DE202009009946U1 - Prüfstand zur tribologischen Evaluierung neuer Gleitpaarungsmaterialien für Knieendoprothesen - Google Patents

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Abstract

Triboprüfstand zur Evaluierung neuer Gleitpaarungsmaterialien für Endoprothesen, dadurch gekennzeichnet, dass eine gekoppelte oder separate Roll- und/oder Gleitbewegung einer Gleitpaarung an vereinfachten Probekörpern durchgeführt wird, die allein durch die geometrische Gestaltung der Probekörper und dem einachsigen Antrieb der Bewegungskomponenten erreicht werden.

Description

  • Neue Materialien und Beschichtungen für endoprothetische Implantate werden an Abriebsimulatoren gemäß ISO- oder ASTM-Standards kosten- und zeitaufwändig getestet. Dabei sind die ausgeführten Bewegungen und aufgebrachten Belastungen bei den genormten Simulatortests weitgehend vordefiniert. Es werden dabei bestimmte Bewegungsmuster unter Belastung abgefahren und der Abrieb an den Gleitflächen detektiert. Für Untersuchungen an solchen Abriebsimulatoren müssen komplette Implantatsysteme zur Verfügung stehen bzw. hierfür hergestellt werden. Ziel der Erfindung ist es, mit einer neuartigen Prüfvorrichtung die Roll- und Gleitbewegungen im künstlichen Kniegelenk unter variablen Belastungsbedingungen nachzubilden und damit die Abrieb- und Verschleißeigenschaften neuer Gleitpaarungsmaterialien an vereinfachten Implantatgeometrien zu untersuchen. Dabei sollen die Bewegungen frei programmierbar sein. Durch die Übertragung der Roll-Gleitbewegung auf vereinfachte Probengeometrien soll mit Hilfe des Simulators eine Einschätzung der Verschleißbeständigkeit der Gleitpaarungsmaterialien vor der kostenintensiven Fertigung endgültiger Implantatsysteme erfolgen.
  • Die vorgestellte Erfindung zeichnet sich durch parallele Anordnung mehrerer baugleicher Simulatorvorrichtungen aus. Eine Simulatorvorrichtung besteht aus zwei Hebeln (1, 2), einem Rollzylinder (3) und einer geneigten Ebene (4) (1), wobei Rollzylinder (3) und Ebene (4) aus den zu untersuchenden Probenmaterialien für Gleitpaarungen bestehen. Der Rollzylinder (3) ist mit dem Hebel (2) fest verbunden. Die Hebel (1) und (2) sind untereinander gelenkig gelagert. Durch eine axiale Bewegung des Hebels (1) durch einen beliebigen Antrieb rollt bzw. gleitet der Rollzylinder (3), abhängig vom Winkel (5) zwischen Hebel (1) und Hebel (2), auf der geneigten Ebene (4). Dabei können die Bewegungen getrennt (Rollen oder Gleiten) oder nacheinander (Rollen und Gleiten) eingeleitet und dadurch die Verschleißerscheinungen einzelner Bewegungsformen herausgearbeitet werden.
  • Dieses wird durch die Einstellung der axialen Bewegung des Hebels (1) realisiert. Die Roll-Gleitbewegung findet auf der Ebene (4) statt.
  • Durch die feste Verbindung des Hebels (2) mit dem Rollzylinder (3) wird bei Abwärtsbewegung des Hebels (1) der Rollzylinder (3) auf der Ebene (4) nach oben geschoben. Sobald durch die Abwärtsbewegung des Hebels (1) der Winkel (5) zwischen Hebel (2) und Hebel (1) 90° unterschreitet, rollt der Zylinder (3) auf der Ebene (4) abwärts. Solange der Winkel (5) zwischen Hebel (2) und Hebel (1) bei der Aufwärtsbewegung des Hebels (1) kleiner als 90° ist, rollt der Zylinder (3) die Ebene (4) hinauf. Wird durch die weitere Aufwärtsbewegung der Hebel (1) der Winkel (5) zwischen Hebel (2) und Hebel (1) größer als 90° gleitet der Zylinder (3) die Ebene (4) hinab.
  • Die Kraft wird auf die Achse des Rollzylinders (3) aufgebracht. Durch die Möglichkeit der Programmierung des Simulators, kann die Kraft konstant oder zeitabhängig aufgebracht werden.
  • Die einzelnen Simulatorvorrichtungen sind in separaten Probekammern aus durchsichtigem Kunststoff untergebracht. Dieses ermöglicht die Roll-Gleitbewegungen der Gleitpaarung bei temperierter Flüssigkeit ablaufen zu lassen.
  • Durch den einfachen Austausch der Roll-Gleitkomponenten, (Rollzylinder (3) und geneigte Ebene (4)) können neue Materialien vor Simulatorentests als Screening-Tests für neue Gleitpaarungswerkstoffe und Beschichtungen kostengünstig untersucht werden.
  • Die technische Ausführung der Simulatorvorrichtungen des Triboprüfstandes wird anhand der 1 erläutert:
  • 1: Skizze einer Simulatorsvorrichtung des Triboprüfstandes
  • In der 1 ist der Triboprüfstand mit seinen Grundelementen Hebel (1) und (2), fest gelagerter Rollzylinder (3) und die geneigte Ebene (4) dargestellt. Der Hebel (1) ist gelenkig mit dem Hebel (2) verbunden, welcher nicht drehbar mit dem Rollzylinder (3) verbunden ist. Durch eine gesteuerte Axialbewegung des Hebels (1) wird in Abhängigkeit des Winkels (5) zwischen Hebel (1) und Hebel (2) ein Rollen beziehungsweise Gleiten des Zylinders (3) auf der geneigten Ebene (4) erzeugt.
  • 1: Eine Station des Triboprüfstandes
    • 1:
    Hebel (1) für Axialbewegung
    2:
    Hebel (2) ist gelenkig gelagert mit Hebel (1)
    3:
    fest, nicht drehbar gelagerter Rollzylinder (3) bestehend aus Probenmaterial
    4:
    geneigte Ebene (4) bestehend aus Probenmaterial
    5:
    Winkel (5) zwischen Hebel (1) und Hebel (2)

Claims (9)

  1. Triboprüfstand zur Evaluierung neuer Gleitpaarungsmaterialien für Endoprothesen, dadurch gekennzeichnet, dass eine gekoppelte oder separate Roll- und/oder Gleitbewegung einer Gleitpaarung an vereinfachten Probekörpern durchgeführt wird, die allein durch die geometrische Gestaltung der Probekörper und dem einachsigen Antrieb der Bewegungskomponenten erreicht werden.
  2. Triboprüfstand nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Probekörper aus einem Rollzylinder (3) und einer geneigten Ebene (4) zusammensetzen.
  3. Triboprüfstand nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausführung der Bewegung Hebel (1) und (2), gelenkig miteinander verbunden sind, wobei Hebel (1) durch einen Antrieb eine einachsige Bewegung erfährt.
  4. Triboprüfstand nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausführung der Bewegung Hebel (2) und der Rollzylinder (3) fest miteinander verbunden sind.
  5. Triboprüfstand nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Lauffläche der geneigten Ebene (4) als auch der rollende Prüfkörper (3) (Rollzylinder) ausgetauscht werden können
  6. Triboprüfstand nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus mehren parallel angeordneten baugleichen Simulatorvorrichtungen bestehen kann.
  7. Simulatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeführten Bewegungen die Kinematik einer Roll-Gleitbewegung (vgl. Kniegelenk) simulieren, wobei der Rollzylinder (3) relativ zur geneigten Ebene (4) gleitet bzw. rollt.
  8. Simulatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die Achse des Rollzylinders (3) eine zeitabhängige Kraft beim Roll-Gleitvorgang eingeleitet werden kann.
  9. Simulatorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollzylinder (3) und geneigte Ebene (4) in einer Probenkammer integriert werden können, welche die Schmierung der Gleitflächen durch eine Flüssigkeit und die Temperierung der Prüfkörper und der Flüssigkeit ermöglicht.
DE200920009946 2009-07-22 2009-07-22 Prüfstand zur tribologischen Evaluierung neuer Gleitpaarungsmaterialien für Knieendoprothesen Expired - Lifetime DE202009009946U1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112014257A (zh) * 2020-08-24 2020-12-01 海宁君润针织有限公司 一种方便下料的皮革服装生产用检测装置
CN114112337A (zh) * 2021-10-22 2022-03-01 武汉奥绿新生物科技股份有限公司 一种模拟膝关节伸直时生物力学的装置及加载方法

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