Antriebslösungen aus Aluminium im Dienste der Medizin

Die Gesundheit ist das höchste Gut des Menschen. Sie spielt eine wichtige Rolle in der gesellschaftlichen Entwicklung und wird sehr durch den Fortschritt in der modernen Medizintechnik beeinflusst. Leichtbauwerkstoffe und Leichtbau-technologien sind auch im Medizinbereich eine wesentliche Triebkraft für Innovationen.
Eichenberger Gewinde hat das Potenzial der Leichtbauweise in Aluminium erkannt und die Tatsache, dass es auch bei einfachen, mechanischen Antriebskomponenten Vorteile bringt.
Auch im Hightech-Zeitalter schließt die technologische Leistungsfähigkeit höchste Anforderungen an die Wirksamkeit der Mechanik mit ein, das ist dem Gewindespezialisten sehr bewusst. Angespornt durch den konstruktiven Dialog mit dem Kunden, entwickeln die Konstrukteure bei Eichenberger kontinuierlich weiter; aktuelles Ergebnis ist beispielsweise, dass eine steigende Zahl der gefertigten Gewindespindeln auch in Aluminium erhältlich sind. Nebst Kugelgewindetrieben, Rund- und Steilgewindelösungen aus Stahl werden Rund- und Steilgewindetriebe in Aluminium für ein sehr breites Anwendungsgebiet konstruiert und hergestellt.

Dabei ist der Werkstoff Aluminium nur ein Aspekt der zentralen Frage, wie sich Betriebsmittel und Know-how bündeln lassen, damit wir schonender mit den begrenzten Rohstoffen umgehen und nicht zuletzt auch Kosten sparen. Antworten liefern fortschrittliche Technologien für viele Verbesserungen der Prozesse.

Festigkeitssteigerung durch Gewinderollen

Das in der Schweiz beheimatete Unternehmen Eichenberger hat sich vornehmlich dem Rollen – also dem Kaltverformen – von Gewinden und der Fertigung von Kugel- und Gleitgewindetrieben (Spindel und Mutter) verschrieben. Gewinderollen ist die Kaltumformung der Mantelfläche runder Teile aus Stahl. Ein Gewinde wird erzeugt, indem ein Werkstück unter radial-dynamischer Krafteinwirkung zwischen den beiden sich drehenden Rollwerkzeugen verformt wird. Durch das Eindringen der Rollwerkzeug-Profile in die Werkstück-Oberfläche wird das Material in kaltem Zustand bis in den Grund der Gewinderollwerkzeuge gedrückt und so bis auf das Nennmaß aufgerollt.
Wegen der entstehenden massiven Festigkeitssteigerung bei der Kaltumformung sind außerordentlich hohe Steigungswinkel möglich. In geschliffener Ausführung kann man von solchen Steigungsverhältnissen nur träumen. Diese Steigungen der gerollten Gewindetriebe ermöglichen hohe Verfahrgeschwindigkeiten, den kritischen Drehzahlbereich der Antriebe auszureizen. Ein weiterer Vorteil des Gewindewalzens sind die guten Rauheitswerte (kleiner Rz 1.0) und die verminderte Kerbempfindlichkeit. Das kommt daher, dass der Faserverlauf des Metalls beim Gewindewalzen nicht unterbrochen wird. Zudem ist eine hohe Maßgenauigkeit möglich.
Eine „glatt rollierte“, komprimierte Oberfläche ist das Ergebnis, das für eine lange Lebensdauer der Spindel zwingend ist und wenig Angriffsfläche für Verschmutzung bietet.

Gewindespindeln in Alu fürs MRT

Die Kernspin- oder auch Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) gehört zu den bildgebenden Untersuchungsverfahren. Anders als das Röntgen oder auch die Computertomographie kommt sie ohne „Röntgenstrahlung“ aus. Bei der MRT werden mit Hilfe eines starken Magnetfelds und durch Radiowellen detaillierte Bilder des Körperinneren erzeugt. Sie bringt Schnittbilder des menschlichen Körpers in beliebiger Richtung hervor. Das MRT-Verfahren erlaubt es, ohne bisher erkennbares Risiko Gewebeveränderungen und funktionelle Störungen von Organen zu erkennen – in 3D-Form.

Insbesondere an der Wirbelsäule kann die Schmerzursache mit konventionellen MRT-Untersuchungen oft nicht gefunden werden. Häufig werden für die Beschwerden fälschlicherweise harmlose Bandscheibenvorwölbungen verantwortlich gemacht und können zu unnötigen Operationen führen. Durch die Applikation eines speziellen MRT-Kontrastmittels hingegen lassen sich Entzündungsherde, die für die Schmerzen verantwortlich sind, sicher nachweisen und einer gezielten Behandlung zuführen.
In der Fertigung von Radiologie-Geräten sind nichtferromagnetische Materialien Grundvoraussetzung. Bei der Injektor-Antriebseinheit für MRT-Kontrastmittel kommen daher magnetisch neutrale Gleitgewindetriebe aus Aluminium zum Einsatz. Wenn es um die Bewegung geht, sind, einem der maßgeblichen Hersteller von Radiologie-Geräten zufolge, die kaltverformten Rund- und Steilgewindetriebe von Eichenberger unentbehrlich für seine Hightech-Apparate.

Die Gleitspindeln beeinflussen die Magnetfelder nicht und punkten mit sehr guten tribologischen Eigenschaften der glatten und durch den Rollprozess positiv beeinflussten Aluoberfläche. Das ist wichtig in der Medizin, wo Keimfreiheit und Sterilität unerlässlich sind. Auch die Gleit­eigenschaften der Aluminium-Komponenten können sich sehen lassen.
Natürlich hängen die Eigenschaften immer vom Gegenlaufpartner ab. Beim Gleitgewindetrieb Rondo und Speedy paart sich die Aluspindel mit einer hochverschleißfesten Kunststoffmutter. Bei bestimmten Anwendungen und entsprechender Beschichtung ist sogar ein Trockenlauf und komplette Wartungsfreiheit möglich.

Aluminium ist wegweisend

Das Leichtmetall Aluminium besitzt eine Dichte von 2,7 Gramm pro Kubikzentimeter und trotz vergleichsweise geringer Masse eine sehr hohe Festigkeit; es zeichnet sich durch viele positive Materialeigenschaften aus. Über 70 Prozent des Aluwerkstoffs, der jemals produziert wurde, ist noch immer in Gebrauch. Das Material lässt sich sehr gut recyceln, da der Wertverlust dank der im Aluminium gespeicherten Energie äußerst gering ist.

Durch die optimale Kombination Aluminiumspindel, Kunststoffmutter und Schmierung resultiert ein sehr hoher Wirkungsgrad. Dem Konstrukteur bietet sich so die Möglichkeit, auf einen Motor zurückzugreifen, dessen Leistung und Platzbedarf reduziert werden können. Die wirtschaftliche Bearbeitbarkeit von Aluminium schlägt ebenfalls positiv zu Buche. Was die Toleranzhaltigkeit betrifft, steht es zudem Stahl in keiner Weise nach. Bekanntlich kann mit hohen Schnittwerten gefahren werden. Auch der Werkzeugverschleiß fällt bei Alu 10- bis 25-mal geringer aus, als es bei Stahl der Fall wäre und die Bearbeitungszeiten für die Endenbearbeitung im Produktionsprozess sind auch deutlich kürzer. Insgesamt lässt sich so mit dem Werkstoff Aluminium sparen und wichtige Funktionen auch in der Medizintechnik realisieren.jbi |

Ursula Schädeli verantwortet das Marketing bei Eichenberger Gewinde in Burg (Schweiz).