Entwicklung eines aktiven Ventilsystems in LIGA-Technik für die minimalinvasive Therapie:
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Karlsruhe
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1995
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
2. Strömungsmechanik in Mikromembranventilen 6
2.1. Grundlagen der Strömungsmechanik 7
2.2. Entwurf von Strömungsmodellen für mögliche Ventildesigns 10
2.2.1. Schalten eines Fluids durch Verschließen einer Blende 10
2.2.2. Schalten eines Fluids durch Verschließen eines Kanals 13
2.2.2.1. Einstufiges Design 13
2.2.2.2. Zweistufiges Design 15
2.3. Simulation von Druckverteilungen mit der Finite Elemente Methode 17
2.4. Systementwurf 20
2.5. Zusammenfassung der Ergebnisse 21
3. Vergleich verschiedener thermischer Aktorprinzipien 22
3.1. Thermo-mechanischer Bimetallaktor 22
3.1.1. Theorie des Bimetalls 22
3.1.2. Mögliche Ventildesigns mit Bimetall als Ventilaktor 24
3.1.2.1. Bimetallstreifen 25
3.1.2.2. Runde Bimetallscheibe 26
3.1.2.3. Vergleich beider Designmöglichkeiten 27
3.1.3. Auswirkung des Herstellungsverfahrens auf die Aktorfunktion 29
3.1.4. Ergebnis der Untersuchung eines thermo-mechanischen Aktors 30
3.2. Thermo-pneumatischer Aktor 30
3.2.1. Wirkungsprinzip des Aktors 30
3.2.1.1. Erwärmen von Luft 31
3.2.1.2. Verdampfen einer Flüssigkeit 32
3.2.1.3. Mehrstoffsysteme 35
3.2.2 Energieeinkopplung in den Aktor 36
3.2.2.1. Elektrische Energieeinkopplung 36
3.2.2.2. Optische Energieeinkopplung 38
3.2.3. Einfluß der Membraneigenschaften auf das Aktorverhalten 39
3.2.4. Finite Elemente Rechnungen zur Untersuchung von Membranverhalten 42
3.2.5. Ergebnis der Untersuchung eines thermo-pneumatischen Aktors 45
4. Design und Herstellungsverfahren gefertigter Ventilsysteme 47
4.1. Das LIGA Verfahren 47
4.2. Mit der Ron tgentiefenlithografie hergestelltes Ventilsystem 49
4.2.1. Vereinzelungstechniken 49
4.2.2. Justier-und Klebetechniken 53
4.2.2.1. Justieren 53
4.2.2.2. Kleben 55
4.2.3. Design und Funktion 58
4.2.4. Herstellung des Mikroventilsystems 60
4.3. Mit dem Abformverfahren hergestelltes Ventilsystem 64
4.3.1. Das Abformverfahren 64
4.3.2. Design und Funktion 65
4.3.3. Herstellung des abgeformten Mikroventilsystems 68
4.3.3.1. Herstellung der abgeformten Strukturen 68
4.3.3.2. Integrieren der Membran und des elektrischen Aktorantriebs 72
4.4. Zusammenfassung 75
5. Messungen 76
5.1. Messungen zum integrierten thermo-pneumatischen Aktor 76
5.1.1. Elektrische Energieeinkopplung 76
5.1.2. Optische Energieeinkopplung 80
5.1.3. Vergleich der Energieeinkopplungen 84
5.2. Durchflußmessungen 85
5.2.1. Röntgentiefenlithografisch hergestelltes Ventilsystem 86
5.2.2. Abgeformtes Ventilsystem 88
5.3. Schließen eines abgeformten Ventils mit integriertem Aktor 89
5.4. Ergebnisse der Messungen 90
6. Zusammenfassung und Ausblick 92
7. Literaturverzeichnis 97
Anhang 105
Liste der verwendeten Symbole 105
Physikalische und chemische Daten verschiedener Alkane und Wasser 107
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