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Mikrofluidische Antriebstechnik

Lückel, Kris :
Mikrofluidische Antriebstechnik.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2006)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Arbeit werden mikrofluidische Antriebe für einen intrakorporalen Manipulator (INKOMAN), einem universellen Instrumententräger für die minimal-invasive Chirurgie, entwickelt. Hierbei handelt es sich um Antriebe, mit denen an der Spitze eines Laparoskops verschiedene Werkzeuge positioniert und ausgerichtet werden können.

Die Verwendung von fluidischen Antrieben bietet entscheidende Vorteile: zum einen sind hohe Kräfte bei linearen Bewegungen erreichbar und zum anderen können die Antriebe durch einfache Strukturen aufgebaut werden. Zu den wichtigsten Anforderungen an die Antriebe zählen der Stellweg von 20 mm und die erforderliche Stellkraft von 5 N.

Diese stellen zusammen mit der geringen Größe des zur Verfügung stehenden Bauraums, die größte Herausforderung für die Auswahl der Aktoren dar. Die Aktoren müssen in einem Instrument mit dem Innendurchmesser von 9 mm eingebaut werden. Dieser Bauraum wird noch durch eine Kanal von 5 mm eingeschränkt, der zur Durchführung von Operationswerkzeugen und deren Zuleitung benötigt wird. Aufgrund der hier gestellten Anforderungen an den mikrofluidischen Antrieb sind grundlegende Untersuchungen zur Leisungsdichte der einzelnen Aktorprinzipien notwendig. Untersucht werden fünf potentielle Lösungen, von denen der elektrochemische Aktor besonders geeignet ist. Es wird die Leistungsdichte von drei verschiedenen elektrochemischen Reaktionen betrachtet, bei denen eine nutzbare mechanische Arbeit entsteht. Dies sind neben der Elektrolyse, die katalytische Verbrennung und die thermische Verbrennung. In praktischen Versuchen, an einem vergrößerten Aktor, werden die berechneten Leistungsdichten verifiziert.

* Pneumatik: 222,0 (kW)/(m³)

* Elektrolyse: 47,6 (kW)/(m³)

* katalytische Verbrennung: 54,1 (kW)/(m³)

* thermische Verbrennung: 2119,0 (kW)/(m³)

Im Gegensatz zur Pneumatik weisen die Elektrolyse und die katalytische Verbrennung zur Zeit eine geringere Leistungsdichte auf. Dies könnte in Zukunft aber durch die einfachere Miniaturisierung der elektrochemischen Aktoren ausgeglichen werden.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2006
Autor(en): Lückel, Kris
Titel: Mikrofluidische Antriebstechnik
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Arbeit werden mikrofluidische Antriebe für einen intrakorporalen Manipulator (INKOMAN), einem universellen Instrumententräger für die minimal-invasive Chirurgie, entwickelt. Hierbei handelt es sich um Antriebe, mit denen an der Spitze eines Laparoskops verschiedene Werkzeuge positioniert und ausgerichtet werden können.

Die Verwendung von fluidischen Antrieben bietet entscheidende Vorteile: zum einen sind hohe Kräfte bei linearen Bewegungen erreichbar und zum anderen können die Antriebe durch einfache Strukturen aufgebaut werden. Zu den wichtigsten Anforderungen an die Antriebe zählen der Stellweg von 20 mm und die erforderliche Stellkraft von 5 N.

Diese stellen zusammen mit der geringen Größe des zur Verfügung stehenden Bauraums, die größte Herausforderung für die Auswahl der Aktoren dar. Die Aktoren müssen in einem Instrument mit dem Innendurchmesser von 9 mm eingebaut werden. Dieser Bauraum wird noch durch eine Kanal von 5 mm eingeschränkt, der zur Durchführung von Operationswerkzeugen und deren Zuleitung benötigt wird. Aufgrund der hier gestellten Anforderungen an den mikrofluidischen Antrieb sind grundlegende Untersuchungen zur Leisungsdichte der einzelnen Aktorprinzipien notwendig. Untersucht werden fünf potentielle Lösungen, von denen der elektrochemische Aktor besonders geeignet ist. Es wird die Leistungsdichte von drei verschiedenen elektrochemischen Reaktionen betrachtet, bei denen eine nutzbare mechanische Arbeit entsteht. Dies sind neben der Elektrolyse, die katalytische Verbrennung und die thermische Verbrennung. In praktischen Versuchen, an einem vergrößerten Aktor, werden die berechneten Leistungsdichten verifiziert.

* Pneumatik: 222,0 (kW)/(m³)

* Elektrolyse: 47,6 (kW)/(m³)

* katalytische Verbrennung: 54,1 (kW)/(m³)

* thermische Verbrennung: 2119,0 (kW)/(m³)

Im Gegensatz zur Pneumatik weisen die Elektrolyse und die katalytische Verbrennung zur Zeit eine geringere Leistungsdichte auf. Dies könnte in Zukunft aber durch die einfachere Miniaturisierung der elektrochemischen Aktoren ausgeglichen werden.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Aktor elektrochemisch, Antrieb mikrofluidisch, Antriebskonzepte, Elektrolyse, Verbrennung katalytisch, Verbrennung thermisch
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 EMKS 1615

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 24-04-2006

Ende Datum: 30-08-2006

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1615
Gutachter / Prüfer: Schemmer, Dipl.-Ing. Benedikt ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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