Magnetisch bistabiles Mikroaktorsystem mit elektrothermischem Antrieb

Abstract:
Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen der Technischen Universität Darmstadt wird ein neuartiges stromgesteuertes Aktorsystem für den Einsatz in bistabilen Mikrorelais entwickelt. Im Gegensatz zu vielen anderen Systemen erreicht die vorgestellte Arbeit eine Haltekraft von 9 mN bei einem Stellweg von 100 µm. Auf diese Weise können beim späteren Einsatz in Mikrorelais ein geringer Kontaktwiderstand und eine hohe Isolationsfestigkeit erreicht werden. Die drei Teilaufgaben, physikalisches Wirkprinzip, mechanische Übersetzung und bistabiler Mechanismus, werden folgendermaßen realisiert: Das Wirkprinzip ist elektrothermomechanisch, die Übersetzung erfolgt über einen Bimorph und ein statisches Magnetfeld ermöglicht Bistabilität. Der Pull-In-Effekt dieses Magnetfeldes kompensiert die vergleichsweise große Zeitkonstante der thermischen Aktoren. Sowohl der Antriebs- als auch der Haltemechanismus arbeiten dabei jeweils in ihrem optimalen Arbeitspunkt. Ermöglicht wird das vorgestellte Aktorsystem durch eine Kombination von Mikro- und Feinwerktechnik. Die magnetische Flussführung besteht dabei aus Nickel, die thermischen Aktoren aus SU-8 und als Substrat kommt das Platinenmaterial FR4 zum Einsatz. Auf diese Weise wird auf einer Fläche von 3,6 x 6,2 mm² ein energieeffizientes und kostengünstiges Mikroaktorsystem realisiert.