstract
Das Projekt will die bei der Interaktion von Gläsern und Glaskeramik entstehenden elektrostatischen Felder als Positionierungsantrieb im Nanometerbereich nutzen. Neuste Forschungsresultate belegen, dass die Kräfte, welche bei der Interaktion von Gläsern und Glaskeramik mit elektrostatischen Feldern entstehen, für viele Applikationen interessant sind. Eine vielversprechende Anwendung ist das präzise Positionieren im Nanometerbereich, das entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Positionierungsantrieben besitzt. Ziel des Projektes ist die Definition eines linearen elektrostatischen Glas-Antriebes.
What is special about the project?
Verbesserung von Positionierungsantrieben im Nanometerbereich entsprechen einem grossen Bedarf auf verschiedenen Gebieten künftiger Hochtechnologien. Bei Erfolg eröffnen sich bei diversen konkreten Anwendungen eigentliche Durchbrüche. Die Unterstützung durch die Gebert Rüf Stiftung erlaubt die schweizerische Beteiligung an diesem internationalen Forschungsgebiet.
Status/Results
Die elektrostatische Rotation von Glasscheiben wurde experimental bestätigt. Synchrone Rotationsgeschwindigkeiten von 5000 rpm und präziese Rotationen im Sub-Arcsekundenbereich wurden beobachtet (Open Loop).
Ein rotativer Prototyp, basierend auf einem kommerziellen hochpräzisem statischem Luftlager, wurde entworfen und realisiert. Angetrieben von einer Glasscheibe mit 10 cm Durchmesser, wird die Position mittels eines inkrementalen optischen Sensors gemessen. Die dazugehörende Elektronik wurde entwickelt, ein kompakter Drei-Kanal-Hochspannugsverstärker wurde fertiggestellt, ebenso wie ein hochauflösender Funktionsgenerator und serielle Schnittstelle mit einem handelsüblichen PC.
Um die Glassorte und das Elektrodenlayout zu optimieren, wurde ein spezieller Kraftsensor entworfen und realisiert, welcher dynamische Kraftmessungen bei konstantem Luftspalt erlaubt. Dieses Dispositiv gab uns Aufschluss über Einflüsse der Glasdicke, Glassorte, Glasbeschichtung und Elektrodengeometrie.
Parallel zu den beschriebenen Forschungsarbeiten werden die gemessenen Daten mittels numerischer Analysis (finite Elemente Methode) reproduziert, um ein analytisches und ein numerisches Modell zu erhalten, welches sich den numerischen Daten genug nähert um “Design Rules” für elektrostatische Antriebe zu etablieren. Ein Prototyp einer 1 inch Festplatte basierend auf Dickfilmtechnologie wurde ebenfalls realisiert um die Miniaturisierungsmöglichkeit dieser Technologie zu demonstrieren.
Für die Lagerung wurde ein neues Konzept für diamagnetisches Schweben entworfen und realisiert, welches eine Alternative zu kompliziertern Lagerungsformen sein könnte (Luftlager, Kugellager, aktive Magnetlager).
Publications
Moser R., Bleuler H., “Precise Positioning Using Electrostatic Glass Motor with Diamagnetically Suspended Rotor”, IEEE Transactions on applied supraconductivity (MT-17).
Moser R., Wüthrich R., Sache L., Bleuler H., “Characterization of electrostatic glass actuators”, Journal of applied physics, Vol. 93, No. 11, 1 June 2003.
Moser R., Sache L., Bleuler H., “Advances in fast rotating electrostatic glass actuators”, 6th International Conference on Motion and Vibration Control (MOVIC), 2002.
Moser R., Barrot F., Bleuler H., “Optimization of two-dimensional permanent magnet arrays for diamagnetic levitation”, 17th International Conference on Magnetically Levitated Systems and Linear Drives (MAGLEV), 2002.
Moser R., Sache L., Cassat A., Bleuler H., “Advances in Precise Positioning using the Electrostatic Glass Motor”, Conference on Industrial Applications Society (IAS), 2003.
Sache L., Moser R., Cassat A., Bleuler H., “Inherent Progressive Smoothness Of Linear Electrostatic Glass motors”, Conference on Linear Drive for Industrial Applications (LDIA), 2003
Media
keine
Links
Last update to this project presentation 17.10.2018