Innenohrmikrowandler zur Anregung der Perilymphe bei Schwerhörigkeit
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die ursprüngliche und grundlegende Zielsetzung im Rahmen des Projektes „Innenohrmikrowandler zur Anregung der Perilymphe bei Schwerhörigkeit“, die Fertigung eines auf rein mikrotechnologischen Fertigungsprozessen basierenden, implantierbaren Hörgerätes (erste Aktorgeneration) und der damit verbundenen Vorteile einer Batch-Herstellung der Systeme zur Kostensenkung musste zugunsten eines neuartigen hybriden Fertigungsansatzes (zweite Aktorgeneration) abgeändert werden. Dies bedingte, dass anstelle einer Optimierung des mikrotechnischen Systems eine Neuentwicklung des Aktorsystems durchgeführt wurde. Das hierbei vorgesehene Funktionsprinzip eines elektromagnetischen Aktors wurde aufrechterhalten. Die Änderung im Fertigungsansatz besteht in der Kombination von mikrotechnologischen und feinwerktechnischen Herstellungsverfahren der im System verwendeten Komponenten. Durch die Ansiedlung des Aktorsystems in einem Größenbereich in dem sich beide Fertigungstechniken überschneiden, konnten die spezifischen Vorteile beider Herstellungsmöglichkeiten kombiniert werden und zu einem effektiveren System führen. Der ursprünglich verfolgte rein mikrotechnologische Fertigungsansatz ist durch die in der Regel nicht vorhandene Möglichkeit, elektrische Komponenten im Volumen zu erzeugen, mit einem entscheidenden Nachteil behaftet. Somit lassen sich lediglich Planarspulensysteme herstellen, welche in der Anzahl an Windungen begrenzt sind. Diese Begrenzung ergibt sich hauptsächlich durch die technisch sinnvolle Beschränkung auf zwei Spulenlagen im System. Die notwendige geometrische Limitierung der Aktorgröße, die sich durch die Implantation in dem Bereich der Rundfenstermembran der Cochlea ergibt in Kombination mit den minimal erreichbaren Strukturgrößen durch die mikrotechnische Fertigung führt zu sehr großen Restriktionen hinsichtlich der Gestaltung des Systems. Das im ersten Antragszeitraum entwickelte und im zweiten Zeitraum erfolgreich gefertigte mikrotechnologische Wandlersystem verfügt bedingt durch diese Limitierungen über eine Windungszahl von 108 Windungen. Ginge man von einer Verdopplung der Spulenlagen von zwei auf vier aus, führt dies lediglich zu einer Erhöhung der Windungszahl auf 216 Windungen. Hierbei ist für die jedoch bereits komplexe Fertigung eine weitere starke Steigerung des Aufwandes zu erwarten, was zu einem sehr hohen Ausschuss führen würde. Die Erhöhung der Anzahl der Windungen im System bietet jedoch deutliche Vorteile. Es ist dadurch möglich, die ohmschen Verluste im System bei gleichbleibender oder sich erhöhender magnetischer Durchflutung zu minimieren und somit einen geringeren thermischen Energieeintrag in das umgebende organische Gewebe zu ermöglichen. Um diese Restriktionen zu umgehen, wurden nach der Analyse des Systemverhaltens des rein mikrotechnologisch gefertigten Systems ein hybrides Aktorkonzept entwickelt, welches auf der Verwendung von feinwerktechnisch hergestellten Systemkomponenten im Bereich des elektromagnetischen Aktivteils und mikrotechnologisch gefertigten Komponenten im Bereich des elektromagnetisch-mechanischen Wandlerteils besteht. Die zunächst durch fotolithografische und galvanische Prozesse erzeugten elektromagnetischen Komponenten wie Spule und Flussführung wurden im Prozess der Neuentwicklung durch Drehteile aus weichmagnetischem Material sowie eine gewickelte Spule ersetzt. Diese Teile wurden durch Zulieferer zur Verfügung gestellt, wobei zunächst auch Spulensysteme am IMPT eigenständig hergestellt wurden. Die bereits im ersten System verwendeten elektromagnetisch-mechanischen Wandlerkomponenten bestehend aus einem Membransystem mit galvanisch abgeschiedenem weichmagnetischen Rückschluss sowie der Aufnahme für ein Koppelelement wurden in Hinsicht auf das neue System angepasst. Hierbei sind eine veränderte Geometrie und die sich dadurch verändernden mechanischen Eigenschaften der Wandlerkomponente in den Entwurf eingeflossen. Die Abänderung der Herstellung des Aktorsystems führte außerdem zu der Notwendigkeit, die Aufbau- und Verbindungstechnik an das hybride Aktorkonzept anzupassen, wobei sich der Montageaufwand als deutlich aufwändiger darstellt und im Bereich der Positionierung von einzelnen Komponenten des Systems als fehleranfälliger anzusehen ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Herstellung eines Mikroaktors zur Anregung der Perilymphe bei Schwerhörigkeit. Tagungsband: Mikrosystemtechnik-Kongress (MST2011), Darmstadt, Deutschland, VDE Verlag GmbH – Berlin – Offenbach, ISBN 978-3-8007-3367-5, S. 441-444, 2011
T. Creutzburg, S. Cvetkovic, L. Rissing
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Design and Fabrication of a Microactuator for a Hearing Aid. Int. Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 39, pp. 471-477, 2012
T. Creutzburg, L. Rissing, T. Lenarz, G. Reuter
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A Hybrid Concept as a new Approach for the Micro-Production of Magnetic Actuators. Symposium on Automated Systems and Technologies AST, St. Petersburg, Russia, PZH-Verlag, Berichte aus dem ITA, pp. 89-93, Band4/2014
L. Rissing, T. Creutzburg, M. Steffens, G. Reuter, T. Lenarz
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Magnetic MEMS. Semicon Russia 2014, St. Petersburg, St. Petersburg State Polytechnical University Journal 5 (205), pp. 21-35, 2014
L. Rissing, A. Belski, T. Creutzburg, T. Griesbach, M. Kaiser, A. Wienecke, M. C. Wurz
