Veranstaltungsrückblick Oberflächentechnik: Verschleiß und Verschleißschutz

Wie verschleißen Oberflächen und was kann man dagegen tun? Anhand zweier Praxisbeispiele präsentierte das Co-Creation Lab Oberflächentechnik im Rahmen der digitalen Veranstaltungsreihe „Aus der Forschung in die Anwendung“ Ergebnisse und Lösungen.

Die Implantation künstlicher Hüftgelenke gehört in Deutschland zu den häufigsten Operationen. An der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) forschte die aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF) geförderte Nachwuchsforschergruppe „Mobil bis ins hohe Alter“ bis Dezember 2020 drei Jahre lang an der Entwicklung verschleißarmer, langzeitstabiler Hüftimplantate. Im Mittelpunkt stand dabei unter anderem das aus Kugelkopf und Inlay bestehende tribologische System von Hüftendoprothesen, insbesondere die Analyse der beiden Einflussfaktoren Material und Design auf die Standzeit des Inlays.

Dr.-Ing. Thomas Horst, Professor für Werkstofftechnik und Werkstoffprüfung an der WHZ und Leiter der Nachwuchsforschergruppe, erläuterte im ersten Vortrag der Veranstaltung wie sich der Verschleiß von Hüftendoprothesen unter realen Bedingungen charakterisieren lässt. Dazu werden explantierte Prothesen unter anderem mit einem Microfocus-Röntgensystem untersucht und auf diese Weise typische Versagens- und Verschleißbilder ermittelt. Diese können dann beispielsweise mit patientenspezifischen Daten verknüpft werden. Die Forschung an der WHZ soll dazu beitragen, die Langzeitstabilität der Implantate zu verbessern und dadurch die Zahl der Folgeoperationen zu reduzieren.

Im zweiten Vortrag stellte Hagen Grüttner, CEO der ANTACON GmbH, eine am Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) entwickelte Technologie vor, die es erstmals ermöglicht, maximal harte und beliebig dicke diamantähnliche Kohlenstoffschichten (Diamond-like Carbon, DLC) für den Verschleißschutz von zum Beispiel stark beanspruchten Werkzeugen und Komponenten zu erzeugen. Dabei handelt es sich um superharte tetraedrisch gebundene amorphe Kohlenstoffschichten (ta-C), die sich vor allem durch ihre Spannungsfreiheit von den am Markt verfügbaren DLC-Schichten deutlich unterscheiden.

Die Mittweidaer ta-C-Schichten werden mit einem kombinierten Laserverfahren hergestellt. Dabei wird eine wenige 100 Nanometer dicke Schicht erzeugt und in einem zweiten Schritt getempert, wodurch sie sich entspannt. Dieser Vorgang lässt sich beliebig oft wiederholen, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Durch die ANTACON GmbH, dem neuesten Start-up aus dem LHM, wurde das patentierte Verfahren nun kommerzialisiert, so dass die höchst widerstandsfähigen Schichten seit März 2021 industriellen Anwendern aus den unterschiedlichsten Bereichen zugänglich sind, wie zum Beispiel Werkzeug- und Maschinenbau, Automotive, Medizintechnik, Pharma- oder Lebensmittelindustrie.

Die digitale Veranstaltungsreihe „Aus der Forschung in die Anwendung“ wird im Herbst mit weiteren interessanten und innovativen Themen fortgesetzt. Die neuen Ausgaben sind bereits in der Vorbereitung und werden dann rechtzeitig und wie gewohnt hier auf saxony5.de in der Rubrik „Termine“ angekündigt.

Das Co-Creation Lab Oberflächentechnik vernetzt Know-how, Technologien und Infrastruktur der sächsischen Hochschulen für Angewandte Wissenschaften in Dresden, Leipzig, Mittweida und Zwickau sowie des ICM – Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e. V. in den Bereichen Oberflächenfunktionalisierung und Oberflächencharakterisierung.

Unser Ziel ist die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung anwendungsorientierter technischer Lösungen, insbesondere gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft (alle Unternehmensgrößen). Die Kooperationsmöglichkeiten sind vielfältig und reichen von der Fachberatung über Laboruntersuchungen und Machbarkeitsstudien bis hin zu öffentlich geförderten Projekten.

Text: Peter Scheffler (WHZ), Bild: WHZ