Lager für mehr Patientensicherheit

May 10, 2023

von Chris Johnson

5. Mai 2023

14:00

Chris Johnson, Geschäftsführer des Speziallagerlieferanten SMB Bearings, erklärt, warum die richtige Auswahl geeigneter Kugel- und Ringmaterialien und das richtige Produktdesign eine lange Lebensdauer von Hochpräzisionslagern – und medizinischen Geräten – gewährleisten können.

Design-Tür Shutterstock

Lagerillustration

Präzisionslager gehören zu den kritischen Komponenten medizinischer Geräte, die für die Gewährleistung der Patientensicherheit von entscheidender Bedeutung sind. Doch laut dem 2022 Recall Index von Sedgewick haben die Rückrufe von Medizinprodukten in den letzten drei Jahren eine Rekordzahl erreicht, wobei Sicherheitsprobleme der Hauptgrund waren.

Präzisionslager werden in einer Vielzahl medizinischer Geräte eingesetzt, darunter chirurgische Elektrowerkzeuge, Beatmungsgeräte und Herzpumpen – und die Patientensicherheit hängt von ihnen allen ab. Ganz gleich, um welches Gerät es sich handelt, es liegt in der Verantwortung der Erstausrüster (OEMs) medizinischer Geräte, dafür zu sorgen, dass der richtige Lagertyp ausgewählt wird und genau in die Anwendung passt. Diese Verantwortung wird dadurch verschärft, dass die Entwicklung und Zulassung von Medizinprodukten oft ein langwieriger und kostspieliger Prozess ist.

Darüber hinaus müssen Medizinprodukte für eine lange Lebensdauer regelmäßige Kontrollen und Tests bestehen. Dazu gehören Standards wie ISO 14971, die die besten Praktiken zur Risikominderung während des gesamten Lebenszyklus eines Medizinprodukts definieren – von der Konstruktion und Herstellung bis hin zum Vertrieb und der Wartung.

Schauen wir uns die Anforderungen an die Lager selbst genauer an. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass OEMs die richtige Wahl der Kugel- und Ringmaterialien treffen.

Edelstahl versus Keramik

Traditionell wurden die Ringmaterialien von Lagern in medizinischen Instrumenten aus hochreinen Metallen wie martensitischem Edelstahl hergestellt. Beispielsweise benötigen medizinische Roboter hochpräzise Komponenten, um Schlüssellochoperationen durchzuführen, und Zentrifugen müssen mit hoher Geschwindigkeit rotieren, um Substanzen mit unterschiedlichem Gewicht zu trennen. Für Anwendungen, die hohe Präzision oder Hochgeschwindigkeitsfähigkeiten erfordern, sind Stahllager besser geeignet. Martensitischer Edelstahl eignet sich beispielsweise ideal für chirurgische Instrumente, da er den aggressiven Chemikalien standhält, die bei Sterilisationsprozessen verwendet werden.

Allerdings können Stahllager in rauen Umgebungen anfällig für Korrosion werden, sodass verschleißfeste Keramiklager letztendlich die bessere Wahl sind, um die Lebensdauer des Geräts zu verlängern. In diesen Fällen werden Keramiklager bevorzugt.

Zu den Geräteanwendungen, die besser für keramische Materialien geeignet sind, gehören Magnetresonanztomographen (MRT). Krankenhäuser möchten sicherstellen, dass ihre hochwertigen Maschinen effektiv funktionieren, ohne dass Teile mit hohem Wartungsaufwand erforderlich sind. Da MRT-Scanner ein starkes Magnetfeld verwenden, um zwei- oder dreidimensionale Bilder von lebenden Objekten zu erzeugen, können Standard-Stahllager aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften nicht verwendet werden. Stattdessen erfordert die Anwendung nicht magnetische oder nicht leitende Komponenten, in diesem Fall hochwertige Keramiklager.

Vollkeramiklager sind härter als Stahl, weisen eine bessere Korrosions- und Hitzebeständigkeit, eine höhere Dimensionsstabilität und eine geringere Dichte auf. Sie sind deutlich teurer als ihre Gegenstücke aus Stahl – doch insgesamt sind Keramiklager die zusätzliche Investition wert, um sicherzustellen, dass hochwertige Anwendungen wie Laborgeräte effektiv und langlebig laufen. Tatsächlich kann die Verwendung falscher Komponenten in solchen Geräten zu Verunreinigungen führen oder den Betrieb ganz lahmlegen.

Was die Wahl des Kugelmaterials für die Lager betrifft, sind Kunststoffkugellager eine gute Option für MRT-Scannerbetten – oder auch für alle Anwendungen mit geringerer Präzision in medizinischen Umgebungen, in denen keine magnetische Verzerrung auftreten kann. Kunststoffkugellager sind auch völlig unmagnetisch, wenn sie mit Polymer-, Glas- oder Keramikkugeln ausgestattet sind. Die Ringe können auch aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen, beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK) oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Jedes verfügt über hervorragende chemische Beständigkeitseigenschaften. Insbesondere PEEK-Materialien weisen eine verbesserte Korrosions- und Abriebfestigkeit, Festigkeit und Zähigkeit, Röntgenstrahlendurchlässigkeit und eine hervorragende Sterilisationsleistung auf.

Kleinstmögliche Lager

Neben den Materialien sollte auch die Konstruktion des Hochpräzisionslagers berücksichtigt werden. Im Allgemeinen müssen OEMs von Medizingeräten ihre Produkte so entwickeln, dass sie auf begrenztem Raum gut funktionieren. Für den Einbau dieser Geräte sind möglichst kleine Lager erforderlich, insbesondere bei Handgeräten. Für solche Anwendungen empfiehlt SMB Bearings Miniaturlager aus Edelstahl, deren Innendurchmesser unter 10 Millimeter liegt. Das kleinste Lager im Miniatursortiment von SMB Bearings ist jedoch so konzipiert, dass es auf eine Welle mit einem Durchmesser von nur 0,6 Millimetern passt – ungefähr so ​​groß wie ein Stecknadelkopf.

Bei rotierenden tragbaren medizinischen Geräten, wie z. B. zahnärztlichen Bohrern, müssen die Lager möglicherweise mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten. Ein Lager mit einer 0,6-Millimeter-Bohrung kann 160.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) liefern, was eine beeindruckende Kapazität für die Drehzahl bietet, während die Drehzahl einiger größerer Lager durch die Verwendung von Kugelhaltern aus Materialien wie Torlon oder verstärkt erhöht werden kann Polyamid.

Wenn die Rotationsgenauigkeit für die Anwendung wichtig ist – was normalerweise bei medizinischen Instrumenten der Fall ist – müssen Hersteller die Wahl eines Präzisionslagers der Marke in Betracht ziehen. Es gibt viele kostengünstige Lager auf dem Markt, aber aufgrund ihrer Genauigkeit und uneinheitlichen Qualität sind sie für Hochpräzisionsanwendungen gefährlich ungeeignet.

Gute Schmierung

Schauen wir uns als Nächstes die Anforderungen an die Lagerschmierung in medizinischen Anwendungen an. Keramiklager benötigen für den Betrieb kein Schmiermittel, wohingegen Stahlalternativen möglicherweise eine routinemäßige Wartung erfordern, um das Teil neu zu schmieren. In diesen Fällen ist eine gute Schmierung auch für die Lagerleistung in medizinischen Anwendungen und zur Gewährleistung der Patientensicherheit von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise wird für Lagersysteme, die auf Fettschmierung basieren, empfohlen, dass die Schmierung biokompatibel ist, sodass keine Gefahr für die Gesundheit des Patienten besteht, selbst wenn das Gerät mit Haut oder Gewebe in Kontakt kommt.

Tatsächlich werden von der National Sanitation Foundation (NSF) in der Regel Schmiermittel mit der Einstufung H1 oder H2 für medizinische Geräte empfohlen. H1-Schmierstoffe sind geschmacks- und geruchsneutral und gelten als unbedenklich für den menschlichen Verzehr. Sie werden in Maschinen wie Pumpen, Förderbändern und Mischern sowie in Umgebungen zur Lebensmittelzubereitung eingesetzt, in denen der Kontakt mit den Lebensmitteln technisch unvermeidbar ist. H2-Schmierstoffe werden für Geräte empfohlen, die nicht in direkten Kontakt mit Lebensmitteln, Getränken oder pharmazeutischen Produkten kommen.

OEMs von Medizinprodukten sollten auch biokompatible Schmierstoffe in Betracht ziehen, die ISO 10993 erfüllen, einer Reihe von Standards zur Bewertung der Biokompatibilität von Medizinprodukten zur Bewältigung biologischer Risiken.

Die obigen Beispiele zeigen, dass Präzisionslager in medizinischen Geräten für die Patientensicherheit von entscheidender Bedeutung sind. Mit der Unterstützung eines erfahrenen, spezialisierten Lagerlieferanten müssen OEMs jedoch nicht die Last von Vorschriften wie ISO 14971 spüren. Stattdessen können sie die richtige Wahl des Lagermaterials und der richtigen Konstruktion treffen, um sicherzustellen, dass medizinische Geräte betriebsbereit bleiben und Inspektionen bestehen – und Am wichtigsten ist, dass sie dazu beitragen, die Sicherheit der Patienten auch in Zukunft zu gewährleisten, ohne dass Rückrufe erforderlich sind.

von Chris Johnson

5. Mai 2023

14:00