Simulation in der Orthopädietechnik: Abgekürzte Konstruktionsphase

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Produkttests sind dennoch unabdingbar

So wird auch diese Prothese schließlich Prüfstandsversuchen zur Ermittlung des Langzeitverhaltens unterzogen. Die Tests an einer einzigen Variante laufen über mehrere Wochen; währenddessen werden über 3.000.000 Lastzyklen abgespult.

Der Prüfstandsversuch wird in der ANSYS Workbench Simulationsumgebung simuliert. Aus den CAD-Daten des Kniegelenks wird ein der Simulation zugrunde liegendes Finite-Element-(FE-)Modell aufgebaut, der Prüfstand an sich wird stark idealisiert betrachtet und auf die wesentlichen Parameter reduziert. Die Kinematik der Prothese kann mittels nichtlinearer reibungsfreier Kontakte gewährleistet werden. Diese Kontakte lassen Rotationen an den Gelenkpunkten zu.

Die Verformungs- und Spannungssituation der Knieprothese wird ermittelt. Mittels Dauerfestigkeitsnachweis nach FKM-Richtlinie können kritische Bereiche überprüft werden. Aufgrund der Erkenntnisse aus der Simulation ist es möglich gezielt konstruktive Änderungen vorzuschlagen. Unterschiedliche Varianten mit veränderter Wandstärke oder angepassten Materialeigenschaften können in kurzer Zeit durchgespielt werden. So lassen sich Entscheidungen bezüglich neuer Prüfstandsmodelle beschleunigen. Es wird ermöglicht, Vorhersagen über den Ausgang der realen Prüfstandsversuche zu machen. Die Zahl der notwendigen Prüfstandsversuche konnte reduziert werden, weil die Tests mit vorab per Simulation verbesserten Kniegelenken durchgeführt werden. Der Einsatz kostenintensiver Materialien für die Herstellung konnte vermieden werden.

Zufriedene Mienen beim Anwender

Nicht nur die Ergebnisse der Simulation überzeugten die Mitarbeiter der Firma Streifeneder. Auch das intuitive Programmhandling und die Vielzahl an Möglichkeiten der Ergebnisaufbereitung in ANSYS Workbench führte dazu, dass man schnell einen Effizienzgewinn für die Produktentwicklung durch den konsequenten Einsatz von Simulationstechniken erzielen konnte. Die Firma Streifeneder selbst verfügt über das Simulationsprogramm ANSYS in der Lizenzierung DesignSpace und hat Anwender bereits ausbilden lassen, so dass derartige Untersuchungen eigenständig durchgeführt werden können. Die Simulation nimmt bei Streifeneder einen festen Platz im Produktentwicklungsprozess ein.

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