Universität Stuttgart
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Item Open Access Verfahren zur automatisierten Handhabung von hochsensiblen Photovoltaik-Substraten aus Flüssigkeiten(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2017) Giesen, Tim; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Bestrebungen in der Entwicklung und der Produktion zukünftiger kristalliner Photovoltaik-Zellen haben unter anderem den reduzierten Einsatz von hochreinem Silizium mittels neuer Produktionstechnologien im Fokus. Für die Herstellung von ultra-dünnen Siliziumsubstraten kann das thermomechanische Verhalten des Siliziums genutzt werden, um folienartige, stark gebogene Substrate mit Dicken zwischen 50 - 80 μm zu erzeugen. Diese müssen in anschließenden Prozessschritten gereinigt werden, um flache, nutzbare Substrate für Photovoltaikzellen zu gewinnen. Ziel dieser Arbeit ist es, für die Reinigung der sich transformierenden Substrate - von einem gebogenen in einen flachen Zustand während des Reinigungsschrittes - eine automatisierte Handhabung zu entwickeln und zu erproben. In der Folge werden die Randbedingungen für das Handhabungsverfahren analysiert, Anforderungen an das Verfahren abgeleitet und das Verfahren konzipiert. Unter der Berücksichtigung von unsteten Bedingungen durch die Prozessflüssigkeit wird das Handhabungsverfahren im aufgestellten Modell regelbar ausgelegt. Die Komplikationen des Handhabungsverfahrens werden erörtert und dabei die Wirkzusammenhänge zwischen Greifpunktpräzision und resultierender Positioniergenauigkeit für einen kontinuierlich stabilen Prozess deutlich. Mit dem Aufbau eines Demonstrators wird das konzipierte Verfahren umgesetzt und die einzelnen Verfahrensfunktionen experimentell untersucht und charakterisiert. Durch die Identifikation der signifikanten Parameter werden die Bedingungen für eine automatisierte Handhabung in Flüssigkeiten beschrieben. Für die Erprobung werden im Dauerversuch Handhabungsvorgänge bei unterschiedlichen Flüssigkeitszuständen bewertet. Die Erprobungsergebnisse zeigen die potentielle Anwendbarkeit des Verfahrens für die industrielle Nutzung. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Grundlagen für die Automatisierung eines Schlüsselprozesses geschaffen, der die zukünftige Produktion ultra-dünner Siliziumsubstrate und deren Handhabung aus Prozessflüssigkeiten heraus ermöglicht. Es wird ein hoher Erfüllungsgrad der an das Verfahren gestellten Anforderungen aufgezeigt. Synergien des automatisierten Handhabungsverfahrens lassen sich aus den eigens entwickelten Teilsystemen der Greifpunktbestimmung und der Handhabungsbewertung für die situative Prozesslenkung auf weitere, vergleichbare Anwendungsfälle übertragen.Item Open Access Untersuchung von Messgliedern zur Erfassung der Regelgröße beim Erwärmen für das Thixoschmieden(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Gerlach, Oliver; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Thixoschmieden ist ein Umformverfahren mit dem Potential, die Vorteile von Schmieden und Gießen zu vereinen. Es können mit dem Verfahren Formteile mit hoher Endkonturnähe und guter mechanischer Belastbarkeit hergestellt werden. Vor der Anwendung des Verfahrens muss der Rohling in den teilflüssigen Zustand erwärmt werden, wobei das Verhältnis von fester und flüssiger Phase, der sogenannte Flüsigphasenanteil, maßgeblich für die Güte des Umformprozesses ist. Der Flüssigphasenanteil stellt daher die Regelgröße des Erwärmungsvorgangs dar. Es ist zwingende Voraussetzung für das prozesssichere Umformen, dass beim Erwärmen der Rohlinge der gewünschte Flüssigphasenanteil reproduzierbar erreicht wird. Bislang steht jedoch noch keine Methode zur Verfügung, um während der Erwärmung zuverlässig auf den Flüssigphasenanteil im Rohteil schließen zu können. In dieser Arbeit wird eine Übersicht über Messgrößen und -verfahren zur indirekten Erfassung des Flüssigphasenanteils während der Erwärmung gegeben und ihre Vor- und Nachteile dargelegt. Es wird aufgezeigt, dass insbesondere der Bereich der elektrischen Messgrößen noch zu wenig untersucht wurde. Aufbauend auf dieser Erkenntnis wird die elektrische Zeitkonstante als elektrische Messgröße mit einem großen Potential zur Erfassung des Flüssigphasenanteil identifiziert und genauer untersucht. Störeinflüsse auf die Messgröße werden identifiziert und ein Verfahren vorgeschlagen, eine störeinflussarme Messgröße zu erhalten. Mittels dieses Verfahrens wird gezeigt, dass sich die Zeitkonstantenmessung eignet, um die Regelgröße beim Erwärmen in den teilflüssigen Bereich zu erfassen. Abschließend wird das Potential für weitergehende Forschung aufgezeigt.