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Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Linearantriebes mittels Formge-dächtnislegierungen (FGL) zur Knochenverlängerung und Defektüberbrückung ent-sprechend der Methode nach Betz und Baumgart. Der zu entwickelnde Linearantrieb sollte im Idealfall folgende Eigenschaften aufweisen: • mechanisch einfach aufgebaut • leicht zu miniaturisieren • großer Arbeitsweg • variable Positionierung • hohe Leistung • kostengünstig Zur Entwicklung eines derartigen FG-Marknagels sollten die folgenden Teilprobleme gelöst werden: • Auswahl einer geeigneten FGL zur Realisierung der benötigten Kräfte innerhalb der möglichen Temperaturdifferenz • Auswahl der Heizspirale und Messung der Aufheiztemperaturen an der Marknagel-oberfläche • Ausarbeiten der konstruktiven Lösung hinsichtlich der ermittelten Werte bezüglich des Verhältnisses Kraft/Weg • Werkstoffauswahl hinsichtlich der Implantierbarkeit, der Schweißbarkeit mit Laser und der Aufheizung • Mechanische Sicherung (Arretiermechanismus) bei Belastung der Extremität durch den Patienten und Entwicklung eines Rückstellmechanismus • Verbindungstechnik der Komponenten • Erprobung der entwickelten Prototypen in Labortests
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines miniaturisierten vollimplantierbaren Gerätes zur Verlängerung von Kiefer- und Schädelknochen, basierend auf den Erkenntnissen von Plattenosteosynthese-Verfahren. Dieses Gerät, im folgenden Mechatronische Osteosyntheseplatte (kurz MO) oder Distraktor genannt, ist ein kleiner Teleskopaktuator, der eine Kraft von mindestens 30 N erzeugt, die zur Verlängerung eines Knochens benötigt wird. Der Antrieb erfolgt durch Formgedächtnisdrähte aus einer Nickel-Titan-Legierung, die im Inneren des Gerätes gespannt sind. Diese Drähte werden über eine drahtlose niederfrequente Energieeinkopplung mit Strom versorgt. Über einen Ratschenmechanismus wird die Kraft auf eine teleskopartig ausfahrende Platte übertragen. Der Distraktor wird direkt auf den Knochen mit kommerziell erhältlichen Titan-Knochenschrauben aufgeschraubt. Die Neuerung bei dieser Entwicklung ist u.a. der Antrieb durch Drähte aus Formgedächtnislegierung, sowie die vollständige Implantierbarkeit des Gerätes. Formgedächtnislegierungen können in kaltem Zustand mit geringem Kraftaufwand verformt werden. Werden sie anschließend erhitzt, so „erinnert“ sich die Legierung an ihre ursprüngliche Form und nimmt den vorherigen unverformten Zustand wieder ein. Ziel dieser Neuentwicklung ist, durch das vollständige Verschließen des operierten Bereichs die Infektionsgefahr zu minimieren, das Risiko für den Patienten zu senken und den Behandlungskonfort zu erhöhen. Durch die minimierte Narbenbildung wird das kosmetische Ergebnis ebenfalls verbessert. Desweiteren soll die Erfassung von Messwerten für Weg und Kraft integriert werden, um so dem betreuenden Arzt Auskunft über den Fortschritt des Verlängerungsprozess und die Heilung zu geben. Eingesetzt wird die Osteosynthese durch Knochenverlängerung in der plastischen Chirurgie bei Missbildungen, Fehlstellungen oder Unfällen.
In Ländern mit aridem Klima, z.B. in Dürregebieten, und nicht flächendeckender Energieversorgung stellt der Antrieb von Pumpen zur landwirtschaftlichen Bewässerung und zur Trinkwasserversorgung ein erhebliches Problem dar. Bisherige Bewässerungsanlagen arbeiten größtenteils mit Dieselgeneratoren, welche die Umwelt mit Emissionen belasten und zur Verstärkung des weltweiten Treibhauseffektes führen, oder über photovoltaisch betriebene Anlagen. Letztere sind in der Anschaffung sehr kostenintensiv und aufgrund ihrer Funktionsweise gegenüber Störeinwirkungen sehr anfällig. Gerade in den sogenannten Dritte-Welt-Ländern, in denen in der Regel kein geschultes Fachpersonal für Wartungsarbeiten bereitsteht, ist der Ausfall der Anlagen schon kurz nach der Inbetriebnahme eine häufig berichtete Tatsache. Im Werkstoffprüflabor der HTWG Konstanz wurde ein System zur energieautonomen Wasserförderung entwickelt, bei der zum Antrieb der Pumpen Formgedächtnislegierungen (FGL) verwendet werden [1, 2]. Bei Sonnenschein arbeitet diese geplante Bewässerungsanlage völlig energieautonom: Die Wärmeenergie der Sonne wird durch die FG-Drähte direkt in mechanische Energie umgewandelt und betreibt die Bewässerungspumpen. Die Vorteile dieses einfachen Prinzips liegen in der Bedienerfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der Anlage wie auch in der Fle-xibilität bezüglich weiterer Anwendungsfälle der modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine in Industrie und Klimatechnik. Der angestrebte Einsatz von derartigen Anlagen würde zu einer entsprechenden Entlastung der immer stärker mit Emissionen belasteten Umwelt führen. Das überaus große Interesse an diesen Forschungsarbeiten sowie an einem Transfer der Bewässerungsanlage in die Industrie zeigte sich auch schon während früherer Teilnahmen an Messen, Tagungen und Konferenzen. Die Konkurrenzfähigkeit dieser sowohl neuartigen als auch sehr einfachen Systemlösung wurde, ausgehend von den damals zur Verfügung stehenden Ergebnissen, in einer bereits durchgeführten Studie nachgewiesen [2]. Im einzelnen sollten in diesem Projekt neben den anstehenden wissenschaftlichen Untersuchungen zwei Versuchsanlagen konstruiert und gefertigt werden. Dadurch sollten die nötigen Erkenntnisse gewonnen werden, um diese innovative Erfindung zu einem späteren Zeitpunkt zu einer transferfähigen Anlage fertig zu entwickeln. Diese beiden Prototypen bauen auf den bisherigen Arbeiten in diesem Projekt auf, die mit Erfolg gezeigt haben, daß das entwickelte Prinzip sehr gut funktioniert. Ziel dieses Projektes war es also, diese neuartige, innovative Wärmekraftmaschine weiterzuentwickeln, zu optimieren und die nötigen Erkenntnisse zu gewinnen, um diese Anlage nach Abschluß dieses aFuE-Projektes in Zusammenarbeit mit der beteiligten oder neu zu gründenden Firmen zur Serienreife zu bringen. Ein damit eng verbundenes, weiteres Ziel lag in der Entwicklung einer modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine, die dann auch für die anderen nachfolgend genannten Anwendungsgebiete verwendet werden kann: • Meerwasserentsalzung • Klimatisierungstechnik • Antrieb der Pumpen bei geothermischer Wärmeeinbringung • Energierückgewinnung aus Wärmequellen (z.B. Geysire in Island) • Energierückgewinnung in industriellen Kühlwasserkreisläufen • Energierückgewinnung in der Verfahrenstechnik • Restwärmenutzung bei konventioneller Energieerzeugung.
In der automobilen Kompaktklasse werden trockenlaufende Stufenlosgetriebe bisher nicht eingesetzt. Dies ist vor allem auf die nicht zufriedenstellende Übertragbarkeit von Leistung im Zusammenhang mit einem ausreichenden Stellbereich (Getriebespreizung) der Umschlingungsmittel zurückzuführen. Neben Weiterentwicklungen auf dem Gebiet der Verbundkeilriemen, die für diesen Zweck eingesetzt werden, müssen vor allem jedoch konstruktive Lösungen für eine Leistungssteigerung gefunden werden. Es soll das Konzept eines Doppelriemen- (Twinbelt-) Getriebes untersucht werden. Durch die Verwendung zweier Riemen statt eines einzelnen kann nahezu eine Verdoppelung der übertragbaren Leistung erwartet werden, was die Einsatzmöglichkeiten für das Getriebe wesentlich erweitert. Als problematisch ist vor allem die Bauraumfrage des zusätzlichen Riementriebs, sowie der erhöhte Aufwand in der Getriebesteuerung zu sehen. Außerdem müssen für eine rentable Fertigung des Getriebes die notwendigen zusätzlichen Bauteile auf ein Minimum reduziert werden. Neben der theoretischen und konstruktiven Auslegung der zu entwickelnden Komponenten des Twinbelt-Getriebes und der Bauraumuntersuchung für die Anwendung in der automobilen Kompaktklasse ist auch die Entwicklung eines Komponenten-Prüfstandes durchzuführen. Der Prüfstand soll die Untersuchung der Funktionalität dieser neuen Getriebebauform, aber auch die Versuche in bezug auf die notwendigen Verstell- und Anpresssysteme, sowie das Betriebsverhalten der eingesetzten Riemen ermöglichen.