Die Geschichte von Nitinol



Die Geschichte von NiTinol ist noch sehr "jung"

NiTinol wurde 1962 in einem Labor der US-Amerikanischen Marine (US-Naval Ordnance Laboratory) erfunden. Sie suchten damals für die Verbesserung ihrer Unterseeflotte nach einem antimagnetischem Metall, daß enorm hart und korrosionsfest ist. Durch das Zusammenschmelzen von ca. 55% Nickel und 45% Titanium ist eine Legierung entstanden, die außerordentliche, bis dahin nicht bekannte, Charakteristiken aufwies.

Hier eine kleine Anekdote dazu:
Bei dem Beplanken des Buges eines Unterseebootes wurden NiTinol-Platten mit Hilfe von Nieten befestigt. Einer der Arbeiter versuchte die Form dieser Platten besser an den Untergrund anzupassen und dies mit Hilfe, wie bei normalem Stahl üblich, durch erhitzen. Hier passierte genau das Gegenteil des Gewünschten. Die NiTinol-Platten wurden in ihre rrsprüngliche Form zurück geformt und zogen dabei Nieten aus dem Bug. Man spricht sogar davon, daß hierbei der Arbeiter nur durch Glück einer massiven Verletzung entgangen ist. Dies, so sagt man, war die Entdeckung des enormen Formgedächtnisses (Shake-Memory) von Nickel-Titan. Der Name NiTinol ist auch daraus entstanden.

Ni = Nickel
Ti = Titanium
N = Naval
O = Ordnance
L = Laboratory

Durch einen Zufall ist eine Verbindung mit einem der Physiker der Navi und Dr. Andreasen der Universität von Iowa zustande gekommen. Nachdem der Wunsch nach Draht-Produkten mit höherer Elastizität und geringerer Kraft seit langem bestand, ergab sich hier ein idealer Anwendungsbereich dieser neuen Nickel-Titan-Legierung.


Superelastizität oder Pseudoelastizität

Es besteht hier grundsätzlich eine Diskrepanz in der Auffassung welcher der Ausdrücke korrekt ist. Nach physikalischer Definition ist Nickel-Titan nicht elastisch, sondern pseudoelastisch. Es ist zu vermuten, daß durch Übersetzungsfehler zunächst aus dem Japanischen (Prof. Miura) über das Englische und unter Einbeziehung des Werbeschlagwortes "Superelastizität" dieser Ausdruck im Bereich der modernen Nickel-Titan-Materialien eingebunden wurde.

Superelastizität war zunächst ein Marketingwort (S.E.) für eine neue Generation von Nickel-Titan, kalt geformt, mit höherer Elastizität. Es ist jedoch anzunehmen, daß aufgrund allgemeiner Übung das Wort Superelasticity oder Superelastizität in der Literatur für die modernen Drähte der Nickel-Titan-Palette gewählt wird.

NiTinol wird in folgenden Bereichen angewandt:

  • kieferorthopädische Produkte
  • Brillenrahmen
  • als Ersatz von Bi-Metallen in Sprinkler- und Feuermeldeanlagen
  • Luft- und Raumfahrt
  • sowie im militärischen Bereich der Schiffahrt

Im medizinischen Bereich sind Anwendungen bekannt in der

  • Unfallchirurgie (Ausrichten von Brüchen)
  • Gefäßkatheter
  • Skoliose-Behandlungen

und nicht zuletzt als

  • "Stützbügel für Büstenhalter".


Unter dem Namen NiTinol Aktiv Arch wurde dieses Produkt von Unitek Mitte der 70er Jahre auf den Markt gebracht. Dr. Andreasen gilt als der "Urvater" NiTinol im Bereich der Kieferorthopädie. An der Universität von Iowa sind diese Versuche Anfang der 70er Jahre begonnen worden. Über einen längeren Zeitraum hinweg gab es nur dieses eine Produkt, das aber nur einen geringen Teil der excellenten Eigenschaften von Ni-Ti Drähten aufwies.

Die hervorgehobenen Eigenschaften waren:

  • im Vergleich zu Stahl und anderen stahl-ähnlichen Legierungen extrem große Flexibilität
  • der hohe Grad an Deflektionsfähigkeit, ohne permanente Deformierung
  • das extrem geringe Korrosionspotential und die damit verbundene Biokompatibilität

Trotz des extrem hohen Nickelgehaltes (ca. 50 %) ist das Korrosionspotential von Nickel-Titan erheblich geringer als bei den Stainless-Steel (St.St.) = Edelstahl-Legierungen, die bei einem Nickelgehalt von 8 bis 14 % ein sehr viel höheres Korrosionspotential aufweisen. Die Literatur zeigt, dass Ni-Ti nur in sehr geringem Umfang Nickel-Ionen freisetzt. Nickel-Allergien in Folge von Behandlungen mit Ni-Ti sind unseres Wissens nach nicht bekannt.

Nitinol ist ein ähnlicher Markenname geworden wie "Tempo" für Papiertücher u.s.w.

Aber inzwischen heißt es:

>NiTi ist nicht NiTi<
> Nitinol ist nicht Nitinol<
>Superelastisch ist nicht superelastisch<

Spätestens mit den Forschungen von Prof. Miura an der Universität von Tokio Anfang der 80er Jahre an dem Japanese-NiTi, der dann unter dem Namen "Sentinol", später "Sentalloy" von Tomy in Japan produzierte NiTi-Draht der neuen Generation ist ein neues Zeitalter auch für die festsitzende Kieferorthopädie angebrochen.

NiTinol und die Straight-Arch oder Straight-Wire-Techniken waren eine ideale Symbiose. Die modernen "superelastischen" NiTi-Legierungen erlauben völlig neue Behandlungsmethoden. Hat NiTinol und die ersten sogenannten kaltgeformten Kopien noch eine fast geradlinig verlaufende Kraftlinie, so weisen die guten modernen NiTi-Bögen und -Federn eine fast gleichmäßig verlaufenden Kraftlinie auf, das heißt innerhalb der Arbeitsbreite steigen oder sinken die Kräfte, die der Bogen ausübt, nur minimal. Man spricht hier von einem sogenannten Plateau.

Diese neue Generation von Bögen und Federn ermöglichen die Anwendung von bisher nicht bekannten geringsten Kräften.
Mit Druckfedern, im Kraftbereich von unter 50 Gramm, werden erfolgreich Molaren distalisiert, Mittellinien verschoben.
"Biologische Kraftanwendung" ist das Schlagwort für diese Produkte.

Artikelbezeichnungen wie thermisch, thermo memory, superelastisch, lowforce high ... alle diese Ausdrücke lassen nur schwer einen Schluß auf die eigentlichen Eigenschaften dieser Bögen zu.

In einigen Verkaufsunterlagen finden Sie noch Abbildungen von Kräftediagrammen, aber in den meisten Fällen enthalten diese Diagramme keinerlei Angabe über die Höhe der Kraft.

Es ist wichtig, daß NiTi-Bögen der modernen Generation folgende Eigenschaften aufweisen.

  1. Je nach Verwendungszweck geringe und genau kalkulierbare Kräfte.
  2. Eine Transformations-Temperaturschwelle **1, die im praktikablem Bereich liegt. Bögen, die erst bei Temperaturen über 50°C in den sogenannten superelastischen Bereich gelangen, oder Bögen, die zwar superelastisch sind, aber deren Kraftbereich bei 500 oder mehr Gramm liegen, sind für eine ganze Reihe von Behandlungsabschnitten nicht zu empfehlen.

Zusatzbemerkung:

Wir haben in den vergangenen 12 Jahren immer versucht, über das "Medium" Nitinol, Ni-Ti ..... mehr Klarheit zu schaffen. Wir haben dazu beigetragen, daß eine Kursreihe "Moderne Materialien" mit Schwerpunkt Nickel-Titan "geboren" wurde, die heute immer noch so aktuell wie vor 8 Jahren ist. Auch haben wir viel dazu beigetragen, daß an vielen Universitäten in Deutschland und Österreich zahlreiche Untersuchungen über Nickel-Titan durchgeführt wurden. Hier hat der deutschsprachige Raum einen klaren Vorteil gegenüber den USA, wo meist nur Fallbeispiele in der Literatur gezeigt wurden. Bei vielen Untersuchungen wurden auch unerwartete neue Erkenntnisse gewonnen und wir sind sicher, daß wir auch in den nächsten Jahren noch eine Reihe von Überraschungen mit Ni-Ti erleben werden.

Wenn noch zu Zeiten eines Dr. Gianelli, Boston, mit Magneten mit ca. 300 bis 350 gr. Anfangskräften zur Distalisierung von Molaren gearbeitet wurde, so werden diese Aufgaben heute teilweise mit gutem Erfolg mit 50 gr. "superelastischen" Ni-Ti Druckfedern erledigt und es laufen Versuche, die selben Aufgaben mit 30 gr. Ferdern durchzuführen.

Wie gering die Kräfte sein können, um gute Ergebnisse zu erreichen, ist noch nicht schlüssig "erforscht", aber das exessive hohe Kräfte zu Problemen führen können, darüber wird heute oft diskutiert.

**1 Übergang von Martensit in Austensit und umgekehrt.

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