Im Extremtest: Schmierstoffe für medizinische Geräte - Uiker Wälzlager AG

>> In Kugellagern für medizintechnische Geräte müssen Schmierstoffe oftmals extremen Umgebungsbedingungen und Beanspruchungen widerstehen. Mitarbeiter der Forschung und Entwicklung bei GRW (Gebrüder Reinfurt) haben 30 verschiedene Schmiermittel auf ihre Widerstandsfähigkeit hin getestet. Die Gewinner werden nun verstärkt in den Miniaturkugellagern des Unternehmens eingesetzt.

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UIKER Wälzlager AG

GRW - Gebr. Reinfurt GmbH & Co. KG

ari. Als Europas grösster Hersteller von Miniaturkugellagern hat sich die GRW Gebrüder Reinfurt GmbH & Co. KG, Rimpar, in jüngster Zeit intensiv mit der optimalen Einsatzqualität von Initialschmierstoffen für Miniaturkugellager in der Dental- und Medizintechnik auseinandergesetzt. Gefordert sind eine besondere Widerstandsfähigkeit gegenüber den notwendigen Sterilisationsvorgängen und eine weitere Erhöhung der Lebensdauer unter extremen Umgebungsbedingungen. In einer grossangelegten Untersuchung von insgesamt 30 Schmierfetten verschiedener Hersteller hat das Labor von GRW die fünf widerstandsfähigsten Schmierstoffe ermittelt: Demnach sind Polyharnstoff-verdickte Fette auf Mineralöl- oder PAO-Basis für den Einsatz in sterilisationsbedürftigen Medizinprodukten am besten geeignet. Die Testsieger der GRW-Untersuchung werden jetzt verstärkt in den leistungsfähigen Miniaturkugellagern des Unternehmens eingesetzt. So erhöhen sie nachweislich die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Geräten in Dental- und Medizinanwendungen und tragen im Besonderen zur Wirtschaftlichkeit der Lösungen für den Endkunden bei.

Hochgeschwindigkeit und Sterilisierbarkeit

Dentalturbinen werden im Hochgeschwindigkeitsbereich extrem beansprucht. Darüber hinaus werden die verwendeten Schmierstoffe zusätzlich durch die unbedingt erforderlichen aggressiven Sterilisationsprozesse in besonderer Weise angegriffen. Die Richtlinien des Robert-Koch-Instituts für die hygienische Aufbereitung von medizintechnischen Instrumenten stellen hohe Anforderungen an die Miniaturkugellager, die in Dentalturbinen und Winkelstücken zum Einsatz kommen. Die Sterilisation im Autoklav mit Hilfe von aggressivem Heissdampf kann den von GRW verwendeten nichtrostenden Wälzlagerstählen und Käfigmaterialien wenig anhaben – die meisten Schmiermittel sind diesen Anforderungen jedoch nicht gewachsen. Ein häufiges Nachschmieren der Dentalinstrumente mit Ölsprays würde beim Einsatz des Gerätes für Verunreinigungen etwa bei der Behandlung von offenen Wunden führen, was ein vollkommen inakzeptables Gefahrenpotenzial bedeutet. GRW stellt deshalb extrem hohe Anforderungen an die Initialschmierstoffe hinsichtlich des Oberflächenhaftverhaltens und der Sterilisationsbeständigkeit.

Tests mit 30 verschiedenen Schmierstoffen

Insgesamt 30 Schmierstoffe haben die Mitarbeiter der Forschung und Entwicklung bei GRW im Verlauf von rund 1000 Sterilisationszyklen mit Heissdampf im Hinblick auf die genannten Forderungen geprüft. Elf der zu testenden Fette mussten vorzeitig auf Grund funktionseinschränkender Veränderungen, wie zum Beispiel Wassereinlagerungen in den Fettproben und explosionsartiger Ausdehnung der Fettproben im Autoklav, aus dem Versuch genommen werden.

Zu den analytischen und visuellen Untersuchungskriterien der verbleibenden 19 Schmiermittel zählten die Gewichtsveränderungen der offenen Proben, optische Veränderungen ihres Zustandes, rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen sowie Infrarotspektren. Die Kugellager selbst wurden hinsichtlich ihres Lagerlaufgeräusches (GPR) und ihres Anlaufreibmomentverhaltens untersucht sowie auf einem praxisnahen Dentalprüfstand einer Lebensdauerprüfung unterzogen. Die Ergebnisse der verschiedenen Tests bewerteten die Ingenieure bei GRW insbesondere im Hinblick auf das Einsatzgebiet, wie zum Beispiel Hochgeschwindigkeitsanwendungen in Dentalturbinen.

Lagerlaufgeräusche und Reibmoment

Auf dem Dentalprüfstand zeigten sich neben den Vorteilen bei der rein dynamisch-mechanischen Prüfung von Lagerlaufgeräuschen und Reibmoment insbesondere klare Vorteile bei der festgestellten Lebensdauer und damit der Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Lager und Schmierstoffe.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass eine Erhöhung des Reibmomentes, verursacht durch die veränderte Konsistenz des Schmierfettes, eine deutlich erhöhte Wärmeentwicklung durch Walkarbeit im Lager zur Folge hat. Weniger stark gewichtet wurden die Optik der Schmiermittelproben sowie ihr Masseverlust. Die Infrarotspektroskopie und REM-Analyse dienten hauptsächlich zur Dokumentation von gravierenden Veränderungen.

Sieger: Polyharnstoff-verdickte Fette auf Mineralölbasis

Fazit der grossangelegten GRW-Untersuchung: Die besten Ergebnisse in allen relevanten Belangen lieferten Polyharnstoff-verdickte Fette auf Mineralöl- oder PAO-Basis. Als besonders ungeeignet bezüglich Sterilisierbarkeit identifizierte das GRW-Labor Lithiumspezialseifen- oder Natriumseifen-verdickte Fette, in die der Wasserdampf völlig ungehindert eindringt und deren Haftfähigkeit auf den Funktionsoberflächen des Kugellagers negativ beeinflusst wird. <<

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