Oberflächenstrukturierung zur Reduzierung von Reibung & Verschleiß niedrigkongruenter keramischer Gleitpaarungen

• Antragsteller: Professor Dr. Jan Philippe Kretzer; Professor Dr.-Ing. Frank Mantwill
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419981660

Langfristiges Ziel ist der universelle Einsatz strukturierter Keramik-Keramik-Gleitpaarungen für den künstlichen Gelenkersatz, um eine längere Haltbarkeit der Prothesen zu gewährleisten. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen durch eine gezielte Analyse der Wirkmechanismen Oberflächenstrukturen für günstige Schmierverhältnisse und verminderte Reibung definiert und optimiert werden. Für dieses Ziel ist ein valides, komplexes Simulationsmodell entsprechend eines experimentellen Prüfaufbaus zu entwickeln, um mit dessen Hilfe eine Vielzahl unterschiedlicher Strukturen hinsichtlich der Wirkmechanismen zwischen Oberflächentopographie und den Schmierverhältnissen zu untersuchen. Diese bilden die Basis, um für eine Auswahl wirkender Lastkollektive optimale Strukturen abzuleiten. Es ist geplant, sich schrittweise der Geometrie anatomischer Gelenke sowie biomechanischer Belastungskollektive anzunähern, um den Einfluss variierender Strukturen sorgfältig zu bewerten. Die numerisch erzielten Erkenntnisse sollen kontinuierlich durch Reib- und Verschleißversuche abgesichert und ergänzt werden. Das beantragte Forschungsvorhaben baut gezielt auf die Ergebnisse der Vorstudie auf, in welcher für eine Flat-on-Flat Konfiguration mit niedriger Flächenpressung durch Dimple-Strukturierungen eine Reibreduktion von 23% und eine Verschleißreduktion von 48% erzielt werden konnte. Insgesamt wird eine Reibungsreduktion um 40% und eine Verschleißreduktion um 60% für niedrig-kongruente Kontakte unter komplexen, biomechanischen Lastkollektiven angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen