Werkstoff-Technik - Schlüssel für Innovationen der Orthopädie- und Rehatechnik


Referat (Handout), 2002
6 Seiten

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Werkstoff-Technik

Beim Thema "Werkstofftechnik in der Orthopädie- und Rehatechnik" kommt man nicht umhin, einen kurzen Rückblick anzustellen, denn die klassischen Werkstoffe der früheren Orthopädiemechanik waren jahrhundertelang die in der Natur verfügbaren Werkstoffe

- Holz und Leder sowie später
- Metalle und Textilien
- Papier und Pappe.

Diese werden auch heute noch in größeren Menge eingesetzt insbesondere in der Produktion von

- Serienkonstruktionen
- Modulelementen und nicht zuletzt auch in der
- Maßkonstruktion, die in Zukunft noch an Bedeutung gewinnen wird durch
- die immer individuellere orthopädische Problematik jedes Patienten und seiner speziell verordneten Therapie oder Prävention.

Seit einigen Jahrzehnten gewinnt auch der Einsatz von

- Glas und Keramik
- Kunststoffen und Gummi
- sowie Chemiewerkstoffen an Bedeutung durch die
- intrakorporalen Verwendung als Implantate
- und extrakorporalen Anwendung in der Rehatechnik und Orthopädie, z. B. bei Orthesen, Prothesen und Bandagen.

Es bietet sich deshalb im Moment ein breites Spektrum an Werkstoffen, die in der Orthopädie- und Rehatechnik zum Einsatz kommen, in nachfolgender wertmäßiger Verteilung (Jahr 2000).

Werkstoffeinsatz in der Orthopädiemechanik und Rehatechnik (Deutschland)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Besonders dynamische Bereiche sind

- Kunststoffe in Folien und Halbzeugform sowie in Verbunden und Schaumstoffen als Polster, Energieabsorber,
- chemische Werkstoffe wie Klebstoffe, Lacke, Emulsionen und Gels zur effektiven Applikation,
- Leichtmetalle wie Aluminium, Speziallegierungen und Metallschäume
- und besonders die modernen Textilien als Vliesstoffe, Maschenwaren und Textilverbunde, die besonders durch neue Faserentwicklungen an Bedeutung gewonnen haben - Stichwort: intelligente Textilien.

Hochinteressant sind die

- sonstigen Werkstoffe, die statistisch nicht gut erfassbar sind wie bionische Werkstoffe und biokompatible Werkstoffe, die jedoch hochinnovative Eigenschaften aufweisen.

Das Schlüsselwort heißt ohnehin schon einige Zeit

- Innovation, d. h. Erneuerung.

Dies bedeutet jedoch nicht nur

- Produktinnovation, sondern auch Prozessinnovation und damit in letzter Konsequenz auch Werkstoffinnovation.

Diese Begriffe sollen zur Verdeutlichung mit Bespielen in Verbindung gebracht werden, die dafür charakteristisch sind.

Typische Produktinnovation sind Kunstgelenke, bestehend aus Titan-, Keramik- und Polymerwerkstoffen. Für dauerhafte Implantate werden Werkstoffe mit verbesserter Biokompatibilität mit anwendungsspezifischen Eigenschaften wie Oberflächenrauhigkeit, Festigkeit, Härte und Leichtigkeit benötigt. Lösungen bieten sich hier an durch

- neue Schaum- oder Kugelmetalle oder Strukturkeramik sowie Gelenkkapseln aus Fluor bzw. Silikonkunststoffen mit niedrigen Reibungskoeffizienten.

Metallische Hohlkugeln und Hohlkugelstrukturen

Hochporöse metallische Strukturen zeichnen sich durch Eigenschaftskombinationen aus, die in dieser Form kaum mit anderen Materialien erreicht werden können. So ist es möglich, bei einer geringen Dichte solche Eigenschaften wie z. B. Festigkeit und Diktilität sowie weitere physikalische Kenngrößen (z. B. Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Dämpfungsverhalten, Temperaturbeständigkeit usw.) anwendungsgerecht einzustellen.

Beispiele für hochporöse Werkstoffe sind Bienenwabenstrukturen und Schäume aus Polymeren, Textilien, Metall oder Keramik. Aus metallischen Hohlkugeln ausgebaute Strukturen stellen eine neue, interessante Variante dieser leichten Materialien das. Die Dichte der Hohlkugelstrukturen kann in weiten Grenzen variiert werden. Der Hohlkugeldurchmesser und die Hohlkugelschalendicke sind neben dem Werkstoff die bestimmenden Parameter durch Dotierung des Grundwerkstoffes kann dabei eine weitgehende Anpassung an verschiedene Betriebsbeanspruchungen erfolgen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Anwendung von Textilien

Textile Materialien und faserverstärkte Kunststoffe werden für vielfältige Stützfunktionen und Prothesenfunktionen eingesetzt sowie bei Heilbehandlungen, bei neuropathischen Erkrankungen, für Rheumapatienten oder Diabetiker.

Auch in der Orthopädie werden spezielle textile Erzeugnisse, z. B. textile Futter- und Einlagestoffe für Therapieschuhe oder zur Abdeckung und Polsterung oder für Kompressionsstrümpfe verwendet. Bei chronischen Wirbelsäulen, und Knieerkrankungen finden sie als Miederstützkorsetts, Leibbandagen oder Haltungen, z. B. "Halskrausen", Verwendung.

Eine künstliche Beinprothese muss leicht, ihre Länge einstellbar und das Gelenk gut schwenkbar sein. Hier springen Faserverbundwerkstoffe ein, die aus geflochtenen oder gewebten textilen Halbzeugen bestehen, da diese die Anforderungen "geringes Gewicht" und "Stabilität" sehr gut erfüllen können.

Prozessinnovationen bieten neue Textilmaterialien an aus Polypropylengestrick, die elastisch, aber auch thermoplastisch sind und sich thermisch verformen und schweißen lassen mit Hochfrequenz oder Ultraschall und Laser, und damit im Herstellungsprozess erheblich Kostenvorteile bieten.

Werkstoffinnovationen in breiter Front sind in der Expermientierphase wie

- Mikrokapseltechnologien, die in die Polymere oder Textilien Kapseln einlagern, die mit Wirkstoffen oder Phasenwechselmaterialien gefüllt sind und dann automatische Medikation erlauben oder thermischen Komfort von Orthesen und Prothesen verbessern,
- oder auch elektrisch leitende, halbleitende oder mit Piezo- und Glasfasern ausgerüstete Werkstoffe, die sensorische Fähigkeiten haben, um mechanische Beanspruchung in Prothesen oder Alterung und Abnutzung zu diagnostizieren.
- In der Entwicklung sind auch Legierungen und Polymere mit 3-D-Formgedächtnis und Strukturremanenzen, die sich teilweise selbst reparieren können, auch auf bionischer Basis.

Letztere Werkstoffe suchen jedoch noch nach ihrem Produkteinsatz.

Die Werkstofftechnik in der Orthopädie- und Rehatechnik vollzieht also in den nächsten Jahrzehnten einen schnellen Wandel von der

- passiven, lediglich adaptiven Materialpalette
- zu den aktiven, sich fast biologisch verhaltenden Werkstoffen.

Dies wäre sicher ein eigenes Thema.

Bionische Prothesen und Orthesen aus der Retorte sind wohl noch nicht zu erwarten - aber erhebliche Umstrukturierungen in der Orthopädiemechanik und Rehatechnik mit Komfort- und Therapievorteilen zum Nutzen der Patienten.

- Die Werkstofftechnik in Orthopädie und Rehabilitation ist deshalb eine wichtige Aufgabe und zugleich eine Schlüsselinnovation der Zukunft.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Von der Wissens- zur Produktinnovation

Literaturnachweis:

1.) Hohlbaum: Der medizinische Kompressionsstrumpf. Schattauer Verlag Stuttgart- New York, 1987
2.) O.V.: Statistisches Bundesamt: Material- und Wareneingang "Produzierendes Gewerbe". Verlag Metzler-Poeschel, Stuttgart, April 2001
3.) Bäckmann, R.: Seminar "Technische Textilien - Technische Konfektion". Okt. 2001, Heimbuchenthal
4.) O.V.: MaTech - Neue Materialien für Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Jahresbericht 1999/2000. Bundesministerium Bildung u. Forschung. Berlin

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Details

Titel
Werkstoff-Technik - Schlüssel für Innovationen der Orthopädie- und Rehatechnik
Veranstaltung
Weltkongress Orthopädie- und Rehatechnik Leipzig 2002
Autor
Jahr
2002
Seiten
6
Katalognummer
V111376
Dateigröße
421 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Werkstoff-Technik, Schlüssel, Innovationen, Orthopädie-, Rehatechnik, Weltkongress, Leipzig
Arbeit zitieren
Dipl.-Ing. Reinhard Bäckmann (Autor), 2002, Werkstoff-Technik - Schlüssel für Innovationen der Orthopädie- und Rehatechnik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/111376

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