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Studierende der Hochschule Pforzheim entwickeln künstliches Herz

Membranpumpen, Gleichstrommagnet und Rückstellfelder sollen künftig im Takt schlagen – und das menschliche Herz darstellen. Bereits mehrere Studentengenerationen des technischen Bachelorstudiengangs Maschinenbau/Produktentwicklung arbeiten im Rahmen des Seminars „Produktentwicklung und Konstruktion“ an der Entwicklung eines künstlichen Herzens. Neueste Ergebnisse und Verbesserungen wurden am 30. Juni 2016 vorgestellt.

„Im Sommersemester 2016 konnte die funktionale Robustheit des Herzens verbessert werden“, so Professor Rainer Häberer, der die Studierenden bei Konstruktion, Simulation und abschließender Validierung ihrer Experimente begleitet.  

Das künstliche Herz besteht aus zwei Membranpumpen, die über einen Gleichstrommagneten den Körperkreislauf und über eine Rückstellfeder den Lungenkreislauf speisen. Rainer Häberer gibt Einblick in die wissenschaftliche Arbeit: „Die Robustheitssteigerung führt meist zu Magnetkraftverlust und somit zu einer Reduzierung des Fördervolumens. Aufgrund der Eiweißgerinnung darf die Oberflächentemperatur des Magneten  nicht über  37°C ansteigen“. Außerdem, so der Experte, solle das Gewicht des künstlichen Herzens ein Kilogramm nicht überschreiten. „Über eine geschickte Tolerierung der Teile und ein spezielles Stromprofil konnten die Studierenden diese Ziele schließlich erreichen und in der Simulation nachweisen.“ 

Wintersemester 2014/15
Wintersemester 2015/16
Sommersemester 2016

Evolution des künstlichen Herzen im Rahmen des Konstruktionsseminars

Die 17 Studierenden arbeiteten in vier Teams, wobei einem Teilnehmer die Projektleitung übertragen wurde. Grundgedanke hierbei war das „simultaneous engineering“. Das Team „Magnetkonstruktion“ erarbeitete Vorschläge zur Einschränkung der Maß-, Form- und Lagetoleranzen. Das Team „Magnetsimulation“ überprüfte parallel dazu mit einer  FEM – Simulation den Einfluss dieser Vorschläge auf die Magnetkräfte und generierte daraus selbst wieder neue Ansätze. Das Team „Allgemeine Simulation“ überprüfte wiederum den Einfluss dieser Maßnahmen auf die Wärmeentwicklung und erarbeitete Empfehlungen für die anderen Teams. Das Team „Membranpumpe und Gesamtsystem“ steigerte die Robustheit der Membranpumpen und integrierte letztendlich alle gewonnenen Erkenntnisse in das Gesamtsystem.

Magnetkreissimulation
Thermische Simulation

Das Konstruktionsseminar des Bachelorstudiengangs Maschinenbau/Produktentwicklung im sechsten Semester stellt die Studierenden vor komplexe Herausforderungen. Die Aufgabenstellungen orientieren sich an den klassischen Tätigkeiten eines Produktenwicklers: Entwickeln und Konstruieren. „Mit der Präsentation ihrer Ergebnisse am Ende des Semesters zeigen die Studierenden, wie sehr sie ingenieurmäßiges Denken und Arbeiten bereits verinnerlicht haben“, so Rainer Häberer.