07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Methodik zur fähigkeitsbasierten Planung modularer Montagesysteme(2011) Kluge, Stefan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)Turbulente, globale Märkte erfordern von Produktionsunternehmen zur Sicherung wirtschaft-licher Erfolge wandlungsfähige Produktionsstrukturen. Modulare Montagesysteme stellen hierzu eine Lösungsmöglichkeit dar. Spezifische Eigenschaften modularer Systeme werden in bisherigen Montageplanungssystematiken jedoch nicht ausreichend betrachtet. Eine verbesserte Planungsmethodik hat Aspekte wie die Betrachtung von zukünftigen Marktentwicklungen, die standardisierte Beschreibung von Ressourcen und Prozessen sowie die Verlagerung von Planungsaufgaben auf den Anlagenhersteller zu berücksichtigen. Auf dieser Grundlage wurde eine Methodik zur fähigkeitsbasierten Planung modularer Mon-tagesysteme für Anlagenhersteller entwickelt. Dabei wurde in der ersten Teillösung zur Be-rücksichtigung zukünftiger Entwicklungen die Szenariotechnik an die Erfordernisse der Grobplanung der Montageplanung angepasst. Die zweite Teillösung ist eine generische Beschreibungsmethode, welche auf einem Fähigkeitsmodell basiert. Die generische Beschreibungsmethode dient im Wesentlichen der dritten Teillösung, der Alternativengenerierung. Die letzte, in einem Tabellenkalkulationsprogramm umgesetzte Teillösung in Form einer systematischen, szenariobasierten, mehrdimensionalen Bewertung nutzt durch ihre spezifische Struktur die im jeweiligen Planungsfall entwickelten Szenarien für Analyse, Bewertung und Auswahl der Lösungsmöglichkeiten. Neben der Struktur stellt vor allem die umfangreiche Kostenbetrachtung über den Lebenszyklus des sich durch verschiedene Ausbaustufen verändern den Montagesystems einen Schwerpunkt der Bewertungssystematik dar. Zum Nachweis der Anwendbarkeit und Funktionsfähigkeit wurde die neu entwickelte Metho-dik als rechnergestützter Prototyp realisiert. Die Anwendung erfolgte in der Lernfabrik aIE auf Basis des im TFB 59 entwickelten, virtuellen Unternehmens EMARTi AG.Item Open Access Bewertung von Flexibilitätsstrategien für die Endmontage in der Automobilindustrie(2008) Roscher, Jörg; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)Zur wirtschaftlichen Reaktion auf neue Produkte und Nachfrageschwankungen hat die strategische Montageplanung das Ziel, optimale Flexibilitätsstrategien für die Produktion umzusetzen. Dabei stellt sich grundsätzlich die Frage, in welche Flexibilität an einem Standort investiert werden soll. Abhängig ist die Wahl vor allem von den zu fertigenden Produkten. Lassen sich verschiedene Produkte effizient auf einer Linie fertigen, so können produktflexible Anlagen dauerhaft gut ausgelastet werden. Unterscheiden sich die Produkte zu stark, so ist die Produktion auf spezifischen Ein-Produkt-Linien, so genannten Solitärlinien, zweckmäßig. Das Abfangen von Nachfrageschwankungen kann dann über eine Volumenflexibilität erfolgen. Die Wahl der Flexibilitätsstrategie ist jedoch nicht nur abhängig vom zukünftigen Produktportfolio. Einfluss hat zusätzlich die standortspezifische Kostenstruktur und Personalflexibilität. In die Kostenbewertung von Flexibilitätsstrategien gehen auf der einen Seite die Investitionen für die Systemflexibilität ein. Auf der anderen Seite muss der im Produktionsbetrieb auftretende Flexibilitätsnutzen bewertet werden. Während die Investitionen in der Regel einfach abzuleiten sind, gestaltet sich die Vorhersage des Flexibilitätsnutzens schwieriger. Die Schwierigkeit liegt darin, dass die implementierte Flexibilität als ein Potenzial anzusehen ist, das die Reaktionsfähigkeit im Produktionsbetrieb steigert. Sie wird nur genutzt, wenn ein Flexibilitätsbedarf besteht. Welche Flexibilität mit welcher Ausprägung verwendet wird und welche Kosten dabei entstehen, hängt von einer Vielzahl technischer und arbeitsorganisatorischer Randbedingungen ab. Um dennoch eine Vorhersage der zeitdynamischen Flexibilitätsnutzung und ihrer Kosten zu ermöglichen, sind neue Planungshilfsmittel erforderlich. Dafür bietet sich das Konzept der hierarchischen Planung an: Nachdem funktionale Zusammenhänge zwischen den Reaktionsmöglichkeiten im Montagebetrieb und den daraus resultierenden Montagebetriebskosten existieren, kann die Antizipation des Montagebetriebs auf Basis einer mathematischen Optimierung durchgeführt werden. Sie erlaubt eine Vorhersage des zukünftigen Entscheidungsverhaltens bei der Flexibilitätsnutzung. Voraussetzung ist eine ausreichend detaillierte Betriebskostenstruktur und die Berücksichtigung betrieblicher Lerneffekte. Zu diesem Zweck werden im Rahmen der Arbeit drei Kernelemente konzipiert und umgesetzt: Das Montage-, das Lernkurven- und das Optimierungsmodell. Das Montagemodell ermöglicht bei spezifischen produkt- und standortspezifischen Eingangsgrößen und für ein gegebenes Entscheidungsverhalten im Produktionsbetrieb die Ableitung der Betriebskosten. Das Modell basiert auf analytischen Zusammenhängen und integriert neben einer Kapazitätsrechnung eine Arbeitskräftebedarfs- und Kostenrechnung. Das Lernkurvenmodell beschreibt zukünftige betriebliche Lerneffekte nach Anläufen und Anpassungsmaßnahmen. Das Modell basiert auf mengentheoretischen Überlegungen, die Lernkurveneffekte über der kumulierten Anzahl durchgeführter ähnlicher Arbeitsvorgänge aufzeigen. Dabei wirkt das Lernkurvenmodell nicht nur auf Einzellinien, sonder anteilig auch linienübergreifend. Das Optimierungsmodell schließlich basiert auf der dynamischen Programmierung und prognostiziert das Entscheidungsverhalten bei der Flexibilitätsnutzung im Produktionsbetrieb. Als Entscheidungsvariablen werden die Instrumente der operativen Montageplanung integriert betrachtet. Dies umfasst sowohl die technische Flexibilität des Systems als auch die Personalflexibilität des Standorts. Beispielsweise werden Taktzeiten, Einstellungen befristeter und unbefristeter Arbeitskräfte, Schichtmodelle und das Produktionsprogramm über der Zeit optimiert. Das kostenoptimale Ergebnis zeigt auf, zu welchen Personal- und Anpassungskosten das Produktionsprogramm bei gegebener implementierter Flexibilität zukünftig produziert werden kann. Die entwickelten Methoden wurden im Rahmen der Dissertation in einem Planungswerkzeug umgesetzt. Der Lifecycle Adaptation Planner (LAP) führt zu einer höheren Transparenz der Auswirkungen von strategischen Investitionsmaßnahmen auf die Montagebetriebskosten und erlaubt damit eine Optimierung der Flexibilitätsstrategie. Im Anwendungsfall der Arbeit weist der LAP das Potenzial produktflexibler Montagelinien für innovative Kompaktklassefahrzeuge aus. Mit dieser Arbeit ist ein weiterer Schritt zur Planung flexibler Montagesysteme gemacht worden. Jedoch müssen weitere Schritte folgen. Dabei kann die Nutzung mathematischer Verfahren dazu beitragen, dass die Automobilindustrie ihre Auslastung, Lieferfähigkeit und Effizienz weiter steigert.Item Open Access Internetbasiertes Technologie-Scouting für Recyclingtechnologien(2011) Dully, Stefan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)Recyclingunternehmen stehen vor der Herausforderung, für die sich stetig wandelnden Produkttechnologien entsprechende Recyclingtechnologien zu finden. Den Recyclingunternehmen stehen bei der Suche nach neuen Technologien keine auf die Spezifika der Branche zugeschnittenen Werkzeuge zur Verfügung. Neue Technologien werden dadurch zu spät erkannt und gelangen mit erheblicher Verzögerung in die Unternehmen. Ein wesentlicher Vorteil würde sich durch eine spezifische Vorgehensweise sowie eine informationstechnische Unterstützung ergeben, die es erlaubt, zielgerichtet, schnell und branchenspezifisch relevante Technologien identifizieren zu können. Eine Methode zum systematischen und schnellen Auffinden von relevanten Technologien bietet das Technologie-Scouting. Bei der Untersuchung des Stands der Technik konnten hier jedoch erhebliche Defizite nachgewiesen werden. Insbesondere bleiben die Bedarfe der Recyclingindustrie und der Einsatz neuer Medien unberücksichtigt. Zum einen liegt für die Identifikation und Auswahl der Stoffströme mit hohem Verbesserungspotential durch neue Technologien kein geeignetes Verfahren vor. Zum anderen existiert keine automatisierte Lösung für das Technologie-Scouting, die den Nutzer bei der Suche praktikabel unterstützt. Der Lösungsansatz verfolgt konsequent die Prinzipien: die Strukturierung, die Vereinfachung, die Standardisierung und die Automatisierung. Die Prinzipien werden für die Entwicklung eines IT-Systems eingesetzt und für die anforderungsgerechte Entwicklung einer auf dem bestehenden Technologie Scouting-Prozess basierenden Vorgehensweise. Die genannten Defizite wurden hierbei durch drei neue Elemente eliminiert. Erstens wurde ein mathematisches Optimierungsmodell erstellt. Darin ist der Identifikationsprozess abgebildet, der unter den gegebenen Stoffströmen jene auswählt, die ein hohes Optimierungspotenzial durch neue Technologien besitzen. Das zweite Element besteht in der Informationsmodellierung, um eine systematische und automatische Suche nach neuen Recyclingtechnologien zu realisieren. Hierzu wurden Algorithmen des Information-Retrievals umgesetzt, die die Automatisierung der Suche ermöglichen. Als drittes Element erfolgt eine Kategorisierung bzw. Filterung der eruierten Technologien nach verschiedenen Relevanzaspekten. Hierdurch lässt sich der nachfolgende Bewertungsaufwand deutlich senken. Diese Elemente wurden anschließend in eine organisatorische Vorgehensweise zur Implementierung im Unternehmen überführt. Anwendbarkeit, Leistungsfähigkeit und Software-technische Realisierbarkeit wurden durch einen IT-gestützten Prototyp nachgewiesen. Mittels eines Testszenarios konnte das Verfahren anhand eines Recyclingunternehmens von Elektroaltgeräten evaluiert werden. Im Anwendungsbeispiel konnten für das Recycling von Bildschirmröhrenglas neue Einsatzgebiete identifiziert werden. Unter den Technologien wurde insbesondere der Einsatz als Strahlenschutz in der Medizin- und Energiebranche als besonders relevant bewertet. Bildschirmröhrenglas wird auf diese Weise einer neuen Verwendung zugeführt. Dies stellt ein erhebliches Potenzial für Recyclingbetriebe dar.Item Open Access System für die modellbasierte Integration von Anlagen in die Halbleiterfertigung(2007) Dreiss, Philipp; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Der zur Verfügung stehende Zeitrahmen für den Aufbau von Produktionsstätten für die Herstellung von Halbleiterprodukten nimmt stetig ab. Gleichzeitig steigt die Komplexität der Automatisierung der zu integrierenden Halbleiterfertigungsanlagen in die Produktion an. Die Vorgehensweise bei der Anlagenintegration wird in einzelnen Softwareentwicklungsprojekten für jede Anlage durchgeführt, wobei stark darauf geachtet wird möglichst viele Elemente und Programmteile aus bestehenden Entwicklungen erneut zu verwenden. Durch die Betrachtung der Ausgangssituation bei der Integration von Halbleiterfertigungsanlagen in die Produktion hat sich gezeigt, dass die IT-Landschaft innerhalb der Halbleiterproduktionen aus vielen verteilten und heterogenen Systemen für die Steuerung der Produktionsabläufe besteht. Die Anlagen selbst werden durch die Entwicklung von einheitlichen Integrationsschnittstellen an übergeordnete Systeme in der Produktion gekoppelt, so dass eine standardisierte Steuerung, unabhängig vom Prozess der einzelnen Anlagen, erfolgen kann. Stand der Technik Im Stand der Technik wurden Vorgehensweisen für die Integration von Halbleiterfertigungsanlagen dargestellt. Die Halbleiterfertigungsanlagen liefern eine durch SEMI standardisierte Schnittstelle für die Kommunikation, so dass bei der Modelldefinition von einer einheitlichen Struktur ausgegangen werden kann. Für die Einbindung von Informationen und Anwendungen zeigte der Stand der Technik verschiedene generische Ansätze für die Verarbeitung von Informationen und Modellen. In der Informationstechnologie bietet der Ansatz der modellgetriebenen Architekturen (MDA) die erforderlichen Grundlagen. Entwicklung und Realisierung des Systems Die Geschäftsprozesse von der Planung einer Fabrik und der Produktion, den Einkauf über die Integration bis hin zur Produktion von Halbleiterprodukten, wurden in der Entwicklung des Systems spezifiziert und durch entsprechende Modelle definiert. Die Architektur des Systems beinhaltet die Modelle, wie das Anlagenstrukturmodell für die Abbildung der Struktur der Anlagen, das Anlagenfunktionenmodell für die Abbildung der Funktions- und Verhaltensweisen, das Qualifizierungsmodell für die Verifizierung der Daten und das Transformationsmodell für die Einbindung von Integrationsplattformen und die Definition von Transformationsanweisungen für die Generierung der Integrationsschnittstellen. Basierend auf der Architektur und den beschriebenen Modellen werden Anwendungsfälle besprochen, die vom System zum einen der Anlagenverwaltung und zum anderen der Propagationsmaschine unterstützt werden sollen. Für die Zusammenarbeit von Fabrikbetreibern und Anlagenherstellern wird das System um einen spezifischen Portalbetrieb im Internet erweitert, wodurch die Daten für die Anlagenintegration, wie z.B. die Erfüllung von Anforderungen, organisiert werden können. Umgesetzt wurde die spezifizierte Entwicklung in einer Realisierung des Systems für die modellbasierte Integration auf Basis eines Anwendungsservers, einer flexibel skalierbaren und verteilten Architektur. Anwendung des Verfahrens Die Bewertung der Realisierung und der sich daraus ableitende Nutzen wurde in einem Referenzprojekt in der Industrie ermittelt. Das System wurde in der realisierten Form unterstützend beim Aufbau einer 300-mm-Halbleiterfabrik eingesetzt.Item Open Access Gestaltungsrichtlinien zur systematischen Verbesserung der Spanguterfassung bei der Fräsbearbeitung von CFK(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2023) Gebhardt, Andreas; Bauernhansl, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) sind High-End-Leichtbauwerkstoffe, mit einem hohen Potenzial zur Leistungssteigerung von Maschinen und Produkten sowie zur Energieeinsparung. Ihre Herstellung erfolgt typischerweise unter Einsatz trockener Fräsprozesse, deren Spangut eine besondere Gefährdung darstellt und sicher erfasst werden muss. Der Prozess der Spangutabsaugung stand bisher nicht im Fokus der Wissenschaft, obgleich er eine hohe wirtschaftliche und technische Relevanz aufweist. Die vorliegende Arbeit widmet sich daher zunächst dem Stand der Technik in der fertigenden Industrie sowie den Anforderungen der CFK-zerspanenden Betriebe. Hieraus wird die Notwendigkeit dieser Arbeit aufgezeigt, die Absaugprozesse effektiver und effizienter zu gestalten und systematisches Grundlagenwissen zur Auslegung von Absaugsystemen zu schaffen. In einer theoretischen Betrachtung des Absaugprozesses werden die relevanten Einflussgrößen identifiziert und anschließend experimentell untersucht. In diesem Zusammenhang wird auf grundlegende Fragen zur Spanbildung von CFK eingegangen. Es folgen Untersuchungen zum Spangutauswurf und dessen Optimierung für eine verbesserte Erfassung. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden Gestaltungsrichtlinien für Absaugsysteme formuliert, die zur Optimierung dreier wesentlicher Varianten von Absaugsystemen genutzt werden. Diese werden abschließend anhand von zwei Schikanebauteilen bewertet. Diese Validierung zeigt das hohe Potenzial zur Steigerung der Spanguterfassung und zur Senkung des Energiebedarfs.Item Open Access Influence of exoskeleton use on Cardiac Index(2022) Schalk, Marco; Schalk, Ines; Bauernhansl, Thomas; Siegert, Jörg; Schneider, UrsThis study aims to assess the whole-body physiological effects of wearing an exoskeleton during a one-hour standardized work task, utilizing the Cardiac Index (CI) as the target parameter. N = 42 young and healthy subjects with welding experience took part in the study. The standardized and abstracted one-hour workflow consists of simulated welding and grinding in constrained body positions and was completed twice by each subject, with and without an exoskeleton, in a randomized order. The CI was measured by Impedance Cardiography (ICG), an approved medical method. The difference between the averaged baseline measurement and the averaged last 10 min was computed for the conditions with and without an exoskeleton for each subject to result in ∆CIwithout exo and ∆CIwith exo. A significant difference between the conditions with and without an exoskeleton was found, with the reduction in CI when wearing an exoskeleton amounting to 10.51%. This result corresponds to that of previous studies that analyzed whole-body physiological load by means of spiroergometry. These results suggest a strong positive influence of exoskeletons on CI and, therefore, physiological load. At the same time, they also support the hypothesis that ICG is a suitable measurement instrument to assess these effects.Item Open Access Automatisierte Ordnungs- und Kommissionierzelle zur hochflexiblen Bereitstellung von Werkstücken in der Montage(2006) Schmid, Stefan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Der zunehmende nationale und internationale Wettbewerb und die steigenden Ansprüche der Verbraucher führten in den vergangenen Jahren zu einer Zunahme der Produktvielfalt mit immer kürzeren Produktlebenszyklen bei gleichzeitiger Abnahme der Fertigungslosgrößen. Diese Entwicklung führte dazu, dass der flexibel automatisierten Montage in der Klein- und Mittelserienfertigung eine immer größere Bedeutung zukommt. Bei flexiblen Montageanlagen erfolgt die Bereitstellung von Werkstücken vorwiegend über werkstückspezifisch ausgelegte Zuführeinrichtungen, die in den Montagestationen integriert sind und einen Großteil aller Störungen in Montageanlagen verursachen. Ziel der Arbeit war es, eine unabhängig von den Montageanlagen arbeitende Ordnungs- und Kommissionierzelle zur hochflexiblen Bereitstellung von unterschiedlichsten Werkstücken in Flachmagazinen zu entwickeln. Nach der Ermittlung der wesentlichen Anforderungen und Randbedingungen für die Werkstückbereitstellung an flexiblen Montageanlagen wurden wissenschaftliche Grundlagen und Lösungen für einen Vibrationswendelförderer zum gleichzeitigen Fördern und Sortieren mehrerer unterschiedlicher Werkstücke erarbeitet sowie für flexible Positionier- und Ordnungssysteme ein Verfahren zur werkstückspezifischen Magazinauslegung entwickelt. Für die Beschreibung des Werkstückverhaltens im Magazin-formnest während des Magaziniervorganges wurde ein Berechnungsverfahren erarbeitet, mit dem in einer Rechnersimulation die Grenzwerte für die Geräteeinstellparameter, wie z. B. die maximale Schwingungsamplitude und Magazinneigungswinkel, bestimmt werden konnten. Die konzipierten und prototypisch realisierten Einzelkomponenten wurden anschließend in einer Pilotanlage einer automatisierten Ordnungs- und Kommissionierzelle integriert. Anhand eines repräsentativ ausgewählten Werkstückspektrums wurde der Funktionsablauf der Zelle erprobt und die technische Machbarkeit einer von der Montage entkoppelten, hochflexiblen Bereitstellung von Werkstücken in beliebiger Reihenfolge und Losgröße nachgewiesen.Item Open Access Ein Radfahrwerk mit passiver Federung für mobile Roboterassistenten(2009) Staab, Harald J.; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Mobile Roboterassistenten sind mobile Roboter, die Menschen bei Alltags- und Arbeitsaufgaben unterstützen und entlasten, gefährliche Arbeiten übernehmen und mit Menschen interagieren können. Sie sollen sich in strukturierten Alltags- und Arbeitsumgebungen des Menschen bewegen können, mit mindestens einem Roboterarm ausgestattet sein und Nutzlasten von etwa 20 bis 80 kg tragen können. Bisher wurden Forschungsdemonstratoren entwickelt, die starre Radfahrwerke haben. Auch Radfahrwerke anderer mobiler Roboter sind fast ausnahmslos starr und benötigen ebenen harten Boden und mehr Platz zum Manövrieren als ein Mensch. Ziel dieser Arbeit ist es daher, zu untersuchen, ob sich Radfahrwerke für mobile Roboterassistenten nicht mit starren, sondern gefederten Radaufhängungen entwickeln lassen, mit denen es möglich ist, Bodenunebenheiten auszugleichen, Stöße und Vibrationen durch Unebenheiten im Fahrweg aufzunehmen und dabei Schleudern oder Kippen unter allen zu erwartenden Fahrsituationen zu verhindern. Ausgangspunkt dieser Untersuchungen sind die Erkenntnisse zur Fahrdynamik von Straßen- und Schienenfahrzeugen sein, die sich aber nur beschränkt auf Radfahrwerke mobiler Roboterassistenten übertragen lassen. In dieser Arbeit werden unterschiedliche Einsatzszenarien analysiert und ein Spektrum von Anforderungen an mögliche Realisierungsvarianten abgeleitet. Daraus werden Konzepte für Teil- und Gesamtsystem des Fahrwerks entwickelt und vergleichend bewertet. Für ein Konzept für Grundflächengeometrie und Radanordnung werden Fahrdynamikmodelle entwickelt, die in als extrem angenommenen Fahrsituationen simuliert werden. Aus diesen Ergebnissen und weiteren relevanten Gleichungen zu Fahrwerk und Antriebsstrang werden Auslegungsdiagramme und ein Vorgehensmodell entwickelt, das den Engineeringprozess von mobilen Roboterassistenten unterstützen kann. Schließlich werden die entwickelten Modelle und Auslegungsdiagramme durch Messungen an einer prototypischen Realisierung verifiziert und diskutiert.Item Open Access Methode zur Auslegung mikrofluidischer Bauteile für beadbasierte Analysesysteme in der medizinischen Diagnostik(2005) Kuhn, Claus; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)In der medizinischen Diagnostik werden zunehmend molekulare Methoden eingesetzt. Festphasenbasierte Analyseverfahren erlauben dabei die zunehmende Miniaturisierung der Verfahren und gewinnen immer mehr an Bedeutung. Beadbasierte Analyseverfahren sind aufgrund der höheren Sensitivität, schnelleren Bindungskinetik und höheren Flexibilität prädestiniert für die medizinische Diagnostik und existierende Ansätze der Point-of-Care Diagnostik. Die Handhabung der Beads erfolgt dabei in mikrofluidischen Bauteilen. Die Arbeit befasst sich mit der geometrischen Auslegung dieser mikrofluidischen Bauteile und mit der Entwicklung eines Simulationsmodells zur Validierung des Bauteildesigns. Die Funktion des mikrofluidischen Bauteils umfasst in der Einlaufzone die Schnittstelle zur manuellen Befüllung mit einer Beadsuspension, die parallele, ortsfeste Präsentation der Beads in der Analysekammer für die optische Detektion sowie die Abführung von Reagenzien bzw. des Trägerfluids in der Auslaufzone. In der Einlaufzone und Analysekammer liegen laminare, stationäre Zweiphasenströmungen vor. Aufgrund der komplexen strömungstechnischen Vorgänge erfolgt die Validierung der Funktionen heute hauptsächlich experimentell, was einen erhöhten Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Zur geometrischen Auslegung des mikrofluidischen Bauteils wird, basierend auf der Betrachtung von Partikelaggregationen, eine Beziehung zwischen den Seitenlängen der Analysekammer und dem Durchmesser der Beads abgeleitet. Die weitere Auslegung erfolgt auf Basis eines hydraulischen Widerstandmodells. Basierend auf diesen Betrachtungen wird ein mikrofluidischer Probenträger konzipiert und realisiert. Zur Evaluierung des Bauteildesigns wird ein Simulationsmodell entwickelt, welches sowohl die Zweiphasenströmung als auch den sich dynamisch ändernden hydraulischen Widerstand in der Analysekammer abbildet. Dieses Simulationsmodell beruht auf der Kombination des Euler - Lagrange Verfahrens und der Strömung durch poröse Medien. Die erforderlichen Parameter werden experimentell bestimmt. Die Validierung des Simulationsmodells erfolgt durch Experimente mit dem mikrofluidischen Probenträger. Mittels dieser Experimente werden auch die Betrachtungen zur geometrischen Auslegung verifiziert.Item Open Access Methodik für numerische Lackiersimulationen : Bedeutung der Modell- und Eingangsparameter bei der Hochrotationszerstäubung(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2024) Güttler, Nico; Bauernhansl, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)