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Computer-unterstützte Simulationen im Dienste der Industrie
Beispiel: Lab on Chip - Mikrofluidik
Durch den Einsatz computer-unterstützter Konstruktions- und Simulationstechniken wird die Entwicklung akustischer Sensoren am Rechner durchgeführt. Durch die Kopplung dieser Techniken an zusätzliche Simulationswerkzeuge wie Struktur-, Feld-, Strömungs- oder Temperaturberechnungen lassen sich komplette Meßsysteme in ihrer Arbeitsumgebung am Rechner simulieren. Dadurch ist neben der reinen Entwicklung auch eine applikationsspezifische Anpassung und Optimierung möglich.
Entwicklung mikromechanischer/mikrofluidischer Sensorsysteme
Fertigungstechniken der Halbleiterindustrie halten Einzug in die Ultraschallsensorik. Herstellungsverfahren mit Reproduzierbarkeiten im µm-Bereich, kostengünstiges Batch-Processing und die Möglichkeit der direkten Integration von Halbleiter-Bauelementen auf dem akustischen Sensor bestimmen die neuen Sensorgenerationen. Durch die anhaltende Miniaturisierung verschwimmen die Grenzen zwischen klassichen Bereichen der Ultraschalltechnik wie Durchflußmessung und mikrofluidischen Applikationen der Bioanalytik (Lab-on-Chip). Computerunterstützte Methoden wie FEM und CFD sind unersetzlich, um diese komplexen Systeme mit einem hohen Grad der Vernetzung unterschiedlicher physikalischer Phänomene ganzheitlich zu optimieren.
Die enge Verzahnung von Simulation und mikromechanischen Herstellungsmethoden ermöglicht die Entwicklung effektiver Sensoren und Fluidiksysteme und minimiert die Zeit vom ersten Design-Entwurf bis zum finalen Prototypen.
Entwicklung von Systemen zur aktiven akustischen Dämpfung
Durch den Einsatz rechnergestützter Methoden lassen sich die störenden und lärmabstrahlenden Vibrationen von Maschinen und Geräteteile derart charakterisieren, daß durch eine geeignete gegenphasige Einkopplung von Vibrationen eine aktive Schalldämpfung erfolgt. Anhand einer kleinen vibrierenden Platte wird das Verfahren veranschaulicht. Die Platte wird über eine aufgesetzte Spitze zu Vibrationen angeregt. Parallel dazu läuft eine rechnergestützte Simulation der vibrierenden Platte. Aus der Simulation wird das zur aktiven Dämpfung notwendige Signal berechnet und über eine zweite Spitze so in die Platte eingekoppelt, daß sie nicht mehr vibriert. Das Verfahren benutzt für die Simulation einen FEM-Code mit anschließender Signalauswertung.
Visualisierung kurzer Schallimpulse
Durch den Einsatz rechnergestützter Methoden lassen sich kurze, nicht harmonische elastische Wellen berechnen und visualisieren. Diese Methode kombiniert verschiedene kommerziell und nicht kommerziell erhältliche Simulationstools (z.B. FEM mit Huygens) und ermöglicht eine Integration der akustischen Auslegung eines Produkts in eine frühe Entwicklungsphase. Das Ausstellungsstück kombiniert ein kurzes hörbares Ereignis und zeigt parallel dazu eine Simulation, in der die Schallwellen visualisiert werden und bei der die Möglichkeit besteht, einen momentanen Zustand einzufrieren (festzuhalten), um ihn zu analysieren und die daraus gewonnenen Ergebnisse in den Design-Prozeß einfließen zu lassen.
Besuchen Sie uns auf der Hannover-Messe-Industrie 2001 in der Halle 17 Stand D50.
"Fraunhofer-Initiative Produkt und Produktion"
Ihre Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Peter Weber
Telefon 06894/980-227
Email: peter.weber@ibmt.fhg.de
Dipl.-Phys. Daniel Schmitt
Telefon 06894/980-120
Email: daniel.schmitt@ibmt.fhg.de
Criteria of this press release:
Biology, Information technology, Materials sciences, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research projects, Research results
German
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