ASTM F1820 Demontage von Hüftpfanne und Liner

Die ASTM F1820 Norm definiert ein standardisiertes Verfahren zur Bestimmung der Kraft, die erforderlich ist, um den Inlay (Liner) aus der Hüftpfanne zu entfernen. Diese Prüfung ist von zentraler Bedeutung für die Qualitätssicherung und Entwicklung von Hüftimplantaten, da sie die mechanische Stabilität und Sicherheit der Verbindung zwischen Liner und Hüftpfanne bewertet. Hersteller und Forschungseinrichtungen nutzen diese Tests, um die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Material- und Designvarianten zu vergleichen und sicherzustellen, dass sie den hohen Anforderungen im klinischen Einsatz standhalten.

Die zu testenden Probekörper bestehen aus einer Hüftpfanne mit eingesetztem Liner, die gemäß den Herstellerangaben montiert wurde. ASTM F1820 legt keine spezifischen Abmessungen fest, da diese von der jeweiligen Implantatgröße abhängen. Wichtig ist jedoch, dass die Prüfung unter realitätsnahen Bedingungen durchgeführt wird, um repräsentative Ergebnisse zu erhalten.

Der Testablauf umfasst mehrere Schritte:

• Einspannung des Probekörpers: Die Hüftpfanne wird in einer geeigneten Haltevorrichtung fixiert.
• Positionierung der Belastungseinheit: Ein zylindrischer oder konischer Stempel wird zentrisch in den Liner eingebracht.
• Kraftaufbringung: Der Stempel wird mit einer definierten Geschwindigkeit axial belastet, bis der Liner aus der Pfanne herausgelöst wird.
• Messung und Dokumentation: Die maximale Demontagekraft wird aufgezeichnet und dokumentiert.

Die Prüfung kann unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt werden, beispielsweise in physiologischer Lösung oder bei körpernahen Temperaturen, um realitätsnahe Daten zu gewinnen.

Die ASTM F1820 umfasst mehrere Prüfmethoden, um die mechanische Stabilität der Verbindung zwischen Liner und Hüftpfanne zu bewerten:

Axialer Ausdrückversuch: 

• Bestimmung der maximalen Kraft, die erforderlich ist, um den Liner axial aus der Pfanne zu entfernen.
• Ein axial wirkender Stempel drückt mit konstanter Geschwindigkeit (z. B. 10–50 mm/min) auf den Liner, bis dieser sich löst.
• Zeigt die grundsätzliche mechanische Stabilität der Fixierung zwischen Liner und Pfanne.

Rotationsversuch: 

• Untersuchung der Drehfestigkeit des Liners innerhalb der Pfanne.
• Eine drehmomentaufbringende Vorrichtung setzt den Liner einer definierten Drehbelastung aus, während die Pfanne fixiert bleibt.
• Simuliert die Belastung durch Rotationsbewegungen im realen Gelenkeinsatz und gibt Aufschluss über die Verdrehsicherheit.

Hebelversuch (Schrägausdrückversuch): 

• Simulation von asymmetrischen Belastungen, um das Verhalten der Verbindung bei exzentrischen Kräften zu testen.
• Ein Stempel drückt nicht zentral, sondern unter einem definierten Winkel auf den Liner.
• Simuliert realistische Bewegungsabläufe und Fehlbelastungen, die in vivo auftreten können.

Dynamische Tests: 

• Bewertung der Langzeitstabilität durch wiederholte Belastungszyklen.
• Die Hüftpfanne wird über mehrere tausend bis Millionen Lastzyklen hinweg mit wechselnden Kräften belastet.
• Erlaubt Rückschlüsse auf die Haltbarkeit der Verbindung unter realitätsnahen Dauerbelastungen.

Die ASTM F1820 definiert spezifische Anforderungen für die Prüfmaschine, darunter:

• Hochpräzise Kraftmessung: Die Prüfmaschine muss eine Genauigkeit von mindestens ±1 % der maximalen Prüfkraft aufweisen.
• Gleichmäßige, axial ausgerichtete Kraftaufbringung: Die Belastung muss exakt zentrisch aufgebracht werden, um eine realitätsnahe Beanspruchung zu gewährleisten.
• Regulierbare Belastungsgeschwindigkeit: Die Prüfgeschwindigkeit muss zwischen 10 mm/min und 50 mm/min einstellbar sein.
• Steife Haltevorrichtung: Eine speziell entwickelte Spannvorrichtung muss eine reproduzierbare Fixierung der Hüftpfanne gewährleisten.
• Erfassung der Versagensmechanismen: Die Prüfmaschine muss neben der maximalen Ausdrückkraft auch Verformungen und Bruchmechanismen dokumentieren können.
• Automatisierte Datenerfassung: Die Maschine sollte eine präzise und kontinuierliche Aufzeichnung aller relevanten Testparameter ermöglichen.
• Wiederholgenauigkeit: Die Prüfmaschine muss eine konsistente Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleisten, um Vergleichstests zuverlässig durchzuführen.

ZwickRoell bietet Prüflösungen, die speziell für die Anforderungen der ASTM F1820 entwickelt wurden. Die wichtigsten Vorteile:

• Hochpräzise Messsysteme: Erfassung der Demontagekraft mit höchster Genauigkeit.
• Flexibilität in der Testdurchführung: Modular anpassbare Prüfaufbauten für unterschiedliche Implantatdesigns.
• Prüfsoftware testXpert: Benutzerfreundliche Steuerung und umfassende Datenauswertung.
• Individuelle Anpassungen: Entwicklung spezifischer Haltevorrichtungen und Testkonfigurationen für kundenspezifische Anforderungen.
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