Kraftakt Kniegelenk: Von Alltagsbelastung zur Prüfstandssimulation

Das menschliche Kniegelenk ist täglich enormen Belastungen ausgesetzt. Ob beim Gehen, Laufen oder Treppensteigen – jede Bewegung erzeugt spezifische Kräfte, die das Gelenk beanspruchen und langfristig Einfluss auf seine Stabilität und Haltbarkeit haben. Doch nicht nur die Art der Aktivität spielt eine Rolle: Individuelle Faktoren wie Körpergewicht, Muskelkraft und Gangbild beeinflussen die Belastung zusätzlich und können das Risiko für Verschleiß oder Implantatversagen erhöhen. Um diese komplexen Zusammenhänge besser zu verstehen, ist eine detaillierte Analyse der wirkenden Kräfte und Belastungsszenarien notwendig. Ziel ist es, die realen Beanspruchungen des Kniegelenks systematisch zu erfassen und daraus Optimierungsmöglichkeiten für Implantate abzuleiten. Mit den gewonnenen Erkenntnissen soll im Anschluss ein Prüfstand aufgebaut werden, der reale Belastungssituationen simuliert und Langzeituntersuchungen ermöglicht.

Aufgabe:

Im Rahmen dieser Arbeit sollen die unterschiedlichen Belastungen, denen das Kniegelenk ausgesetzt ist, systematisch erfasst und analysiert werden. Dazu wird zunächst eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt, um bestehende Erkenntnisse zu Belastungen durch verschiedene Aktivitäten sowie den Einfluss individueller Faktoren wie Körpergewicht, Gangbild und Gelenkgeometrie zusammenzutragen. Darüber hinaus soll eine Marktanalyse bestehender Prüfverfahren in der Industrie durchgeführt werden. Es wird geprüft, welche Belastungsszenarien derzeit bereits simuliert oder nachgebildet werden, welche Material- und Systemeigenschaften dabei Beachtung finden und an welchen Stellen Verbesserungs- oder Erweiterungsmöglichkeiten bestehen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird ermittelt, welche Belastungen für eine realitätsnahe Untersuchung in einem Prüfstand abgebildet werden müssen und wie eine praxisgerechte Umsetzung erfolgen kann. Dabei wird insbesondere geprüft, wie sich verschiedene Gelenkgeometrien einbeziehen lassen können oder ob eine universelle Prüfmethode sinnvoll und umsetzbar ist. Abschließend werden erste Konzepte für einen angepassten Prüfstand entwickelt und hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit bewertet. Erste Untersuchungen können dabei auch durch Simulationen erfolgen, um verschiedene Ansätze zu testen und deren Potenzial für eine experimentelle Validierung auszuloten.

Profil:

• Bachelor-/ Masterstudent im Bereich Maschinenbau, Materialwissenschaft, Medizintechnik, Elektrotechnik, Mechatronik oder ähnlichem Studiengang
• Interesse an biomechanischen Fragestellungen, Medizintechnik und Produktentwicklung
• Analytisches Denkvermögen und Interesse an der Bewertung komplexer Belastungsszenarien
• Eigenständige und strukturierte Arbeitsweise sowie Freude an konzeptioneller Entwicklung und ersten Simulationsuntersuchungen
• Interesse an biomechanischen Belastungsanalysen, Prüfstandsentwicklung und medizintechnischer Forschung
• Fähigkeit zur systematischen Literaturrecherche und Analyse bestehender Prüfverfahren in der Industrie

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