Hydrauliken
Prothesenpassteile, wie Knöchel oder Kniegelenke, sind kleine technische Wunderwerke. Össur entwickelt alle Produkte mit dem Ziel, künstliche Gliedmaßen so natürlich wie möglich funktionieren zu lassen. Das Unternehmen verfügt über fünf Forschungs- und Entwicklungszentren, in denen themenübergreifend gearbeitet wird.
Auch in der deutschen Entwicklungsniederlassung müssen Kenntnisse aus den unterschiedlichsten Fachgebieten in die Entwicklungen einfließen, damit neue Produkte den Erwartungen entsprechen. Zu diesen Fachgebieten gehören u.a. Orthopädietechnik, Ganganalytik, allgemeiner Maschinenbau, Hydraulik, Pneumatik, CAD Konstruktion, Werkstoffwissenschaften, Kunststofftechnik, Chemie, Textiltechnik oder auch Prüftechnik und Prüfstandsbau. Am Entwicklungsstandort in Bayreuth sind Mechaniklabor, orthopädische Versuchswerkstatt und 3D-Ganglabor vorhanden. Somit können sowohl Anwender- und Verarbeitungstests durchgeführt als auch Studien erstellt werden.
Aus den modularen Passteilen, die bei Össur entstehen, werden anschließend in den Sanitätshäusern Prothesen gefertigt. Dazu werden die jeweils geeigneten Module mit einem individuell gefertigten Prothesenschaft zu einer genau auf die Bedürfnisse des Anwenders abgestimmten Prothese verbaut.
Jedes lasttragende Passteil wird bei Össur dynamisch auf drei Millionen Schritte getestet. Schließlich müssen die Prothesenpassteile unter allen Bedingungen zuverlässig ihren Job machen, um ihre Träger im Alltag zu unterstützen. Selbst im Sport sind unzählige Sprinter, Springer, Werfer, Triathleten, Marathon-Läufer und Schwimmer mit Össur Prothesenpassteilen erfolgreich ausgestattet. Nur Prothesenpassteile für Kinder sind noch härteren Belastungen ausgesetzt. Denn da kann es schon einmal vorkommen, dass ein Kind mit seinen Freunden auf einen Baum klettert und auch herunterspringt.
Das menschliche Knie zählt zu den komplexesten Gelenken überhaupt. Ersetzt man es durch ein Prothesenpassteil, stehen Stabilität und Sicherheit an erster Stelle. Andererseits soll es sich aber auch möglichst physiologisch bewegen. Das heißt, der Unterschenkel der Prothesenseite soll sich bei verschiedenen Ganggeschwindigkeiten genauso verhalten wie der Unterschenkel des noch vorhandenen Beines. Bei einem Großteil der Produkte erfolgt die Steuerung der Bewegung hydraulisch. Dazu übernimmt ein kleiner, voll einstellbarer Hydraulikzylinder ähnliche Aufgaben wie ein Fahrzeug-Stoßdämpfer. Allerdings federt er hier keine Stöße ab, sondern dämpft eine Drehbewegung.
Da Össur das Hydrauliköl hierbei als eines der zentralen Konstruktionselemente ansieht, arbeitet die Niederlassung Bayreuth mit OELCHECK zusammen. Mit ausgewählten Untersuchungen wurden bereits die Hydrauliköle zweier Kniegelenke beispielhaft unter die Lupe genommen.
Das Össur Cheetah® Knee steht stellvertretend für eines dieser hochbelastbaren Gelenke mit hydraulischer Schwungphasenkontrolle. Es wurde speziell für das schnelle Beugen und Strecken beim Laufen und Sprinten entwickelt. Seine 4-achsige Geometrie bietet gute Stabilität in der Standphase, die Mikrohydraulik ermöglicht die Einstellung des maximalen Beugewinkels, verhindert hartes Anschlagen in der Streckung und erleichtert das Gehen sowie den Übergang vom Gehen zum Joggen bzw. Laufen.
Bei der im Cheetah® Knee verbauten Mikrohydraulik lässt sich der Grad der Dämpfung in Beuge- und in Streckrichtung separat über Ventile an der Außenseite des Kniegelenks regulieren. Damit die lineare Kolbenbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt werden kann, befindet sich im Hydraulikraum eine Zahnstange in Kombination mit einem Zahnsegment.
Im Einsatz geht es in so einem Kniegelenk heiß her. Bei schnellem Laufen erhitzt sich der Kopf des Gelenks auf bis zu 80 °C. Ohne die Kühlrippen im unteren Bereich des Gelenks würden sich die Gelenke allerdings noch deutlich stärker erhitzen.
Die Mikrohydraulik wird mit ca. 25 ml, also etwa drei Esslöffel eines speziellen Hydraulikfluids, befüllt. Trotz dieses Minivolumens muss das Fluid aber maximale Leistung erbringen. Das Össur Cheetah® Knee wird auch bei Marathonläufen eingesetzt. Dies lässt erahnen, welchen Belastungen das Fluid über lange Zeit ausgesetzt ist. Wenn dann aus dem Öl eindiffundierte Luft nicht rasch entweicht, bilden sich kleine Bläschen mit sauerstoffhaltiger Luft. Werden diese Bläschen unter dem hohen Druck, wie er in der Hydraulik des Kniegelenkes entsteht, extrem komprimiert, erfolgt eine Selbstentzündung. Das Öl, das Kohlenwasserstoffe enthält, reagiert dabei mit dem Sauerstoff im Luftbläschen. Analog zum selbstzündenden Dieselmotor kommt es zu einer punktuellen Verbrennung, die, mangels ausreichendem Sauerstoff, unvollständig ist. Bei diesem „Dieseleffekt“ entstehen Rußpartikel, die das Öl in kürzester Zeit schwarz aussehen lassen.
Eine weitere Herausforderung stellt das Zahnsegment im Hydraulikraum dar. Reicht die Performance des Fluids nicht aus, kann bereits frühzeitig Verschleiß auftreten. Führt dieser Verschleiß gar zu Ausbrüchen am Zahnsegment, kann das Gelenk im schlimmsten Fall blockieren und der Prothesenläufer stürzt.
Die sichere Funktion der hydraulischen Kniegelenke hängt entscheidend vom verwendeten Fluid ab. Doch die Anforderungen an die Öle nehmen ständig zu, da der Trend zu noch kleineren, leichteren und leistungsfähigeren Hydraulikeinheiten geht. Damit werden die Öle aber wiederum mit höheren Drücken und Temperaturen konfrontiert.
Um von Anfang an das optimal passende Fluid einzusetzen, arbeitet Össur bei jeder Neuentwicklung mit OELCHECK zusammen. Bei den Analysen der Öle werden eine Vielzahl von Aspekten betrachtet. Dazu gehören unter anderem die Viskosität, das Viskositäts-Temperatur-Verhalten, der EP-Verschleißschutz, die Schmierleistung, das Druckaufnahme- und Luftabgabevermögen, das Oxidations- und Alterungsverhalten über einen langen Zeitraum sowie die Kompatibilität mit den unterschiedlichsten Materialien und Medien.
1971 gegründet, ist Össur heute ein Marktführer in der nicht-invasiven Orthopädie und Innovationsführer der Branche. Das Unternehmen beschäftigt über 3.000 Mitarbeiter, die weltweit Lösungen für die Bedürfnisse von AnwenderInnen, OrthopädietechnikerInnen und MedizinerInnen entwickeln. Das Unternehmen hat seinen Hauptsitz in Island und verfügt über eine umfassende globale Präsenz mit zusätzlichen Vertriebszentren in Europa, Amerika, Asien und darüber hinaus. Össur arbeitet gemäß strengen und effektiven Qualitätskontrollen, die den Anforderungen der ISO 9001 und ISO 13485 Qualitätsmanagement-Standards entsprechen.