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Lehrstuhl
Metallische Werkstoffe
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Kniegelenk
Knieendoprothese (Aequos G1 ®)

Prüfstand
Triboprüfstand (Eigenbau Metallische Werkstoffe, Universität Bayreuth)

Künstliche Gelenke

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Michael Reif

Im Rahmen dieser Arbeitsgruppe wird das Reib- und Verschleißverhalten künstlicher Kniegelenke untersucht. In künstlichen Kniegelenken laufen Tibiainlays aus UHMWPE gegen einen metallischen Reibpartner. Dabei entsteht, wie in jedem reibungsbehafteten System, Wärme. Während das Metall sich bei der Belastung elastisch verhält, mit vernachlässigbarem Einfluss der Geschwindigkeit und der Temperatur, ist UHMWPE ein teilkristalliner Thermoplast und zeigt als solcher ein viskoelastisch-plastisches Verformungsverhalten mit Hysterese. Das bedeutet, dass das dynamische Materialverhalten stark von der Temperatur, der Belastungsgeschwindigkeit und der Amplitude abhängt. Bei Belastung kommt es zu innerer Reibung zwischen den Molekülketten und damit ebenfalls zu Wärmeentwicklung. Forschungsthemen sind daher die tatsächlich entstehende Wärmeentwicklung im ultrahochmolekularen Polyethyleninlay (UHMWPE) während der zyklischen Belastung beim Gehen zu ermitteln. Ebenso wird der Einfluss der Temperaturerhöhung auf das Werkstoffverhalten der Tribopaarung untersucht.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Analyse des Einflusses der Oberflächeneigenschaften des metallischen Gegenkörpers auf das Werkstoffverhalten. Klinisch werden im Moment vor allem CoCr-Legierungen verwendet. Daneben werden aber auch Titannitridbeschichtungen oder oxidiertes Zirkonium eingesetzt.

Insbesondere der Einfluss der Benetzungseigenschaften bezüglich der Schmierflüssigkeit sowie die Adhäsion zwischen den Reibpartner spielen eine Rolle hinsichtlich des Reibungs- und damit Verschleißverhaltens der Gelenke. Hinsichtlich Abrasion sind große Härte und Kratzfestigkeit des Metallimplantats erstrebenswert.

Versuche können an einem am Lehrstuhl entwickelten Walze-auf-Platte-Kniesimulator durchgeführt werden.

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Lehrstuhl Metallische Werkstoffe, Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel - Impressum