In der vorliegenden Arbeit wird der Nachweis erbracht, dass ein miniaturisiertes Schrittschaltwerk aus einkristallinem Silizium mittels verfügbarer Mikrotechnologien realisierbar ist. Dazu wird die aus der Feinwerktechnik bekannte mechanische Anordnung so angepasst, dass sie mit den Möglichkeiten der gewählten Technologien herstellbar wird. Eine Besonderheit ist die Verwendung flexibler Gelenke. Dadurch entfallen Montage und Justage, die Struktur ist monolithisch. Auch der Werkstoff und das Aktuationsprinzip unterscheiden sich von denen herkömmlicher Schrittschaltwerke. Wegen seiner ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wird einkristallines Silizium ausgewählt. Bei den Antrieben kommt das elektrostatische Wirkprinzip zur Anwendung. Nach einer Einführung in das Themengebiet werden Entwurf und Herstellung des Schrittschaltwerkes behandelt. Die Beschreibung der messtechnischen Charakterisierung und ihrer Ergebnisse schließt sich an. Ein Ausblick auf mögliche Applikationen bildet den Abschluss der Arbeit.

In der vorliegenden Arbeit wird der Nachweis erbracht, dass ein miniaturisiertes Schrittschaltwerk aus einkristallinem Silizium mittels verfügbarer Mikrotechnologien realisierbar ist. Dazu wird die aus der Feinwerktechnik bekannte mechanische Anordnung so angepasst, dass sie mit den Möglichkeiten der gewählten Technologien herstellbar wird. Eine Besonderheit ist die Verwendung flexibler Gelenke. Dadurch entfallen Montage und Justage, die Struktur ist monolithisch. Auch der Werkstoff und das Aktuationsprinzip unterscheiden sich von denen herkömmlicher Schrittschaltwerke. Wegen seiner ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wird einkristallines Silizium ausgewählt. Bei den Antrieben kommt das elektrostatische Wirkprinzip zur Anwendung. Nach einer Einführung in das Themengebiet werden Entwurf und Herstellung des Schrittschaltwerkes behandelt. Die Beschreibung der messtechnischen Charakterisierung und ihrer Ergebnisse schließt sich an. Ein Ausblick auf mögliche Applikationen bildet den Abschluss der Arbeit.

Die elektrische Dehnungsmesstechnik auf der Grundlage separater Dehnungsmessstreifen (DMS) stellt heute eine der wesentlichsten Methoden zur experimentellen Beanspruchungs- analyse dar. Präzise Messungen außerhalb der Kalibrierbedingungen, insbesondere bei großen Deformationen oder hohen Querdehnungsanteilen, erfordern die Berücksichtigung nicht- linearer Zusammenhänge zwischen den zu bestimmenden Komponenten der Bauteildehnung und der Widerstandsänderung des Messgitters. Die Theorie dieser Zusammenhänge wird in zwei unterschiedlichen Formulierungen dargestellt. In der ersten Formulierung werden die für den Messgitterwerkstoff geltenden Leitfähigkeiten durch einem dreidimensionalen Ansatz mit den Dehnungskomponenten im Leiter verknüpft. Die Bestimmung der definierten Leitfähigkeitsparameter erfolgt exemplarisch für eine DMS-Konstantanfolie. In Form von Übertragungsfaktoren wird berücksichtigt, dass die Querdehnungskomponente der Bauteildehnung nicht vollständig auf die Stege und Umlenkstellen des Messgitters übertragen wird. Die zweite Formulierung basiert auf den vom DMS-Hersteller angegebenen Empfindlichkeiten präparierter Dehnungsmessstreifen in Längs- und Querrichtung. Die Genauigkeit der abgeleiteten Widerstands-Dehnungsbeziehungen wird durch zwei unter- schiedliche Versuche, bei denen die DMS-Messstellen längs bzw. quer zum einachsigen Spannungsfeld orientiert sind, überprüft. Die maximalen Dehnungen betragen dabei 5 bzw. 8 %.

In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer mikromechanischer Drehratensensor nach dem Stimmgabelprinzip vorgestellt. Die mechanische Sensorstruktur wird mit Hilfe der Bulkmikromechanik hergestellt und arbeitet nach dem elektrostatischen Wirkprinzip. Um große Amplituden zu erreichen, werden mechanische Koppelschwingungen ausgenutzt. In der Arbeit wird allgemein auf Entwurfsprozeß, Modellierung und Simulation mikromechanischer Strukturen eingegangen. Es wird die gemeinsame Lösung gekoppelter Felder mit Hilfe der Netzwerkmethode (PSpice) und die partitionierte Lösung mittels Online-Simulatorkopplung (ANSYS–PSpice) vorgestellt. Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Untersuchung der viskosen Luftdämpfung mikromechanischer Elemente mit engen Bewegungsspalten. Es werden verschiedene Möglichkeiten der vereinfachten Berechnung gezeigt.

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines auf mikromechanischen Sensorstrukturen basierenden Schwingungsmesssystems dargestellt. Die Besonderheit besteht im frequenzselektiven Wirkprinzip. Der Sensor siebt an seiner Resonanzstelle aus einem breitbandigen Anregungssignal ein schmales Band heraus und unterdrückt die anderen Frequenzbereiche. Auf diese Weise werden ohne Fourier-Transformation direkt spektrale Informationen gewonnen. Weiterhin sind die Resonanzfrequenz und damit der Messbereich mittels elektrostatischer Kräfte in einem weiten Bereich abstimmbar.

"Based on research results of Sandra Schweizer and Gerhard Lammel during their PhD thesis' at the Swiss Federal Institute of Technology Lausanne in the group of Prof. Philippe Renaud"--Pref. / Includes bibliographical references and index.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009.

Techn. Universiẗat, Diss., 2006--Darmstadt.

Freiburg i. Br., Univ., Diss., 2008.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2006.