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DPS Software Sehen, erkennen, verbessern: Flow Simulation bei medizinischen Geräten

Redakteur: Alexander Stark

Strömungssimulationen von Autos und Flugzeugen sind nichts Neues. Doch auch bei Endoskopen findet die Flow Simulation ihren Einsatz, um deren Leistungsfähigkeit zu verbessern. So setzt zum Beispiel Trokamed aus Geisingen Solidworks Flow Simulation Express ein und wird dabei von DPS Software aus Stuttgart unterstützt.

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Konstruktionsarbeitsplatz bei Trokamed in Geisingen. Insgesamt sind dort fünf Solidworks-Arbeitsplätze installiert.
Konstruktionsarbeitsplatz bei Trokamed in Geisingen. Insgesamt sind dort fünf Solidworks-Arbeitsplätze installiert.
(Bild: DPS Software)
  • Flow Simulation ist komplett in Solidworks eingebettet
  • Vergleichsstudien ermöglichen es, optimale Designs zu ermitteln und umzusetzen
  • Organisation von Zulassungen und Zertifizierungen mit Solidworks PDM erleichtert internationale Vermarktung

Schon früher hat man recht einfach postuliert, dass ein virtueller Prototyp halb so viel kostet wie ein realer. Ob das immer noch so genau stimmt – in allen unterschiedlichen Anwendungsbereichen – sei dahingestellt. Tatsache aber ist, virtuelle Prototypen und deren Simulation sparen Geld und Zeit.

Daneben steht noch eine Sache, die nicht zu unterschätzen ist: Durch die Simulation lernt der Entwickler seine Teile erst richtig kennen. Er gewinnt Erkenntnisse, die er so ansonsten nicht haben kann. Die Simulation erlaubt ihm, die Teile genauer zu begutachten und letztendlich zu verbessern. Denn Ziel ist es, Teile zu optimieren, um bestmögliche Eigenschaften zu erzielen. Im Medizintechnik-Bereich hat dies nochmals eine besondere Bedeutung, wegen des Einsatzes am Menschen. Niemand will hier Kompromisse eingehen, jeder das beste Resultat erzielen, das möglich ist. Diesen Anspruch hat auch der Medizintechnik-Hersteller Trokamed aus Geisingen.

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Trokamed wurde 1984 durch Ernst Hengstler gegründet. Er war schon zuvor als Produktionsleiter in der Medizintechnik tätig und erfüllte sich damit seinen Wunsch nach Selbständigkeit. Rund zwölf Jahre später, 1996, führten die Badener das erste CAD-System im Unternehmen ein, ein 2D-System namens Megacad. Im gleichen Jahr musste Ernst Hengstler seinen Betrieb aus gesundheitlichen Gründen verkaufen. Neuer Eigentümer ist seitdem Karlheinz Tröndle, der das Familienunternehmen auch operativ leitet. Unter seiner Leitung wurde das Unternehmen weiter kräftig auf- und ausgebaut. Schon ein Jahr später wurde das Laserschweißen eingeführt, wiederum ein Jahr darauf kam auch die Laserbeschriftung in die Werkstatt sowie die erste 8-Achsen-Maschine für die Komplettbearbeitung von Werkstücken.

Bereits 2000 stellte der Hersteller sein CAD auf Solidworks um. „Wir wollten ein durchgängiges 3D-System mit Zukunftspotential. Außerdem bilden alle Technischen Schulen in der Region mit Solidworks aus, so dass die Chance hoch ist, einen Bewerber zu bekommen, der sich bereits damit auskennt“, erklärt Karlheinz Tröndle. 2003 wurde neu gebaut und der Betrieb von 800 auf 3000 m2 erweitert. 2016 schließlich wurde ein Kundenauftragszentrum angebaut.

Auch in der Werkstatt wurde 2007 in eine moderne Komplettbearbeitungsanlage (Drehen und Fräsen) mit neun Achsen und 180 Werkzeugen investiert. Es folgten ein CAQ-System und eine Feinrohr-Laserschneidanlage. Diese Anlagen kommen zum Einsatz, um sehr feine Rohre bis zu einer Wandstärke von nur 0,1 mm zu verarbeiten.

Einfach zu bedienen, schnelle Ergebnisse

In der Medizintechnik spielt für das Unternehmen die Endoskopie nach wie vor die Hauptrolle. In einem zweiten Bereich, Feinwerktechnik, sind es vor allem feinwerktechnische Komponenten, die hergestellt werden. Zur Optimierung der Werkstücke wird Solidworks Simulation eingesetzt, nicht zuletzt die Flow Simulation Express.

Flow Simulation ist vollkommen in Solidworks eingebettet, ein Modellimport ist daher nicht nötig. Der Bearbeiter kann sofort mit dem Pre-Processing beginnen. Das System ist ein allgemeines parametrisches Werkzeug, welches die Finite-Volumen-Methode (FVM) anwendet. Durch Vergleichsstudien ist es möglich, optimale Gegebenheiten zu ermitteln und konstruktiv in Werkstücke umzusetzen. Bei Trokamed betrifft das die Simulation von Strömungen in Rohrschaftinstrumenten der Endoskopie, im wesentlichen Wasserströmungen. Sie treten laminar und turbulent auf und müssen entsprechend behandelt werden.

Die Software benötigt für die Berechnung geschlossene Volumina. Liegt ein genaues Volumenmodell nicht vor, weil z. B. ein älteres Werkstück vermessen und mit einbezogen wurde, oder weil ein Wettbewerbsprodukt zum Vergleich herangezogen wird, dann wird wenn nötig zunächst eine Skizze und anschließend ein Volumenmodell erstellt. Hierbei kommt es darauf an, ein möglichst exaktes Modell zu erstellen. Die eigentliche Berechnung wird auf einem PC durchgeführt: In Geisingen spricht man von fünf bis zehn Minuten Rechenzeit. Nach dem Solving kann der Postprozessor viele verschiedene Schaubilder ausgeben, um die Ergebnisse zu zeigen.

Die gesamte Installation bei Trokamed geht aber noch weit darüber hinaus. Das Unternehmen hat fünf Arbeitsplätze mit Solidworks im Einsatz und mittlerweile verwendet der Hersteller auch Solidworks PDM, mit ebenfalls fünf Lizenzen. PDM ist für das Medizintechnik-Unternehmen deshalb ein sehr wertvolles Tool, weil sehr viele Zulassungen und Zertifizierungen bewältigt werden müssen. Dabei spielen nicht nur die Funktionalitäten, sondern auch die Werkstoffe eine Rolle. Sind alle Materialien verträglich für den Körper? Sind alle Materialkombinationen verträglich und nicht etwa toxisch, wenn sie mit dem Körper in Berührung kommen? Diese Bedingungen zu erfüllen, ist eine Grundvoraussetzung für die Zulassung.

Wichtig ist aber auch die Rückverfolgbarkeit der Teile bis in die Konstruktion. So muss beispielsweise sichergestellt werden, dass alle Änderungsindizes übereinstimmen (Konstruktion – Werkstatt). Hinzu kommt, dass jedes Land andere Vorschriften hat, die eingehalten werden müssen. Trokamed hat die Zertifizierungen nach DIN ISO 13485 für Europa und nach MD SAP für die USA, Kanada und Japan. Für viele andere Länder müssen dennoch immer wieder Einzelnachweise geführt werden. Insgesamt ist das ein immenser Aufwand.

Deshalb hat das Familienunternehmen 2019 von einer recht einfachen Datenbank Maxx DB auf Solidworks PDM umgestellt. Im Zuge dieser Umstellung wurde auch der Systempartner gewechselt und DPS Software kam ins Haus. Durch die Leistungen von DPS konnte ein problemloser Übergang von der bestehenden Datenbank nach Solidworks bewältigt werden. Außerdem entstand eine Kopplung zu der ERP-Lösung im Haus (Majesty UB), und die Datenmigration konnte umgesetzt werden. Der Firmenchef zeigte sich abschließend zufrieden mit der professionellen und kooperativen Zusammenarbeit mit dem Softwareunternehmen.

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