Kausimulator Typ Muc 1
Info
- Name: Kausimulator München 1 / "kmuc1"
- Bidirektionale repetitive Lasteinleitung unter permanentem Oberflächenkontakt
Kennzeichen
- Oszillierende horizontale Relativbewegung eines Antagonisten zu einer Materialprobe unter vertikaler Lasteinwirkung
- Thermocycling möglich
- 8 Prüfkammern
- Variable Ein- Ausfahrzeit
- Verschiedene Antagonisten einsetzbar
- Variable Prüfzyklen
- Starre Lasteinleitung (50 N) durch Gewichte
- Standardisiertes Prüfprocedere
- Extensive Datenbank
Details
Der Kausimulator MUC-1 wurde von Prof. Kunzelmann an der Universität München in Zusammenarbeit mit der Herstellerfirma FESTO PNEUMATIC auf den Basiskonzepten der Kausimulatoren "Erlangen Typ 1 und 2" (Maier 1995) entwickelt.
Der prinzipielle Kausimulatoraufbau gliedert sich in vier Funktionskomponenten: Mechanik, Pneumatik, Systemsteuerung und Thermolasteinheit.
In der Standardversion verfügt die Kausimulatormechanik über acht Prüfkammern die zur Probenaufnahme und Versuchsbeobachtung an der Frontseite mit abnehmbaren Plexiglasscheiben verschlossen sind. Zur Simulation von Thermowechsellasten verfügt jede Kammer über entsprechende Zu- und Abläufe zur Thermowechseleinheit. Entsprechend der angestrebten Simulation lassen starre Probenhalter oder Probenhalter mit Dämpfungselement in den Kammern montieren.
Die horizontale Lasteinleitung erfolgte ursprünglich pneumatisch über Druckzylinder, wurde jedoch in einem späteren Ausbaustadium durch eine weniger störanfällige Lasteinleitung über Gewichte ersetzt.
Die Kontrolle der vertikalen Bewegung ("Kauzyklen") erfolgt durch eine speicherprogrammierbare Steuereung (SPS), die über Magnetventile und Drucksensoren der einzelnen Prüfkammern eine präzise Regelung der pneumatisch eingeleiteten Kräfte ermöglicht. Um den Bewegungsumfang der Antagonisten auf der Probenoberfläche festzulegen, läßt sich die Wegstrecke der Prüfkammern durch variable Endanschläge an den Gleitlagern im Bereich von 0-8 mm variieren.
Ebenfalls elektronisch geregelt wird die Einleitung von Thermowechsellasten durch eine Regelung von separaten Wärme- und Kältewasserkreisläufen. Alternativ ist eine permanente Wassenbestrahlung der Probenoberflächen während des Simulationsbetriebs durchführbar.
Antagonisten und Prüfprocedere
Um sicherzustellen, dass sich die Verschleißpartikel aus dem Kontaktareal zwischen Grund- und Gegenkörper lösen können und um Stick-Slip- Vorgänge durch die Bewegung des Antagonisten zu minimieren, wird eine Wegstrecke von 8 mm für die Horizontalbewegung gewählt. Ein weiterer Aspekt, der für die Wahl einer "langen" Wegstrecke des Antagonisten spricht, ergibt sich aus der Überlegung, das Creep-Verhalten des Antagonisten bei oszillierendem Betrieb durch das minimal längere Verweilen an den Umkehrpunkten gering zu halten (Kunzelmann 1996).
Der Kausimulator MUC-1 wurde erstmals 1993 zusammen mit den Kausimulatoren anderer Universitäten und Werkstoffprüflabore für den Ringversuch des DIN-Arbeitskreises "Abriebprüfung" des Arbeitsausschusses "D2 Künstliche Zähne" zur Evaluation eines Normvorschlages für Kontaktabriebprüfungen eingesetzt (Kunzelmann 1996) und seitdem in mehreren Ausbaustufen optimiert.
Das Design des Kausimulator MUC-1 entspricht in seinem ursprünglichen Aufbau einer klassischen Pin-on-Block Anordnung, bei der ein zylinderförmiger Pin aus Aluminiumoxid-Keramik (Degussit) als Antagonist Verwendung findet. Da sich dieses Design in vielen Aspekten als problematisch erwies, wurden zahlreiche Material- und Geometrie-Alternativen (Tab.1) auf ihre Verwendbarkeit als Antagonist geprüft (Kunzelmann 1996, Scheufele 2000).
Basierend auf den Forschungsergebnissen wird mittlerweile für Versuche, die einer präklinische Materialoptimierung dienen, und dabei standardisierte Versuchbedingungen sowie niedrige Standardabweichungen bei den Ergebnissen erfordern, eine 5 mm- Degussitkugel als optimaler Antagonist favorisiert (Scheufele, 2000).
Die Konzeption des Kausimulator MUC-1 erlaubt es, die Materialproben in festgelegten Prüfintervallen aus den Prüfkammern zu entnehmen und nach einer Replika-Abformung exakt zu reponieren. Durch die Vermessung der Replika in einem 3D-Laserscanner kann anschließend die Verschleißentwicklung im zeitlichen Verlauf quantifiziert werden. Mit dieser Methode können einzelne Verschleißstadien (Running-In, Steady-State) abgegrenzt werden und Materialien sowohl anhand des Gesamtverschleißes wie auch anhand der Verschleißrate verglichen werden.
Der Kausimulator MUC-1 lieferte in seiner Betriebszeit nicht nur wertvolle Hinweise zum Verschleißverhalten dentaler Komposite, sondern zeigte auch viele Aspekte auf, die einer grundlegenden Konstruktionsoptimierung von dentalen Verschleißsimulationen dienlich waren. Sie ermöglichten nicht nur eine Evolution des bestehenden Systems, sondern führten konsekutiv zur Neuentwicklung der Kausimulatoren MUC-2 und MUC-3.
Firmenkontakt
Festo AG & Co. KG
Ruiter Straße 82
D-73734 Esslingen
Tel: 0711 3470
