¹Orthopädische Universitätsklinik, Medizinische Fakultät, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Magdeburg, Deutschland
²Forschungslabor für Biomechanik und Implantattechnologie, Orthopädische Klinik und Poliklinik, Universitätsmedizin Rostock, Rostock, Deutschland
³Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Zentrum für Traumaforschung Ulm, Universitätsklinikum Ulm, Ulm, Deutschland
⁴Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Magdeburg, Deutschland

Text

Zielsetzung und Fragestellung: In einem Ringversuch auf verschiedenen Tribologieprüfständen soll das tribologische Verhalten verschiedener Synovialschmierstoffe untersucht werden. Ziel ist es, das Reibungsverhalten von verschiedenen Prüfständen mit vergleichbaren Bedingungen zu bewerten und den Einfluss spezifischer Prüfstandskonfigurationen auf die Schmierstoffleistung aufzuzeigen.

Material und Methoden: Der Schwerpunkt lag auf drei verschiedenen Tribologieprüfständen, Stift-auf-Platte, Kugel-auf drei Platten Reibungsprüfstand und mehrachsiger Gelenksimulator, wobei die Prüfparameter in allen Laboren so angepasst wurden, dass je nach Probengeometrie eine ähnliche Reibleistung und Flächenpressung erzielt wurde. Die Materialpaarungen wurden identisch gehalten und bei den verwendeten Schmierstoffen wurden vier verschiedene Schmierstoffe eingesetzt (ovine Synovia, Bakerzyste, künstliche Synovia in Anlehnung an Bortel et al., Kälberserum nach IS0 14242-1). Ziel war es, das Reibungsverhalten von verschiedenen Prüfständen mit vergleichbaren Bedingungen zu bewerten und den Einfluss spezifischer Prüfstandskonfigurationen auf die Schmierstoffleistung aufzuzeigen.

Ergebnisse: Die Ergebnisse der Stift-auf-Platte Tests zeigten geringere Reibungskoeffizienten bei allen Schmierstoffen biologischen Ursprungs. Im Gegensatz dazu zeigten Tests des Kugel-auf drei Platten Reibungsprüfstand geringere Reibwerte, aber auch erhebliche Unterschiede in der Reibung in Abhängigkeit von der Viskosität und Zusammensetzung des Schmierstoffs. Auch die Ergebnisse des Gelenksimulators, mit welchem komplexere physiologische Belastungen nachgeahmt werden können, zeigten, dass biobasierte Synovialschmierstoffe zu geringerer Reibung führten, insbesondere unter Belastungsbedingungen, die der menschlichen Gelenkbewegung ähneln. Bei ähnlicher Reibleistung zeigen die Reibkoeffizienten deutliche Unterschiede in ihrer Höhe. Bei dem Stift-auf-Platte Prüfstand und dem Gelenksimulator lagen die Reibkoeffizienten bei ähnlich hohen Werten um µ ~ 0,07. Bei den Kugel- auf drei Platten Prüfstand sind diese deutlich niedriger bei µ ~ 0,036. Durch die Parametervariation und die Angleichung der Flächenpressung zeigen sich im Anschluss vergleichbare Ergebnisse für die verschiedenen Schmiermittel auf den verschiedenen Prüfständen mit Reibkoeffizienten µ ~ 0,08.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die Studie unterstreicht den entscheidenden Einfluss des Prüfstandsaufbaus auf die tribologischen Ergebnisse, selbst wenn ähnliche Prüfparameter verwendet werden. Diese Unterschiede unterstreichen die Notwendigkeit, bei der Auswahl tribologischer Prüfstände für die Bewertung von Schmierstoffen sorgfältig abzuwägen, da die Ergebnisse je nach Art des verwendeten Prüfstands erheblich voneinander abweichen können. Die Ergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung der Schmierstoffauswahl und der Prüfprotokolle für künstliche Implantate.