Kempen, Ludger
Lade...
Preferred name
Kempen, Ludger
Official Name
Kempen, Ludger
5 Ergebnisse
Gerade angezeigt 1 - 5 von 5
- Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Entwicklung und Aufbau von piezoresistiven Sensoren zur direkten Einbettung in Bauteilen aus Aluminium während des Gussprozesses(2023-07-17); ; ; Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung, dem Aufbau und der Charakterisierung von piezoresistiven Sensoren zur direkten Einbettung in Bauteilen aus Aluminium während des Gussprozesses. Ziel ist die Entwicklung eines piezoresistiven Sensors auf einem Substrat aus Aluminium. Der Sensor soll zwischen Temperatur und Dehnung unterscheiden. Zunächst wurden reine Dickschichtsensoren auf Substraten aus Aluminium hergestellt und untersucht. Die Sensoren sind im Versuch in der Lage, das Versagen der Gussmatrix frühzeitig zu messen. Die Widerstände und Temperaturkoeffizienten der eingebetteten Dickschichtsensoren sind jedoch nicht reproduzierbar und weisen eine große Streuung auf. Aus den Ergebnissen der untersuchten Dickschichtsensoren im Druck- und Kokillenguss wurde abgeleitet, dass ein höherschmelzendes Sensorelement für die Sensoren benötigt wird. Die hierfür entwickelte Technologiekombination aus Dünn- und Dickschicht vereint die robusten thermo-mechanisch stabilen Dickschichten mit den reproduzierbaren hochtemperaturfesten Dünnschichten für das piezoresistive Sensorelement. Dazu wurden die bereits etablierten Prozesse für die Isolation und Leiterbahn des Sensors aus Dickschicht als Basis für einen Sensor genutzt. Anschließend wurde auf der Dickschicht-Basis aus Isolation und Leiterbahn auf einem Substrat aus Aluminium ein Lift-off-Verfahren zur Strukturierung von PVD-Metallisierungen entwickelt. Die Dünnschicht wird abschließend durch eine weitere Dickschicht-Isolation vor der Schmelze geschützt. Mit der entwickelten Technologiekombination weisen Sensoren im Anschluss an den Gussprozess eine geringe Streuung auf und sind reproduzierbar. Um eine Trennung zwischen Temperatur und Dehnung zu erreichen, wurde das Konzept eines 2 Metall Sensors genutzt. Mit zwei Sensorelementen aus unterschiedlichen Materialien in unmittelbarer Nähe zueinander, können Dehnung und Temperatur aus den Widerständen errechnet werden. Hierzu wurde Gold als weiteres Element neben dem erprobten Platin verwendet; beide mit einer Haftschicht aus Titan. Die Sensoren sind vor der Einbettung in der Lage Temperatur und Dehnung zu trennen. Eine Einbettung dieser Sensoren erfolgte nicht mehr, da die Druckgussmaschine nicht zur Verfügung stand. In Zusammenarbeit mit der Forschergruppe um Eric McDonald wurden piezoresistive Dickschichtsensoren auf Substraten aus Stahl hergestellt und im Verfahren des Laserauftragsschweißens in Stahl eingebettet. Sowohl das Bauteil in Form einer Zugprobe als auch das Substrat sind dabei im Laserauftragsschweißen generiert worden. Mit den eingebetteten Sensoren kann Dehnung gemessen werden.Dissertation422 511 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Embedded Sensors to Monitor Production of Composites : From Infusion to Curing of Resin(2017-05-17); ; ; The need for using light-weight and high-strength fibre reinforced polymer in different applications has increased in the past few decades. The ideal product offers excellent mechanical and chemical properties with much lower weight compared to traditionally used metals. Initially, the fibre-reinforced polymers are being produced by trial and error iterations. This causes a very expensive product, with random quality and lack of reproducibility. There is a need to replace trial and error experiments with knowledge-based approaches. Using sensors for in-situ production to monitor the results in a reliable and repeatable way gives a high-quality composite product and optimizes the time and cost of the process. One of the common manufacturing processes of fibre-reinforced polymer composite is resin infusion in dry fabrics. The resin impregnates the fibrous textile through the existence of a pressure gradient in the fibrous mat, which is generated by a vacuum pump or by a resin injection at high pressure. The impregnation of the dry textile is a result of the pressure gradient between resin inlet and venting point in the mold. Therefore, the most relevant measurement to detect the resin front and the changes of resin hydrostatic pressure is measuring the pressure directly inside the laminate. In this study, pressure sensors provide real-time information about the resin front in laminate and the changes of resin hydrostatic pressure during the infusion. Different pressure sensors and interconnection techniques were examined to minimize the size of the sensing element in the composite. After complete impregnation of the fibres, the curing degree of the resin has to be measured. Microscale interdigital capacitive sensors with a perforated substrate of polyimide are designed and fabricated. The sensors are fabricated on polyimide substrate with a thickness of about 5 micrometers. The polyimide is thermally stable up to 450 degree celsius. Therefore, the sensor can be used for a variety of processes even with high-temperature curing requirements. They have a volume of around 0.1 mm3. The miniaturized dimensions of the sensor enables it to remain in the composite product with the negligible diminishing of mechanical properties. The metallization of the sensor is insulated with metal oxide built up from the metallization itself. This insulation layer enables measurement in electrically conductive carbon fibres. The sensors will remain inside the composite material for structural health monitoring during the life-time of composite. Ideally, the sensors for online process monitoring of composites should be made of the identical fibres or resin in that composite. This will eliminate the wound effect in the host material. To obtain sensorial material, a high-performance resin for aerospace application, type RTM6, is mixed with different plasticizers. The cured mixture of the resin is thin and flexible. An interdigital comb structure is screen-printed on the newly developed substrate. The curing degree of the RTM6 resin in glass and carbon fibres is measured by screen-printed planar interdigital sensor on flexible RTM6. Having sensors for online process monitoring is important for industry 4.0 to autonomously produce fibre reinforced composites in a so-called smart factory . Both, pressure sensors and interdigital capacitive sensors in this thesis can be used for online process monitoring. They will provide a knowledge-based approach for high-quality and low-cost products.Dissertation1640 480 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Material-integrated thin-film sensors to measure strain in grinding processes(2025-05-26); ; ; The doctoral thesis presents a material-integrated thin-film sensor system designed to enable real-time, in situ monitoring of process data during manufacturing processes. Resistive sensors with a meander design were manufactured on steel substrates using a conventional microfabrication process. The resulting "sensor inlay" consist of rectangular steel pieces that are obtained from the fabricated substrates and contain the sensor layer imprinted in them. The sensor inlays were then glued into a groove that is pre-machined on top of a standard workpiece using epoxy adhesive. The workpiece and the sensor inlay are made of the same steel. This creates the so-called ‘sensor-integrated’ workpiece. The ‘sensor-integrated’ workpiece was then used for measuring in-situ strain in the workpiece material in outer-diameter cylindrical grinding and flat surface grinding. At each grinding cycle, one measurement was recorded continuing until the sensor layer was eventually damaged. This recorded data provided insights into strain dynamics on the workpiece material throughout the grinding process. The broader significance of this research lies in its potential applications beyond grinding, as it enables real-time monitoring of internal parameters in various machining processes. Such technology offers significant potential for improving process control, precision, and quality in other manufacturing processes and is not limited to grinding alone. Moreover, it could drive innovations in both thin-film technology and sensor integration in materials beyond traditional silicon technology.Dissertation23 25 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Hochenergieimpulsmagnetronsputtern von Isolationsschichten für Neuroimplantate(2024-04-15); ; ; ; Das Ziel der Arbeit war es zu überprüfen, wie langlebig Teststrukturen für Neuroimplantate die mit aktuellen Fertigungsverfahren hergestellt werden sind und wie weit die Lebensdauer mithilfe von Zwischenschichten, die mittels HIPIMS-Verfahren erzeugt wurden, verlängert werden kann. In dieser Arbeit wurden Versuche zur Lebensdauersteigerung von Neuroimplantaten durchgeführt. Im ersten Teil der Arbeit werden Vergleichsmessungen mit Referenzstrukturen beschrieben. Diese wurden entsprechend vermessen und analysiert - hinsichtlich der Schadensfälle und der Verteilung der Lebensdauern. Es hat sich gezeigt, dass die Lebensdauer von Proben ohne Zwischenschichten gut mittels der Weibull-Verteilung beschreibbar ist und dass die Annahme, dass die Lebensdauer um den Faktor zwei mit einer Steigerung der Temperatur um 10 °C sinkt, so nicht anwendbar ist. Im zweiten Teil wurden Vorversuche für die Abscheidung dünner Schichten durchgeführt. Dazu gehören die Abscheidung von Oxiden sowie die Untersuchung der Schichteignung. Letztere umfasst die Schichthaftung, Verwendbarkeit als elektrische Isolierung sowie Undurchlässigkeit für Flüssigkeiten. Relevant waren auch das Vorhandensein von Pinholes, Zusammensetzungund Struktur. Und zuletzt wurden Proben hergestellt, die das Verhaltenvon Neuroimplantaten simulieren sollen. Diese Proben waren mit Zwischenschichten versehen. Als Zwischenschichten wurden Aluminiumoxid, Titanoxid, Tantaloxid und ein Schichtpaket aus Aluminium- und Titanoxid verwendet. Die Nutzung von Titanoxid und Tantaloxid hat zu sehr kurzen Lebensdauern geführt, möglicherweise, weil diese Schichten sich als wasserführend erwiesen haben. Die Aluminiumoxidschichten haben sich als brauchbare Zwischenschichten erwiesen.Dissertation125 173 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item-typ:Veröffentlichung, Entwicklung eines energieeffzienten MEMS-Sensorsystems zur zweidimensionalen Messung von Luftströmungen mit drahtlosen Sensorknoten(2024-06-18); ; ; Die Arbeit beschreibt die Entwicklung eines MEMS-Sensorsystems, zur Detektion von Geschwindigkeit und Richtung von Luftströmungen, mit Hilfe von drahtlosen Sensornetzwerken. Diese kommen bei der Untersuchung der Strömungsverhältnisse in Kühllagern für Äpfel zum Einsatz. Zwei wesentlichen Aufgabenstellungen stehen im Fokus dieser Arbeit. Die eine umfasst den Entwurf, die Herstellung sowie die Charakterisierung eines thermischen MEMS-Strömungssensors, welcher gleichzeitig Strömungsgeschwindigkeit als auch Strömungsrichtung ermittelt. Den zweiten Aufgabenbereich bildet die Entwicklung eines energieeffizienten Ansteuerungsverfahrens für diesen Sensor. Bei der Entwicklung des Sensors kommt ein Design zum Einsatz, bestehend aus einer zentralen Heizerstruktur. Diese ist umringt von vier, um 90° versetzte Thermopiles, welche sich so paarweise gegenüberliegen. Auf diese Weise werden zwei zueinander orthogonale Anteile der Strömung erfasst, aus denen sich die Geschwindigkeit (Betrag) und die Richtung (Phase) ermitteln lassen. Der Sensor besitzt eine Grundfläche von 2 mm x 2 mm. Die Herstellung erfolgt auf einer Basis von Silizium. Hierbei werden sowohl Heizer- als auch Thermopilestrukturen aus Wolfram-Titan hergestellt. Letztere zusätzlich aus dotiertem Poly-Silizium. Die Strukturen befinden sich auf einer dünnen Membran aus Siliziumnitrid. Aufgrund der Verwendung in Drahtlosen Sensornetzwerken, spielt die Energieeffizienz eine entscheidende Rolle. Hierzu wird ein innovatives Ansteuerungsverfahren vorgestellt, welches die Heizerstruktur des thermischen Strömungssensors durch kurze Impulse mit konstanter Energie anregt. Gegenüber herkömmlicher Verfahren mit kontinuierlicher Heizeranregung, ermöglicht diese gepulste Ansteuerung eine Energiereduktion von bis zu 99%. Resultierend lässt sich auf diese Weise bei einer Strömungsgeschwindigkeit um die 0,1 m/s eine Winkelauflösung von unter 1° erzielen.Dissertation117 131