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Aufbau und Test eines Kraftmesselementes in Dickschichttechnologie für die intrakorporale Kraftmessung

Interwies, Steffen (2008):
Aufbau und Test eines Kraftmesselementes in Dickschichttechnologie für die intrakorporale Kraftmessung.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob die Dickschichttechnologie in Verbindung mit LTCC als Substrat eine geeignete Technik zur Herstellung eines Kraftsensors sein kann. Zur Messung der Interaktionskräfte des Instrumentes bei der minimalinvasiven Chirurgie wird ein Sensor zur Messungen von 3 Kraftkomponenten (zweimal radial, einmal axial) benötigt. Zur Verifizierung der Datenblätter werden das E-Modul und die Biegefestigkeit zweier LTC-Keramiken, dem ”951 Greentape“ von DuPont und ”CT 700“ von Heraeus nach DIN EN 943 bestimmt. Die Keramik ”951 Greentape“ besitzt ein E-Modul von ca. 118GPa und eine mittlere Biegefestigkeit von ca. 177MPa. Die Keramik ”CT 700“ hat ein E-Modul von 60GPa.

Anschliesend werden vier verschiedene Ansätze des Kraftsensors erläutert und näher untersucht. Zur Messung der radialen Kraftkomponenten bestehen die Entwürfe aus einem einfachen Kragträger und einem Kragträger mit einer Verjüngung in einer Ebene zur Steigerung der Dehnungen in diesem Bereich. Ein Layout zur Herstellung eines Sensors ist für das Konzept des einfachen Kragträgers entworfen worden.

Für die zusätzliche Messung der axialen Kraftkomponente werden zwei weitere Konzepte beschrieben. Das Konzept des Kragträgers wird erweitert. Zur Messung der axialen Kraft bekommt der Körper an der Unterseite nahe der Einspannung eine Vertiefung. Damit ist es möglich auch die dritte Kraftkomponente zu messen. Einen anderen Weg bestreitet der vierte Entwurf. Bei diesem Konzept handelt es sich um einen Körper, der Ähnlichkeiten zu einem Joystick, wie er vom PC bekannt ist, aufweist. Mit diesem Konzept ergibt sich eine Empfindlichkeit von 5mV/V für radiale Kräfte und 0,45 mV/V für axiale Kräfte bei Nennbelastung.

Die Herstellung des Sensors aus LTC-Keramik stellt eine gute Möglichkeit dar. Die Auswertung mit Hilfe von Dickschichtwiderständen ist auf Grund des niedrigen k-Faktors keine optimale Lösung.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2008
Creators: Interwies, Steffen
Title: Aufbau und Test eines Kraftmesselementes in Dickschichttechnologie für die intrakorporale Kraftmessung
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob die Dickschichttechnologie in Verbindung mit LTCC als Substrat eine geeignete Technik zur Herstellung eines Kraftsensors sein kann. Zur Messung der Interaktionskräfte des Instrumentes bei der minimalinvasiven Chirurgie wird ein Sensor zur Messungen von 3 Kraftkomponenten (zweimal radial, einmal axial) benötigt. Zur Verifizierung der Datenblätter werden das E-Modul und die Biegefestigkeit zweier LTC-Keramiken, dem ”951 Greentape“ von DuPont und ”CT 700“ von Heraeus nach DIN EN 943 bestimmt. Die Keramik ”951 Greentape“ besitzt ein E-Modul von ca. 118GPa und eine mittlere Biegefestigkeit von ca. 177MPa. Die Keramik ”CT 700“ hat ein E-Modul von 60GPa.

Anschliesend werden vier verschiedene Ansätze des Kraftsensors erläutert und näher untersucht. Zur Messung der radialen Kraftkomponenten bestehen die Entwürfe aus einem einfachen Kragträger und einem Kragträger mit einer Verjüngung in einer Ebene zur Steigerung der Dehnungen in diesem Bereich. Ein Layout zur Herstellung eines Sensors ist für das Konzept des einfachen Kragträgers entworfen worden.

Für die zusätzliche Messung der axialen Kraftkomponente werden zwei weitere Konzepte beschrieben. Das Konzept des Kragträgers wird erweitert. Zur Messung der axialen Kraft bekommt der Körper an der Unterseite nahe der Einspannung eine Vertiefung. Damit ist es möglich auch die dritte Kraftkomponente zu messen. Einen anderen Weg bestreitet der vierte Entwurf. Bei diesem Konzept handelt es sich um einen Körper, der Ähnlichkeiten zu einem Joystick, wie er vom PC bekannt ist, aufweist. Mit diesem Konzept ergibt sich eine Empfindlichkeit von 5mV/V für radiale Kräfte und 0,45 mV/V für axiale Kräfte bei Nennbelastung.

Die Herstellung des Sensors aus LTC-Keramik stellt eine gute Möglichkeit dar. Die Auswertung mit Hilfe von Dickschichtwiderständen ist auf Grund des niedrigen k-Faktors keine optimale Lösung.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Biegeelement Berechnung, Dickschichtwiderstand, Kraftmessung dreidimensional, Low Temperature Cofired Ceramics LTTC
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 05 Sep 2011 13:58
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1673

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 01-11-2007

Ende Datum: 17-04-2008

Querverweis: 17/24 EMKS 1630

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1673
Referees: Rausch, Dipl.-Ing. Jacqueline and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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