Wellenfedern und Sicherungsringe Funktionssichere Elemente für die Medizintechnik

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TFC Ltd Bochum Technisches Zentrum

Wer medizintechnische Baugruppen entwickelt oder fertigt, kommt an den Qualitätsvorgaben der DIN EN ISO 13485 und der EU-Medizinprodukte-Verordnung nicht vorbei. Von hoher Relevanz für die Geräte- und Apparatebauer der Branche sind daher auch Partnerschaften mit erfahrenen Zulieferern, die diese Anforderungen kennen.

Zu den großen Hürden, die Entwickler und Hersteller medizintechnischer und chirurgischer Produkte heute überwinden müssen, gehören eine ganze Reihe marktregulierender und qualitätssichernder Vorgaben. International von Bedeutung sind dabei etwa die Medizinprodukte-Verordnung der EU (engl. Medical Device Regulation, MDR) und die ISO 13485:2016. Sie enthalten fundamentale Parameter, die die Konstrukteure klinischer Geräte und prothetischer Instrumente zu beachten haben – zusätzlich zu den hohen Ansprüchen hinsichtlich der Bauteile-Toleranzen, der Bauraum-Optimierung sowie des Hygienic Design und der verbesserten Usability der Produkte. Wie wichtig an dieser Stelle die Zusammenarbeit mit Maschinenelemente-Zulieferern ist, die sich in diesem Metier auskennen, veranschaulicht das Beispiel des Unternehmens TFC. Es ist Exklusiv-Anbieter der Smalley-Wellenfedern und -Sicherungsringe, die von vielen Herstellern medizintechnischer Erzeugnisse eingesetzt werden und sich insbesondere bei der Realisierung raumoptimierter Baugruppen als Problemlöser erweisen können. Immer wieder zeigt sich außerdem: Die aus Edelstählen, Superlegierungen oder Titan gefertigten Flachdraht-Elemente bieten den Konstrukteuren einen weitaus größeren Spielraum für die Umsetzung innovativer Ideen als konventionelle Runddrahtfedern oder Sprengringe.

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Kreisrunde Kleinigkeiten

Hergestellt werden die Wellenfedern und Sicherungsringe im TFC-Portfolio im Circular-Grain-Verfahren von Smalley. Diese Verfahrensvariante der Kantenwindungstechnik erlaubt sowohl die wirtschaftliche Serienfertigung als auch das kostengünstige Prototyping kreisrunder Flachdraht-Elemente mit sehr kleinen Durchmessern. Aktuell lassen sich damit Sicherungsringe mit Durchmessern von nur 5 mm sowie Wellenfedern mit Durchmessern von nur 4 mm realisieren – was gerade für Baugruppen-Konstrukteure der Medizintechnik von großer Bedeutung sein kann.

Das TFC-Standardsortiment beinhaltet ein- und mehrlagige Wellenfedern mit Durchmessern bis 400 mm. Viele Gerätebauer der Medizintechnik profitieren hierbei von den Wellenfedern der Serie Crest-to-Crest. Da diese mit bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum auskommen als konventionelle Runddrahtfedern – bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit – ergeben sich viele Vorteile für die Realisierung axialer und radialer Bauraum-Reduzierungen sowie die Miniaturisierung ganzer Baugruppen. Zudem lassen sich damit konstruktive Kollisionsprobleme aus dem Weg räumen und Funktionsteile mit Federwegen, Vorspannungen oder Rückstellungen können mit Hilfe der Wellenfedern von TFC erheblich schlanker und leichter gestaltet werden.

Zur konstruktiven Optimierung einer Medikamenten-Dosierpumpe suchte beispielsweise ein namhafter Hersteller jüngst eine neue Federlösung. Er fand sie in Form einer Crest-to-Crest-Wellenfeder, die von TFC während der Neuentwicklung der Pumpe kundenspezifisch ausgelegt wurde. Wie gefordert, stellt sie bei wechselnden Höhen und unabhängig von Bauteiletoleranzen eine stets gleichbleibende Kraft bereit. Zudem ließen sich damit Bauraum-Probleme lösen, die den Einsatz von Runddrahtfedern ausschlossen. Medizingerecht wurde sie in Edelstahl gefertigt, was ihr bei Lastwechseln eine hohe Dauerfestigkeit und eine sehr hohe Standzeit verleiht. Dank der Wellenfeder ließen sich Verbesserungen umsetzen, die eine hochpräzise Medikamentendosierung ermöglichen. Zudem konnte das Pumpendesign kompakter ausgeführt werden.

Flach statt rund

Einen Hersteller von Beatmungsgeräten erfreute TFC hingegen mit einem zweilagigen Flachdraht-Sicherungsring von Smalley. Er substituiert einen DIN-Sprengring aus Runddraht, dessen Restgrat in der Prototypenphase die Gummierung eines Ventilkörpers beschädigte. Überdies hatte sich gezeigt, dass die Toleranzen wegen der Parallelität des Sprengringes in Relation zum vorhandenen axialen und radialen Raum und den daraus resultierenden Nutgeometrien nicht optimal waren, so dass der Ring im Arbeitszustand aus der Nut sprang. Die Lösung bestand in einem Sicherungsring, der exakt nach den gewünschten Abmessungen und Toleranzen gefertigt wurde und sich in der Circular-Grain-Technik gratfrei ausführen ließ. Als Werkstoff wählte man den Edelstahl AISI 316, der dank seiner physikalischen Merkmale und des Molybdän-Anteils eine hohe Temperatur- und Korrosionsfestigkeit aufweist. In der Materialwahl und mit der dampfentfetteten, ultraschallgereinigten Oberfläche entspricht der Sicherungsring von TFC exakt den Wünschen des Kunden. Er konnte damit die Prozesssicherheit des Ventiles garantieren und das Produkt erfolgreich im Markt einführen.

Eine in der Medizintechnik häufig genutzte Ringlösung ist auch der Spirolox-Sicherungsring von TFC. Denn im Unterschied zu konventionellen DIN-Sicherungsringen hat er – sofern nicht anders gewünscht – keine Nasen, Ösen, Bohrungen oder Spalte, sondern bildet einen 360°-Kreis ohne weitere Raumforderung. Daher erweist er sich oft als Ideallösung für die Verdichtung funktioneller Baugruppen wie sie typisch sind für die Medizintechnik. Spirolox-Sicherungsringe gibt es für die Innen- und Außenmontage als einfache Schnappringe sowie auch mit Mehrfach-Windungen. Darüber hinaus realisiert TFC für die Medizin- und Dentaltechnik-Hersteller kostengünstig jeden Sicherungsring auch als kundenspezifische Sonderlösung. Einlagige Spirolox-Ringe bilden beispielsweise in Hüftprothesen die Verbindung zwischen innerer und äußerer Gelenkschale.

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