Fixierung von Schrauben

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Nordson (Schweiz) AG - EFD Dosiertechnik

Verbindung mit bestimmter Kraft

Die Mehrzahl der Canted-Coil-Federn in Medizinqualität kommen bei Arretieranwendungen zum Einsatz, bei denen zwei Komponenten gemäss den vom Konstrukteur angegebenen Kraftvoraussetzungen an einem Produkt miteinander verbunden werden. Bei chirurgischen Instrumenten läuft der Designtrend zunehmend in Richtung massgeschneiderte Produkte für bestimmte Chirurgen hin, und die Feder macht es für Ingenieure leichter, die Instrumente an die bestimmten Anforderungen des Chirurgen anzupassen.

Beispiel 1: Orthopädisches Handstück mit Sechskantantrieb

Hierbei handelt es sich um eine Arretieranwendung bei chirurgischen Instrumenten. Die Feder wird auf dem Sechskantschraubendreher montiert, der in der chirurgischen Hohlschraube arretiert wird. Die Befestigungs- und Ablösekräfte bei dieser speziellen Anwendung werden auf die Anforderungen des Chirurgen und der Anwendung zugeschnitten. Beispiel: Die Befestigungskraft kann ~227-453 g betragen und die Ablösekraft ~0,9-1,4 kg, wodurch sichergestellt wird, dass sich der Sechskantantrieb nicht vorzeitig aus der Schraube löst. Anstelle eines manuellen Löseknopfes, der oft bei Instrumenten dieser Art Einsatz findet, wendet der Chirurg eine gewisse Kraft an, um das Instrument freizugeben.

Die Feder ist leicht in der Anwendung und einfach zu reinigen, widersteht bleibender Druckverformung und hat im Allgemeinen eine lange Produktlebensdauer. Für Anwendungen wie den Sechskantantrieb steht ein grosses Sortiment an Drahtmaterialien in Medizinqualität zur Verfügung. Die Materialien 316SS und 316L funktionieren bei chirurgischen Handstücken gut, die mit dem Körper in Kontakt kommen, jedoch nicht implantiert werden. Alternative, zur Implantation im Körper zugelassene Materialien umfassen Titan, MP35N, 316LVM und Platin-Iridium. Die Canted-Coil-Feder wird nach dem Wickeln, Schneiden und Schweissen passiviert und kann mit Ethylenoxid oder Gammastrahlen autoklaviert oder sterilisiert werden.

Beispiel 2: Carpometacarpales (CMC) Gelenkdesignkonzept

Bei Anwendungen dieser Art fungiert die Feder als Arretierkomponente wie bei einem künstlichen Gelenkersatz. Bei einer derartigen Verwendung sorgt die Feder für Flexibilität und ermöglicht reibungslose Bewegungen, ähnlich wie dies bei einem typischen menschlichen CMC-Gelenk der Fall ist. Bei dieser Art Anwendung würde ein Material von Implantationsqualität wie Titan oder MP35N verwendet.

Befestigung mit minimalem Kraftaufwand

Dank ihrer Arretierfunktion ist die Feder für orthopädische Implantate von Vorteil. Während der Operation können so zwei beliebige Teile mit minimalem Kraftaufwand aneinander befestigt werden, wodurch die Hände des Chirurgen frei bleiben und somit die Operation effizienter durchgeführt werden kann. Je nach den Designanforderungen kann eine Feder so konstruiert werden, dass zum Trennen der zwei Teile 408-454 kg Kraftaufwand erforderlich sind. Die Arretierfeder in Medizinqualität kann bei einem implantierbaren Gelenk wie einer Hüfte oder einem Ellenbogen verwendet werden. Der Schaft lässt sich leicht im Kopf des Implantats arretieren, um einen weiteren Freiheitsgrad zuzulassen, oder die Feder kann den Schaft in einer V-Rille festhalten und somit Achsenspielraum ausschalten. Bei Anwendungen dieser Art sind MP35N und 316LVM bevorzugte Materialien.

Kraft für Schiebekomponenten

Canted-Coil-Federn mit Haltefunktion sind meist in chirurgische Instrumente integriert. Bohrführungen, Bohrerhülsen und sonstige Schiebekomponenten, die ein gewisses Mass an Schiebekraft erfordern, können mit einer Feder ausgestattet sein. Der Widerstand kann beim Konstruktionsprozess spezifiziert werden, wobei die Gehäusemasse, Toleranzen und Oberflächenausführung berücksichtigt werden müssen. In manchen Fällen kann die Feder je nach den Kraftanforderungen auch an bereits vorhandene Komponenten angepasst werden. In der Regel werden in chirurgischen Instrumenten passivierte 316SS-Canted-Coil-Federn verwendet. Die Haltefunktion der Feder kann je nach Anwendung auch mit einer Arretierfunktion kombiniert werden.

Elektrische Kontakte/EMI-Isolierung und -Erdung

Seit Jahren stehen die Hersteller von Medizingeräten unter Druck, Aussenabmessungen bei Produkten zu reduzieren und gleichzeitig die Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern. Es ist kein Zufall, dass viele Gerätehersteller die Feder zur effizienten Kontaktherstellung und Stromleitung verwenden. Die Feder kann als elektrischer Kontakt zu Sensoren und sonstigen Geräten eingesetzt werden und funktioniert überaus gut bei langfristigen Erdungs- und Isolieranwendungen im und am Körper. Bei Anwendungen dieser Art kann die Feder allein oder in einem Metallgehäuse aus MP35N bzw. Platin-Iridium verwendet werden.

Der Draht spielt eine wichtige Rolle

Der Draht ist das Kernstück der CantedCoil-Feder: Von ihm hängt ab, welche Leistung die Komponente jeweils erbringt. Verschiedene Drahtgrössen, -materialien und -durchmesser erfüllen eine breite Palette von Konstruktionskriterien, wie Materialhärtekompatibilität oder Zugfestigkeit. Für bei medizinischen Anwendungen verwendete Federn ist ein spezielles Gasschweissverfahren erforderlich, bei dem schwarze Kohlenstoffablagerungen vermieden werden. Bei der Verarbeitung der Federn für medizinische Anwendungen sind spezielle chemische Ultraschallreinigungen, Schutzhandschuhe und Reinigungsprotokolle für Arbeitsstationen erforderlich.

Leistungsdauer abhängig vom Kräfteverhältnis

Die Leistungsdauer der Feder kann variieren und hängt massgeblich von den Kräfteverhältnissen ab. Allgemein gilt: Je höher das Kräfteverhältnis, desto kürzer die Produktlebensdauer. Bei kleineren medizinischen Geräten beträgt das Kräfteverhältnis in der Regel 1:4 (500 g Befestigungskraft, 2000 g Ablösekraft). Bei grösseren industriellen Anwendungen dagegen beträgt es mitunter bis zu 10:1, wodurch die Produktlebensdauer kürzer wird.

Grösserer Spielraum

Im Gegensatz zu einer 2-teiligen Komponente mit Gewinde ist eine Feder vibrations- und rotationsbeständig. Zudem kann die Feder durch ihre spezielle Kraft-Deflektionsrate eine beträchtliche Menge Spielraum ausgleichen und dennoch effektiv funktionieren, wodurch präzise Abmessungstoleranzen überflüssig sind und die Herstellungskosten weiter gesenkt werden. Die Verwendung einer Feder ist auch kosteneffektiver, weil Federrillen normalerweise einfache O-Ring-Rillen sind, die sich leicht maschinell herstellen lassen. Dies ist wesentlich einfacher als beispielsweise die maschinelle Herstellung von Gewindekomponenten. Ausserdem kommen Canted-Coil-Federn zur Anwendung zum Ausgleich von Abmessungsspielraum bei Konstruktionen, bei denen kein Spielraum zulässig ist.

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