Bibliographic Metadata

Title
Einsatz hochfester Aluminiumlegierungen in der Prothetik
Additional Titles
Use of high-strength Aluminium Alloys in Prosthetics
AuthorEbner, Markus
Thesis advisorUnterweger, Udo
Published2018
Date of SubmissionJune 2018
LanguageGerman
Document typeBachelor Thesis
Keywords (DE)Aluminiumlegierungen / Biegefestigkeit / Dauerfestigkeit / Dynamische Festigkeit / Einsatz / Eloxal / Hochfest / Kerbschlagarbeit / Kerbschlagbiegeversuch / Knetlegierungen / Korrosionsbeständigkeit / Otto Bock Healthcare Products GmbH / Prothetik / Spannungsrisskorrosion / Statische Festigkeit / Werkstoffprüfung / Werkstofftechnik / Wöhlerkurven / Zähigkeit
Keywords (EN)aluminium alloys / anodising / bending strength / corrosion resistance / dynamic strength / fatigue strength / high-strength / material engineering / material testing / notch impact energy / notch impact test / Otto Bock Healthcare Products GmbH / prosthetics / static strength / stress corrosion cracking / toughness / use / Wöhler curve / wrought alloys
Restriction-Information
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Classification
Abstract (German)

Die vorliegende, in Kooperation mit dem Unternehmen Otto Bock Healthcare Products GmbH durchgeführte Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob hochfeste, korrosionsbeständige Aluminiumlegierungen am Markt erhältlich sind, die Vorteile im Vergleich zu den aktuell von Otto Bock Healthcare Products GmbH in der Prothetik eingesetzten Aluminiumlegierungen hinsichtlich der Materialeigenschaften statische Festigkeit, dynamische Festigkeit, Kerbschlagzähigkeit und Beständigkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion bieten. Nach einer einleitenden Darstellung grundlegender Begriffe der Werkstofftechnik und -prüfung wird der Stand der Technik der Nutzung von Aluminiumlegierungen in der Prothetik vorgestellt. Anschließend erfolgt die Erläuterung der ausgewählten Werkstoffprüfverfahren, die zur Beantwortung der zugrundeliegenden Forschungsfrage herangezogen wurden (Methodik). Des Weiteren sind in dieser Arbeit essentielle Informationen zur Materialauswahl und Probenfertigung enthalten. Nach der Diskussion der Prüfergebnisse und -auswertungen wurden Ottobock-Bauteile auf Basis einer firmeninternen Recherche ausgewählt, die potentiell für den Einsatz hochfester, korrosionsbeständiger Aluminiumlegierungen geeignet sind. Dabei wurden auch weiterführende, technische und wirtschaftliche Fragestellungen aufgeworfen, denen bei einem zukünftigen Einsatz hochfester Aluminiumlegierungen in der Prothetik Beachtung beigemessen werden muss.

Die durchgeführten Werkstoffprüfungen führten zu keiner Aluminiumlegierung, die in Bezug auf alle begutachtete Materialeigenschaften bessere Kennwerte aufweist, als die aktuell von Ottobock eingesetzten Aluminiumlegierungen. Hieraus wurde der Schluss gezogen, dass zwischen den untersuchten Materialeigenschaften zum Teil gegensätzliche Zusammenhänge bestehen. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass Aluminiumlegierungen existieren, die über höhere statische und dynamische Festigkeiten als die aktuell eingesetzten Aluminiumlegierungen verfügen, jedoch sind diese mit einem Sprödbruchverhalten unter schlagartiger mechanischer Beanspruchung und einer zum Teil hohen Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion verbunden. Außerdem wurde eine Abnahme der dynamischen Beanspruchbarkeit infolge einer Eloxalschicht beobachtet, die sich jedoch in einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit äußerte.

Abstract (English)

The present study, which was carried out in cooperation with Otto Bock Healthcare Products GmbH, addresses the question of whether high-strength, corrosion-resistant aluminum alloys are available on the market, which provide benefits in comparison to the aluminum alloys currently used by Otto Bock Healthcare Products GmbH in prosthetics concerning the material properties static strength, dynamic strength, notch impact strength and resistance to stress corrosion cracking. After an introductory presentation of basic terms of materials engineering and testing, the state of the art in the use of aluminum alloys in prosthetics will be presented. This will be followed by an explanation of the selected material testing methods used to answer the underlying research question (methodology). Furthermore, this thesis contains essential information on material selection and sample production. After discussing the results and evaluations of the test procedures performed, Ottobock prosthesis components were selected on the basis of an in-house research, which are potentially suitable for the use of high-strength, corrosion-resistant aluminum alloys. Moreover, technical and economic issues were raised, which must be considered in a possible future use of high-strength aluminum alloys in prosthetics.

The material tests carried out did not lead to an aluminum alloy which has better characteristics than the aluminum alloys currently used in prosthetics with respect to all material properties investigated. Therefore, it was concluded that partly contradictory relationships between the examined material properties exist. However, it could be shown that aluminum alloys with higher static and dynamic strengths than the currently used aluminum alloys are available, but these are associated with a brittle fracture behavior under sudden mechanical stress and they partly show high sensitivity to stress corrosion cracking. In addition, a decrease in dynamic strength due to anodized layers was observed, but the anodized layers caused an increase of corrosion resistance.