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Sandia fertigt Kettengetriebe auf einem Chip

Bisher kleinstes mikromechanisches Getriebe aus Zahnrädern und Kette

Sandia National Laboratories hat einen Durchbruch bei der Fertigung von Mikrogetrieben auf Silizium-Basis vermeldet. Erstmals gelang es, ein Getriebe aus Zahnrädern mit einer winzigen, flexiblen Kette zu versehen; ein Kettenglied davon soll ohne Probleme auf der Spitze eines Haares Platz finden.

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Die derzeit gefertigte Mikrokette ähnelt einer winzigen Fahrradkette und hat 50 einzelne Glieder. Der Abstand zwischen den Kettenglied-Mittelpunkten beträgt 50 Mikron. Im Schnitt ist ein menschliches Haar etwa 70 Mikron breit. Da die Mikrokette verschiedene Antriebsachsen rotieren könnte, soll sie die Zahl der benötigten mikroelektromechanischen Motoren (MEMS) reduzieren helfen. Bisher würden an verschiedenen Punkten mehrere Antriebe in jedem MEMS-Gerät benötigt, so dass man mit den Mikroketten viel Platz sparen würde, erklärt der Sandia-Techniker Ed Vernon, der ein Patent auf die Silizium-Mikrokette erteilt bekommen hat.

Beispiel-Getriebe mit Sandias 'silicon microchain'
Beispiel-Getriebe mit Sandias 'silicon microchain'
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Die Mikrokette könnte beispielsweise genutzt werden, um Mikrokamera-Verschlüsse anzutreiben, wie es größere Ketten bereits in der "Makrowelt" tun würden, erklärt Vernon. Kettenantriebe brauchen im Gegensatz zu Stoß-Systemen keine Vor- und Rückbewegungen, sie ermöglichen sowohl eine kontinuierliche als auch eine unterbrochene Antriebsumsetzung.

Ein Mikroband-Antrieb würde im Vergleich zur Mikrokette bei nicht in einer geraden Reihe platzierten Getrieberädern zu viel Verdrillung und somit Materialbelastung aufweisen. Kettenglieder würden hingegen plus oder minus 52-Grad-Rotationen ohne Belastung der stützenden Struktur ermöglichen, was MEMS-Designern eine recht große Freiheit bei der Positionierung von verschiedenen Teilen ermöglicht. Die größte Strecke, die Mikroketten ohne stützende Kettenräder oder sonstige Führung überbrücken können, beträgt 500 Mikron. Eine Mikroketten-Spanner ist nötig, um größere Strecken zu überbrücken.

Detailansicht: Zahnrad mit Mikrokette
Detailansicht: Zahnrad mit Mikrokette

Das mehrlagige, mikromaschinell gefertigte Kettengetriebe wurde mit Hilfe von Sandias patentierter "Summit IV"- und "Summit V"-Mikrotechnologie gefertigt. Diese soll die Konstruktion von komplizierten MEMS-Geräten ermöglichen.

Das Lockheed-Martin-Tochterunternehmen Sandia forscht für die National Nuclear Security Administration des US Department of Energy. Sandia entwickelt alle nicht-nuklearen Komponenten für die Nuklearwaffen der USA und arbeitet an Aufträgen, mit denen auf militärische und wirtschaftliche Bedrohungen für die nationale Sicherheit reagiert werden soll.



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