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Zwick Müde Implantate? Dynamische Prüfmaschinen decken Schwachstellen auf

| Redakteur: Peter Reinhardt

Mit Hilfe dynamischer Prüfmaschinen lassen sich Dauerfestigkeit und Lebensdauer von Implantaten bestimmen. Sie decken Schwachstellen auf, bevor die Implantate für den klinischen Gebrauch zugelassen werden. Eine neue Prüfmaschine mit Linearantrieb ermöglicht nicht nur sehr präzise Untersuchungen, sie macht auch Schluss mit Hydraulik- und Druckluftleitung im Labor.

Mit bis zu 5 Hz können auf der LTM z.B. Druckschwell-Versuche an Implantaten erfolgen. Das Ergebnis entspricht zwei Jahren in vivo mit 7.000 Zyklen/Tag.
Mit bis zu 5 Hz können auf der LTM z.B. Druckschwell-Versuche an Implantaten erfolgen. Das Ergebnis entspricht zwei Jahren in vivo mit 7.000 Zyklen/Tag.
(Bild: Zwick)

Wann führt die periodische Belastung eines Implantats zum Bruch? Zur Bestimmung der sogenannten Dauerfestigkeit und der Lebensdauervorhersage sind umfangreiche Prüfungen unter zyklischen Belastungen notwendig. Eine der neuesten Entwicklungen im Markt für dynamische Prüfungen ist die LTM-Prüfmaschinenreihe mit Linearmotor von Zwick in Ulm. Dank ihrer ölfreien Antriebstechnik ist die neue Prüfmaschine geradezu prädestiniert für den Einsatz in der Medizintechnik. Typische Anwendungen sind Ermüdungsprüfungen von Wirbelsäulen-, Hüftgelenk-, Knie- und Zahnimplantaten. Durch die hochgenaue Prüfung wird das Risiko des Implantatversagens im Patienten auf ein Minimum reduziert.

Probenhalter und Werkzeuge für eine Vielzahl von Implantat-Prüfungen

Dank unterschiedlicher Probenhalter und Prüfwerkzeuge lässt sich die LTM für eine Vielzahl von Implantat-Prüfungen einsetzen. So werden mit der neuen Prüfmaschine die geltenden Normen ISO 7206-4, ISO 7206-6, ISO 7206-8 und ASTM F2068 umgesetzt, die dynamische Belastungen eines Hüft­endoprothesenschaftes simulieren. Dank der passenden Einbettvorrichtung von Zwick können die vorgegebenen mechanischen Randbedingungen, wie die Lage der Hüftendoprothese zur Prüfkraft oder die Einbetthöhe sowie der Winkel der Lasteinleitung, exakt definiert werden.

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Auch Wirbelsäulenimplantate unterschiedlicher Art lassen sich mit der LTM-Prüfmaschine normkonform prüfen. An den Implantatsprüflingen werden beispielsweise Druckschwell-Versuche (R=0,1) mit einer Prüffrequenz bis 5 Hz durchgeführt. Das Ergebnis: Generierung einer Wöhlerlinie mit einer Schwingspielzahl bis fünf Millionen. Das entspricht rund zwei Jahren in vivo mit zirka 7.000 Zyklen pro Tag. Neben rein axialen Zug-, Druck- bzw. Biegeversuchen kann eine reine oder kombinierte Torsionsbelastung an Wirbelsäulensystemen normgerecht umgesetzt werden, zum Beispiel gemäß ASTM F1717-9, ASTM F2706-8 oder ISO 12189-08.

Zahnimplantate mit oszillierender Druckschwellbelastung prüfen

Mit der LTM-Prüfvorrichtung für Zahnimplantate (Kau-Simulator) wird eine oszillierende Druckschwellbelastung auf Dentalimplantate gemäß ISO 14801 durchgeführt. Diese Prüfung ermöglicht einen Vergleich von dentalen Implantaten mit unterschiedlichen Konstruktionen oder Größen. Dank der Einstellbarkeit der Implantatachse zur Prüfachse im Winkel von 0 bis 50° und der Schnelleinstellung für 30° können mit dieser Prüfvorrichtung dentale Implantatsysteme mit und ohne abgewinkelte Verbindungsteile untersucht werden. Durch die Einbettung des Dentalimplantats in einem Zylindertopf lassen sich zudem unterschiedliche Gewindekonstruktionen ausgleichen sowie Hebelverhältnisse des jeweiligen Implantats einstellen. Der Zylindertopf wird in der Prüfvorrichtung mit Hilfe einer Klemmvorrichtung fixiert.

Motorisch verstellbare Klemmung sorgt für Komfort und Sicherheit

Die dynamische Prüfmaschinenreihe LTM besitzt eine Positioniergenauigkeit von ± 2 μm und steht zurzeit mit Kräften von 5 und 10 kN sowie einem Kolbenhub von 60 mm zur Verfügung. Sie ist für Frequenzen bis 100 Hz und Kräfte bis 10 kN ausgelegt und ergänzt damit das Portfolio von Zwick, das für dynamische Untersuchungen sowohl servohydraulische Prüfmaschinen (bis 100 Hz und 2.500 kN) als auch Hochfrequenzpulsatoren (bis 285 Hz und 1.000 kN) anbietet. Für Komfort und Sicherheit sorgt eine motorisch verstellbare und elektrisch überwachte Klemmung der Traverse. Der sichere Einrichtbetrieb nach EN 60204-1 reduziert die Geschwindigkeit auf 10 mm/s. Eine Standardkühlung über die Umgebungsluft ist integriert. Optional stehen zwei weitere Kühlmöglichkeiten zur Verfügung: entweder über einen Kühlwasseranschluss im Raum oder eine externe Versorgung durch einen Chiller. Beides reduziert nicht nur den Geräuschpegel, sondern verringert vor allem die Erwärmung des Prüflabors, was zu wesentlich präziseren und wiederholbaren Messergebnissen führt.

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