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Abschätzung der Miniaturisierbarkeit eines Ultraschall-Dissektors

Klose, Silke :
Abschätzung der Miniaturisierbarkeit eines Ultraschall-Dissektors.
Technische Universität Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2006)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts FUSION entwickelt das Institut für EMK einen universellen Instrumententräger (INKOMAN) für die minimal-invasive Leberchirurgie. Ein von INKOMAN geführtes Instrument soll der UltraSchall-Dissektor sein. Er dient zum Herausschneiden von Lebertumoren. Er ist aufgebaut aus den drei Komponenten Elektronik, Aktorik (Piezo-Stapelaktor) und Sonotrode.

Die Elektronik erzeugt eine hochfrequente elektrische Schwingung, die durch den piezoelektrischen Stapelaktor in eine mechanische longitudinale Schwingung umgewandelt wird. Die Schwingungsamplitude wird durch die Sonotrode verstärkt. Die in der Praxis auftretenden transversalen Schwingungen führen häufig zum Sonotrodenbruch und sind deshalb zu minimieren.

Derzeit können US-Dissektoren wegen ihrer Größe nicht mit INKOMAN geführt werden, eine Miniaturisierung bei gleichbleibender Schnittleistung ist daher erforderlich. Hierfür sind detaillierte Kenntnisse der Dynamik des US-Dissektors Voraussetzung, die noch nicht vorhanden sind.

Im Rahmen der Diplomarbeit werden daher theoretische Modelle in Form von elektromechanischen bzw. elektrischen Ersatzschaltbildern (ESB) entwickelt, die jeweils die Dynamik der Komponenten Aktorik und Sonotrode beschreiben. Die Modelle gelten für beliebig aus homogenen, exponentiellen und linearen Elementen zusammengesetzte Sonotroden sowie für einen Multilayeraktor variabler Scheibengeometrie.

Der Einfluss der Geometrie- und Materialparameter auf die longitudinale und transversale Dynamik der Sonotrode wird mittels Parametervariation analysiert. Es wird gezeigt, dass beide Schwingungsarten getrennt voneinander definiert beeinflussbar sind. Die Analyse der Dynamik des Multilayeraktors kann dagegen nicht erfolgen, da wegen der begrenzten Zeit das komplexe ESB nicht hinreichend vereinfacht werden konnte, um eine Parametervariation zu ermöglichen.

Das Resultat der Diplomarbeit ist nicht die Dimensionierung eines einzelnen miniaturisierten US-Dissektors, sondern ein Modell als Werkzeug für die Auslegung. Der Anwender kann damit nach Vorgaben (Aktoreigenschaften, Schwingungsverhalten, Material) die Sonotrode und folglich einen US-Dissektor wunschgemäß auslegen.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2006
Autor(en): Klose, Silke
Titel: Abschätzung der Miniaturisierbarkeit eines Ultraschall-Dissektors
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts FUSION entwickelt das Institut für EMK einen universellen Instrumententräger (INKOMAN) für die minimal-invasive Leberchirurgie. Ein von INKOMAN geführtes Instrument soll der UltraSchall-Dissektor sein. Er dient zum Herausschneiden von Lebertumoren. Er ist aufgebaut aus den drei Komponenten Elektronik, Aktorik (Piezo-Stapelaktor) und Sonotrode.

Die Elektronik erzeugt eine hochfrequente elektrische Schwingung, die durch den piezoelektrischen Stapelaktor in eine mechanische longitudinale Schwingung umgewandelt wird. Die Schwingungsamplitude wird durch die Sonotrode verstärkt. Die in der Praxis auftretenden transversalen Schwingungen führen häufig zum Sonotrodenbruch und sind deshalb zu minimieren.

Derzeit können US-Dissektoren wegen ihrer Größe nicht mit INKOMAN geführt werden, eine Miniaturisierung bei gleichbleibender Schnittleistung ist daher erforderlich. Hierfür sind detaillierte Kenntnisse der Dynamik des US-Dissektors Voraussetzung, die noch nicht vorhanden sind.

Im Rahmen der Diplomarbeit werden daher theoretische Modelle in Form von elektromechanischen bzw. elektrischen Ersatzschaltbildern (ESB) entwickelt, die jeweils die Dynamik der Komponenten Aktorik und Sonotrode beschreiben. Die Modelle gelten für beliebig aus homogenen, exponentiellen und linearen Elementen zusammengesetzte Sonotroden sowie für einen Multilayeraktor variabler Scheibengeometrie.

Der Einfluss der Geometrie- und Materialparameter auf die longitudinale und transversale Dynamik der Sonotrode wird mittels Parametervariation analysiert. Es wird gezeigt, dass beide Schwingungsarten getrennt voneinander definiert beeinflussbar sind. Die Analyse der Dynamik des Multilayeraktors kann dagegen nicht erfolgen, da wegen der begrenzten Zeit das komplexe ESB nicht hinreichend vereinfacht werden konnte, um eine Parametervariation zu ermöglichen.

Das Resultat der Diplomarbeit ist nicht die Dimensionierung eines einzelnen miniaturisierten US-Dissektors, sondern ein Modell als Werkzeug für die Auslegung. Der Anwender kann damit nach Vorgaben (Aktoreigenschaften, Schwingungsverhalten, Material) die Sonotrode und folglich einen US-Dissektor wunschgemäß auslegen.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Elektrisches Ersatzschaltbild mechanischer Systeme, Elektrisches Ersatzschaltbild Piezostapelaktor, Elektrisches Ersatzschaltbild Sonotrode, Festkörperdynamik longitudinal, Festkörperdynamik transversal, Festkörpermechanik
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:17
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1610

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 03-01-2006

Ende Datum: 17-08-2006

Querverweis: 17/24 EMKDIS57

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1610
Gutachter / Prüfer: Schemmer, Dipl.-Ing. Benedikt ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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