Untersuchungen zur Auslegung elektromagnetischer Linearaktoren für den intrakutanen Wirkstoffeintrag

Seit mehreren Jahren ist ein enormer Zuwachs der kosmetischen und medizinischen Hautbehandlungen zu verzeichnen. Auf der einen Seite erfreuen sich Tattoo und Permanent-Make-up in breiten Bevölkerungsschichten wachsender Beliebtheit, auf der anderen Seite sind neuartige medizinische Therapieformen wie das Microneedling entstanden, bei denen der Haut mikroskopisch kleine Verletzungen zugefügt werden, um körpereigene Heilungsprozesse in Gang zu setzen. Charakteristisch für diese Anwendungen ist, dass Nadeln oder Nadelpakete die menschliche Haut mit einer Frequenz von etwa 100 Hz punktieren. Hierfür kommen hauptsächlich Stechgeräte zum Einsatz, welche die Rotationsbewegung eines Gleichstrommotors über einen Kurbeltrieb in eine Linearbewegung umwandeln. Dadurch ist die Schwingungsamplitude der Nadeln kinematisch festgelegt und konstant. Bestimmte Arbeitsgänge wie das Zeichnen von Schattierungen lassen sich damit allerdings nur eingeschränkt durchführen. Für diese ist es vielmehr förderlich, wenn die Schwingungsamplitude bei einer Belastung durch das Einstechen in die Haut abnimmt. Ein solches Stechverhalten wird von den Anwendern als „Give“ bezeichnet und geschätzt. In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze vorgestellt, um die beschriebene Nadelbewegung durch ein Stechgerät zu erzeugen, welches auf einem elektromagnetischen Lineardirektantrieb basiert. Damit geht der außerordentliche Vorteil einher, dass sich sowohl die Nadelamplitude als auch der Give elektronisch frei einstellen und somit ein breites Spektrum an Arbeitstechniken mit einem einzigen Gerät abdecken lassen. Bei der Entwicklung steht das Erreichen eines effizienten Betriebs sowie die Begrenzung der Gehäusevibration im Vordergrund. Dies wird durch verschiedene Maßnahmen, darunter ein gezielter, toolgestützter mechanischer und elektromagnetischer Entwurf, der Einsatz spezieller hart- und weichmagnetischer Werkstoffe sowie die Optimierung des zeitlichen Verlaufs der ansteuernden Spannung erreicht. Für den sicheren und zuverlässigen Betrieb eines solchen Stechgeräts ist es weiterhin unumgänglich, die Schwingungsamplitude durch geeignete Regelungsstrukturen zu beeinflussen. Hierfür ist die messtechnische Erfassung der Läuferposition in hoher zeitlicher Auflösung erforderlich, die bei den Lineardirektantrieben durch ein spezifisch für die vorliegende Anwendung entwickeltes, miniaturisiertes und in das Stechgerät integrierbares Sensormodul verwirklicht wird. Zur robusten Erfassung der Schwingungsamplitude aus dem zeitlichen Verlauf der Läuferschwingung kommt ein Taylor-Kalman-Filter zum Einsatz. Das entstandene mechatronische Gesamtsystem hat seine Eignung bereits in Anwendungstests unter Beweis gestellt. Aufgrund der inhärenten Vorteile, die ein Lineardirektantrieb gegenüber den aktuell am Markt erhältlichen gleichstrombetriebenen Motoren bietet, sowie den im Rahmen dieser Arbeit geleisteten Neuentwicklungen zur Durchführung eines effizienten und durch die Regelung zuverlässigen und präzisen Betriebs, ergibt sich für das entwickelte System ein immenses Marktpotential.

Author dc:creator

• Mönnich, Oliver

Advisor dc:contributor.advisor

• Lehr, Heinz

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de

Identifier URI

https://doi.org/10.14279/depositonce-16678

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/17889