Wie sieht das mit den Kerben bei Gewinden aus? Zug-/ Druckbelastung.
Elliptische Innenkerbe
Ausgedehntes Bauteil
Bisher:
Isotope Werkstoffe
Fehlerfrei
„Fehlertolerant“
Anwendung der Bruchmechanik
Setzt „Fehler“ voraus .
Spannungsintensitätsfaktor
-> Elliptischer Innenriss
. Linearelastisches Verhalten .
Glas, Keramik, Hochfeste Stähle
Metalle mit geringer Festigkeit und großer plastischer Verformung -> nicht anwendbar!
Lebensdauerorientierte Betrachtung
Dynamische Belastung
Ergebnis
Dauerschwingfestigkeit
Wöhlerdiagramm
Die 4 Phasen in dem Wöhlerdiagramm
Rissfreie Phase
Schadenseinleitung
Schadensfortschritt
Bruch
Metalle
Eigenschaften -> Verfestigung oder Entfestigung
Verfestigung: -> verspröden
Entfestigung: -> Duktilität
Mikrostruktur!!
Nachweismethode
Zyklische Untersuchungen
Skoliose, Verdrehung der Wirbelsäule
Harringtonfaktor HF (Maß für die Schwere der Skoliose)
Verschiedene Hersteller entwickeln „Stäbe“ um die Wirbelsäule gerade zu richten.
Modellerzeugung und analytische Ermittlung der Spannungsverhältnisse
Berechnung mittels der Methode der Finiten Elemente, Voraussetzung: Genaue Kenntnis der Krafteinleitungsbedingungen, Voraussetzung: Kenntnis des Berechnungsverfahrens Aufwand: Hoher Rechenaufwand gerechtfertigt?
Experimentelle Spannungsanalyse Voraussetzung: Kenntnis der DMS-Technik
Werkstoffgesetze zur qualitativen Berechnung im biologischen System mit Bezug auf biologisches Gewebe
Übertragbarkeit der Messwerte von „kleinen“ Proben auf Bauteile!
Bauteilprüfung
Schadensablauf -> Metalle, Keramiken, gering bei Kunststoffen
1 . 4
Heilung (Physiologischer Vorgang) -> Biologische Werkstoffe, z.B. Sehnen
Biologisches System
Plastische Verformung
. irreversible Vorgänge .
]
n = Verfestigung –exp.
n ~ 0,2 – 0,3
A < E
Nichtlineares Verhalten
. progressiv / degressiv
Viskoelastizität
. zeitabhängige Eigenschaften
Belastungsverlauf
Materialreaktion
Knorpelgewebe
Ursache: Verzögerte Gleichgewichtsstellung
Metalle:
Kriechen
Kriechkurve:
I:
II:
III:
a) Lebensdauervorhersage!
b) Wartungsintervalle
Medizinische Bilddaten -> Werkstoffeigenschaften
. Röntgenschwächung .
[E  Struktur]
Ultraschallprüfung
-> [Ultraschallwellen => E-Modul]
. Dichte .
US, MRT, CT -> Biologische Materialien
Verbundwerkstoffe
Kortikalisschrauben aus endlosfaserverstärktem Polyetherketon mit einem Faservolumengehalt von 61%, „net-shape“ gefertigt in einem Fliesspressverfahren
Spezifische Eigenschaften -> Anisotropie .
Einschränkungen
Matrix (M), Faser (F) -> Biokompatibilität
Röntgentransparenz? (Artefakte?)
Allergierisiko?
Langzeitstabilität?
Zielsetzung:
Funktionalität der Struktur des Empfängers => Anisotropie
Verbesserter Informationsfluss zwischen Unternehmen
Ziel:
Durchlaufzeiten verkürzen, Flexibilität erhöhen (Reaktionsfähigkeit auf innere und äußere Einflüsse)
Integration aller informationsverarbeitenden Systeme
Verschiedene Ansätze zur Integration von CIM
Y-Modell nach Scheer
Hierarchische Integration
Unternehmenspyramide
CIM-OSA-Modell
Idee ïƒ Planung ïƒ Konzeption ïƒ Entwicklung (Entwurf/Design, Konstruktion, Berechnung, Erprobung)
„Klassische Produktentwicklung“ nach VDI
Produktentwicklung
1. Produktentwicklung (klassisch) 2. Veränderte Randbedingungen für die Produktentwicklung aktuelle Forderungen: Kundenwunsch und Verhalten geben die Anforderungen an ein Produkt vor ïƒ individualisierte Medizin
.schnell .sicher .preiswert .fertigen
Individualisierte Medizin:
Personalisiert/einzelne Person im Vordergrund
Konsequenzen für die Medizintechnik:
Entwicklung von Medizinprodukten (Konstruktion (CAD ïƒ CIM),…,…)
Fertigung von Medizinprodukten (Generative Fertigungsverfahren etc.)
Folgerungen
Schnell ändernde Kundenwünsche, sinkende Produktlebenszeit, Individualisierung der Produkte, wachsende Bedeutung des Designs
Konsequenzen für Produktentwicklung:
Neue Verfahren und Methoden (Schneller, rationeller)
Lean-Management
Lean-Produktion
Just-in-Time ïƒ 70/80er Jahre und so gut wie keine Konsequenzen für Produktentwicklung