Publications

Hügl, Silke;
Beitrag zur Minimierung der Insertionskräfte von Cochlea-Implantat-Elektrodenträgern : Untersuchung gerader, lateral liegender Elektrodenträger sowie deren Funktionalisierung mittels nachgiebiger Aktuatoren. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (172 Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 8)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Sensorineurale Hörstörungen können mit einem Cochlea-Implantat behandelt werden. Der zu implantierende Teil des Cochlea-Implantat-Systems besteht aus Empfängerspule und Elektrodenträger. Der Elektrodenträger wird vom Chirurgen in die Cochlea inseriert, um dort die geschädigten Haarzellen zu ersetzen und die elektrische Stimulation des Hörnervs zu übernehmen. Diese manuelle Insertion des Elektrodenträgers in die Cochlea soll möglichst vorsichtig erfolgen, um keine intra-cochleären Strukturen zu beschädigen sowie post-operative Entzündungen und die iatrogene Ertaubung von Patienten mit Restgehör zu vermeiden, weswegen für diese Herangehensweise der Begriff „Soft Surgery“ geprägt wurde (Lehnhardt (1993), „Intracochlear placement of cochlear implant electrodes in soft surgery technique“). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Elektrodenträger und dessen Insertionsprozess in die Cochlea. Dazu werden zunächst digitale und anschließend physikalische, planare Modelle der humanen Cochlea erstellt, die die morphologische Variation abbilden. Diese werden anschließend für Insertionsstudien verwendet, welche dazu dienen, die Insertionskräfte während der Insertion zu messen. Es werden Einflussfaktoren auf den Insertionsprozess systematisiert und drei davon anhand von Studien mit eigens hergestellten Labormustern untersucht: Die Geometrie der Cochleamodelle, die Insertionsgeschwindigkeit des Elektrodenträgers und eine Beschichtung des Elektrodenträgers. Die Insertionsstudie in Cochleamodelle unterschiedlicher Größe wird verwendet, um die Abhängigkeit der Insertionskräfte von der Geometrie der Modelle zu analysieren. Der Einfluss der Insertionsgeschwindigkeiten und die Beschichtung des Elektrodenträgers werden mit dem Ziel einer Reduktion der Insertionskräfte untersucht. Abschließend wird ein fluidisch-aktuierter, nachgiebiger Mechanismus zur Funktionalisierung des Elektrodenträgers betrachtet. Zunächst wird ein im spannungsfreien Zustand gerader Mechanismus analysiert. Die Skalierbarkeit des vorgeschlagenen nachgiebigen Mechanismus wird analytisch und numerisch gezeigt. Anschließend liefert die Synthese des fluidmechanischen Aktuators dessen geometrische Maße, um unter Druckbeaufschlagung mit definiertem Druck einer vorgegebenen Form zu entsprechen. Diese Synthese wird angewandt, um die Geometrien eines nachgiebigen Mechanismus für drei unterschiedlich große Formen der Cochlea zu bestimmen.

https://dx.doi.org/10.22032/dbt.53719

Henning, Stefan; Zentner, Lena
Analytical characterization of spatial compliant mechanisms using beam theory. - In: Microactuators, Microsensors and Micromechanisms, (2023), S. 61-76

Due to the advantages of compliant mechanisms, they are widely used in technical fields such as precision engineering, measurement and medical technology. The movement of the mostly monolithically designed mechanisms is primarily achieved by bending the individual structural sections. Due to geometric nonlinearities caused by large deflections, the analytical description of the deformation behavior under the influence of external loads is not trivial. While plane compliant mechanisms can be reliably calculated with different models, the analysis of spatial compliant mechanisms is accordingly more difficult. Due to the complexity of the motion, simplifications are often made in the model assumptions, which have a detrimental effect on the precision of the results. Therefore, this paper presents a method to apply nonlinear beam theory to complex spatial structures that can include both curved sections and sections with non-constant cross-sections. Using selected examples of varying complexity, the model is validated using FEM simulations. In addition, a procedure to characterize branched spatial compliant mechanisms with the proposed analytical model and to calculate their deformation is explained. By efficiently solving the analytical model numerically, the deformed state of the mechanism can be obtained in seconds. Therefore, the model is particularly suitable for early stages of development or iterative synthesis tasks.

https://doi.org/10.1007/978-3-031-20353-4_5

Pandey, Ashok Kumar; Pal, Prem; Nagahanumaiah, ; Zentner, Lena
Microactuators, Microsensors and Micromechanisms : MAMM 2022
1st ed. 2023.. - Cham : Springer International Publishing, 2023. - 1 Online-Ressource(XIII, 364 p. 234 illus., 186 illus. in color.). - (Mechanisms and Machine Science ; 126) ISBN 978-3-031-20353-4

This book brings together investigations which combine theoretical and experimental results related to such systems as flexure hinges and compliant mechanisms for precision applications, the non-linear analytical modeling of compliant mechanisms, mechanical systems using compliance as a bipedal robot and reconfigurable tensegrity systems and micro-electro-mechanical systems (MEMS) as energy efficient micro-robots, microscale force compensation, magnetoelectric micro-sensors, acoustical actuators and the wafer bonding as a key technology for the MEMS fabrication. The volume gathers the contributions presented at the 6th Conference on Microactuators, Microsensors and Micromechanisms (MAMM), held in Hyderabad, India in December 2022. The aim of the conference was to provide a special opportunity for a know-how exchange and collaboration in various disciplines concerning systems pertaining to micro-technology. The conference was organized under the patronage of IFToMM (International Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science).

https://doi.org/10.1007/978-3-031-20353-4

Henning, Stefan;
Modellbasierte Entwicklung von Methoden, Algorithmen und Werkzeugen zur Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - 1 Online-Ressource (XXI, 184 Seiten, Seite XXIII-LV). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 7)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Nachgiebige Mechanismen sind in technischen Anwendungen weit verbreitet, insbesondere in der Robotik, Präzisions-, Mess- und Medizintechnik. Ihr Verformungsverhalten wird maßgeblich durch die Gestaltung ausgewählter nachgiebiger Strukturabschnitte, beispielsweise durch die gezielte Reduktion der Querschnittsabmessungen, beeinflusst. Die Bewegung des Mechanismus erfolgt vorwiegend durch Biegung dieser Abschnitte. Die Berechnung des Verformungsverhaltens unter dem Einfluss äußerer Belastungen stellt aufgrund von geometrischer Nichtlinearität eine anspruchsvolle Aufgabe bei der Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen dar. Daher wird in dieser Arbeit ein Beitrag zur analytischen Modellbildung und damit zum Analyse- und Syntheseprozess geleistet. Die Modellgleichungen werden für ebene und räumliche Anwendungsfälle gegeben. Mit Hilfe dieser können nachgiebige Mechanismen mit variierenden Querschnitten, Krümmungen, Werkstoffen und Verzweigungen charakterisiert werden. Für die Betrachtung beliebiger Mechanismen werden die Gleichungen in einer rekursiven Form gegeben. Aufgrund von Strukturabschnitten unterschiedlicher Querschnitte werden, über reine Biegung hinaus, auch Querkraftschub und Querkontraktion im Modell berücksichtigt. Es werden Untersuchungen durchgeführt um zu definieren, wann diese Effekte, in Abhängigkeit der Geometrie, zu berücksichtigen sind. Auf Basis dieser Untersuchungen werden Empfehlungen für die zu verwendende Theorie gegeben. Durch die Formulierung der Gleichungen in einer einheitlichen Form wird ermöglicht, die Theorie für einzelne Abschnitte eines nachgiebigen Mechanismus individuell anzupassen. Weiterhin wird das Modell durch Beispielmechanismen für zwei- und dreidimensionale Anwendungsfälle mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode und experimentellen Untersuchungen validiert. Dabei werden die Empfehlungen der einzusetzenden Theorie angewendet. Daraufhin werden Algorithmen zur Dimensionierung einzelner Festkörpergelenke und nachgiebiger Mechanismen gegeben. Dadurch kann deren Bewegungsverhalten im Hinblick auf konkrete Zielkriterien verbessert werden. Abschließend werden die Methoden in drei eigenständig ausführbare Softwarewerkzeuge implementiert, die frei zur Verfügung gestellt sind. Durch deren Entwicklung wird ein Beitrag zum Entwurf sowie zur Analyse und Synthese von Festkörpergelenken und nachgiebigen Mechanismen geleistet.

https://dx.doi.org/10.22032/dbt.53126

Platl, Vivien; Zentner, Lena
An analytical method for calculating the natural frequencies of spatial compliant mechanisms. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 175 (2022), 104939, S. 1-17

Compliant mechanisms are becoming increasingly important in both research and industry. The design and the static analysis of such mechanisms has made much progress in recent years, yet comparatively little research has been done on their dynamic behaviour. The aim of this paper is to advance the dynamic analysis of spatial compliant mechanisms by pursuing the calculation of their natural frequencies. So far, their determination is only possible with time-consuming 3D-FEM simulations or via pseudo-rigid-body models and Lagrangian equations. An analytical method is developed to simplify and accelerate the calculation of the natural frequencies of compliant mechanisms. The method is integrated into an algorithm on which a graphical user interface is developed to allow the design and calculation of the system in the most time efficient and intuitive way. The results are verified by 3D-FEM simulations and validated through an experiment. The evaluation shows good agreement with the reference models. The results of this paper allow a reliable and efficient calculation of natural frequencies and serve to facilitate further work regarding the dynamic analysis of compliant mechanisms.

https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2022.104939

Platl, Vivien; Lechner, Leo; Mattheis, Thomas; Zentner, Lena
Development of a calculation tool for the natural frequencies of planar compliant mechanisms :
Entwicklung eines Berechnungstools für die Eigenfrequenzen von planaren nachgiebigen Mechanismen. - In: Achte IFToMM D-A-CH Konferenz 2022, (2022), insges. 2 S.

https://doi.org/10.17185/duepublico/75420

Jahn, Hannes; Henning, Stefan; Zentner, Lena
CoMSys - a GUI-based calculation tool for the analysis and optimisation of compliant mechanisms :
CoMSys - ein GUI-basiertes Berechnungstool zur Analyse und Optimierung nachgiebiger Mechanismen. - In: Achte IFToMM D-A-CH Konferenz 2022, (2022), insges. 2 S.

https://doi.org/10.17185/duepublico/75432

Luo, Yinnan; Zirkel, Marten; Römer, Ulrich J.; Zentner, Lena; Fidlin, Alexander
Improving energy efficiency of bipedal walking using nonlinear compliant mechanisms. - In: Proceedings in applied mathematics and mechanics, ISSN 1617-7061, Bd. 21 (2021), 1, e202100197, S. 1-3

A method to improve the energy efficiency of a bipedal robot by coupling its thighs with compliant smart mechanisms is introduced. The walking gaits are driven by electric motors in its revolute joints, whose reference trajectories are generated via numerical optimization. The optimized nonlinear characteristic of the compliant mechanism modifies the free oscillation frequency of the system that matches the current double step frequency even under different conditions, which results in a very high energy efficiency.

https://doi.org/10.1002/pamm.202100197

Linß, Sebastian; Henning, Stefan; Zhao, Chengwu; Erbe, Torsten
Das Biege-Torsions-Steifigkeitsverhältnisses von Festkörpergelenken mit Standard- und Polynomkonturen :
The bending-torsion-stiffness ratio of flexure hinges with common and polynomial notch shapes. - In: IFToMM D-A-CH Konferenz 2021 der IFTOMM Member Organizations Austria, Germany, Switzerland, (2021), S. 74-75

https://doi.org/10.17185/duepublico/74059

Henning, Stefan; Linß, Sebastian; Zentner, Lena
Synthesis method for the determination of suitable geometric parameters of flexure hinges :
Synthesemethode zur Bestimmung geeigneter Geometrieparameter von Festkörpergelenken. - In: IFToMM D-A-CH Konferenz 2021 der IFTOMM Member Organizations Austria, Germany, Switzerland, (2021), S. 28-29

https://doi.org/10.17185/duepublico/74040

Luo, Yinnan; Römer, Ulrich; Riegraf, Sören; Fidlin, Alexander; Zirkel, Marten; Zentner, Lena
Anwendung einer Homotopie-Optimierungs-Methode zur Identifikation der Modellparameter eines Roboterprototyps. - In: Schwingungen 2021, (2021), S. 259-271

https://elibrary.vdi-verlag.de/10.51202/9783181023914-259

Griebel, Alexandra; Henning, Stefan; Griebel, Stefan; Schale, Florian; Fröhlich, Thomas; Töpfer, Hannes; Zentner, Lena
Naučnye issledovanija na osnove modelirovanija s celьju raspoznavanija sily putem monitoringa a deformacionnogo sostojanija gibkogo mechanizma :
Model-based investigations of force detection by monitoring the deformation state of a compliant mechanism. - In: Problems of mechanics, ISSN 1512-0740, (2021), No. 3(84), Seite 51-62

A strong, long-lasting pressure on the human skin whose effect is increased by shear forces can lead to the development of a pressure ulcer (decubitus). In order to minimize the risk of pressure ulcers developing, critical forces acting between the body and a sitting or lying surface should be detected and eliminated in time. One possibility for detecting critical forces is the actuation of tactile switches. In this article, miniature tactile switches are integrated into a compliant mechanism using the example of a MATF1 mattress spring made by Hartmann Kunststofftechnik GmbH & Co. KG. For this purpose, the deformation behavior of the spring is analyzed by means of non-linear analytical and finite elements method (FEM) calculations and the required tactile switches parameters as well as suitable locations for their placement are determined. A functional model is then built and examined.

Zuniga, M. Geraldine; Hügl, Silke; Engst, Benjamin G.; Lenarz, Thomas; Rau, Thomas S.
The effect of ultra-slow velocities on insertion forces : a study using a highly flexible straight electrode array. - In: Otology & neurotology, ISSN 1537-4505, Bd. 42 (2021), 8, S. e1013-e1021

Objective: The present study sought to 1) characterize insertion forces resulting from a flexible straight electrode array (EA) inserted at slow and ultra-slow insertion velocities, and 2) evaluate if ultra-slow velocities decrease insertion forces independent of other variables. Background: Low insertion forces are desirable in cochlear implant (CI) surgery to reduce trauma and preserve hearing. Recently, ultra-slow insertion velocities (lower than manually feasible) have been shown to produce significantly lower insertion forces using other EAs. Methods: Five flexible straight EAs were used to record insertion forces into an inelastic artificial scala tympani model. Eleven trial recordings were performed for each EA at five predetermined automated, continuous insertion velocities ranging from 0.03 to 1.6 mm/s. Results: An ultra-slow insertion velocity of 0.03 mm/s resulted in a median insertion force of 0.010 N at 20 mm of insertion depth, and 0.026 N at 24.3 mm - the final insertion depth. These forces represent only 24 to 29% of those measured using 1.6 mm/s. After controlling for insertion depth of the EA into the artificial scala tympani model and trial insertion number, decreasing the insertion velocity from 0.4 to 0.03 mm/s resulted in a 50% decrease in the insertion forces. Conclusion: Using the tested EA ultra-slow velocities can decrease insertion forces, independent of variables like insertion depth. Our results suggest ultra-slow velocities can reduce insertion forces at least 60%, compared with humanly feasible continuous velocities (≥0.9 mm/s).

https://doi.org/10.1097/MAO.0000000000003148

Böhm, Valter; Schorr, Philipp; Schale, Florian; Kaufhold, Tobias; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Worm-like mobile robot based on a tensegrity structure. - In: 2021 IEEE 4th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft), (2021), S. 358-363

This work presents a novel concept to develop mobile robots enabling crawling locomotion in tubular environment. Chain-like systems are designed by serial cascading a uniform tensegrity module. Inspired by the movement of worms in nature, an undulating shape change of the system is targeted to generate locomotion. The shape changeability of an exemplary tensegrity module due to internal actuation is examined in simulations and experiments. A prototype consisting of these tensegrity modules is manufactured and the locomotion principle is verified in experiments. Comparing to existing prototypes this approach enables an enhanced compliance due to the modular assembly of tensegrity structures.

https://doi.org/10.1109/RoboSoft51838.2021.9479193

Henning, Stefan; Zentner, Lena
Analysis of planar compliant mechanisms based on non-linear analytical modeling including shear and lateral contraction. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 164 (2021), 104397, insges. 23 S.

Compliant mechanisms are commonly used in precision engineering while analyzing their deflection is particularly challenging. Often, FEM simulations are chosen in an iterative process. Analytical approaches that consider pure bending, shear or other effects are usually limited to the mechanism as a system. However, certain configurations comprise compliant elements with different aspect ratios. The aim of this paper is to integrate the theories of shear and lateral contraction into a unified form with the existing theory of bending for large deflections and make them applicable individually for specific sections of continuous compliant mechanisms. Recommendations are made as to when which theory should be used. Building on that, a comprehensive tool for analyzing compliant mechanisms developed in Python is introduced. The tool offers the possibility to create arbitrary compliant mechanisms including branched links and various boundary conditions. A tool for parametric studies allows to optimize the given geometry for realizing a specific motion task. Further, FEM and measurement results correlate well with the application results. The presented user interface can be beneficial for the accelerated analysis and synthesis of compliant mechanisms.

https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2021.104397

Schorr, Philipp; Chavez, Jhohan; Zentner, Lena; Böhm, Valter
Reconfiguration of planar quadrilateral linkages utilizing the tensegrity principle. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 156 (2021), 104172

The development of reconfigurable planar four-bar linkages by applying the tensegrity principle is considered. Conventional quadrilateral linkages enable two operation modes differing in the kinematic behavior. However, a change between these states is not possible due to the geometric constraints. To enable a reconfiguration between the different modes one-sided limited nonholonomic constraints are introduced in this work. This issue is realized by applying ropes that cannot resist compression. However, to guarantee an appropriate load case in operation a prestress within the mechanism is required. Hence, the linkage is extended to a tensegrity-based mechanism. The structural dynamics are derived using the Lagrange formalism and the structural behavior is evaluated using numerical simulations. Furthermore, a prototype of an exemplary tensegrity-based mechanism is manufactured and experiments regarding the mechanical properties, in particular the reconfiguration, are performed. The results suggest the potential benefit of applying the tensegrity principle within conventional planar four-bar linkages.

https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.104172

Griebel, Stefan;
Entwicklung und Charakterisierung fluidmechanischer nachgiebiger Aktuatoren am Beispiel eines multifunktionalen Sauggreifers. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (183, A-1 - A-53, LII Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik ; Band 6)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Zum Greifen verschiedener Greifobjekte finden fluidmechanische nachgiebige Aktuatoren (FNA) auf Silikonbasis als Greifer zunehmend Verbreitung. Aufgrund der stoffschlüssigen Bauweise ermöglichen diese die Integration verschiedener Funktionen auf Strukturebene. Vor allem zur Senkung des Hygienerisikos sind FNA für Greifaufgaben in Reinräumen und der Verpackungsindustrie in Form geschlossener Sauggreifer besonders geeignet. Die Untersuchung derartiger Sauggreifer ist Gegenstand dieser Arbeit. Im Rahmen der Arbeit wird ausgehend von verschiedenen Anwendungen eine allgemeine Klassifikation für FNA vorgestellt und entwickelte FNA anhand dieser eingeordnet. Die Entwicklung von FNA wird am Beispiel des geschlossenen Sauggreifers detailliert beschrieben. Eine der Besonderheiten des geschlossenen Sauggreifers ist, dass er im Gegensatz zu offenen Sauggreifern greifobjektseitig eine Membran aufweist. Die Membran ermöglicht neben der Trennung des Mediums im Innenraum des Sauggreifers vom Umgebungsmedium, auch das aktive, zeitlich sowie örtlich gezielte Ablegen von Greifobjekten. Eine weitere Besonderheit des gewählten Beispiels ist dessen nichtlineare Federkennlinie. Diese führt zu einem Bewegungsverhalten mit Durchschlag und ermöglicht die Adaption an verschiedene Objektlagen und -formen. Durch Modellbetrachtungen und experimentelle Untersuchungen von ausgewählten Geometrie und Materialparametern werden Beeinflussungsmöglichkeiten der Durchschlaggrößen aufgezeigt. Die Formulierung einer allgemeinen Vorgehensweise für das Erreichen festgelegter FNA-Kennwerte bilden dabei einen wesentlichen Beitrag dieser Arbeit. Darüber hinaus werden prinzipielle Lösungen für die Implementierung einer stoffkohärenten sowie nachgiebigen Sensorik für FNA auf Silikonbasis vorgestellt. Die Umsetzung der Sensorik wird am Beispiel des Sauggreifers beschrieben. Die Möglichkeit zur Ableitung qualitativer Aussagen zu Greifzustand, Greifobjektleitfähigkeit sowie zu den Greifprozessphasen wird diskutiert. Die für die Herstellung und Erprobung des multifunktionalen Sauggreifers notwendigen neuartigen Werkzeuge, Vorrichtungen und Prozesse werden im Rahmen der Arbeit jeweils beschrieben. Durch die Gesamtschau der untersuchten FNA-Eigenschaften, nichtlinearen Kennlinie, Adaptivität sowie Sensorisierung liefert die Arbeit einen Beitrag zu multifunktionalen FNA sowie auch zum Vorgehen bei deren Entwicklung.

https://doi.org/10.22032/dbt.46923

Linß, Sebastian; Gräser, Philipp; Torres, Mario; Kaletsch, Tobias; Theska, René; Zentner, Lena
A novel planar two-axis leaf-type notch flexure hinge with coincident rotation axes and its application to micropositioning stages. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 1-14

Compliant mechanisms with flexure hinges are well-suited for high-precision applications due to their smooth and repeatable motion. However, the synthesis of planar compliant mechanisms based on notch flexure hinges is mostly limited to the use of single-axis hinges due to the lack of certain multiple-axis flexure hinges. This contribution introduces a novel planar leaf-type notch flexure hinge with two coincident rotation axes based on circular pre-curved leaf springs. A generally suitable hinge geometry is determined through a parametric study using the finite element method (FEM). Finally, the two-axis flexure hinge is applied and investigated for the use in two planar micropositioning stages for the rectilinear guidance of an output link with a large centimeter stroke. The presented two-axis flexure hinge turns out to be a suitable approach to monolithically connect three links of a compliant mechanism in a planar and precise way.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_1

Henning, Stefan; Linß, Sebastian; Gräser, Philipp; Schneider, Julien David; Theska, René; Zentner, Lena
Optimization of compliant path-generating mechanisms based on non-linear analytical modeling. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 25-35

Monolithic compliant mechanisms are often used in precision engineering applications for path-generating tasks due to their many advantages. They are mostly realized with concentrated compliance in form of notch flexure hinges and achieve their motion due to bending of the hinges. This contribution presents the non-linear analytical modeling of compliant mechanisms with power function-based notch flexure hinges and their efficient optimization of the elasto-kinematic path-generating properties using MATLAB. Different planar mechanisms are analytically characterized with the theory for large deflections of curved rod-like structures. A verification of the analytical model is exemplified by FEM simulations for a four-hinge Watt mechanism as a point guidance mechanism and for a 12-hinge pantograph mechanism as a plane guidance mechanism. Further, the exponents of the power function contours for each hinge are individually optimized on the example of an Evans and a Roberts mechanism. This is achieved with the goal of minimizing the straight-line deviation of their coupler points realizing a stroke of 10 mm.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_3

Schorr, Philipp; Chavez, Jhohan; Zentner, Lena; Böhm, Valter
Reconfigurable planar quadrilateral linkages based on the tensegrity principle. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 48-57

A feasible possibility to develop planar reconfigurable mechanisms is introduced in this work. Applying the tensegrity principle to common four-bar linkages allows a controllable change between two configurations of the mechanism. These two states correspond to different working spaces which vary regarding to the kinematic and mechanical properties. Therefore, the reconfiguration of the mechanism enables two different operation modes. Hence, this kind of mechanism enables the advantageous properties of conventional linkages with an additional enhanced adaptability of the kinematic and mechanic behavior. Beside the conceptual design of such tensegrity-based mechanisms, a reconfigurable four-bar parallel linkage is considered exemplarily. Numerical simulations are evaluated focusing on the kinematic behavior and the structural mechanics of this mechanism. Especially the reconfiguration of the mechanism by changing between two different working spaces is considered. The simulation results clarify the benefit of utilizing the tensegrity principle in mechanism theory. Adding only a few members to the original linkage enables a reconfigurable mechanism with comparable complexity.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_5

Stojiljkoviâc, Dušan; Zentner, Lena; Pavloviâc, Nenad T.; Linß, Sebastian; Uhlig, René
Modeling, design and prototyping of a pantograph-based compliant mechanism. - In: Microactuators, microsensors and micromechanisms, (2021), S. 76-88

The main task of the compliant mechanism synthesis is to generate a pre-defined motion path as accurately as possible. A general approach to the compliant mechanism synthesis is to develop a compliant mechanism based on the rigid-body model by replacing conventional joints with compliant joints, i.e. flexure hinges. Using the example of a mechanism producing a scissors-like motion, in this paper a more specific and iterative synthesis process is implemented for the design of a compliant path-generating mechanism. Based on two symmetric pantograph mechanisms, a kinematic analysis of the multi-link rigid-body model is performed. The final dimensions and link lengths of the rigid-body model are used to implement a compliant mechanism with different flexure hinges. Therefore, several designs are iteratively investigated by means of FEM simulations in order to improve the path accuracy and the opening angle of the scissors-like motion.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_7

Schorr, Philipp; Li, Enrique Roberto Carrillo; Kaufhold, Tobias; Hernández, Jorge Antonio Rodríguez; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter
Kinematic analysis of a rolling tensegrity structure with spatially curved members. - In: Meccanica, ISSN 1572-9648, Bd. 56 (2021), 4, S. 953-961

In this work, a tensegrity structure with spatially curved members is applied as rolling locomotion system. The actuation of the structure allows a variation of the originally cylindrical shape to a conical shape. Moreover, the structure is equipped with internal movable masses to control the position of the center of mass of the structure. To control the locomotion system a reliable actuation strategy is required. Therefore, the kinematics of the system considering the nonholonomic constraints are derived in this paper. Based on the resulting insight in the locomotion behavior a feasible actuation strategy is designed to control the trajectory of the system. To verify this approach kinematic analyses are evaluated numerically. The simulation data confirm the path following due to an appropriate shape change of the tensegrity structure. Thus, this system enables a two-dimensional rolling locomotion.

https://doi.org/10.1007/s11012-020-01199-x

Schorr, Philipp; Schale, Florian; Otterbach, Jan Marc; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus; Böhm, Valter
Investigation of a multistable tensegrity robot applied as tilting locomotion system. - In: 2020 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), (2020), S. 2932-2938

https://doi.org/10.1109/ICRA40945.2020.9196706

Schorr, Philipp; Böhm, Valter; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Design of a vibration driven motion system based on a multistable tensegrity structure. - In: Informatics in control, automation and robotics, (2020), S. 302-307

Griebel, Alexandra; Henning, Stefan; Schale, Florian; Griebel, Stefan; Zentner, Lena
Modellbasierte Untersuchungen der Kraftüberwachung anhand des Verformungsverhaltens einer Matratzenfeder. - In: Tagungsband 13. Kolloquium Getriebetechnik, (2019), S. 191-200

Hügl, Silke; Aldag, Nina; Becker, Alexander; Lenarz, Thomas; Glasmacher, Birgit; Rau, Thomas S.
Identification of factors influencing insertion characteristics of cochlear implant electrode carriers. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 5 (2019), 1, S. 441-443

https://doi.org/10.1515/cdbme-2019-0111

Hügl, Silke; Erfurt, Peter; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid; Rau, Thomas S.
Reconstruction accuracy of an automated serial cross-sectional preparation technique for morphological human temporal bone imaging. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 5 (2019), 1, S. 191-194

https://doi.org/10.1515/cdbme-2019-0049

Hügl, Silke; Aldag, Nina; Becker, Alexander; Lenarz, Thomas; Glasmacher, Birgit; Rau, Thomas S.
Toward understanding the impact of cochlear model curvature, insertion speed and implant stiffness for the prediction of insertion forces. - In: The international journal of artificial organs, ISSN 1724-6040, Bd. 42 (2019), 8, S. 431

https://doi.org/10.1177/0391398819860985

Henning, Stefan; Linß, Sebastian; Vollrath, Thomas; Zentner, Lena
Elasto-kinematic modeling of planar flexure hinge-based compliant mechanisms incorporating branched links. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 1599-1608

Schorr, Philipp; Böhm, Valter; Stépán, Gábor; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Multi-mode motion system based on a multistable tensegrity structure. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 3007-3016

Harfensteller, Felix; Linß, Sebastian; Gräser, Philipp; Weber, Christian; Zentner, Lena; Theska, René
Optimization-based approach to the embodiment design of compliant mechanisms with different flexure hinges. - In: Advances in mechanism and machine science, (2019), S. 1579-1588

Gräser, Philipp; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Theska, René
Investigations of different compliant manipulator concepts for a high-precise rotational motion. - In: Proceedings of the 19th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2019), S. 64-67

Due to their advantages over conventional mechanisms, compliant mechanisms with notch flexure hinges are state of the art in precision engineering and micro systems technology. These compliant mechanisms are often used in positioning and adjustment applications with up to six degrees of freedom. In addition to the translational motions, as they are mainly required in linear tables and planar stages, also rotational motions are needed. For the realization of a high-precise rotation by compliant manipulators certain concepts with different complexity are existing. One approach is the use of flexure hinges with different geometrical parameters and notch shapes, which can be purposefully optimised depending on the requirements of the specific application. Another approach is the use of compliant mechanisms, in which the instantaneous centre of rotation represents the axis of rotation of the guided link either according to the remote centre of compliance concept or within the mechanism design space itself. In addition, a novel concept using a specific configuration of a four-bar mechanism, in which two adjacent links are of an equal length is presented in this contribution. The different approaches are compared by means of kinematic investigations and FEM-based simulations and the potential regarding a high-precise rotation with path deviations in the low micrometre range is shown.

Gräser, Philipp; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Theska, René
Optimization of compliant mechanisms by use of different polynomial flexure hinge contours. - In: Interdisciplinary applications of kinematics, (2019), S. 265-274

This paper presents the application of different polynomial flexure hinge contours in one compliant mechanism in order to increase both simultaneously the precision and the stroke of the output motion of compliant mechanisms. The contours of the flexure hinges are optimized in dependency of the required elasto-kinematic properties of the mechanism. This new approach for optimization is described in comparison to the use of identical common hinge contours. Based on previously optimized single polynomial flexure hinges, the validity of proposed guidelines is analyzed for a combination of several flexure hinges in two compliant mechanisms for linear point guidance. The rigid-body models of both mechanisms realize an approximated straight line as output motion. The compliant mechanisms are designed through the rigid-body replacement method and with different polynomial flexure hinges with orders varying from 2 to 16. The multi-criteria optimization is performed by use of non-linear FEM simulations. The derived values for the kinematic output parameters are compared for the ideal model and the optimized compliant mechanism. The results are discussed and conclusions for ongoing research work are drawn.

Suzaly, Nuha; Hügl, Silke; Majdani, Omid; Lenarz, Thomas; Rau, Thomas S.
Histological evaluation of a cochlear implant electrode array with the integration of an electrically activated shape memory alloy :
Histologische Evaluierung des Elektrodenträgers eines Cochlea-Implantats mit einer für elektrische Erwärmung integrierten Formgedächtnislegierung. - In: Laryngo-Rhino-Otologie, ISSN 1438-8685, Bd. 98 (2019), S 02, S299

https://doi.org/10.1055/s-0039-1686291

Hügl, Silke; Scheper, Verena; Gepp, Michael M.; Lenarz, Thomas; Rau, Thomas S.; Schwieger, Jana
Coating stability and insertion forces of an alginate-cell-based drug delivery implant system for the inner ear. - In: Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, ISSN 1878-0180, Bd. 97 (2019), S. 90-98

https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.05.007

Linß, Sebastian; Henning, Stefan; Zentner, Lena
Modeling and design of flexure hinge-based compliant mechanisms. - In: Kinematics, (2019), S. 1-24

A compliant mechanism gains its mobility fully or partially from the compliance of its elastically deformable parts rather than from conventional joints. Due to many advantages, in particular the smooth and repeatable motion, monolithic mechanisms with notch flexure hinges are state of the art in numerous precision engineering applications with required positioning accuracies in the low micrometer range. However, the deformation and especially motion behavior are complex and depend on the notch geometry. This complicates both the accurate modeling and purposeful design. Therefore, the chapter provides a survey of different methods for the general and simplified modeling of the elasto-kinematic properties of flexure hinges and compliant mechanisms for four hinge contours. Based on non-linear analytical calculations and FEM simulations, several guidelines like design graphs, design equations, design tools or a geometric scaling approach are presented. The obtained results are analytically and simulatively verified and show a good correlation. Using the example of a path-generating mechanism, it will be demonstrated that the suggested angle-based method for synthesizing a compliant mechanism with individually shaped hinges can be used to design high-precise and large-stroke compliant mechanisms. The approaches can be used for the accelerated synthesis of planar and spatial flexure hinge-based compliant mechanisms.

https://doi.org/10.5772/intechopen.85224

Zentner, Lena; Linß, Sebastian
Compliant systems : mechanics of elastically deformable mechanisms, actuators and sensors. - Berlin : De Gruyter, 2019. - IX, 166 Seiten ISBN 3-11-047731-9
Literaturverzeichnis: Seite 157-164

Torres Melgarejo, Mario André; Darnieder, Maximilian; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Fröhlich, Thomas; Theska, René
On modeling the bending stiffness of thin semi-circular flexure hinges for precision applications. - In: Actuators, ISSN 2076-0825, Bd. 7 (2018), 4, 86, S. 1-16

Compliant mechanisms based on flexure hinges are widely used in precision engineering applications. Among those are devices such as precision balances and mass comparators with achievable resolutions and uncertainties in the nano-newton range. The exact knowledge of the mechanical properties of notch hinges and their modeling is essential for the design and the goal-oriented adjustment of these devices. It is shown in this article that many analytical equations available in the literature for calculating the bending stiffness of thin semi-circular flexure hinges cause deviations of up to 12% compared to simulation results based on the three-dimensional finite element model for the considered parameter range. A close examination of the stress state within the loaded hinge reveals possible reasons for this deviation. The article explains this phenomenon in detail and shows the limitations of existing analytical models depending on specific geometric ratios. An accurate determination of the bending stiffness of semi-circular flexure hinges in a wide range of geometric parameters without the need for an elaborate finite element analysis is proposed in form of FEM-based correction factors for analytical equations referring to Euler-Bernoulli's beam theory.

https://doi.org/10.3390/act7040086

Hügl, Silke; Blum, Tobias; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid; Rau, Thomas S.
Impact of anatomical variations on insertion forces - an investigation using artificial cochlear models. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 63 (2018), S1, Seite S330
Enthalten in: Poster Session

https://doi.org/10.1515/bmt-2018-6051

Henning, Stefan; Linß, Sebastian; Zentner, Lena
detasFLEX - a computational design tool for the analysis of various notch flexure hinges based on non-linear modeling. - In: Mechanical sciences, ISSN 2191-916X, Bd. 9 (2018), 2, S. 389-404

A novel computational design tool to calculate the elasto-kinematic flexure hinge properties is presented. Four hinge contours are implemented. It is shown, that FEM results correlate well with the analytical design tool results. For a given deflection angle of 10˚ and a corner-filleted contour, the deviations of the bending stiffness are between 0.1 % and 9.4 %. The design tool can be beneficial for the accelerated and systematic synthesis of compliant mechanisms with optimized flexure hinges.

https://doi.org/10.5194/ms-9-389-2018

Schorr, Philipp; Böhm, Valter; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Motion characteristics of a vibration driven mobile tensegrity structure with multiple stable equilibrium states. - In: Journal of sound and vibration, ISSN 0022-460X, Bd. 437 (2018), S. 198-208

https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.09.019

Hügl, Silke; Blum, Tobias; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid; Rau, Thomas S.
Impact of anatomical variations on insertion forces : an investigation using artificial cochlear models. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 4 (2018), 1, S. 509-512

https://doi.org/10.1515/cdbme-2018-0122

Schorr, Philipp; Böhm, Valter; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Dynamical investigation of crawling motion system based on a multistable tensegrity structure. - In: ICINCO 2018, (2018), S. 122-130

The basic idea of this article is the utilization of the multistable character of a compliant tensegrity structure to control the direction of motion of a crawling motion system. A crawling motion system basing on a two-dimensional tensegrity structure with multiple stable equilibrium states is considered. This system is in contact with a horizontal plane due to gravity. For a selected harmonic actuation of the system small oscillations around the given equilibrium state of the tensegrity structure occur and the corresponding uniaxial motion of the system is evaluated. A change of the equilibrium state of the tensegrity structure yields to novel configuration of the entire system. Moreover, the motion behavior of the novel configuration is totally different although the actuation strategy is not varied. In particular, the direction of motion changes. Therefore, this approach enables a uniaxial bidirectional crawling motion with a controllable direction of motion using only one actuato r with a selected excitation frequency.

Milojeviâc, Andrija; Linß, Sebastian; âCojbašiâc, Žarko; Handroos, Heikko; Luostarinen, Lauri; Zentner, Lena
Adaptive soft robotic gripper based on shape morphing compliant system. - In: 2018 International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots (ReMAR 2018), ISBN 978-1-5386-6380-6, (2018), insges. 10 S.

This paper presents a new shape morphing compliant system - a shape morphing compliant structure with integrated actuators and sensors - for application as an adaptive soft robotic gripper. In many of today industries, there is a need to grasp differently shaped and sized objects as well as objects of a different stiffness or very soft objects. Classical rigid-body based grippers cannot safely manipulate such a wide variety of objects, as they are stiff and not adaptive. By integrating actuators within a compliant structure or mechanism, it is possible to develop an adaptive soft gripper that can achieve multiple shapes of its grasping surface i.e. different grasping patterns. Such gripper would be able to adapt its shape to different shaped objects and to realize safe grasping. By additionally integrating sensors, a compliant system results and the gripper can detect contact with objects. Via developed controller and actuators, appropriate shape morphing of its grasping surface can be realised. The concept of a two-finger gripper and a functional model of one gripper finger are presented in the paper. Actuators are formed by using shape memory alloy wire nitinol and sensors are formed by using conductive graphite foam. It will be shown that developed compliant system can realize an adaptive soft gripper finger with different grasping shapes. The control algorithm for the gripper finger is developed as well and it will be demonstrated that the gripper finger can decide which actuator needs to be activated in order to achieve appropriate shape morphing. The presented adaptive soft gripper structure can have many potential applications in robotics.

https://doi.org/10.1109/REMAR.2018.8449831

Schwieger, Jana; Hügl, Silke; Hamm, Annika; Lenarz, Thomas; Hoffmann, Andrea; Rau, Thomas S.; Scheper, Verena
BDNF-producing human mesenchymal stem cells in an alginate-matrix: neuroprotection and cochlear implant coating stability in vitro. - In: Laryngo-Rhino-Otologie, ISSN 1438-8685, Bd. 97 (2018), S 02, S388, insges. 1 S.

https://doi.org/10.1055/s-0038-1641059

Darnieder, Maximilian; Torres, Mario; Linß, Sebastian; Theska, René
On precise modelling of very thin flexure hinges. - In: Proceedings of the 18th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2018), S. 87-88

The continuously rising demands for precision favour the application of monolithic compliant mechanisms with flexure hinges in various fields of precision engineering. It gives way to an almost frictionless and precise motion even under vacuum conditions. These advantages have made compliant mechanism an integral component of high precision weighing cells. A downside of compliant joints is their stiffness towards deflection, which limits the sensitivity of the overall system. Consequently, the flexure hinges are manufactured as thin as possible. The present limit in terms of manufacturing technology is within the range of 50 [my]m. The objective of predicting the behaviour of highest precision weighing cells by modelling is directly interconnected with the exact knowledge of the behaviour of flexure hinges in terms of stiffness. Especially, for flexure hinges with high aspect ratios, typically found in weighing cells, the existing analytical equations and finite element models show pronounced deviations. The present research effort is dedicated to a clarification of this observation. Structure mechanical finite element models are developed to identify the deviations of the models precisely. Results obtained are compared to analytical results and conclusions for the modelling of thin flexure hinges are drawn.

Henning, Stefan; Linß, Sebastian; Zentner, Lena
Numerical calculation of compliant four-bar mechanisms with flexure hinges. - In: The 4th International Conference Mechanical Engineering in XXI Century, (2018), S. 267-270

Theska, René; Zentner, Lena; Fröhlich, Thomas; Weber, Christian; Manske, Eberhard; Linß, Sebastian; Gräser, Philipp; Harfensteller, Felix; Darnieder, Maximilian; Kühnel, Michael
State of the art precision motion systems based on compliant mechanisms. - In: The 4th International Conference Mechanical Engineering in XXI Century, (2018), S. 3-8

Darnieder, Maximilian; Pabst, Markus; Wenig, Ronny; Zentner, Lena; Theska, René; Fröhlich, Thomas
Static behavior of weighing cells. - In: Journal of sensors and sensor systems, ISSN 2194-878X, Bd. 7 (2018), 2, S. 587-600

https://doi.org/10.5194/jsss-7-587-2018

Schorr, Philipp; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Zimmermann, Klaus
Influence of the orientation of flexure hinges on the elastokinematic properties :
Einfluss der Orientierung von Festkörpergelenken auf die elastokinematischen Eigenschaften. - In: Vierte IFToMM D-A-CH Konferenz 2018, (2018), insges. 2 S.

https://doi.org/10.17185/duepublico/45330

Rau, Thomas S.; Hügl, Silke; Salcher, Rolf; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
Hydraulisch automatisierte Elektrodeninsertion. - In: CURAC 2017 - Tagungsband, ISBN 978-3-95900-158-8, (2017), S. 131-135

Griebel, Stefan; Hügl, Silke; Rau, Thomas S.; Majdani, Omid; Zentner, Lena
Nachgiebiger fluidmechanischer Aktuator für eine schonende Implantation am Beispiel eines vorgekrümmten Cochlea-Implantat-Elektrodenträgers. - In: Tagungsband 12. Kolloquium Getriebetechnik, (2017), S. 235-254

Am Beispiel eines vorgekrümmten Cochlea-Implantat-Elektrodenträgers wird die Entwicklung und Untersuchung eines nachgiebigen, fluidmechanischen Aktuators gezeigt. Über eine entwickelte Synthesemethode wird die Außenform des Aktuators im Maßstab 9.5:1 gefunden. Ein entwickelter Fertigungsprozess, dessen Schritte und der Versuchsaufbau zur Untersuchung der Verformung von elf Funktionsmustern unter steigendem Innendruck werden vorgestellt. Ein Vergleich der benötigten Drücke zum Erreichen sieben ausgewählter Verformungszustände, ermittelt aus dem analytischen Modell, zeigt, dass alle Zustände qualitativ gut erreicht werden, wobei die Drücke 6.1 bis 10.8 % geringer ausfallen. Mögliche Ursachen werden benannt. - Using the example of curved-shape cochlear implant electrode carrier, the development and examination of a compliant, fluid-mechanical actuator is shown. The 9.5:1 scaled external shape of the actuator is found using a developed synthesis method. In addition, a new production process, its steps and the experimental setup for the investigation of the deformation of eleven functional models under increasing internal pressure are presented. A comparison of the required pressures to achieve seven selected deformation states, determined from the analytical model, shows that all states are achieved qualitatively well, the pressures being 6.1 to 10.8 % lower. Possible causes are named.

Tomiâc, Miša; Milojeviâc, Andrija; Miloševiâc, Miloš; Linß, Sebastian; Pavloviâc, Nenad T.; Pavloviâc, Nenad D.; Handroos, Heikki
Analytical model of conductive graphite foam based sensors characteristics. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 9 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-100:4

Gräser, Philipp; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Theska, René
On the influence of the flexure hinge orientation in planar compliant mechanisms for ultra-precision applications. - In: Engineering for a changing world, (2017), insges. 10 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017iwk-090:9

Rau, Thomas S.; Hügl, Silke; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
Toward steerable electrodes : an overview of concepts and current research. - In: Current directions in biomedical engineering, ISSN 2364-5504, Bd. 3 (2017), 2, S. 765-769

https://doi.org/10.1515/cdbme-2017-0161

Gräser, Philipp; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Theska, René
Large stroke ultra-precision planar stage based on compliant mechanisms with polynomial flexure hinge design. - In: Proceedings of the 17th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2017), S. 107-108

Precision stages based on compliant mechanisms have many advantages over conventional linear guides. Therefore they are widely used in many applications in precision engineering, measurement technology, semiconductor industry and space technology. The motion range of high-precise compliant mechanisms is often limited to some micrometres up to submillimetre. This contribution presents the development in the design of a compliant mechanism allowing a bidirectional planar motion with a large stroke of up to 10 mm and a straight line deviation of only a few micrometres. Based on the outstanding reproducibility of the path of motion, positioning and measurement of large objects with accuracy in the nanometre range have been realised.

Mirsalehi, Marjan; Rau, Thomas S.; Harbach, Lenka; Hügl, Silke; Mohebbi, Saleh; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
Insertion forces and intracochlear trauma in temporal bone specimens implanted with a straight atraumatic electrode array. - In: European archives of oto-rhino-laryngology and head & neck, ISSN 1434-4726, Bd. 274 (2017), 5, S. 2131-2140

https://doi.org/10.1007/s00405-017-4485-z

Linß, Sebastian; Schorr, Philipp; Zentner, Lena
General design equations for the rotational stiffness, maximal angular deflection and rotational precision of various notch flexure hinges. - In: Mechanical sciences, ISSN 2191-916X, Bd. 8 (2017), 1, S. 29-49

Notch flexure hinges are often used as revolute joints in high-precise compliant mechanisms, but their contour-dependent deformation and motion behaviour is currently difficult to predict. This paper presents general design equations for the calculation of the rotational stiffness, maximal angular elastic deflection and rotational precision of various notch flexure hinges in dependence of the geometric hinge parameters. The novel equations are obtained on the basis of a non-linear analytical model for a moment and a transverse force loaded beam with a variable contour height. Four flexure hinge contours are investigated, the semi-circular, the corner-filleted, the elliptical, and the recently introduced bi-quadratic polynomial contour. Depending on the contour, the error of the calculated results is in the range of less than 2 % to less than 16 % for the suggested parameter range compared with the analytical solution. Finite elements method (FEM) and experimental results correlate well with the predictions based on the comparatively simple and concise design equations.

https://doi.org/10.5194/ms-8-29-2017

Pendzialek, Matthias; Schneider, Jürgen; Höhe, Kurt; Zentner, Lena
Miniaturization of check valves. - In: Microactuators and micromechanisms, (2017), S. 15-26

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_2

Pollok, Fabian; Mandach, Christoph; Griebel, Stefan; Böhm, Valter; Zentner, Lena
Investigation of the Novelty brackets "Gold-S". - In: Microactuators and micromechanisms, (2017), S. 199-211

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3_18

Zentner, Lena; Corves, Burkhard; Jensen, Brian; Lovasz, Erwin-Christian
Microactuators and micromechanisms : proceedings of MAMM-2016, Ilmenau, Germany, October 5-7, 2016. - Cham : Springer International Publishing, 2017. - 1 Online-Ressource (viii, 261 Seiten). - (Mechanisms and machine science ; Volume 45) ISBN 978-3-319-45387-3

This book brings together investigations which combine theoretical and experimental results related to such systems as capsule micromechanisms, active micro catheters, nanotube vascular stents, mechanisms for micromilling, different compliant mechanisms including grippers and compliant systems with actuators and sensors, microrobots based on vibrations, tactile sensors, tooth brackets, compliant valves, and space reflectors. This volume contains twenty-two contributions from researchers from ten countries, represented at the 4th Conference on Microactuators and Micromechanisms, which was held in 2016 in Ilmenau, Germany. The aim of the conference was to provide a special opportunity for a know-how exchange and collaboration in various disciplines concerning systems pertaining to micro-technology. This Conference was organized under the patronage of IFToMM (International Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science)

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-45387-3

Hügl, Silke; Rau, Thomas S.; Griebel, Stefan; Zentner, Lena; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
Sensitivity analysis on cochlear implants with fluid actuation. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 61 (2016), S1, Seite S228
Enthalten in: Track T, Modelling and Simulation - Cardio Technology, ID: T-PP-07

https://doi.org/10.1515/bmt-2016-5018

Gräser, Philipp; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Theska, René
Increasing the stroke of an ultra-precise compliant mechanism with optimised flexure hinge contours. - In: Proceedings of the 16th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, ISBN 978-0-9566790-8-6, (2016), S. 487-488

This paper presents the investigations of the influences of the flexure hinges contours in compliant linkage mechanisms for precision engineering applications. Especially the influence on the precision of the path of motion and the stroke of the compliant mechanism is reflected. Based on previous investigations on optimised single flexure hinges [1] the validity of the proposed guidelines is analysed for an interconnection of flexure hinges in one mechanism. A parallel crank mechanism is used as an example for such a compliant rectilinear guiding mechanism. The parameters of the approximated linear motion are compared for the rigid-body model, compliant analytic model, FEM simulation models and measurements on manufactured prototypes.

Zentner, Lena; Hügl, Silke; Wystup, Clemens; Griebel, Stefan; Issa, Mirna; Rau, Thomas S.; Majdani, Omid
Compliant electrode carrier for cochlear implant with fluidic actuation :
Nachgiebiger Elektrodenträger für Cochlea-Implantate mit fluidischer Aktuierung. - In: Forschung im Ingenieurwesen, ISSN 1434-0860, Bd. 80 (2016), 1/2, S. 57-69

http://dx.doi.org/10.1007/s10010-016-0202-0

Lichtenheldt, Roy; Barthelmes, Stefan; Buse, Fabian; Hellerer, Matthias
Wheel-ground modeling in planetary exploration: from unified simulation frameworks towards heterogeneous, multi-tier wheel ground contact simulation. - In: Multibody dynamics, (2016), S. 165-192

Today's growing scientific interest in extraterrestrial bodies increases the necessity of extended mobility on these objects. Thus, planetary exploration systems are facing new challenges in terms of mission planning as well as obstacle and soil traversability. In order to fit the tight schedules of space missions and to cover a large variety of environmental conditions, experimental test setups are complemented by numerical simulation models used as virtual prototypes. In this context we present an integrated simulation environment which allows for using different available contact models, ranging from simple but real-time capable approximations based on rigid-body modeling techniques up to very accurate solutions based on Discrete Element Method (DEM). The models are explained and classified for their applications. For this work, a one-point Bekker based approach (BCM) and the so-called Soil Contact Model (SCM), which is a multi-point extension of the Bekker-Wong method taking soil deformation into account, are used for further analysis. These two contact models are applied for homogeneous simulations with only one type of contact model for all wheels as well as for a heterogeneous multi-tiered simulation with different contact models for the wheels. It will be shown that the multi-tiered approach enhances the simulation result accuracy compared to the results of a homogeneous model with a low level of detail while speeding up the simulation in comparison to a homogeneous higher-tier model.

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-30614-8_8

Fiedler, Patrique; Strohmeier, Daniel; Hunold, Alexander; Griebel, Stefan; Mühle, Richard; Schreiber, M.; Fonseca, Carlos; Vaz, Filipe; Haueisen, Jens
Novel electrode technologies for neurosciences. - In: Innovationen bei der Erfassung und Analyse bioelektrischer und biomagnetischer Signale, (2016), S. 104-107

Gräser, Philipp; Linß, Sebastian; Zentner, Lena; Theska, René
Synthesis and investigation of a compliant linkage mechanism for precision guides :
Synthese und Untersuchung eines nachgiebigen Koppelmechanismus für Präzisionsführungen. - In: Zweite IFToMM D-A-CH Konferenz 2016, 25. - 26. Februar 2016, Universität Innsbruck, (2016), insges. 8 S.

Linß, Sebastian; Milojeviâc, Andrija; Pavloviâc, Nenad D.; Zentner, Lena
Synthesis of compliant mechanisms based on goal-oriented design guidelines for prismatic flexure hinges with polynomial contours. - In: Proceedings of the 14th IFToMM World Congress, ISBN 978-986-04-6098-8, (2015), insges. 6 S.

Compliant mechanisms are state of the art in high-precision motion systems. Therefore, often prismatic flexure hinges with basic cut-out geometries are used as revolute joints to realize an approximated rotation of a few degrees. Since the motion range and precision of a compliant mechanism depend on the flexure hinge design, the contour and hinge dimensions have to be considered as free parameters for the synthesis. Regarding this, polynomial contours are particularly suitable because they allow a simple modelling and a variable design too. In this paper, novel design guidelines for compliant mechanisms with identical or different polynomial contours are presented based on the rigid-body replacement synthesis method. Using the example of a compliant slider-crank mechanism it will be shown that the stress and path accuracy for the rectilinear guiding of a coupler point can be improved by using a look-up table and design graph instead of a multi-criteria optimization.

http://dx.doi.org/ 10.6567/IFToMM.14TH.WC.PS10.008

Lichtenheldt, Roy; Hellerer, Matthias; Barthelmes, Stefan; Buse, Fabian
Heterogeneous, multi-tier wheel ground contact simulation for planetary exploration. - In: ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics, ISBN 978-84-944244-0-3, (2015), S. 924-935

Hügl, Silke; Weiss, Claudia; Rau, Thomas S.; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
Automatisierung der Schliffpräparation zur dreidimensionalen Rekonstruktion histologischer Proben. - In: GMS current posters in otorhinolaryngology, head and neck surgery, ISSN 1865-1038, Bd. 11.2015, 11:Doc257, insges. 1 S.

http://dx.doi.org/10.3205/cpo001222

Hartmann, Lars; Zentner, Lena
FEM-basierte Untersuchung der Formgebung nachgiebiger Durchschlagelemente für Gasströmungswächter. - In: 11. Kolloquium Getriebetechnik, (2015), S. 389-398

Dieser Beitrag beinhaltet die simulationsbasierte, nicht-lineare Untersuchung der Formgebung nachgiebiger Durchschlagelemente für den Einsatz in bistabilen Gasströmungswächtern. Mithilfe der FEM wird das Kraft-Verschiebungs-Verhalten von vorgespannten Durchschlagelementen unterschiedlicher geometrischer Form zur Beurteilung des Auslöseverhaltens von bistabilen Gasströmungswächtern untersucht. Für die untersuchten geometrischen Formen der Durchschlagelemente und die gewählten Parameter zeigen die Kraft-Verschiebungs-Kennlinien eine bistabile Charakteristik. Die Formgebung beeinflusst die Steifigkeit und damit die für den Durchschlag erforderliche Kraft.

Christen, Gerhard; Zentner, Lena
Das Fachgebiet Mechanismentechnik. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 285-301

Hügl, Silke; Griebel, Stefan; Zentner, Lena; Rau, Thomas S.; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
Simulation medizinischer Implantate - Analyse fluidisch aktuierter Cochlea-Implantat-Elektrodenträger. - In: Conference proceedings, (2015), insges. 7 S.

The loss of hearing is a severe diagnosis among modern society. The Cochlear Implant, which is directly stimulating the auditory nerve from within the inner ear, has successfully proven its ability to overcome the communicational restrictions caused by sensorineural hearing loss. Efforts are made to enable cochlear implantation not only for deaf patients but for patients with residual hearing, in which case the residual hearing has to be preserved during surgery. In order to achieve this, the implants themselves as well as surgical techniques are improved. Within this work a compliant mechanism is combined with the electrode carrier of the Cochlear Implant, which includes the stimulation electrodes and is located inside the cochlea after implantation. This compliant mechanism is comprised of a non-stretchable thin fibre embedded into the wall of the silicone electrode carrier and a cylindrical inner cavity. This enables the implant to be fluid actuated, thereby fitting step by step the local curvature of the spiral shaped cochlea. Analysis of this functionality is performed to identify relevant geometrical and experimental parameters in preparation for production and testing of laboratory prototype in experimental setups.

Feierabend, Martin; Zentner, lena
Conception of a mechanical system for rehabilitation of hand function for use in medical training therapy. - In: Microactuators and micromechanisms, ISBN 978-3-319-15861-7, (2015), S. 143-158

Linß, Sebastian; Zentner, Lena
FEM-based analysis of the influence of notch contour and scale on flexure hinge design goals. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-072-1, (2015), S. 283-286

Compliant mechanisms are state of the art in high-precise motion systems. Therefore, prismatic flexure hinges with mostly basic or rarely special designed cut-out geometries are used as revolute joints to realize an approximated rotation of a few degrees. Since flexure hinges are established in macro and also micro applications, the influence of scale has to be considered within the design process. In this paper, a finite elements method (FEM) model is introduced to investigate the three design goals maximum strain, shift of the rotation axis and deflection force in dependence of the notch contour and the scale. It will be shown that contour optimization is relevant for macro and micro applications, why design guidelines based on variable polynomial contours offer potential for microelectromechanical systems (MEMS).

Zentner, Lena;
Cooperation between the Ilmenau University of Technology and the University of Niš in "recent times" since 2008. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-072-1, (2015), S. 251-254

Linß, Sebastian;
Ein Beitrag zur geometrischen Gestaltung und Optimierung prismatischer Festkörpergelenke in nachgiebigen Koppelmechanismen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: LI, 126 S., 16,88 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 4) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Zur Realisierung von Bewegungen mit hohen Anforderungen an die Präzision werden Starrkörpermechanismen zunehmend durch nachgiebige Mechanismen ersetzt, in denen die Beweglichkeit durch stoffgekoppelte Drehgelenke realisiert wird. In diesen nachgiebigen Koppelmechanismen kommen überwiegend prismatische Festkörpergelenke mit einfachen geometrischen Aussparungen zum Einsatz. Im Gegensatz zu form- und kraftgekoppelten Gelenken ist der Auslenkwinkel eines Festkörpergelenkes begrenzt, wodurch der Bewegungsbereich des Mechanismus eingeschränkt wird. Zudem lässt sich mit einem Festkörpergelenk keine exakte relative Drehung zweier starrer Glieder realisieren, da grundsätzlich eine Drehachsenverlagerung stattfindet. Dadurch ergeben sich Bahnabweichungen des nachgiebigen Mechanismus im Vergleich zum Starrkörpermechanismus. Wesentlicher Aspekt bei der Synthese eines nachgiebigen Koppelmechanismus ist die in dieser Arbeit untersuchte Phase der geometrischen Gestaltung und Optimierung der prismatischen Festkörpergelenke hinsichtlich geforderter Mechanismuseigenschaften. Hierzu erfolgt eine ganzheitliche, d. h. vom Gelenk auf den Mechanismus übertragbare Betrachtung. Für die durchgeführte Untersuchung von Einzelgelenken ist ein geeigneter Ansatz zur Drehachsenmodellierung von entscheidender Bedeutung. Die anschließende mehrkriterielle Optimierung der Gelenkkontur findet für ein Einzelgelenk und im Mechanismus statt. Als Ergebnis der Arbeit wird eine allgemein anwendbare Synthesemethode nachgiebiger Koppelmechanismen abgeleitet, die ausgehend vom Starrkörpermechanismus eine gezielte Gestaltung sowie beschleunigte FEM-basierte Optimierung mit identischen oder unterschiedlichen Gelenken ermöglicht. Hiermit lassen sich der Bewegungsbereich vergrößern und die Bahngenauigkeit erhöhen. Die Besonderheit der Synthesemethode besteht in der Berücksichtigung der Gestaltung prismatischer Festkörpergelenke mit Standard- oder Polynomkonturen. Hierfür werden grundlegende Hinweise sowie drei neue Ansätze zur Bestimmung der geometrischen Parameter der Gelenkkontur und -abmessungen mittels Umsetzungstabelle, Kurventafel oder computergestützter Konturoptimierung vorgestellt. Auf diese Weise gestaltete Mechanismen eignen sich besonders für die Präzisionstechnik. Das Potenzial der Synthesemethode wird am Beispiel einer nachgiebigen Schubkurbel zur Realisierung einer Punktgeradführung aufgezeigt.

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00026249

Zentner, Lena; Feierabend, Martin; Scholle, Hans-Christoph; Faenger, Bernd; Adami, Christiane; Schumann, Nikolaus
Konzeption eines Mechanotherapie-Systems zur Rehabilitation der Handfunktionalität. - In: Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen, (2015), S. 325-332

Zentner, Lena; Issa, Mirna; Hügl, Silke; Griebel, Stefan; Rau, Thomas S.; Majdani, Omid
Compliant mechanism with hydraulic activation used for implants and medical instruments. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 4 S.)Finale Version (invited paper). - Druckausg.: Proceedings // XII International Conference on Systems, Automatic Control and Measurements, SAUM 2014, Niš, November 12 - 14, 2014 / University of Niš, Faculty of Electronic Engineering ... [ed.: Vlastimir Nikoliâc ...]. - Niš : Unigraf X-Copy, 2014, S. 1-4. - ISBN 978-86-6125-117-7

The hydraulic actuation of cochlear implant is considered in this research. The deformation behavior of the compliant mechanism by hydraulic actuation is of interest to facilitate the insertion of the implant or the instrument used in the non-linear access paths to the target area, and to avoid any damage, which could occur during the surgical procedure. The described implant is a hydraulically actuated compliant structure with a symmetric internal hollow core and with a non-stretchable thin fibre embedded in the wall. Under inner pressure of 6 bar, the structure is bended, thus the insertion will facilitate during the operation. With the help of the simulations, a specific geometry of the compliant structure is determined for the target deformation executed by hydraulic actuation.

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00025969

Linß, Sebastian; Opfermann, Ronald; Gräser, Philipp; Theska, René; Zentner, Lena
Compliant linkage mechanisms with optimized flexure hinges for precision applications :
Nachgiebige Koppelmechanismen mit optimierten Festkörpergelenken für Präzisionsanwendungen. - In: IFToMM D-A-CH Conference 2015, (2015), insges. 7 S.

Festkörpergelenke werden aufgrund ihrer Vorteile als stoffgekoppelte Drehgelenke in nachgiebigen Koppelmechanismen eingesetzt. Für Präzisionsanwendungen kommen überwiegend prismatische Festkörpergelenke mit elementaren geometrischen Aussparungen zum Einsatz. Eine wesentliche Phase bei der Synthese eines nachgiebigen Koppelmechanismus ist die in diesem Beitrag untersuchte geometrische Gestaltung und Optimierung der prismatischen Festkörpergelenke hinsichtlich geforderter Mechanismuseigenschaften. Hierzu zählt neben dem Bewegungsbereich v. a. die Bahngenauigkeit im Vergleich mit dem zugrunde liegenden Starrkörpermechanismus. In diesem Zusammenhang wird die FEM-basierte Konturoptimierung im nachgiebigen Mechanismus auf der Basis von Polynomkonturen untersucht. Beispielhaft werden zwei Mechanismen zur Realisierung einer Punktgeradführung betrachtet. Die Ergebnisse der mehrkriteriellen Optimierung werden am Beispiel einer nachgiebigen Schubkurbel messtechnisch überprüft. Abschließend wird ein Ansatz für die Mechanismussynthese abgeleitet.

http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:hbz:464-20150327-082721-8

Hartmann, Lars; Reich, René; Kletzin, Ulf; Zentner, Lena
Investigation into an impact-loaded dilatant polymer :
Untersuchung eines dilatanten Polymers bei stoßartigen Belastungen. - In: IFToMM D-A-CH Conference 2015, (2015), insges. 7 S.

http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:hbz:464-20150327-082342-3

Haueisen, Jens; Fiedler, Patrique; Griebel, Stefan; Fonseca, Carlos; Vaz, Felipe; Zentner, Lena; Zanow, Frank
A 64-channel dry multipin-electrode cap for EEG. - In: Scientific & social program, (2015), S. 32

Petkoviâc, Dalibor; Issa, Mirna; Pavloviâc, Nenad D.; Zentner, Lena
Potential of adaptive neuro-fuzzy inference system for contact positions detection of sensing structure. - In: Measurement, Bd. 61 (2015), S. 234-242

http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2014.10.040

Hügl, Silke; Lexow, G. Jakob; Rau, Thomas S.; Lenarz, Thomas; Majdani, Omid
Image fusion of histological images to generate high resolution datasets of the human middle and inner ear structures. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 59.2014, Suppl. 1, S. S582-S584

Preoperative planning of a surgical pathway for minimally invasive and computer-assisted cochlear implantation strongly depends on high resolution imaging of bony and soft tissue middle and inner ear structures. Since conventional medical imaging lacks information on delicate soft tissue structures inside the cochlea, sets of histological data were generated using a serial cross section imaging technique in order to prepare the development of a model-based segmentation algorithm. To increase the image resolution and to provide more detailed morphological information a currently developed 3D histology imaging approach was enhanced by a data processing with integrated automatic image fusion. Finally the generated datasets were converted into the DICOM standard. The presented study (n=15) evaluates the results of the image fusion based on the fiducial registration error (FRE).

http://dx.doi.org/10.1515/bmt-2014-5008

Fiedler, Patrique; Haueisen, Jens; Griebel, Stefan; Fonseca, Carlos; Vaz, Felipe; Zentner, Lena; Zanow, Frank
Rapid, dry multichannel electroencephalography. - In: Scientific & social program, (2014), S. 34-35

Fiedler, Patrique; Haueisen, Jens; Jannek, Dunja; Griebel, Stefan; Zentner, Lena; Vaz, Filipe; Fonseca, Carlos
Comparison of three types of dry electrodes for electroencephalography. - In: Acta IMEKO, ISSN 2221-870X, Bd. 3 (2014), 3, S. 33-37

https://doi.org/10.21014/acta_imeko.v3i3.94

Lichtenheldt, Roy; Schäfer, Bernd; Krömer, Olaf
Hammering beneath the surface of Mars - modeling and simulation of the impact-driven locomotion of the HP 3 -Mole by coupling enhanced multi-body dynamics and discrete element method. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 20 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-155:2

Issa, Mirna; Zentner, Lena
Sensor elements made of conductive silicone rubber for a compliant gripper. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 9 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-130:9

Hartmann, Lars; Zentner, Lena
Modeling and investigation of spring clip mechanisms and applications in precision engineering. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 11 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-113:7

Hartmann, Lars; Opfermann, Ronald; Zentner, Lena
Analysis of supports of a three-legged compliant snap-through structure for application in an excess flow valve. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 6 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-049:1

Griebel, Alexandra; Griebel, Stefan; Griebel, Stefan *1981-*; Zentner, Lena;
Compliant shear force sensor. - In: Shaping the future by engineering, (2014), insges. 11 S.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014iwk-017:0

Petkovic, Dalibor; Issa, Mirna; Pavlovic, Nenad D.; Zentner, Lena; Daud, Md Nor Ridzuan; Shamshirband, Shahaboddin
Contact positions estimation of sensing structure using adaptive neuro-fuzzy inference system. - In: Kybernetes, ISSN 1758-7883, Bd. 43 (2014), 5, S. 783-796

http://dx.doi.org/10.1108/K-03-2013-0041

Zentner, Lena;
Nachgiebige Mechanismen. - München : De Gruyter Oldenbourg, 2014. - VIII, 131 Seiten. - (Studium) ISBN 3-486-76881-6
Literaturverzeichnis: Seite 129-131

Flexible mechanisms; small devices that can be moved or bent, and return to shape

Petkoviâc, Dalibor; Issa, Mirna; Pavloviâc, Nenad D.; Zentner, Lena
Application of the TRIZ creativity enhancement approach to the design of a passively adaptive compliant robotic gripper. - In: Assembly automation, ISSN 1758-4078, Bd. 33 (2013), 3, S. 231-239

https://doi.org/10.1108/AA-10-2013-079

Lichtenheldt, Roy; Schäfer, Bernd
Planetary rover locomotion on soft granular soils - efficient adaption of the rolling behaviour of nonspherical grains for discrete element simulations. - In: Particle-based methods III, (2013), S. 807-818

In consequence of growing interests of science exploration on our solar system's planets and moons, increased mobility demands are arising for planetary exploration vehicles. The locomotion capabilities of these systems strongly depend on the interaction with soft granular soils. Thus a major design challenge is to develop suitable solutions for locomotion equipment and strategies. The mastering of these challenges depends on detailed soil interaction models to predict the system behaviour and get a better understanding of the underlying effects. To meet these demands a new soil interaction model based on the three-dimensional Discrete Element Method (DEM) is developed. The strength of granular materials is highly dependent on the grain's shape and friction. Since non-spherical particles are less computational efficient than spheres, a new interparticle contact model has been developed to mathematically cover the rotational behaviour of anisotropically elongated and angular grains, while using computationally efficient spheres for contact detection. To show the applicability of the model, bevameter as well as single wheel simulations for planetary rovers were carried out.

Risto, Uwe;
Zur Charakterisierung und Anwendung des Durchschlagverhaltens von nachgiebigen rotationssymmetrischen Strukturen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXXIII, 152 S., 10,56 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 3) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Instabiles Verhalten von festen und nachgiebigen Strukturen wird in den meisten Fällen der technischen Anwendung vermieden. Dennoch kann das instabile Verhalten von nachgiebigen Strukturen in Form von Durchschlag positiv eingesetzt werden. Das Durchschlagverhalten stellt eine sprunghafte Änderung von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen dar. In der vorliegenden Arbeit werden signifikante Eigenschaften des instabilen Verhaltens in Form von Durchschlag beschrieben. Dies wird am Beispiel einer sphärisch geformten Struktur, und anderen, durchgeführt. Des Weiteren wird das Verhalten der Strukturen unter einem gleichmäßigen Außendruck und unter Berücksichtigung eines nichtlinearen elastischen Materials untersucht. Ergänzend werden die ermittelten Ergebnisse experimentell überprüft. Die Forschungsergebnisse fließen anschließend in die Entwicklung von innovativen Ventilsystemen für beispielsweise solarthermische Anlagen.In solarthermischen Anlagen müssen für deren sichere und effiziente Funktion die durch Ausgasung aus dem Solarfluid anfallenden Gase regelmäßig aus dem System abgeleitet werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Entwicklung eines neuartigen Funktionselementes für Ventilanwendungen erläutert werden, der eine regelmäßige und vollkommen autonome Entlüftung solarthermischer Anlagen ermöglicht. Die Besonderheit dieser Innovation besteht darin, dass das Funktionselement keine externe Energieversorgung benötigt und dass auf Steuerungselektronik und Sensorik verzichtet werden kann. Die Neuentwicklung beruht auf den mechanischen Eigenschaften einer partiellen Nachgiebigkeit eines Körpers aus hochelastischem Material und nutzt die vorhandene Wärmeenergie des Betriebsmediums in einer solarthermischen Anlage. Die erzielten Forschungsergebnisse werden weiterhin für die Entwicklung eines Ventilsystems für medizinische Anwendungen eingesetzt. Bei dem medizinischen Ventilsystem handelt es sich um eine Struktur die es ermöglichen soll, in Form eines Implantates, Inkontinenzpatienten die Unannehmlichkeiten ihrer Krankheit zu überwinden.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22982

Issa, Mirna; Petkovic, Dalibor; Pavloviâc, Nenad; Zentner, Lena
Sensor elements made of conductive silicone rubber for passively compliant gripper. - In: The international journal of advanced manufacturing technology, ISSN 1433-3015, Bd. 69 (2013), 5/8, S. 1527-1536

https://doi.org/10.1007/s00170-013-5085-8

Feierabend, Martin; Zentner, Lena
Konzeption eines Mechanotherapie-Systems zur Rehabilitation der Handfunktionalität für den Einsatz in der medizinischen Trainingstherapie. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 437-454

Die Hände des Menschen gelten als die am intensivsten eingesetzten Körperteile. Sie werden bei der Ausübung unterschiedlichster Tätigkeiten sowie zur Durchführung notwendiger alltäglicher Bedürfnisse eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen Körperteilen sind die Hände, bedingt durch ihre exponierte Lage und den häufigen Gebrauch, einem höheren Verletzungsrisiko ausgesetzt. Durch die Selbstverständlichkeit, mit der der Mensch seine Hände einsetzt, wird deren Wichtigkeit erst nach einer Verletzung bzw. Krankheit bewusst. Bleibende Beeinträchtigungen beschränken sich nicht nur auf die körperliche Leistungsfähigkeit, sondern können auch seelische Auswirkungen auf den Patienten haben. Deshalb ist eine möglichst vollständige Rehabilitation der Hand anzustreben. Für die Handrehabilitation werden bisher technische Systeme eingesetzt, die nur eine sehr beschränkte Anzahl therapienotwendiger Bewegungsaufgaben übernehmen können. Motiviert durch diese Tatsachen wird ein Mechanotherapie-System konzeptioniert, welches fluidisch angetrieben und modular aufgebaut ist. Im ersten Schritt, wird sich auf die Konzeption für einen Finger beschränkt. Die gefundene Lösung ist aber auf die restlichen Langfinger übertragbar.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-437-5

Griebel, Stefan; Feierabend, Martin; Bojtos, Attila; Zentner, Lena
Kennlinien eines nachgiebigen fluidmechanischen Antriebes zur Erzeugung einer schraubenförmigen Bewegung - Vergleich Simulation und Messaufbau. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 391-408

In diesem Beitrag wird ein nachgiebiger fluidmechanischer Antrieb, mit dem eine schraubenförmige Bewegung für das Heranführen von trockenen Elektroden auf die Kopfoberfläche erzeugt werden kann, untersucht. Es werden die simulierten und gemessenen Kennlinien für Lastmomente von ML = -0.4 Nm bis 0.2 Nm in Schritten von 0.2 Nm miteinander verglichen. Der Antrieb hat eine Höhe und einen Durchmesser von jeweils 50 mm, besteht aus Silikon Elastosil® 4644 und kann in einem Druckbereich von 0 bis 1 bar betrieben werden. Dabei erreicht dieser ohne Last einen Drehwinkel von ca. 100&ring; und einen Hub von ca. 29 mm. Diese Werte können durch Lastmomente vergrößert werden. Im Bereich von 0 ≤ p ≤ 500 mbar arbeitet der Antrieb überwiegend nach dem Prinzip der Faltung und erzeugt dabei eine nahezu lineare Schraubenkennlinie. Im Bereich von 500 < p ≤ 1000 mbar arbeitet der Antrieb überwiegend nach dem Prinzip der Dehnung und erzeugt hauptsächlich einen Hub, der nahezu unabhängig vom Lastmoment ist. Die Abweichung für Hub und Drehwinkel zwischen dem Ansys® FEM Simulationsmodell und dem Funktionsmuster sind im Bereich für p ≥ 200 mbar ohne Lastmoment unter Berücksichtigung eines experimentell bestimmten Reibmoments kleiner als 10 %. Somit können ergänzend zur Entwicklung und Untersuchung von fluidmechanischen Antrieben Simulationsmodelle eingesetzt werden.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-391-1

Linß, Sebastian; Zentner, Lena
Einfluss der Festkörpergelenkkontur auf die Bewegungsgenauigkeit und die Gestaltfestigkeit nachgiebiger Koppelmechanismen. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 355-372

Aufgrund ihrer Vorteile werden nachgiebige Mechanismen vielfach für Führungs- und Übertragungsaufgaben in Präzisionsbewegungssystemen eingesetzt. Hierbei werden vorwiegend prismatische Festkörpergelenke mit Aussparungen als stoffschlüssige Drehgelenke verwendet. In diesem Beitrag wird das Potenzial zur Beeinflussung der Bewegungs- und Festigkeitseigenschaften verschiedener nachgiebiger Koppelmechanismen durch gezielte geometrische Gestaltung der Abmessungen und insbesondere der Aussparungskontur der Festkörpergelenke verdeutlicht. Dies stellt einen neuen Ansatz bei der Synthese nachgiebiger Mechanismen dar. Mittels FEM-Untersuchungen kann u. a. gezeigt werden, dass Polynomkonturen 4. Ordnung besonders günstig im Hinblick auf die gleichzeitige Realisierung einer hohen Bewegungsgenauigkeit und Gestaltfestigkeit sind.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-355-9

Linß, Sebastian; Milojeviâc, Andrija; Zentner, Lena
On the influence of flexure hinge geometry on the motion range and precision of compliant gripping mechanisms. - In: Proceedings, ISBN 978-86-6055-039-4, (2013), S. 255-260

Due to their various advantages material coherent joints are state of the art in compliant mechanisms. In precision engineering especially prismatic flexure hinges with lumped compliance are used as revolute joints for small angular deflections. In this contribution, the potential of improving the motion precision as well as the motion range of compliant gripping mechanisms by specific design of the flexure hinge dimensions and in particular of their notch contour is described. The model-based design is exemplified for two multi-bar compliant grippers with different kinematic chains by means of rigid body analysis and finite elements method (FEM) simulation. To verify the detailed investigation of the flexure hinge geometry as a newly considered approach of the compliant mechanism synthesis, the FEM results are compared with the motion behavior of the rigid body counterparts.

Petkoviâc, Dalibor; Issa, Mirna; Pavloviâc, Nenad D.; Zentner, Lena
Electrical properties estimation of conductive silicone rubber for tactile sensing structure. - In: Sensor review, ISSN 1758-6828, Bd. 33 (2013), 2, S. 114-124

http://dx.doi.org/10.1108/02602281311299653

Fremerey, Max; Feierabend, Martin; Griebel, Stefan; Witte, Hartmut; Zentner, Lena
A decubitus preventing adaptive mat inspired by snail tentacles. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2013), S. 212-217

Haueisen, Jens; Fiedler, Patrique; Griebel, Stefan; Zentner, Lena; Fonseca, Carlos; Vaz, Filipe; Zanow, Frank
Dry electrodes for electroencephalography. - In: Neurophysiologie clinique, ISSN 1769-7131, Bd. 43 (2013), 1, S. 76-77

http://dx.doi.org/10.1016/j.neucli.2012.11.028

Nesic, Nicola; Uhlig, René; Risto, Uwe; Zentner, Lena
Development of hybrid layered structures consisting of silicone and metal and their static tensile behavior. - In: Proceedings, ISBN 978-86-86115-09-6, (2012), S. 253-256

Fiedler, Patrique; Griebel, Stefan; Fonseca, Carlos; Vaz, Filipe; Zentner, Lena; Zanow, Frank; Haueisen, Jens
Comparison of dry and conventional electrode concepts for electroencephalography. - In: World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, 2012, TH.13/01.2-5, A11921, insges. 2 S.

Fiedler, Patrique; Biller, Sebastian; Griebel, Stefan; Haueisen, Jens
Impedance pneumography using textile electrodes. - In: Annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2012, (2012), S. 1606-1609

http://dx.doi.org/10.1109/EMBC.2012.6346252

Zentner, Lena; Böhm, Valter
On the mechanical compliance of technical systems. - In: Mechanical engineering, ISBN 978-953-51-0505-3, (2012), S. 341-352

In the safe physical human-machine interaction the compliance of technical systems is an elementary requirement. The physical compliance of technical systems can be provided either by control functions implementation and/or intrinsic by structural configuration and material properties optimization. The latter is advantageous because of higher reliability as well as general simplicity of the design and production technologies. In the paper we focus on mechanical systems with intrinsic mechanical compliance. In general the deformability of structures is primarly characterised by their stiffness. Compliant mechanisms are mechanisms, whose functionality is based on its deformability. The goal of each engineer is by the design of mechanisms the setting of compliance depending upon the purpose of its application. It should be considered, that the compliance is dependent on a variety of parameters. The optimal design of these mechanisms can be realized only with precise knowledge of the influence parameters and possible types of compliance.

http://dx.doi.org/10.5772/26379

Griebel, Stefan; Fiedler, Patrique; Streng, Andrea; Haueisen, Jens; Zentner, Lena
Erzeugung von Schraubenbewegungen mittels nachgiebiger Aktuatoren. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 91-102

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031828

Issa, Mirna; Zentner, Lena
Sensorelemente aus leitfähigem Silikon für einen nachgiebigen Greifer. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 65-78

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031825

Uhlig, René; Zentner, Lena
Ein Modell zur Dimensionierung nachgiebiger Elemente für den Einsatz in Gassicherheitsventilen. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 35-44

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031822

Zentner, Lena;
Klassifikation nachgiebiger Mechanismen und Aktuatoren. - In: Mechanismentechnik in Ilmenau, Budapest und Niš, (2012), S. 3-12

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00031818

Fiedler, Patrique; Biller, Sebastian; Fonseca, Carlos; Vaz, Filipe; Griebel, Stefan; Zanow, Frank; Haueisen, Jens
Signal quality of titanium and titanium nitride coated dry polymer electrodes. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 57.2012, Suppl. 1, Track-E, S. 1083

https://doi.org/10.1515/bmt-2012-4409

Fiedler, Patrique; Griebel, Stefan; Fonseca, Carlos; Vaz, Filipe; Zentner, Lena; Zanow, Frank; Haueisen, Jens
Novel Ti/TiN dry electrodes and Ag/AgCl: a direct comparison in multichannel EEG. - In: 5th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering, (2012), S. 1011-1014

Petkoviâc, Dalibor; Issa, Mirna; Pavloviâc, Nenad D.; Pavloviâc, Nenad T.; Zentner, Lena
Adaptive neuro-fuzzy estimation of conductive silicone rubber mechanical properties. - In: Expert systems with applications, Bd. 39 (2012), 10, S. 9477-9482

Conductive silicone rubber has great advantages for tactile sensing applications. The electrical behavior of the elastomeric material is rate-dependent and exhibit hysteresis upon cyclic loading. Several constitutive models were developed for mechanical simulation of this material upon loading and unloading. One of the successful approaches to model the time-dependent behavior of elastomers is Bergstrom-Boyce model. An adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) model will be established in this study to predict the stress-strain changing of conductive silicone rubber during compression tests. Various compression tests were performed on the produced specimens. An ANFIS is used to approximate correlation between measured features of the material and to predict its unknown future behavior for stress changing. ANFIS has unlimited approximation power to match any nonlinear functions well and to predict a chaotic time series.

http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2012.02.111

Reichert, Frank; Zentner, Lena
Modellierung und Simulation eines Federspeicher-Antriebssystems : Modelling and simulation of spring drive mechanism. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 64 (2012), 3, S. 67-73

In diesem Artikel wird der Ausschaltvorgang eines SF6-Selbstblasschalters mit Federspeicherantrieb betrachtet. Das dynamische Verhalten des Schaltmechanismus wird analytisch mithilfe der Lagrange-Theorie beschrieben. Dabei werden verallgemeinerte Kräfte, die aus den Strömungsvorgängen in der Unterbrechereinheit des betrachteten SF6-Selbstblasschalters resultieren, durch die Anwendung des CFD-Programms "Fluent" berücksichtigt. Die vorgestellte Integration analytischer und computergestützter Modellierungsmethoden erlaubt es, die komplexen Prozesse auf eine transparente und effektive Art zu simulieren. Die derartige Herangehensweise wird durch experimentelle Ergebnisse erfolgreich belegt. The paper deals with the switching-off process of SF6 self-blast breakers with spring drive mechanism. The dynamic behaviour of the drive mechanism is described analytically using the Lagrange equations. In doing so the generalized forces resulting from the flow processes inside the interrupter unit of the regarded SF6 self-blast breaker are considered by the utilization of the CFD program "Fluent". The presented integration of analytical and computer-aided modeling methods enables the simulation of the complex processes in a transparent and effective way. The described approach is verified by experimental results.

Carl, Kathrin; Hild, Wolfram; Mämpel, Jörg; Schilling, Cornelius; Uhlig, René; Witte, Hartmut
Characterization of statical properties of rat's whisker system. - In: IEEE sensors journal, ISSN 1558-1748, Bd. 12 (2012), 2, S. 340-349

https://doi.org/10.1109/JSEN.2011.2114341

Linß, Sebastian; Erbe, Torsten; Zentner, Lena
On polynomial flexure hinges for increased deflection and an approach for simplified manufacturing. - In: Final program, 2011, Linkages and cams, A11-512, S. 1-9
Literaturverz. S. 9

This paper presents a model-based approach for designing flexure hinges with increased deflection. It will be shown, that the use of a polynomial function as notch contour allow increasing the hinge's compliance and the ratio of deflection to the maximum bending stress. This can be explained through analytical und numerical investigations and the comparison of polynomial contours with common notch shapes. Furthermore a possibility for simplification is presented which can help to facilitate mechanical manufacturing of these flexure hinges, based on the resulting polynomials. The advantages of using polynomial functions as hinge contours as well as the influence of the simplification is discussed with regard to the ratio of maximum bending stress to deflection.

http://www.dmg-lib.org/dmglib/handler?docum=22411009

Issa, Mirna; Zentner, Lena; Petkovic, Dalibor; Pavlovic, Nenad D.
Embedded-sensing elements made of conductive silicone rubber for compliant robotic joint. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, ISBN 978-3-86360-001-3, (2011), S. 73

Linß, Sebastian; Griebel, Stefan; Kikova, Teodora; Zentner, Lena
Pneumatically driven compliant structures based on the multi-arc principle for the use in adaptive support devices. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, (2011), insges. 6 S.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19720

Griebel, Alexandra; Griebel, Stefan; Gorbatenko, Nikolay; Zentner, Lena
Directional tactile sensor composed of conductive polymer for monolithic compliant mechanism. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, (2011), insges. 7 S.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19687

Linß, Sebastian; Zentner, Lena
Gestaltung von Festkörpergelenken für den gezielten Einsatz in ebenen nachgiebigen Mechanismen. - In: 9. Kolloquium Getriebetechnik, (2011), S. 291-311

Stoffschlüssige Biegegelenke mit konzentrierter Nachgiebigkeit ermöglichen eine gezielte Beeinflussung des Verformungsverhaltens von monolithischen nachgiebigen Mechanismen durch geometrische Gestaltung. In diesem Beitrag wird das Potenzial von prismatischen Festkörpergelenken mit verschiedenen polynomförmigen sowie vereinfachten Aussparungskonturen zur Verringerung des Spannungs-Auslenkungs-Verhältnisses exemplarisch aufgezeigt. Da diese Gelenke insbesondere im Bereich der Präzisionstechnik Anwendung finden, wird als zusätzliches Kriterium die Drehachsenverlagerung als ein Einflussfaktor auf die Positionierabweichung einer monolithischen Lenkergeradführung näher betrachtet.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-71264

Griebel, Stefan; Fiedler, Patrique; Klee, Sascha; Bessler, Patrick; Zentner, Lena; Haueisen, Jens
Novel concept of a dynamically adaptive EEG cap for dry electrodes. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 56.2011, Suppl. 1, J, insges. 1 S.

https://doi.org/10.1515/BMT.2011.807

Fiedler, Patrique; Griebel, Stefan; Fonseca, Carlos; Vaz, Filipe; Zentner, Lena; Zanow, Frank; Haueisen, Jens
Ein integrierter Ansatz neuartiger, trockener Titan-Nitrid-Elektroden für Multikanal-EEG-Anwendungen. - In: Programm, ISBN 978-3-00-034073-4, (2011), S. 60-61

Zentner, Lena;
Mathematical synthesis of compliant mechanism as cochlear implant. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 4 S., 231,4 KB)CD-ROM-Ausg.: The First Workshop on Microactuators and Micromechanisms : MAMM 2010 ; [Aachen, Germany, May 27 - 29, 2010] ; CD-proceedings / RWTH Aachen, IGM Institut für Getriebetechnik & Maschinendynamik. - Aachen, 2010, 4 S.

Cochlear implants can be successfully used to reduce the inner ear profound deafness. The implant is inserted into the inner ear by the surgeon's hand. Because the cochlea has a spiral-like structure (cochlear duct), the insertion of the implant is often difficult, furthermore the basilar membrane could be easily damaged. One of the aims of our investigation is to develop a mathematical model based an synthesis method for implants with hydraulic actuation. This hydraulic actuation, which is integrated in the implant, facilitates the insertion of the implant structure to the shape of cochlear duct. Thus, the implant can follow the spiral-shaped cochlear duct without damaging the sensitive tissue of the basilar membrane. Some examples for hydraulic actuated cochlear implants based on compliant mechanisms technology are presented in this paper.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18162

Griebel, Stefan; Voges, Danja; Schilling, Cornelius; Haueisen, Jens; Zentner, Lena
Nachgiebiger Mechanismus sucht biologisch inspirierte Verbesserung. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2011), S. 222-227

In der klinischen Anwendung der Elektroenzephalographie (EEG) werden heutzutage als biomedizinische Sensoren Ag/AgCl Elektroden (vorwiegend 64 oder 128 Stück) verwendet. Diese werden über ein elektrisch leitfähiges Gel manuell mit der Kopfhaut in Verbindung gebracht und manuell ("statisch") positioniert. Dieser Prozess ist äußerst zeitaufwendig. Folglich ist eine umfassende Untersuchung und Erfassung der bioelektrischen Signale jüngerer, älterer und psychisch anfälliger Personen sowie in bestimmten klinischen Anwendungen, wie beispielsweise der Epilepsiediagnostik oder Diagnostik von Patienten im Koma, nur bedingt bzw. eingeschränkt durchführbar. Alle Versuche, technische Mechanismen (Schrauben, Federn, Magnete usw.) zum automatischen Annähern von Elektroden (oder Sensoren im Allgemeinen) zu nutzen, sind bisher fehlgeschlagen. Ziel der Forschungsarbeiten an der TU Ilmenau ist die Verwendung trockener Elektroden mit Hilfe eines biologisch inspirierten, "dynamischen" Positionierverfahrens. Bei der Verwendung dieser Elektroden entfällt der Einsatz von leitfähigen Substanzen. Dies erlaubt eine erhebliche Zeit- und somit Kostenersparnis. Die Herausforderung liegt hierbei auf der Aufrechthaltung einer möglichst konstant zu haltenden Mindestandruckkraft, der Ausrichtung der Elektrode gegenüber der Kopfoberfläche sowie das Durchdringen der Kopfbehaarung. Als eine erste konkrete Umsetzung des Verfahrens wurde basierend auf dem natürlichen Vorbild der Schneckenfühler ein funktionsfähiges Demonstrationsmodell, eine nachgiebige EEG Haube, realisiert. Das System besteht aus monolithischen Mechanismen mit fluidmechanischem Antrieb aus Silikon (Nachgiebiger Mechanismus), die netzartig miteinander verbunden sind und eine translatorische Bewegung mit dem Freiheitsgrad von eins durchführen. Der Aufbau ermöglicht theoretisch das Heranführen von über 150 trockenen Elektroden an den Kopf. Nachteilig bei dieser Bewegungsform ist das flächige Zusammendrücken der Haare unterhalb der Kontaktierfläche der Elektrode. Die derzeitige Weiterentwicklung verfolgt den Ansatz einer Bewegungsform mit dem Freiheitsgrad von zwei. Hierbei vollführt der einzelne Nachgiebige Mechanismus neben der Vorschubbewegung eine Teilrotation in Richtung des Vorschubes. Um die Struktur biologisch inspiriert zu verbessern, wurde ein Katalog zoologischer und botanischer Strukturen zusammengestellt, der in dem vorliegenden Beitrag präsentiert wird.

Bojtos, Attila; Huba, Antal; Zentner, Lena; Risto, Uwe
Measuring of equibiaxial tension of rubber-like materials by optical method. - In: Materials science forum, ISSN 1662-9752, Bd. 659 (2010), S. 289-294

http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.659.289

Linß, Sebastian; Lutz, Irina; Unger, Volkmar; Kikova, Teodora; Witte, Hartmut; Zentner, Lena
Development of an adaptive support device for the prevention of bedsores. - In: Crossing borders within the ABC, (2010), S. 47-49

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=16905

Risto, Uwe; Uhlig, René; Zentner, Lena
Thermal controlled expansion actuator for valve applications. - In: Actuator 10, (2010), S. 947-950

In solar heat installations the by out gassing from the solar fluid emitted gases has to be discharged from the system in continuous periods to guarantee whose secure and efficient function. In line with this article the devel-opment of a novel expansion actuator for valve applications shall be illustrated, which allows a regular and complete stand - alone de - airing of solar heat installations. The special feature of this innovation is that the expansion actuator does not need an external power supply and that there is no need for control electronic and sensor systems.

Linß, Sebastian; Erbe, Torsten; Grinevich, Dmitry; Zentner, Lena
An approach on model-based shape optimization of compliant mechanisms. - In: Mechanika, (2010), S. 271-276

Griebel, Stefan; Böhm, Valter; Erbe, Torsten; Zentner, Lena
Vom Schneckententakel zum nachgiebigen Aktuator. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2009), S. 247-252

Einleitung - Ein Blick in die Natur führte zu der Entwicklung eines neuen nachgiebigen, pneumatisch angetriebenen Aktuators. Hierfür wurde die Bewegung der Tentakel von der Weinbergschnecke (helix pomatia L.) untersucht und die Vorteile der biologischen Struktur analysiert. Auffällig ist der enorme teleskopartige Hub der Tentakel bei gleichzeitig geringem Durchmesser. Des Weiteren sind unter anderem der Schutz der empfindlichen Sinneszellen am Ende der Tentakel sowie eine planare Oberfläche im eingezogen Zustand der Tentakel zu nennen. Die Schnecke als Ganzes kann hierbei als ein geschlossenes fluidisches System betrachtet werden. Material und Methoden - Als erstes wurde vom biologischen Objekt ein einfaches geometrisches Parametermodell abgeleitet. Danach wurde die Finite Elemente Methode angewendet, (Ansys ®) mit der die Verschiebung des Strukturzentrums (Hub) in Abhängigkeit der aufgebrachten inneren Druckbelastung untersucht wurde. Als Material wurde Silikongummi (Elastosil ®) verwendet, welches innerhalb der Simulation mit Hilfe des hyperelastischen Materialgesetzes von Yeoh (3. Ordnung) abgebildet wurde. Die Silikonparameter wurden über uniaxiale Zugversuche ermittelt. Ergebnisse und Diskussion - Bei Variierung der geometrischen Modellparameter ist es möglich, kontinuierliche Bewegungsbahnen des Strukturzentrums oder Bewegungen mit einem oder mehreren (gestuften) Durchschlagphänomenen zu erzeugen. Hierbei ist mono- oder bistabiles Verhalten möglich. Zum Einstellen der Bewegung des Strukturzentrums wird das geometrische Verhältnis zwischen Radius und Dicke herangezogen. Anschließend wurden verschiedene Demonstratoren gefertigt, deren Bewegungsbahnen experimentell untersucht wurden. Der Vergleich der simulierten Bewegungsbahndaten mit den Daten der realen Struktur führte zu guter qualitativer und einer akzeptablen quantitativen Übereinstimmung. Zusammenfassung - Der entwickelte nachgiebige Mechanismus hat ein viel versprechendes Potential bei der Sensorpositionierung. Weitere Anwendungen in der Medizintechnik erwachsen aus der Verwendung von nachgiebigen und zugleich biokompatiblen Materialen.

Zentner, Lena; Böhm, Valter; Minchenya, Vitaly
On the new reversal effect in monolithic compliant bending mechanisms with fluid driven actuators. - In: Mechanism and machine theory, Bd. 44 (2009), 5, S. 1009-1018

This paper presents a reversal effect which is a particular deformation effect of compliant monolithic fluid driven actuators. Compared to conventional miniaturizable bending structures the mechanisms discussed in this paper have several properties such as larger movement range, greater flexibility and less sensory effort. Typical applications of the discussed mechanisms with novel reversal effect are gripping and manipulating tasks in robotics. This paper is mainly focused on the analytical and numerical investigations together with experimental verification describing the reversal effect of the considered mechanisms.

http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2008.05.014

Griebel, Stefan; Böhm, Valter; Böhm, Valter *1978-*; Zentner, Lena;
Actuator development based on snail tentacles. - In: Prospects in mechanical engineering, (2008), insges. 2 S.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17935

Zentner, Lena; Böhm, Valter
On the static deformation behaviour of compliant structures. - In: Prospects in mechanical engineering, (2008), insges. 2 S.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17832

Zentner, Lena; Böhm, Valter
Zum Verformungsverhalten nachgiebiger Mechanismen. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 60 (2008), 1/2, S. 67-71, 74

Eine spezifische Nachgiebigkeit technischer Systeme ist in vielen Anwendungsbereichen, wie in der Medizintechnik und in der Mensch-Maschine-Interaktion, eine dringende Voraussetzung. Diese Anforderung kann konstruktiv, durch den Einsatz von nachgiebigen Mechanismen, erfüllt werden. Im Beitrag wird eine Klassifikation mit praktischen Beispielen über das Verformungsverhalten nachgiebiger Mechanismen gegeben, um ihre gezielte Auslegung zu erleichtern. Dabei werden ihre möglichen funktionserweiternden Eigenschaften mit besonderem Hinblick und mit der Zielstellung betrachtet, sensorischen Aufwand durch intelligente Mechanik zu minimieren beziehungsweise zu ersetzen sowie zukunftsorientierte Entwicklungsmöglichkeiten aufzuzeigen.

Griebel, Stefan; Linß, Sebastian; Risto, Uwe; Uhlig, René; Zentner, Lena
Neue Anwendungen durch elastische Eigenschaften. - In: Erfinder-Visionen, ISSN 1861-9401, (2008), 2, S. 15-16

Zentner, Lena;
Leitartikel :
Bionik - Erfindungen der belebten Natur. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2008), 2, S. 3

Risto, Uwe;
Vom Zellwandaufbau der Nadelhölzer zum Ventil mit Durchschlageffekt. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2008), 2, S. 15

Griebel, Stefan;
Natur als Ideenpotential - vom Schneckententakel zum nachgiebigen Mechanismus. - In: Ingenieur-Nachrichten, (2008), 2, S. 6

Zentner, Lena; Böhm, Valter; Witte, Hartmut
On the stability behaviour of elastic beams under internal pressure. - In: Journal of theoretical and applied mechanics, ISSN 1429-2955, Bd. 45 (2007), 1, S. 161-169

Scientific reception of the term "stability" stresses steady adaptation to its changing fields of application. Nevertheless, the determination of critical forces remains one of the main tasks of stability theories. We exemplify some classes of the stability loss in beams under internal pressure for the static case. Additionally, we analyse in more detail the dynamic stability of beams under internal pressure and demonstrate means to keep an equilibrium.

Scheibner, Wolfgang; Feustel, Matthias; Möhring, Uwe; Zentner, Lena; Schilling, Cornelius; Witte, Hartmut
Textile materials joining for application in biomechatronics. - In: Tekstil, ISSN 0492-5882, Bd. 55 (2006), 1, S. 28-30

Wazan, Ousama;
Rechnergestütztes Finden von Koppelmechanismen für Geradführungen. - In: Maschinenbau von Makro bis Nano, 2005, [07.05], insges. 20 S.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=17646

Zentner, Lena; Böhm, Valter
Zur Anwendung nachgiebiger Mechanismen. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 57 (2005), 11/12, S. 49-50

Nachgiebige Mechanismen finden immer breitere Anwendung und ersetzen erfolgreich bei vielen Aufgaben konventionelle Starrkörpermechanismen. Die im Beitrag beschriebene Klassifikation nachgiebiger Strukturen entstand während langjährigen Entwicklungs- und Untersuchungsarbeiten mit nachgiebigen Mechanismen an der TU Ilmenau. Diese strukturierte Darstellung nachgiebiger Strukturen hilft dem Anwender die Aufgabenstellung zu formulieren und die nachgiebigen Mechanismen dafür gezielt einzusetzen. Außerdem zeigt die dargestellte Klassifikation die zukunftsorientierten Entwicklungsmöglichkeiten nachgiebiger Mechanismen.

Scheibner, Wolfgang; Feustel, Mathias; Möhring, Uwe; Zentner, Lena; Schilling, Cornelius; Witte, Hartmut
Application of textiles in material-locked joints for biomechatronic engineering :
Textile Materialien in stoffschlüssigen Gelenken für die Biomechatronik. - In: Band- und Flechtindustrie, ISSN 1432-3745, Bd. 41 (2004), 4, S. 120

Ionescu, Theodor; Bögelsack, Gerhard; Bögelsack, Gerhard *1932-2011*; Leinonen, Tatu
Past, present and future in mechanism and machine science terminology. - In: International Symposium on History of Machines and Mechanisms, (2004), S. 27-33

Christen, Gerhard; Pfefferkorn, Henning
Mehr Beweglichkeit : nachgiebige Mechanismen eignen sich als elastische Getriebe. - In: Maschinenmarkt, ISSN 0341-5775, (2002), 37, S. 34-36, 38-40

Schmidt, A.; Christen, Gerhard
Universeller Kompaktiermodul für Leergut. - In: Kurvengetriebe, Koppelgetriebe, gesteuerte Antriebe, (2002), S. 351-366

Wazan, Ousama;
Untersuchungen von Koppelmechanismen für Punktgeradführungen. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 12 S.

Schmidt, Andreas; Gergs, Roy; Pfefferkorn, Henning; Christen, Gerhard
Entwicklung einer Kompaktiereinheit als Bestandteil eines Leergutrücknahmesystems. - In: 47. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (2002), insges. 2 S.

Tolkemit, Birgit; Buchheim, Jana
Web-basiertes Lernmodul Mechatronik. - In: Innovative Produktentwicklungen, (2001), S. 197-215

Böttcher, Frank; Christen, Gerhard; Christen, Gerhard *1938-2022*; Pfefferkorn, Henning;
Structure and function of joints and compliant mechanisms. - In: Motion systems 2001, (2001), S. 30-35

Christen, Gerhard; Ruthardt, Michael
Zur Struktursynthese von Scheibenwischergetrieben. - In: Kurvengetriebe, Koppelgetriebe, gesteuerte Antriebe, (2000), S. 149-165

Böttcher, Frank; Pfefferkorn, Henning;
Gelenkig bewegliche Verbindungen mit besonderen Eigenschaften. - In: 44. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, (1999), insges. 6 S.

Kunz, Holger;
Systematik und Analyse stoffschlüssiger Gelenke. - In: Motion systems, (1998), S. 65-66

Christen, Gerhard; Kunz, Holger; Pfefferkorn, Henning
Stoffschlüssige Gelenke für nachgiebige Mechanismen. - In: Getriebetechnik, (1997), S. 59-68

Christen, Gerhard; Bögelsack, Gerhard
Festschrift zum 65. Geburtstag von Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Bögelsack. - Ilmenau : Technische Universität Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, 1997. - 55 SeitenLiteraturangaben

Buchheim, Alf; Braunschweig, Marion; Christen, Gerhard; Weiß, Mathias
Bahnsteuerung bei Führungsgetrieben mit dem Freiheitsgrad F=2. - In: Vortragsreihen, (1996), S. 108-113

Christen, Gerhard; Quast, Volker; Buchheim, Alf;
Auswahl fünfgliedriger Koppelmechanismen für Bewegungsaufgaben mittels schneller Bahnkurvensimulation. - In: Konstruktion, ISSN 0373-3300, Bd. 46 (1994), 4, S. 155-160

Christen, Gerhard;
Modellierung rechnergesteuerter Antriebssysteme mit Zugmittelgetrieben. - In: Posters II, (1991), S. 1279-1282

Kallenbach, Eberhard; Bögelsack, Gerhard
Gerätetechnische Antriebe
1. Aufl.. - Berlin : Verl. Technik, 1991. - 304 S. ISBN 3341007946
Literaturangaben