Labor

Ausstattung

Ausstattung

Hardware:

Mess- und Prüftechnik

  • Zugprüfmaschinen Zwick/Roell Z010 (10kN), Z0.5 (0.5kN)
  • Biaxiale Zugprüfmaschine (Laborentwicklung)
  • Apparaturen zur Messung der Rückprallelastizität
  • Durometer zur Messung der SHORE-Härte
  • Allgemeine Messtechnik: Dehnungsmessstreifen, Kraftsensoren, Drucksensoren, Beschleunigungsaufnehmer, Wegaufnehmer, Distanzsensoren, Winkelaufnehmer u.a.
  • USB-Messsystem zur Messung der Druckverteilung mit TekscanTM Druckmessfolien (Laborentwicklung)
  • USB-Multi I/O Messkarten von National Instruments und Mailhouse Electronics
  • Spannungsoptische Apparatur mit Belasungstisch

Rechnersysteme

  • 2 Workstation Dell (2 Xeon 6 Core 64 GB Memory und 2 Xeon 8 Core, 32 GB Memory)
  • Diverse Rechnersysteme (OS: Windows, Mac und Linux)

Digitale Bildverarbeitung

  • Digitalmikroskop Keyence VXH-600 II
  • Digitales 2D und 3D Bildkorrelationssystem Dantec/LIMESS

Software:

  • Finite-Elemente-Programm Code_Aster (EDF Frankreich, open source) mit SALOME u. GID als Pre- und Postprozessor
  • Mehrkörpersimulation (MKS) mit AnybodyTM (Anybody Technology, Dänemark)
  • 3D Visualisierung, Segmentierung, Design und Modellierung mit AmiraTM (FEI, Frankreich)
  • CAD-Programme: IDEAS, AutoCAD/Inventor, E-CAD EAGLE
  • Mathematik-Programme: MAPLE, MatLAB, SciLab
  • Messdatenerfassung: LabVIEW, DIADEM

 

 

Projekte

Projekte im Biomechanik Labor (Auswahl):

  • Oberschenkelknochen eingespannt in einer Zug-/Druckprüfmaschine 
  • Anwendung des Formoptimierungsprogramms auf einen Hakens und einen Maulschlüssel
  • Spannungsoptische Analyse an der Kombination Knochen/Prothese 
  • FEM-Spannungsanalyse an einem Oberschenkelknochen 
  • Fahrrad-Kraftmesspedal zur Messung der Pedalkräfte 
  • Messung der Druckverteilung unter der Fusssohle
  • Druckverteilungsmessung
  • Hüftprotektorteststand 
  • Nadel-Kraft-Weg-Messvorrichtung
  • Spritzenpumpe
  • Biaxial-Zugversuch-Messsystem

Oberschenkelknochen eingespannt in einer Zug-/Druckprüfmaschine

links: Zwick Zuprüfmaschine (bis 10KN)

mitte: Oberschenkelknochen eingespannt

rechts: Einsatz eines Dehnungsmessstreifens DMS
am Oberschenkelknochen 

Formoptimierung am Beispiel eines Haken

Computersimulation der Formoptimierung eines Hakens, erstellt auf einer Silicon Graphics Workstation mit FEM Programm COSMOS/S und Formoptimierungsprogramm CAOSS (Computer Added Optimizing System Sauter, Karlsruhe).

Spannungsanalyse mit dem FEM-Programm COSMOS am Ausgangsmodell Ergebnis nach der Formoptimierung, die maximale Beanspruchung wird um 30% reduziert.

Spannungsoptische Demonstration an der Kombination Knochen/Prothese

Anhäufung der Isocromaten (Linien gleicher Hauptspannungsdifferenz) an den Stellen höhere Beabsprunchung. 

Diese mechanische Stimulation führt zum Knochenumbau und schließlich zur Lockerung der Hüftendoprothese.

FEM-Spannungsanalyse an einem Oberschenkelknochen

 

 

Oberschenkelknochen mit einzementierter Hüftendoprothese

Fahrrad-Kraftmesspedal

Laborentwicklung zur Messung der Pedalkraft

links: Kraftmesspedal zur Montage an die Tretkurbel

mitte: Das Kraftmesspedal im Einsatz

rechts: Die Messergebnisse dienen als Input für die Mehrkörpersimulation mit ANYBODY (AnyBodyTech, Dänemark)

Druckverteilungsmessung unter dem Fuß

Mikrocontroller zur Messstellenabfrage und Datenaufbereitung zur Funkübertragung, BlueTooth-Funkverbindung zwischen Fußsohlenmesssystem und Notebook, Aufbereitung, Darstellung und Speicherung der Messdaten am Notebook.

links: Ergebnisdarstellung der Druckverteilung, großer Druck bedeutet eine geringen Übergangswiderstand, rot dargestellt.
rechts: Die Fußmesssohle (Fa. Tekscan©, USA, bzw. Megascan, Deutschland) bestehen aus horizontal und vertikal angeordneten Wiederstandsbahnen, an den Kreuzungspunkten wird der Übergangswiderstand gemessen.
Abb.: Messfolien mit 84, 56 und 28 mm Kantenlänge jeweils mit 1936 Messpunkten
Abb:: Kalibrierung der Druckmessfolie mit einem Stempel
Abb.: Druckverteilung bei Entlastung, d.h. Entfernung des Stempels

Hüftprotektorteststand

Testaufbau zur Testung von Hüftprotektoren (blau). Der Messstand ist mit Kraft- und Beschleunigungssensoren sowie Winkelaufnehmern ausgestattet. 

Ein Video zum Aufprall finden Sie hier..

Nadel-Kraft-Weg-Messvorrichtung

Messvorrichtung zur Kraft-Wegmessung bei der Periduralanästhesie. Die Messwerte werden für die VR-Simulation (Virtual Reality) benötigt und dienen der Entwicklung von Trainingssimulatoren.

  •  Geschwindigkeit frei wählbar
  • Vorgabe der max. Einstichtiefe
  • Automatische Abschaltung und Rückfahrt auf Nullpostion bei zu hoher Kraft, z. B. Nadel trifft auf Knochen, oder durch Drücken der Not-Taste
  • Die max. Kraft kann frei eingestellt werden, Messung über den Motorstrom
  • Exakte Wegmessung durch integrierten Encoder, ein Schlupf wird sofort erkannt
  • Exakte Kraftmessung über separatem Kraftsensor
  • Zug- und Druck-Kraft messbar
  • Kraftmesswert wird über einen vorhandenen Analogeingang der Schrittmotorsteuerung erfasst
  • Programmierung und Steuerung ausschließlich via USB-Port
  • Programmierung mit LabView (VISA-Modul) 


Kooperation mit dem Universitätsklinikum Aachen, der VR-Group des Rechenzentrums der RWTH Aachen und Biomechanik Labor der FH Aachen

Spritzenpumpe

> Eigenentwicklung
> Doppelhub-Spritzenpumpe
> präziser Schnrittmotor
> µControllergesteuert
> Übergabe der Steuerparameter durch LabVIEW©

Biaxial-Tesstand

> Eigenentwicklung
> 4 Stk. Präzisions-Schnrittmotoren
> Echtzeit-Motosteuerung inkl. Messwertaufnahme und Videoaufzeichnung zur DIC Auswertung (Digital Image Correlation)
> LabVIEW© Mess- und Steurungsprogramm

Praktikum

Forschung