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Gleitlager Schmier- und wartungsfreie Solid Polymer-Gleitlager für Medizingeräte

Redakteur: Ute Drescher

Bei Dialysegeräten gab es Probleme mit den eingesetzten ölimprägnierten, porösen Sintergleitlagern. Praktisch wartungsfreie Solid Polymer-Gleitlager sorgen jetzt für eine einwandfreie Dialyse.

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Während der Dialyse wird das Blut der Patienten durch Schläuche geleitet, die aus einer semipermeablen Membran bzw. einem Filter bestehen. Dieser hält die Blutbestandteile zurück, aber lässt die Giftstoffe passieren. So werden sie abgeschieden.
Während der Dialyse wird das Blut der Patienten durch Schläuche geleitet, die aus einer semipermeablen Membran bzw. einem Filter bestehen. Dieser hält die Blutbestandteile zurück, aber lässt die Giftstoffe passieren. So werden sie abgeschieden.
(Bild: GGB)

Dialysegeräte waschen Giftstoffe aus dem Blut von Patienten, die an Nieren- oder Leberversagen leiden. Während der Dialyse wird das Blut dieser Patienten durch Schläuche geleitet, die aus einer semipermeablen Membran bzw. einem Filter bestehen. Dieser hält die Blutbestandteile zurück, aber lässt die Giftstoffe passieren. So werden sie abgeschieden.

Ein internationales Unternehmen aus der Medizintechnik, das Geräte für diese Filtersysteme fertigt, hatte Probleme mit den Gleitlagern in den Geräten.

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Schmierfilm schwer in Griff zu kriegen

Zu der Zeit waren ölimprägnierte, poröse Sintergleitlager zur Handhabung und Positionierung dieser Filter im Einsatz. Doch die Schmierung führte in den Reinraumbedingungen, unter denen die Filter hergestellt werden, zu Problemen sowohl ästhetischer als auch funktioneller Art.

Da die Reinigung dieser Systeme mit heißem Wasser und Dampf erfolgte, waren die Betriebsbedingungen extrem feucht. Das führte in Kombination mit einer konstanten Raumtemperatur von über 70 °C zur Verharzung des Schmiermittels. An der Oberfläche der Gegenwelle entstand dadurch ein dünner Film, der das Spiel der Welle reduzierte und dazu führen konnte, dass die Welle festklemmte, was wiederum den Totalausfall des Geräts nach sich zog.

Weiterhin negativ wirkte sich die Tatsache aus, dass bei geringen Geschwindigkeiten und Lasten die Linearhübe von 15 mm eine tribologische Herausforderung für die Sintergleitlager durch den auftretenden Stick-Slip-Effekt sind.

Das Unternehmen wandte sich an GGB Bearing Technology (vormals Glacier Garlock Bearings), um die Ursache der Probleme von Ingenieuren ermitteln zu lassen und eine Lösung zu erarbeiten. „Als Mitarbeiter des technischen Außendienstes hatte ich den Erstkontakt zum Kunden“, so Dieter Bopp. „Ganz im Sinne unserer kundenorientierten Firmenphilosophie habe ich unsere Unterstützung vor Ort angeboten und die Anwendung mit dem Kunden in der tatsächlichen Betriebsumgebung geprüft. Durch unsere umfangreiche Erfahrung und unsere praxisorientierte Herangehensweise konnten wir gleich vor Ort einen Lösungsansatz finden.“

Andreas Epli, Projekt Ingenieur bei GGB, erläuterte: „Der Schmierfilm ist schwer in den Griff zu bekommen unter diesen Umständen, und in der Produktion entsteht aufgrund dessen ein großer Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand. Im Kundenbetrieb wird rund um die Uhr gearbeitet, daher ist es unmöglich, eine ganze Produktkette zur selben Zeit auszutauschen. Ziel war, die Prozesszuverlässigkeit zu steigern und damit den Wartungsaufwand zu verringern.“

Die Lösung: selbstschmierende Lager

Um dieses Ziel zu erreichen, empfahl GGB den Austausch der Sintergleitlager durch die eigenen Solid Polymer-Gleitlager. Diese mittels Präzisionsspritzguss hergestellten Gleitlager werden aus modifizierten Hochleistungsthermoplasten mit dem Zusatz von Festschmierstoffen und verstärkenden Fasern gefertigt. Die leichten, korrosionsbeständigen Gleitlager gewährleisten unter vielen verschiedenen – sowohl trockenen als auch geschmierten – Betriebsbedingungen eine geringe Reibung und eine hohe Verschleißfestigkeit.

Daneben bieten die Gleitlager eine hervorragende Formbeständigkeit, eine hohe Druck- und Kriechfestigkeit, eine sehr geringe Wärmeausdehnung und gute Wärmeableitung. Da sie selbstschmierend sind, werden keine weiteren Schmiermittel benötigt, wodurch sie praktisch wartungsfrei sind. Die Solid Polymer-Gleitlager von GGB erfüllen auch die zunehmend strenger werdende Umweltgesetzgebung, einschließlich der europäischen ROHS-Vorschriften.

Werkstoffe auf Anwendung abgestimmt

GGB verfügt über umfangreiche Erfahrungen und technische Fachkenntnisse und arbeitet eng mit seinen Kunden zusammen, um tribologisch optimierte, anwendungsspezifische Gleitlagerlösungen zu entwickeln. Moderne, interne Prüfmöglichkeiten erlauben die Durchführung von Versuchen, mit deren Hilfe die Gleitlagerwerkstoffe bewertet und auf die Anwendungsparameter abgestimmt werden können. Neben der Unterstützung bei der Auswahl des geeignetsten Werkstoffes für eine Anwendung und der Entwicklung des Designs des Gesamtsystems stellt GGB Prototypen für die Serienfertigung bereit. Da die Teile im Spritzgussverfahren hergestellt werden, gibt es praktisch keine Einschränkungen in Bezug auf Form, Größe und spezielle Merkmale.

Für die Reinigung der Dialysefilter empfahl GGB konkret, seinen Gleitlagerwerkstoff EP43 zu verwenden. Dieser thermoplastische Werkstoff auf Basis eines modifizierten Polyphenylensulfids (PPS) enthält neben homogen integriertem PTFE-Schmiermittel, das den Stick-Slip-Effekt minimiert und die Reibung verringert, auch Hochleistungs-Aramidfasern, die ebenso die Reibung verringern, die Verschleißfestigkeit erhöhen und einen geräuschfreien Betrieb ermöglichen.

EP43-Gleitlager sind für den Trockenlauf optimiert und weisen eine gute Chemikalien- und Hydrolysebeständigkeit auf. Sie können Temperaturen von über 200 °C standhalten und erreichen im Vergleich zu vielen Polyetherehterketonwerkstoffen (PEEK) eine längere Lebensdauer. Die Gleitlager sind in nassen, feuchten und salzhaltigen Umgebungen korrosionsbeständig. Ihre extrem niedrige Feuchtigkeitsaufnahme konnte in ähnlichen Anwendungen bestätigt werden.

Da sie nicht extra geschmiert werden müssen, entfällt der Wartungsaufwand, und eine Verschmutzung von Reinraum- umgebungen wird vermieden. Durch die Wartungsfreiheit wird auch die Qualität der Gleitlager nicht beeinträchtigt. Zudem lassen sich erhebliche Kosten einsparen. Die Verschleißbeständigkeit der Gleitlager minimiert die Zahl der Verschleißpartikel im Reinraum und erhöht ihre Lebensdauer.

Ausführliche Tests belegen die Eignung

GGB entwickelte eine Lösung, die auf die Probleme des Kunden zugeschnitten war, stellte Prototypen zum Test zur Verfügung und leistete technische Unterstützung bei der Gleitlagermontage beim Kunden. Dort wurden die Gleitlager ausführlichen Funktions- und Lebensdauertests unter ungünstigsten Bedingungen unterzogen. Die EP43-Gleitlager schnitten in diesen Tests sehr gut ab und wurden vom Unternehmen für die Anwendung übernommen. (ud)

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