Experimentelle und numerische Untersuchung der kryogenen Kühlung für Fertigungsprozesse

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Kühlung von Werkstücken aus Ti-6Al-4V während Zerspanungsprozessen mittels flüssigem Stickstoff (LN2). Das Ziel ist es, die Kühlleistung unter definierten Bedingungen präzise zu ermitteln. Dabei werden die physikalischen Prozesse der Kühlung sowohl experimentell als auch numerisch detailliert untersucht. Ein Großteil der Arbeit beschäftigt sich damit, die zugeführte LN2-Strömung experimentell zu charakterisieren, wodurch Anfangs- und Randbedingungen genau bekannt sind. Dies ermöglicht einen Vergleich zwischen Experiment und Simulation, sodass die ermittelten Wärmeübergänge gegeneinander validiert werden können. Die in dieser Arbeit vorgestellten Simulationsmodelle beinhalten verschiedene Detaillierungsstufen. Dabei wird der Phasenübergang von flüssig nach gasförmig in detaillierten Modellen für einen einzelnen Stickstofftropfen untersucht. Die Ergebnisse dienen dazu, empirische Verdampfungsmodelle abzuleiten, welche weniger rechenintensiv sind. Dies ermöglicht den Aufbau eines komplexen ganzheitlichen Simulationsmodells, welches die Kühlleistung von LN2 unter Berücksichtigung des Phasenübergangs präzise vorhersagen kann. Mit dem beschriebenen Modell werden Parameterstudien durchgeführt, um den Einfluss charakteristischer Größen des Stickstoffstrahls auf die Kühlleistung zu ermitteln. Die durchgeführten Untersuchungen ergaben, dass Größen wie die Anströmgeschwindigkeit, der Dampfgehalt, das Strömungsmuster sowie der Anströmwinkel einen erheblichen Einfluss auf den sich einstellenden Wärmeübergang haben. Abschließend wird ein ganzheitliches Simulationsmodell vorgestellt, das die Wechselwirkung zwischen der LN2-Strömung und dem Festkörper beschreibt. Hierbei wird nicht nur der Wärmeübergang an der Kontaktfläche Festkörper-Fluid beschrieben, sondern ebenfalls die Abkühlung des Festkörpers im Volumen zeitlich und örtlich aufgelöst und mit experimentellen Messungen verglichen. Es zeigt sich, dass die experimentell als auch die numerisch bestimmten Daten quantitativ und qualitativ sehr gut übereinstimmen. Die vorgestellten Modelle können ohne Weiteres auf andere Anwendungsgebiete erweitert werden und sind somit nicht auf den reinen Zerspanungsprozess beschränkt. Insgesamt liefert die Arbeit wichtige Erkenntnisse zur effizienten Optimierung der Kühlleistung von LN2

Die minimal-invasive Cochlea-Implantat-Chirurgie : Der lange Weg von der Forschung in die klinische Routine

Der Einsatz eines Cochlea- Implantats bei tauben oder schwerhörigen Patienten ist bis heute nur durch eine Operation möglich, bei der eine 2 bis 3 cm tiefe Öffnung in den Schädel-knochen gefräst werden muss. Seit langer Zeit bemühen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Technologien zu entwickeln, um diesen Vorgang minimal-invasiv vornehmen zu können. Dr.-Ing. Thomas Rau von der Medizinischen Hochschule Hannover und Prof. Dr. Tobias Ortmaier vom Institut für Mechatronische Systeme beschreiben die gemeinsamen, interdisziplinären Forschungs-ansätze an beiden Einrichtungen

Konzept für eine modellgestützte Diagnostik mittels Data Mining am Beispiel der Bewegungsanlyse [online]

Mit der Instrumentellen Ganganalyse werden Gelenkwinkel und -momente beim Gehen messtechnisch erfasst. Die klinische Auswertung dieser Daten (Diagnose von Bewegungsstörungen, Therapieplanung und -validierung) erfolgt empirisch durch erfahrene Experten. Schwierigkeiten bei der Analyse sind stark heterogene Datensätze und sehr komplexe Zusammenhänge in Bewegungsdaten. Eine objektive, standardisierte Basis zur Datenauswertung und -interpretation konnte bisher nicht etabliert werden. In der vorliegenden Arbeit wird durch den Einsatz von modularen rechnergestützten Data Mining Verfahren ein Beitrag zur automatisierten, nachvollziehbaren Suche nach Gangpathologien bzw. zur quantitativen Bewertung der Gangqualität verschiedener Patientengruppen geleistet. Diese Arbeit soll zur Unterstützung der empirischen Analyse eingesetzt werden. Die empirische Vorgehensweise wird dabei in einem verallgemeinerten Merkmalsraum abgebildet, um somit interpretierbare Ergebnisse zu erzielen. Zur Datenauswertung kommen verschiedene überwachte und unüberwachte Lernverfahren zum Einsatz. Die Leistungsfähigkeit der Verfahren wird anhand zweier Patientengruppen (infantile Cerebralparese bzw. inkomplette Querschnittlähmung) und Referenzkollektiven demonstriert