Geprüft von Experten

Die Entscheidung, eine Auftragsprüfung für eigene Produkte extern durchführen zu lassen, folgt ganz unterschiedlichen Überlegungen. Ein Grund ist beispielsweise, dass es bei der Prüfung von großen Serien im hauseigenen Labor häufig zu Engpässen kommt. Es können aber auch spezielle Aufgabenstellungen in der Prüfung von Einzelteilen oder Prototypen den Ausschlag dafür geben, die Aufgabe in die Hand von Fachleuten zu legen, um so eine kürzere Entwicklungszeit und damit eine frühere Marktpräsenz zu erreichen.

Ein Unternehmen, das sehr gute Voraussetzungen für solche Auftragsprüfungen bietet, hat seinen Sitz in Ulm: Die Zwick GmbH & Co. KG ist nicht nur ein weltweit führender Anbieter von Prüfmaschinen für die Werkstoffprüfung, sondern verfügt mit mehr als 30 Prüfmaschinen und -geräten auch über eines der größten Labore für die Auftragsprüfung in Europa.

Bei medizinischen Produkten wie Zahnimplantaten ist beispielsweise die Prüfung der Ermüdungs- und Schwingfestigkeit von Bedeutung. Die Implantate weisen im Vergleich zu natürlichen Zähnen ein geringeres und zudem rein lineares Auslenkungsverhalten auf. Der Grund dafür ist, dass ihnen das so genannte Ligament fehlt, ein am natürlichen Zahn vorhandenes elastisches, faseriges Bindegewebe. Dieses verbindet den Zahn mit dem Kieferknochen und federt die hohen Kräfte bei den Kaubewegungen ab. Die ungefederten hohen mechanischen Belastungen können daher bei Implantaten zu Frakturen führen. Diese treten an dem im Knochen eingewachsenen Implantatkörper auf, im Zahnersatz selbst oder an der starren Verbindung (Abutment) zwischen beiden.

Ein integrierter Stoßdämpfer aus Titan verbessert die Situation am Implantat, da er eine bessere Verteilung der Kaukraft gewährleistet. Der maximale Federweg dieser medizinischen Komponente beträgt etwa 20 µm und entspricht damit der Eigenbeweglichkeit eines natürlichen Zahns.

Ob die geforderten Parameter mit dem Produkt tatsächlich erreicht werden, lässt sich mit Hilfe einer Prüfmaschine vom Typ Zwicki-Line mit 500 N Nennkraft in zyklischen Tests prüfen. Diese Maschine ist speziell für kleine Kräfte ausgelegt und bietet eine flexible und kostengünstige Prüflösung für eine Vielzahl von Materialien und Bauteilen. Sie eignet sich in der Medizintechnik daher sowohl für Forschung und Entwicklung als auch für die laufende Qualitätssicherung.

Hohe Anforderungen werden auch an Knochenbohrer gestellt, speziell dann, wenn es um deren Schneidverhalten, die benötigte Anpresskraft und ihre Chemikalienbeständigkeit geht. Zur Prüfung solcher Werte steht im Ulmer Labor eine Zwicki-Line Torsion mit 5 kN Nennkraft und einer Torsionkraft bis zu 20 Nm zur Verfügung.

Mit dieser Anordnung werden Anpress- und Eindringkraft sowie das benötigte Drehmoment eines Knochenbohrers bestimmt. Entsprechend des Einsatzbereiches und der vorhandenen Knochenqualität werden zum Beispiel Dental-, Kortikal- oder Kieferchirurgiebohrer mit definierter Vorschubkraft und Drehmoment in typische Materialen eingedreht. Diese reichen vom Dentin, dem Zahnbein, bis hin zu Knochen oder deren Ersatzstoffen.

Die Prüfung erlaubt es, Drehmoment und Druckkraft überlagert zu messen. Darüber hinaus können dank des umfangreichen Prüfmaschinenkonzepts von Zwick durch eine Drei-Punkt-Biegeeinrichtung auch die Biegeermüdung sowie die Härte des Grundmaterials überprüft werden.

Dr. Peter Stipp Fachjournalist in Bensheim

Das Zwick-Prüflabor berät die Hersteller von Produkten aus dem Medizintechnik- wie auch dem Pharmabereich zu den unterschiedlichen Prüfmethoden. Das Labor ist sowohl mit statischen als auch mit dynamischen Prüfmaschinen ausgestattet, sodass nach allen gängigen Prüfnormen aus der Medizintechnik/Pharmaindustrie geprüft werden kann. Das Prüfspektrum reicht hier von medizinischen Verpackungen über Implantate und Therapiesysteme bis hin zu Biomaterialien.

Neben Standardprüfungen wie Zug-, Druck- und Biegeversuchen setzen die Fachleute in Ulm die Materialprüfmaschinen für mehrachsige Prüfungen, wie biaxiale Zugversuche und Torsionsprüfungen, ein. Auch Ermüdungsprüfungen mit Hochfrequenzpulsatoren oder servohydraulischen Prüfmaschinen sind möglich.

Zu den gängigen Normprüfungen gehören unter anderem Wöhlerversuche (DIN 50100), Schraubenprüfungen (DIN 969), dehnungs- und kraftgesteuerte Kurzzeit-Ermüdungsversuche (DIN EN 3988 und 3874) sowie Prüfungen der Bruchmechanik (ASTM E399 und E647).