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Diplom-/Masterarbeit

Herstellung eines Mikroventils mit neuartigem piezoelektrischem Mikroantrieb

13.05.2008, Diplomarbeiten, Bachelor- und Masterarbeiten

Mikroventile sind wesentliche mikrofluidische Komponenten und dienen der Steuerung von Stoffflüssen mit Hilfe elektrischer Signale. Um die Totvolumina möglichst gering zu halten, ist die Integration dieser Ventile in Mikrosysteme unabdingbar.

In Mikroventilen lassen sich piezoelektrische Materialien sehr vorteilhaft als elektromechanische Energiewandler einsetzen. Die bisherigen Lösungen nutzen den Quereffekt und besitzen fast ausschließlich ein so genanntes „normally open“ Verhalten, d.h. ohne elektrische Ansteuerung kann das zu steuernde Medium das Ventil ungehindert durchströmen. Der Stofffluss lässt sich nur durch die Zuführung elektrischer Energie unterbrechen. Für reale Systeme ist jedoch das umgekehrte Verhalten wesentlich wichtiger, da der Stofffluss im ausgeschalteten Zustand automatisch unterbunden wird. In einer vorangegangenen Arbeit wurde ein völlig neuartiger piezoelektrischer Energiewandler entwickelt, der es prinzipiell ermöglicht unter Nutzung des Längseffektes ein „normally closed“ Ventil zu realisieren.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein optimierter Energiewandler zur Ansteuerung für das Mikroventil genutzt werden. Zunächst ist eine geometrische Auslegung aller wesentlichen Bestandteile des Mikroventils unter dem Aspekt „maximaler“ Minimierung vorzunehmen. Dabei sind die maximale Flussrate und die minimale Verschließzeit des Ventils als wesentliche Eckdaten vorgegeben. Auf Basis der geometrischen Auslegung ist ein möglicher Chart zu erstellen, der die Reihenfolge der Prozessschritte zur Herstellung des Mikroventils beschreibt. Für die einzelnen Bearbeitungsebenen sind entsprechende Masken zu entwerfen. Schließlich sind Muster des Mikroventils herzustellen und zu charakterisieren. Um das Ventil zu überprüfen, ist eine Flüssigkeit unter Vordruck am Ventileingang anzulegen. Der Ventilausgang ist so zu gestalten, dass eine freie Tropfenabgabe der Flüssigkeit möglich ist. Dabei sollen insbesondere die minimale Tropfenfolgefrequenz und die minimale Flüssigkeitsmenge eines Tropfens ermittelt werden.
Eigenständiges Arbeiten sowie Grundkenntnisse im Bereich Mikrosystemtechnik werden vorausgesetzt.
Folgende Teilschritte sind zu bearbeiten.

1. Entwurf eines Mikroventils auf Basis eines neuartigen piezoelektrischen Antriebs
2. Aufstellen eines Flowchart
3. Aufstellen der Layouts für die verschiedenen Bearbeitungsebenen
4. Herstellung von Funktionsmustern des Mikroventils
5. Charakterisierung der Funktionsmuster des Mikroventils
6. Ermittlung funktionsbestimmender Parameter
7. Bewertung der Ergebnisse
8. Dokumentation

Information und Betreuung:
Dipl.-Ing. Sandy Schwebs,
Fachgebiet Mikrostrukturierte Mechtronische Systeme
Tel. 089/289-23111, Raum N0411, Nordgelände, Gebäude N4
E-Mail: sandy@tum.de

Kontakt: sandy@tum.de

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