Analysis of the Differences between Force Control and Feed Control Strategies during the Honing of Bores

AbstractHoning is a machining process that can economically produce very exact bores regarding form, geometry and surface quality. It is mainly used as the final finishing operation for ready made parts and typically conducted on the inner surface of a cylinder. Due to their specific surface structure which has a good ability to keep lubricants and a high wear resistance, honed parts usually serve as functional surfaces to guide moved parts. Today, the main fields for applications of honing technology can be found in most sectors of the metal working industry, e.g. the automotive industries, hydraulic and pneumatic manufacture and aircraft industries. During the long-stroke honing process the tool, equipped with one or several abrasive honing stones, is performing three overlaying movement components. These are a rotational movement, an oscillating stroke movement in axial direction and the radial feed movement of the honing stone. This feed movement is one of the decisive factors for the results of the honing process. It can be realized through feed control or, in a more recent approach, through force control strategies. By feed controlled honing, the position of the honing stone is changed in defined invariable steps in certain time intervals. In contrast, by force controlled honing the force of the honing stone against the wall of the workpiece is measured indirectly by a force sensor, which is located within the feed unit of the honing machine. A required force value is given and, if necessary, the honing stone is fed outwards to reach and maintain a constant cutting force throughout the honing process. This constant force is supposed to produce better results of the honing process in terms of geometric and form accuracy as well as surface structure. The presented research studies aim at improving process know-how to further increase the production accuracy and process repeatability. In a comparison between parts honed with the two different feeding strategies for the honing stone, force components and moments were analyzed and correlated to the phases of the process and several influencing parameters. In addition to the forces and moments measured during the honing process, the quality parameters of the honed parts have also been analyzed and compared

Nachweis von Transforming growth factor (TGF)-beta 2 und TGF-beta 2 Rezeptor beim humanen Prostata-Karzinom

TGF≤2 ist ein Zytokin, das an den Serin-Threonin-Kinase-Rezeptor Typ II entweder niedrig-affin direkt oder hoch-affin mittels Präsentation durch den TGF≤-Rezeptor Typ III bindet. Durch diese Bindung aktiviert und rekrutiert der TGF≤-Rezeptor Typ II den TGF≤-Rezeptor Typ I und transphosphoryliert diesen, was wiederum zur Phosphorylierung der rezeptorassoziierten Smads führt. So aktiviert also TGF≤2 den Smad-Signalweg und fördert im Zellkern die Expression von Zielgenen. In der humanen Prostata hemmt TGF≤2 das Zellwachstum, die Proliferation des Epithels und fördert oder hemmt die Apoptose. Da TGF≤2 jedoch normalerweise hauptsächlich tumorsupprimierende Effekte besitzt, ist es fraglich, wie es unter Einwirkung dieses Liganden zu einer Karzinogenese kommen kann. Da der TGF≤-Rezeptor Typ II essentiell für die Signalübertragung ist, liegt die Vermutung nahe, dass an dieser Stelle das Signal unterbrochen ist. Zum Beispiel könnte eine verminderte Expression oder eine Mutation des Rezeptors zu dieser „nicht-Responsivität“ der Prostatakarzinomzellen führen. In dieser Studie wurden der TGF≤-Rezeptor Typ II immunhistochemisch an Prostatakarzinomschnitten angefärbt und die Intensität der Anfärbung unter Berücksichtigung verschiedener Tumorparameter ausgewertet. Außerdem wurde mit Hilfe eines ELISAs die Serumkonzentration von TGF≤2 bei Prostatakarzinom-Patienten gemessen. Auch diese Ergebnisse wurden unter Berücksichtigung verschiedener Tumorparameter ausgewertet. Die ELISAs und Anfärbungen ergaben einige Trends beziehungsweise Korrelationen. So stiegen die TGF≤2-Serumkonzentration und die Protein-Expression des TGF≤-Rezeptors Typ II bei weiter ausgebreiteten, organüberschreitenden Tumoren und Infiltration der urethralen Resektionskante an. Bei metastasierten Tumoren stieg ebenfalls die Expression des Rezeptors an, bei Fernmetastasen jedoch sank die TGF≤2-Serumkonzentration. Das wachstumsinhibierende Signal von TGF≤2 wird also nicht durch eine sinkende Expression des TGF≤-Rezeptors Typ II blockiert. Der fehlende TGF≤2-Effekt kann jedoch auch andere Ursachen haben. Zum Beispiel könnte die Signalübertragung mittels des Smad-Signalwegs unterbrochen sein. Es könnten entweder Proteine mit Smad2 oder Smad 3 reagieren, so dass diese nicht mehr in der Lage sind, das Signal weiterzugeben, oder eine erhöhte Produktion des inhibitorischen Smad7 könnte zu einer weitgehenden Inhibition der Signalübertragung führen. Durch Aktivierung anderer Signalwege und Umgehung des Smad-Signalweges ist TGF≤2 sogar in der Lage, wachstumsfördernd zu wirken. Der Anstieg der TGF≤2-Serumkonzentration bei gleichzeitiger Zunahme der Ausbreitung des Tumors könnte also eine mögliche Ursache für die Zunahme der Tumorausbreitung durch Steigerung der Proliferation und Senkung der Apoptose sein. Da ein weiterer TGF≤2-Effekt die Herabsetzung der Zelladhäsion und Steigerung der Zellbeweglichkeit ist, könnte es somit die Aggressivität und Invasivität der Prostatakarzinome fördern. Fraglich ist nur, warum die TGF≤2-Serumkonzentration bei Fernmetastasen sinkt. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Trends zum Anstieg der Konzentration von TGF≤2 im Serum bei aggressiveren und organüberschreitenden Karzinomen tumorabhängig sind und der Trend zum Abfall bei Prostatakarzinomen mit Fernmetastasen vielleicht dem Allgemeinzustand des Patienten zuzuschreiben ist. Je schlechter der Allgemeinzustand des Patienten wurde, desto mehr sanken alle seine Serumwerte. Die Frage, ob man die mittels ELISA gemessene TGF≤2-Serumkonzentration als Tumormarker neben dem PSA verwenden kann, wurde verneint. Da die Konzentrationen sich nur in sehr geringen Werten unterscheiden, würde die Verwendung von TGF≤2 als Tumormarker zu viele Diagnosefehler erwarten lassen. In dieser Studie ergaben sich zwar keine Korrelationen, jedoch einige Trends, die vielleicht mit sensitiveren Methoden zur Bestimmung von TGF≤2 im Serum, wie zum Beispiel einer Immuno-PCR, und einer größeren Anzahl von Proben verifiziert werden und somit TGF≤2 doch noch als Tumormarker etablieren könnten

Analyse und Modellbildung von Kräften beim Präzisionshonen von Bohrungen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, dem Langhub-Innenrundhonen, das zur Bearbeitung von Bohrungen verwendet wird. Das Honen dient dabei der Erzeugung einer hohen Form-, Maß- und Oberflächengenauigkeit bei vorbearbeiteten Werkstücken und ist in der Regel der letzte Schritt in der Prozesskette. Betrachtet werden zunächst grundlegende Effekte beim Honen sowie Möglichkeiten zur optimierten Prozessführung durch eine Modellierung der Kräfte. Eingegangen wird dabei auf das weggeführte Honen, das in der Industrie derzeit weit verbreitet ist und eine Zustellung der Honleiste in festen Schritten zu festgelegten Zeitpunkten durchführt. Daneben wird auch die alternative Möglichkeit des kraftgeführten Honens vorgestellt. Dieses versucht während der gesamten Prozesszeit eine konstante Kraft zu erreichen und damit eine höhere Präzision und Wiederholgenauigkeit zu gewährleisten. Da die Kraft aber im Moment, insbesondere beim Honen von Präzisionsbohrungen mit einem Durchmesser unter 20mm, nur indirekt gemessen werden kann, ist sie fehlerbehaftet. Eine Modellierung der Kraftverhältnisse am Werkzeug soll hier Abhilfe schaffen. Dazu werden verschiedene Ansätze vorgestellt und auf ihre Eignung hin überprüft. Notwendige Modellparameter werden ermittelt, dann werden berechnete Verläufe mit gemessenen verglichen. Im Anschluss werden Anwendungsmöglichkeiten für die Modelle aufgezeigt.This thesis deals with long-stroke internal honing – a manufacturing process with geometrically undefined cutting edge used for the machining of bores. Honing serves to generate high form-, dimension- and surface accuracy in pre-machined work pieces and constitutes generally the last step in the process chain. At first, basic effects during the honing process as well as possibilities for the optimized process control by modelling the forces are examined. In doing so, the author goes into the stroke-controlled honing which is at the moment widespread in the industry and which conducts a feed of the honing stone in fixed steps and at given points in time. In addition, also the alternative possibility of force-controlled honing is presented which tries to reach a constant force during the entire process time and to ensure with it a higher precision and repeatability. As it is at the moment only possible to indirectly measure the force, especially with regard to the honing of precision bores with a diameter below 20mm, it is subject to errors. A modelling of the force distributions at the tool is to find a remedy. For this purpose, different approaches are presented and their suitability is verified. Necessary model parameters are determined, and then calculated processes are compared with measured ones. Afterwards, possible applications for the models are shown

Analyse und Modellbildung von Kräften beim Präzisionshonen von Bohrungen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, dem Langhub-Innenrundhonen, das zur Bearbeitung von Bohrungen verwendet wird. Das Honen dient dabei der Erzeugung einer hohen Form-, Maß- und Oberflächengenauigkeit bei vorbearbeiteten Werkstücken und ist in der Regel der letzte Schritt in der Prozesskette. Betrachtet werden zunächst grundlegende Effekte beim Honen sowie Möglichkeiten zur optimierten Prozessführung durch eine Modellierung der Kräfte. Eingegangen wird dabei auf das weggeführte Honen, das in der Industrie derzeit weit verbreitet ist und eine Zustellung der Honleiste in festen Schritten zu festgelegten Zeitpunkten durchführt. Daneben wird auch die alternative Möglichkeit des kraftgeführten Honens vorgestellt. Dieses versucht während der gesamten Prozesszeit eine konstante Kraft zu erreichen und damit eine höhere Präzision und Wiederholgenauigkeit zu gewährleisten. Da die Kraft aber im Moment, insbesondere beim Honen von Präzisionsbohrungen mit einem Durchmesser unter 20mm, nur indirekt gemessen werden kann, ist sie fehlerbehaftet. Eine Modellierung der Kraftverhältnisse am Werkzeug soll hier Abhilfe schaffen. Dazu werden verschiedene Ansätze vorgestellt und auf ihre Eignung hin überprüft. Notwendige Modellparameter werden ermittelt, dann werden berechnete Verläufe mit gemessenen verglichen. Im Anschluss werden Anwendungsmöglichkeiten für die Modelle aufgezeigt.This thesis deals with long-stroke internal honing – a manufacturing process with geometrically undefined cutting edge used for the machining of bores. Honing serves to generate high form-, dimension- and surface accuracy in pre-machined work pieces and constitutes generally the last step in the process chain. At first, basic effects during the honing process as well as possibilities for the optimized process control by modelling the forces are examined. In doing so, the author goes into the stroke-controlled honing which is at the moment widespread in the industry and which conducts a feed of the honing stone in fixed steps and at given points in time. In addition, also the alternative possibility of force-controlled honing is presented which tries to reach a constant force during the entire process time and to ensure with it a higher precision and repeatability. As it is at the moment only possible to indirectly measure the force, especially with regard to the honing of precision bores with a diameter below 20mm, it is subject to errors. A modelling of the force distributions at the tool is to find a remedy. For this purpose, different approaches are presented and their suitability is verified. Necessary model parameters are determined, and then calculated processes are compared with measured ones. Afterwards, possible applications for the models are shown

Ball games and nutrition counseling improve postural control in overweight children

Background: Motor skills are impaired in overweight children whose levels of physical activity are low and these children are more likely to sustain lower extremity injuries. The purpose of this study was to analyze prospectively in overweight children the influence of ball games and nutrition counseling on postural control. Methods: In all, 46 overweight children (age: 6–12 years, BMI: female: 25.2 ± 3.6 kg/m2, male: 26.2 ± 2.8 kg/m2 (mean value ± standard deviation) were examined prospectively in four randomized groups (ball games, nutrition counseling, ball games and nutrition counseling, and group without intervention) for six months. A one-legged standing test was performed. Results: The children demonstrated improved postural control after six months of intervention: mean difference M1-M2 ± standard deviation: 5 ± 6 error points (p < 0.001, T = 4.906), whereas the control group without intervention did not show any significant improvement: 2 ± 8 error points (p = 0.357, T = 0.972). Conclusions: Ball games and nutrition counseling have a positive influence on postural control and therefore could help prevent injury. Trial registration ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01825174. Registered April 2, 201

In Vivo Investigation of 3D-Printed Calcium Magnesium Phosphate Wedges in Partial Load Defects

Bone substitutes are ideally biocompatible, osteoconductive, degradable and defect-specific and provide mechanical stability. Magnesium phosphate cements (MPCs) offer high initial stability and faster degradation compared to the well-researched calcium phosphate cements (CPCs). Calcium magnesium phosphate cements (CMPCs) should combine the properties of both and have so far shown promising results. The present study aimed to investigate and compare the degradation and osseointegration behavior of 3D powder-printed wedges of CMPC and MPC in vivo. The wedges were post-treated with phosphoric acid (CMPC) and diammonium hydrogen phosphate (MPC) and implanted in a partially loaded defect model in the proximal rabbit tibia. The evaluation included clinical, in vivo μ-CT and X-ray examinations, histology, energy dispersive X-ray analysis (EDX) and scanning electron microscopy (SEM) for up to 30 weeks. SEM analysis revealed a zone of unreacted material in the MPC, indicating the need to optimize the manufacturing and post-treatment process. However, all materials showed excellent biocompatibility and mechanical stability. After 24 weeks, they were almost completely degraded. The slower degradation rate of the CMPC corresponded more favorably to the bone growth rate compared to the MPC. Due to the promising results of the CMPC in this study, it should be further investigated, for example in defect models with higher load