A lifting and actuating unit for a planar nanoprecision drive system

Ein wesentlicher Treiber in vielen heutigen Technologiebereichen ist die Miniaturisierung von elektrischen, optischen und mechanischen Systemen. Mehrachsige Gerate mit grosen Verfahrbereichen und extremer Prazision spielen dabei nicht nur in der Messung und Qualitatssicherung, sondern auch in der Fabrikation und Manipulation von Nanometerstrukturen eine entscheidende Rolle. Die vertikale Bewegungsaufgabe stellt eine besondere Herausforderung dar, da die Schwerkraft des bewegten Objektes permanent kompensiert werden muss. Diese Arbeit schlagt dafur eine Vertikalhub- und -aktuiereinheit vor und tragt damit zur Weiterentwicklung von Nanometer-Prazisionsantriebssystemen bei. Grundlegende mogliche kinematische Integrationsvarianten werden betrachtet und entsprechend anwendungsrelevanter Kriterien gegenubergestellt. Der gezeigte parallelkinematische Ansatz zeichnet sich durch seine gute Integrierbarkeit, geringe negative Einflusse auf die umliegenden Systeme, sowie die Verteilung der Last auf mehrere Stellglieder aus. Folgend wird ein konstruktiver Entwicklungsprozess zusammengestellt, um diese favorisierte Variante weiter auszuarbeiten. Im Laufe dieses Prozesses wird die zu entwickelnde Einheit in das Gesamtsystem eingeordnet und ihre Anforderungen, Randbedingungen und enthaltenen Teilsysteme definiert. Die vertikale Aktuierung besteht dabei aus zwei Systemen: Einer pneumatische Gewichtskraftkompensation und einem elektromagnetischen Prazisionsantrieb. Das technische Prinzip der Hubeinheit wird erstellt und die Teilsysteme im verfugbaren Bauraum angeordnet. Daraus wird ein detailliertes Modell des pneumatischen Aktors abgeleitet, dieser dimensioniert und dessen Eigenschaften bestimmt. Die Ausdehnung dieses Teilsystems definiert die raumlichen Grenzen fur den umliegenden Prazisionsantrieb. Zur Auslegung dieses Antriebs wird das Kraft-/Leistungsverhaltnis als Zielgrose definiert. Mit Hilfe von numerischer Simulation und Optimierung werden Geometrien fur verschiedenste Topologien entworfen und bewertet. Die geeignetste Variante wird mit allen Teilsystemen in eine Einheit integriert und auskonstruiert. Abschliesend werden zukunftige Schritte fur die Integration der Einheit in ein Prazisionsantriebssystem dargestellt und mogliche Anwendungsszenarien in der Nanofabrikation prasentiert.