Master and Diploma Theses

Eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen ist das Ohr. Dies ist in der Lage akustische Signale zwischen 16 Hz und 20 kHz aus der Umgebung wahrzunehmen. Durch die steigende Technisierung intensiviert sich der auf uns einfallende Lärm im privaten als auch im beruflichen Bereich, wodurch das Gehör eines der am stärksten belasteten Sinnesorgane wird. Es entstehen bleibende Schäden, die sich als Schwerhörigkeit ausbilden und bis hin zur Isolation von der Umwelt und Verlust des Arbeitsplatzes führen können. Eine Möglichkeit, zur Eingrenzung der Lärmschwerhörigkeit, ist das Tragen von Gehörschutzsystemen. Zur Gewährleistung der Schalldämmung sind einige Funktionsprüfungen notwendig. Da diese aktuell nicht referenziert sind und Probleme im Hinblick auf die Handhabung (Durchführung) darstellen, wurde in dieser Arbeit ein Prüfstand entwickelt, welcher eine problemlose Durchführung zur Überprüfung der Wirksamkeit von Gehörschutzsystemen beinhaltet. Wichtig für den Aufbau des Prüfstandes waren zum einen die anatomischen Grundlagen des Ohres, zum anderen die physikalischen Grundlagen, wobei die Entwicklung des Schalls erläutert wurde. Eine weitere Voraussetzung war die Recherche des bisherigen Stands der Technik. Hierbei wurden unterschiedliche Gehörschutzsysteme vorgestellt und bestehende Funktionsprüfungen aufgezeigt. Nach dieser ausführlichen Recherche erfolgte die Auswahl der Materialien und der anschließende Aufbau des Prüfstandes. Der Prüfstand beinhaltet eine Grundplatte, inklusive einer Plexiglasplatte in der Mitte, an dem das künstliche Ohr befestigt wurde. Lateral zur Ohrmuschel befindet sich der Lautsprecher. Auf der anderen Seite sitzt das Messmikrofon zum Teil in dem Gehörgang. Zur Charakterisierung des Prüfstandes wurden zunächst Messungen im Freiraum ohne Gehörschutzsysteme durchgeführt, indem ein Signal durch einen Funktions-Generator erzeugt und vom Messmikrofon erfasst wurde. Die Aufnahmen wurden mit Hilfe des Programms Audacity dargestellt. Danach erfolgten die Messungen mit Gehörschutzsystem (Wachs und Schaumstoff) und zusätzlichen Schallisolierungen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Prüfstand zur Ermittlung der Wirksamkeit von Gehörschutzsystemen geeignet ist und eine leichte Handhabung in Bezug auf die Durchführung darstellt. Dennoch sind zusätzliche Schallisolierungen notwendig, um Reflexionen von außen zu reduzieren. Weiterführend sollte die Nachbildung des künstlichen Ohres verbessert werden, damit ein durchgängiger Gehörgangsverlauf ohne Zwischenräume entsteht. Ein alternatives Messmikrofon, welcher ab einer Frequenz von 15 kHz einen linearen Frequenzgang besitzt, wäre zudem vorteilhaft, damit in den Messungen keine Schwankungen mehr entstehen.

In dieser Arbeit wurden Methoden betrachtet, die eine Analyse azyklischer Bewegungen ermöglichen. Während zyklische Bewegungen auf Wiederholungen basieren, werden azyklische Bewegungen nur einmalig ausgeführt. Als azyklische Bewegung wurde das Springen eines Hundes über eine Hürde in gerader Linie und in einer Kurve betrachtet. Um eine solche Bewegung zu erfassen, unterliegt die Messmethode gewissen Anforderung an Bewegungsfreiheit, Messvolumen und dreidimensionaler Datenerfassung. Als Messmethode wurde ein Passivmarker-Infrarot-System gewählt, welches mit 8 Kraftmessplatten und einem kabellosem Oberflächen-EMG synchronisiert wurde. Während sich die kinematische und kinetische Messmethode als durchaus geeignete Wahl zur azyklischen Bewegungserfassung herausstellten, zeigte die Messung der Muskelaktivierung deutliche Probleme in der praktischen Anwendung. Um eine Vergleichbarkeit der Messungen zu ermöglichen wurde eine Terminologie angewendet, die eine klare Definition des Sprungablaufes darstellt. Diese Terminologie erwies sich als bedingt geeignet für die Definition des Sprunges und die Unterteilung in einzelne Phasen. Jedoch bietet sie die Möglichkeit kinematische und kinetische Parameter zeitlich zu normieren um einen Vergleich mehrerer Messungen vornehmen zu können.

Die Verwendung von Knochenzementen auf Polmethylmethacrylat-Basis stellt seit dem 19. Jahrhundert den Goldstandard bei der Implantation von Endoprothesen dar. Sie verfügen über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und sind darüber hinaus auch einfach in ihrer Handhabung. In großem Gegensatz dazu stehen die potenziellen Komplikationen, die sie während nachfolgend notwendiger Revisions-Operationen bereiten. Ihre Entfernung stellt nicht nur eine hohe Belastung für den Patienten dar, sondern fordert ebenso ein hohes Maß an Kraft und Konzentration seitens des Operateurs, da neben elektrisch betriebenen Reiben hierbei hauptsächlich Hammer und Meißel zum Einsatz kommen. Zur Verbesserung und Erleichterung dieses Operationsschrittes wurden in dieser Arbeit die Eigenschaften der PMMA-Knochenzemente hinsichtlich ihrer diesbezüglichen Eignung untersucht. Dabei kann unter Verbesserung entweder eine kraftsparende Vereinfachung des Verfahrens oder aber eine Verkürzung der Prozedur und somit eine Schonung von Operateur und Patient verstanden werden. Nach einer Übersicht über die relevantesten Zementeigenschaften und deren Nutzung bei bereits entwickelten Alternativansätzen konnte die Notwendigkeit einer der Entfernung vorangehenden Zementdetektion hervorgehoben werden. Mit der kapazitiven Bildgebung konnte ein vielversprechendes Verfahren für eine solche Detektion vorgestellt und deren Eignung hinsichtlich der Patientensicherheit und Anwendbarkeit für das vorliegende Problem aufgezeigt werden. Eine erste vereinfachte und funktionsorientierte Realisierung des Verfahrens diente dem grundlegenden Gewinn von Erkenntnissen bezüglich des Versuchsaufbaus sowie der Datenaufnahme und -verarbeitung, welche in fortführenden Arbeiten Berücksichtigung finden sollten.

Im Rahmen dieser Arbeit wird das Antriebskonzept für eine persönliche, neuartige und hindernistaugliche Mobilitätshilfe entworfen. Diese Mobilitätsplattform soll es Menschen mit Gehbehinderung ermöglichen, sich eigenständig in und um ihrem häuslichen Umfeld herum fortzubewegen. Im Gegensatz zu konventionellen und bereits vorhandenen hindernistauglichen Mobilitätshilfen wie beispielsweise elektrischen Rollstühlen bewegt sich diese Mobilitätshilfe auf sogenannten Whegs fort, eine Zusammensetzung der englischen Wörter wheel (deutsch: Rad) und leg (deutsch: Bein). Diese besitzen systembedingt eine Alternation der Nabe in der Vertikalen- und in der Längsrichtung. Um bei der Verwendung von Whegs ähnliche Fahreigenschaften wie bei konventionellen Arten der rollenden Lokomotorik zu erhalten, muss das Getriebe und der Drehzahlverlauf dementsprechend angepasst werden. Unter Berücksichtigung der Anforderungen aus dem Alltag wird das bereits bestehende mechanische System modelliert und für dieses ein Antriebskonzept entwickelt und dimensioniert.

Das Fachgebiet Biomechatronik beschäftigt sich im Zuge des Projektes "Technische, nicht-visuelle Charakterisierung von Substratkontakten nach dem biologischen Vorbild carpaler Vibrissen" mit der Untersuchung der carpalen Tasthaare von Laborratten. Die vorliegende Arbeit gliedert sich dabei in dieses Projekt ein und liefert Erkenntnisse über die innere Struktur und die chemische Zusammensetzung carpaler Tasthaare im Vergleich zu mystacialen Tasthaaren und Körperhaaren. Zum Einsatz kamen diverse elektronenmikroskopische Verfahren. Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie konnten Oberflächenaufnahmen erstellt werden. Die Energiedispersive Röntgenspektroskopie liefert Erkenntnisse über den Schwefelgehalt. Es stellte sich im Vergleich heraus, dass die untersuchten carpalen Tasthaare Ähnlichkeiten in innerer Struktur und chemischer Zusammensetzung mit den anderen Haaren besitzen. Beim Ermitteln des Durchmessers wurde jedoch deutlich, dass die carpalen Tasthaare an jeder Schnittposition dünner als die anderen untersuchten Haaren sind. Auch in der Anzahl der Cuticulaschuppen und somit der Dicke der Cuticula gibt es Unterschiede zwischen den verschiedenen Haartypen. So lassen diese Auswertungen der Bilder darauf schließen, dass das carpale Tasthaar beispielsweise weniger Schuppen als das mystaciale Tasthaar besitzt. Die vorliegende Arbeit bietet damit eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen sowie statistische Analysen.