VirtualProsthesis - Entwicklung eines validierten numerischen Simulationsmodells zur Vermeidung von Strömungslärm bei Prothesen

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Menschliche Gelenke, im Speziellen das menschliche Knie, sind ein Meisterwerk der Evolution, die eine funktionale, selbstheilende, geräuscharme und schadenstolerante Kraftübertragung zur Fortbewegung ermöglichen. Im täglichen Leben vertrauen wir in einer beruhigenden Selbstverständlichkeit auf unsere Gelenke. Leider kommt es, selten aber oft unerwartet, zu Unfällen die schwere Verletzungen der Gliedmaßen zufolge haben und als letzter Ausweg für ein Überleben eine Amputation erforderlich ist. Zum Beispiel wurden in Deutschland 2014 57.637 Amputationen gezählt. In solchen schwierigen Lebenssituationen kommen technische Hilfsmittel wie Prothesen. Bei all diesen Produkten kommt ein mechatronisches, geregeltes hydraulisches Dämpfungssystem zum Einsatz, um den natürlichen menschlichen Gang mit der Prothese zu unterstützen und zu sichern. Mechatronische Prothesen gelten als State-of-the-art Heilbehelfe nach Amputationen und ermöglichen Menschen mit Beeinträchtigung einen gewissen Rückgewinn ihrer Mobilität und ihres Lebenskomforts.
Moderne Knieprothesen müssen vielseitigen Anforderungen gerecht werden, um den Anwender und die Anwenderin bestmöglich im Alltag zu unterstützen. Je nach Anwendungsprofil werden unterschiedliche Anforderungen an die Knieprothese gestellt, welche im Allgemeinen geräuscharm die Funktionalität ausüben. Unter bestimmten Umständen kann es jedoch zu einer erheblichen Geräuschentwicklung kommen, welche von der Trägerin oder dem Träger als Stressfaktor empfunden werden und von den umgebenden Menschen als unangenehm wahrgenommen werden. Um diesen lästigen Stressfaktor für die Kunden und Kundinnen zu minimieren werden einerseits Richtlinien von den Gesundheitsbehörden für die Zulassung erstellt, als auch weitere Grenzwerte vom Unternehmen definiert, um die Kundenzufriedenheit erhöhen und diese Stressoren zu vermeiden. Somit müssen moderne Knieprothesen vielseitigen Anforderungen gerecht werden, um den Anwender und die Anwenderin bestmöglich im Alltag zu unterstützen. Neben den funktionellen und mechanischen Eigenschaften trägt auch der emittierte Schallpegel wesentlich zum Tragekomfort bei.

Die Kernidee dabei ist es, eine computergestützte Simulationsmethodik zu entwickeln, die nach ihrer Integration, proaktiv und frühzeitig in der Produktentwicklung zur Vermeidung von Schallquellen (akustischen Hotspots) eingesetzt werden kann. Im Detail werden unter akustischen Hotspots die Kavitationszonen, Turbulenzgeräusche und der akustische Transferweg über die Struktur (Rahmen, Hydraulik etc.) zum Ohr/Mikrophon verstanden. Ausgehend von hochpräzisen und rechenintensiven Simulationsmodellen wird eine zeiteffiziente Akustik-Simulationsmethode erarbeitet. Diese zeiteffiziente Akustik-Simulationsmethode wird mit Messungen an der GENIUM-Reihe validiert, wodurch die Erkenntnisse des Projektes in weiterer Folge auf die strömungsakustische und vibroakustische Optimierung der Konstruktion angewandt werden können.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/07/2130/06/24