Polymertribologie und biomedizinische Materialien

Aufbauend auf einem starken Hintergrund in den Polymerwissenschaften untersucht unsere Gruppe Fragestellungen in der Polymertribologie und der Zuverlässigkeit und dem Einsatzverhalten von biomedizinischen Materialien und Implantaten. In der Polymertribologie versuchen wir, ausgehend von den grundlegenden Reibmechanismen von Polymeren das Reib- und Verschleißverhalten von Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren – auch im Wechselspiel mit Schmierstoffen – zu verstehen, zu charakterisieren und zu optimieren.

Für Partner aus der Medizintechnik oder dem Gesundheitswesen untersuchen wir die mechanischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit von Knochenzementen und Dentalfüllungsmaterialien, aber auch von metallischen oder keramischen Implantaten wie Osteosyntheseplatten, Dentalimplantate oder Hüftgelenkskomponenten. Hierzu entwickeln wir auch geeignete experimentelle Anordnungen und Testprotokolle.

Leistungen

Leistungen Polymertribologie

  • Systembewertung anhand energetischer Kenngrößen bei Schmierung (z.B. bei Materialsubstitutionen und neuen Systemen)
  • Messung, Charakterisierung, Verständnis von
        o   Verschleißentwicklung
        o   Degradationsentwicklung
        o   Haftneigung polymerer Systeme (Stick-Slip, NVH, Knarzen,..)
        o   Geschwindigkeitsabhängigkeit der Reibung (Stribeck,...)
        o   Einlaufverhalten von Strukturen (Erweichung, Polymertransfer,..)

Leistungen biomedizinische Materialien

  • Messung, Charakterisierung, Verständnis von
        o   Festigkeit
        o   Ermüdung und Ermüdungsrisswachstum
        o   Kriechen und physikalisches Altern,
        o   Bruchzähigkeit KIc,
        o   Scherfestigkeit von Haftflächen
        o   Polymerisationsschrumpf und Quellung
        o   Abrasionsbeständigkeit
        o   Erstellen von Schadensanalysen
  • Wir besprechen mit Ihnen gerne regulatorische Anforderungen für die Durchführung von Untersuchungen an Komponenten aus der Medizintechnik (z.B. Durchführung von Lieferantenaudits, Abschließen einer Qualitätssicherungsvereinbarung (QSV)) 

Anwendungsfälle

Anwendungsfälle Polymertribologie

  • Antriebselemente: Verzahnung mit Schmierung, intermittierende Belastung zwischen Auslagerung, Reibung und Verschleiß
  • Dichtungen: Verschleißbeständigkeit und Dichtungswirkung von Oberflächen, Reibwertentwicklung bei Schmierung und Strukturierung
  • Noise-Vibration-Harshness (NVH; ruckeln, quietschen, klemmen, knarzen …): Der Übergang von Haften zu Gleiten bestimmt die Neigung zu Stick-Slip Anregungen und ist auch bei Schmierung systematisch untersuchbar
  • Verschleiß von Elastomeren
  • Schmierstoffauswahl für Thermoplasten
  • Verschleißverhalten von recycelfähigen Systemen
  • Einfluss von Medien (z.B. oxidative oder inerte Gase) auf Reibung und Verschleiß
  • Substitution von Materialien in geschmierten Polymersystemen (PTFE-Ersatz, Fette, Öle, …)
     

Anwendungsfälle biomedizinische Materialien

  • Ermüdungsfestigkeit, Kriechverhalten und physikalisches Altern, Risszähigkeit und Scherfestigkeit von Knochenzementen
  • Aushärteverhalten und Abrasionsbeständigkeit von Dentalkompositen
  • Ermüdungsfestigkeit von Osteosyntheseplatten und Verschraubungen
  • Ermüdungsfestigkeit von Dental- und Kleinimplantaten
  • Schadensanalysen von Dentalimplantaten und keramischen Hüftgelenkskomponenten

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Lehre

Dr. Raimund Jaeger, Hochschule Offenburg
Konstruktionselemente im WS 21/22 seit 2010 (Studiengang Medizintechnik)

Dr.-Ing. Christof Koplin, Hochschule Offenburg
Numerische Methoden in der Biomechanik WS 21/22, SS 22, WS 22/23 (Studiengang Biomechanik)

 

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Leistungsangebote

 

Polymertribologie
 

Die Tribologie von Polymeren kann komplex sein: ein neuer Schmierstoff kann zu einem unerwarteten Reib- und Verschleißverhalten eines Kunststoffzahnrads führen, in einigen Gelenken einer Charge „Knarzen“ die Kunststofflager, und ein Elastomer zeigt bei tribologischer Belastung unter einer aggressiven Atmosphäre einen deutlich höheren Verschleiß. Für diese Frag ...

 

Zuverlässigkeit und Einsatzverhalten von biomedizinischen Materialien und Implantaten


Hüftgelenksprothesen, Knochenzemente oder Dentalimplantate müssen im Patienten mehrere Millionen Lastzyklen überstehen, ohne an Materialermüdung zu versagen. Knochenzemente sollten unter Last keine kritischen Kriechverformungen aufweisen. Die mechanischen Eigenschaften resorbierbarer Osteosyntheseplatten ...

 

Zuverlässigkeit in der generativen Fertigung


Generative Fertigungsverfahren gewinnen bei der Herstellung von Kleinserien maßgeschneiderter Bauteile und der Fertigung komplexer Bauteilstrukturen an Bedeutung. Der Übergang vom Rapid Prototyping zum Rapid Manufacturing erfordert, dass die gefertigten Teile einer zuverlässigen und definierten Qualitätskontrolle unterzogen werden. Dazu beschreiben wir experimentell und rechnerisch die Eigenspannungen ...

Publikationen zum Thema Polymertribologie und biomedizinische Materialien

 

Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...