Konzepte zur Ermittlung der Festigkeit des Verbundes Knochen-Implantat

Mithilfe experimenteller und numerischer Spannungsanalysen sowie mit Modellexperimenten wurden verschiedene Versuchsanordnungen zur Charakterisierung des Verbundes zwischen Implantaten und angewachsenem Knochen untersucht. Für den derzeit am häufigsten verwendeten Ausstoßversuch, mit dem die Scherfestigkeit des Verbundes ermittelt werden soll, wird gezeigt, daß in der Grenzfläche zwischen Knochen und Implantat nicht die erwartete konstante Scherspannung erzeugt wird, sondern inhomogene, mit Zug- und Druckspannungen überlagerte Spannungsfelder entstehen, die überdies stark von geometrischen Parametern der Versuchsanordnung und der Materialpaarung abhängen. Dies muß zu komplizierten und unterschiedlichen Versagensmustern führen, die die Aussagekraft und Vergleichbarkeit der ermittelten Meßwerte stark einschränken. Als Alternative wird ein Torsionsversuch vorgeschlagen, bei dem alle Voraussetzungen für eine echte Scherfestigkeitsmessung erfüllt sind. Als weitere wesentliche Charakterisier ungsgröße des Verbundes wird dessen Zugfestigkeit angesehen. Für die derzeit verwendeten Methoden wird gezeigt, daß sie Spannungsverteilungen in der Grenzfläche mit hohen Spannungsspitzen erzeugen, die zu einem vorzeitigen Versagen und damit zu einer Unterbewertung des Verbundes führen. Deshalb wurde die Spannungsverteilung in mehreren Schritten durch Variation der Form und der Lasteinleitung optimiert. Es wird eine Vorgehensweise vorgeschlagen, welche die Nachteile der bisherigen Versuchsführungen weitgehend vermeidet.