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Autoklavierbare Sensorik Vom Kundenkonzept zur kompletten OEM-Sensor-Lösung

Hochwertige medizintechnische Geräte arbeiten oft auf Basis empfindlicher Sensorik. Damit gewebeberührende Bauteile reibungslos sterilisiert werden können, sind individuelle Sensorentwicklungen die wirtschaftlichste und zeitsparendste Lösung.

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Kundenindividuelle Sensoren sind eine Teamleistung.
Kundenindividuelle Sensoren sind eine Teamleistung.
(Bild: Gorodenkoff /Shutterstock.com)

Medizinische Geräte gehören zum Standardbild moderner medizinischer Versorgung. Der Einsatz vieler Gerätetypen ist oft nur mit einer ausgeklügelten und empfindlichen Sensorik möglich, die Bewegungs- und Prozessabläufe überwacht. Das ist beispielweise bei auf Robotik gestützten chirurgischen Verfahren der Fall. Hier versorgt eine Vielzahl von Sensoren die Anwender mit taktilen Rückmeldungen oder sammelt und verarbeitet sicherheitsrelevante steuerungstechnische Informationen.

Definierte Sterilisationsprozesse fordern die Gerätekonstrukteure

Andere Sensorikanwendungen dienen dem Messen der mechanischen Beanspruchung und Kraftüberwachung in medizinischen Infusionsgeräten oder in Systemen für die Patientenverwiegung. Der sichere Einsatz solcher Geräte setzt von der Kommission für Krankenhaushygiene und Infektionsprävention am Robert Koch-Institut (KRINKO) definierte Aufbereitungsprozesse nach jeder Anwendung voraus. Damit werden nosokominale Infektionen bei Patienten vermieden und Spitäler bzw. Arztpraxen gewährleisten eine gleichbleibend hohe Behandlungsqualität.

Oft sitzen Sensoren in gewebeberührenden Bauteilen, sodass sie den Sterilisationsprozess mit durchlaufen müssen. Gerade Druck- und Kraftsensoren sind allerdings die Schwachstelle bei den üblichen Autoklavenzyklen. Der Ansatz, deshalb Sensorikbauteile als Einmalprodukte zu konzipieren, ist auf Dauer keine nachhaltige Lösung.

Wirtschaftlich und zeitsparend: Autoklavierbare Sensoren

Hier setzt die Expertise von Hottinger Brüel & Kjaer (HBK) an, einem weltweit führenden Anbieter von Dehnungsmessstreifen und Sensor-Elektroniken. Ausgehend vom Gerätekonzept des OEM entwickelt HBK Sonderlösungen zur Serienreife, die für den Sterilisationsprozess weder entnommen noch danach ersetzt werden müssen. Für Spitäler bedeutet das eine spürbare Senkung der Betriebskosten und eine zeitsparende Aufbereitungsroutine.

Beispielmodell für einen Autoklav zur Sterilisierung von medizinischen Geräten.
Beispielmodell für einen Autoklav zur Sterilisierung von medizinischen Geräten.
(Bild: Commercial RAF/Shutterstock.com)

Autoklavierbare Sensoren sind hermetisch gekapselt und damit so konzipiert, dass sie den Sterilisationszyklen über die üblichen Serviceintervalle des OEM-Produkts geschützt standhalten. Dadurch entfallen häufige Austauschprozesse, die jedes Mal mit einer nachfolgenden Funktionsprüfung verbunden sind. Die Geräteverfügbarkeit steigt signifikant und erleichtert die Einsatzplanung.

Enge Kooperation für die Entwicklung

Ausgehend von den spezifischen Anforderungen im Anwendungsfall entwickeln die Ingenieure von HBK gemeinsam mit dem Kunden Sensoren, die individuell auf den jeweiligen Einsatz zugeschnitten sind. Dazu gehören die gewünschten physikalischen Messfunktionen ebenso wie die Umgebungsbedingungen. Darunter fallen zum Beispiel hohe Temperaturen, hohe Drücke oder korrosive Flüssigkeiten. Basierend auf diesen Daten wählt HBK die für die Anwendung geeigneten Beschichtungsmaterialien und Sensorkonstruktionen aus. Hier spielen auch Faktoren wie das Platzangebot im Gerät eine Rolle.

Das Ziel ist immer, eine einfache Integration in die Systeme zu ermöglichen und hochpräzise Messungen während der gesamten Lebensdauer des OEM-Produkts zu gewährleisten.

Hermann Merz, Head of Sales für die Bereiche OEM-Sensorik, Wägetechnik und Industrielle Prozesskontrolle bei HBK

Gleiches gilt für die Nachrüstung oder Erweiterung von Systemen. Oft gibt es die Möglichkeit, bestehende Komponenten mit ausgewählten Werkstoffen in aktive Sensorik umzuwandeln, ohne nennenswerte Änderungen in der Konstruktion. Ein großer Vorteil dieser Herangehensweise ist, dass autoklavierbare Sensoren die Konstruktionsfreiheit für den OEM deutlich erweitern. Vor allem in der Robotik spielt dieser Faktor eine wichtige Rolle, weil damit Bewegungsmuster eng verknüpft sind.

Vom Standardsensor bis zur Sonderanfertigung

Nicht immer bieten Standardsensoren die passende Option. In diesem Fall erarbeiten die Sensorexperten eine kundenspezifische Lösung. Diese umfasst je nach Einsatzgebiet und Gerät nicht nur den Sensor. HBK liefert nach Kundenspezifikation komplette Baugruppen:

  • Kundenspezifischer Sensor
  • Lasteinleitungen
  • Verkabelung
  • Hermetische Abdichtung
  • Elektronik

Die erforderlichen Zertifikate internationaler Behörden dienen grundsätzlich als Leitlinien, das heißt, dass stets alle Aspekte einer Sensorkonstruktion und -Herstellung in der Entwicklung berücksichtigt und dokumentiert werden. Der ganzheitliche HBK-Ansatz erweitert die Lösungsvarianten derart, dass in der Praxis alle Einsatzgebiete in der Medizintechnik abgedeckt werden können.

Ein Beispiel von vielen:

Für Dehnungsmessstreifen entwickelte HBK eine spezielle Glas-Metall-Versiegelung. Diese ermöglicht Kraftmessung in einer Konstruktion, die sogar für die Sterilisation in KOH/Autoklaven geeignet ist. Gleichzeitig ermöglicht der Dehnungsmessstreifen hohe konstruktive Freiheiten ohne Kompromisse bei der Messempfindlichkeit.

Schnelle Prototypenerstellung

Sind die Grundlagen geschaffen, folgt ein ausführliches Testkonzept. Durch Rapid Prototyping stehen schnell testfähige Prototypen zur Verfügung und die medizintechnischen Geräte können in den Anwendungstest. Die FEA-Optimierung von Bauteilen sorgt dafür, dass zur Iteration nur wenige physische Prototypen benötigt werden und die Entwicklung in kürzester Zeit umgesetzt werden kann.

HBK bietet dafür als international aufgestelltes Unternehmen eine kundennahe Basis. In globalen Kompetenzzentren begleiten die Ingenieure die Kunden bei detaillierten Testprozessen. Später unterstützt der OEM-Sensorik-Experte HBK die Kunden bei lokalen Zulassungsbehören und in den verschiedenen Abnahmeverfahren mit seiner langjährigen Expertise.

Kundenspezifische OEM-Sensorik — alles aus einer Hand

Sobald Tests und Verfahren abgeschlossen sind, geht die Einzelfertigung nahtlos in die Serienproduktion über. In den weltweit verteilten Fertigungsstätten arbeitet HBK vorteilhaft mit kurzen Vertriebswegen für die OEM-Sensorik. Gerade im anspruchsvollen Bereich Medizintechnik spielt ein unkomplizierter Kontakt innerhalb der Lieferketten eine wichtige Rolle für die permanente Qualitätssicherung und laufende Optimierung bestehender Systeme.

Ein Beispiel eines hermetisch gekapselten, DMS-basierten OEM-Sensors für Autoklaven und KOH.
Ein Beispiel eines hermetisch gekapselten, DMS-basierten OEM-Sensors für Autoklaven und KOH.
(Bild: Hottinger Brüel & Kjaer)

Als strategischer Partner vieler führender OEM-Hersteller bietet HBK umfangreiche Lösungen für hochwertige medizintechnische Geräte aus einer Hand. Die individuellen Sensorlösungen erfüllen sämtliche Hygieneanforderungen und garantieren einen kommerziell sinnvollen Einsatz.

Kurze Lieferketten, schnelle Abstimmungsprozesse und große Kundennähe durch global aufgestellte Kompetenzzentren gewährleisten schnelle und kompetente Lösungen in einem herausfordernden Markt.

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