Montagelösungen für Medizinische Geräte

Spiralspannstifte wurden ursprünglich erfunden um die Mängel welche mit Zylinderstiften, geschlitzten Spannstiften and anderen konventionellen Verbindungselementen wie Niete, Muttern und Bolzen zu kompensieren. Einfach durch seine 2 ¼ Windungskonfiguration erkennbar sind Spiralspannstifte selbsthaltende Stifte welche komprimiert werden wenn sie in die Aufnahmebohrung des Gegenstücks installiert werden. Sie sind die einzigen Stifte mit einer gleichmässigen Lastverteilung und Flexibilität nach dem sie eingepresst wurden. Wirklich ein „Ingenieurselement“ steht der Spiralspannstift in drei „Krafttypen“ zur Verfügung um es dem Konstrukteur zu ermöglichen die optimale Kombination aus Kraft, Flexibilität und Durchmesser auszuwählen um den unterschiedlichen Materialien des Gegenstücks und Anwendungserfordernissen gerecht zu werden. Ihre Stoss absorbiernde Konstruktion dämpft Kräfte und Vibration um einer Beschädigung der Aufnahmebohrung vorzubeugen als auch die Lebensdauer der Verdindung zu verlängen. Spiralspannstifte haben glatte konzentrische Kanten, spanfreie Enden und geringere erforderliche Einpresskräfte als andere Stifte welches sie ideal zum Einpressen in automatischen Prozessen macht. Die Merkmale des Spiralspannstifts machen diesen zum Industrie-Standard für Anwendungen wo Produktqualität und die gesamten Herstellkosten als kritisch erachtet werden.

Y: GESAMT-BOHRUNGSTOLERANZ
X: DURCHMESSER
A: SPIRALSPANNSTIFTE
B: GESCHLITZTE SPANNHÜLSEN
C: KERBSTIFTE
D: GESCHLIFFENE ZYLINDERSTIFTE

Das nachstehende Bild zeigt klar die Unterschiede zwischen radialen Kräften auf die von geschlitzten Spannstiften und den drei unterschiedlichen Krafttypen der Spiralspannstifte ausgeübt werden. Die welligen Linien die um jeden Stift im Plexiglas beobachtet werden können repräsentieren die Belastung die durch den Stift ausgeübt werden. Je grösser die Ausdehnung desto grösser ist die Belastung die durch den Stift ausgeübt wird. Festzuhalten ist dass die Ausdehnung beim Spiralspannstift in der leichten Ausführung am geringsten ist und dass die Ausdehnung schrittweise von der Standard- hin zur Schweren Ausführung ansteigt. Spiralspannstifte in der schweren Ausführung und geschlitzte Spannstifte können ähnliche Belastungsausmasse haben – keiner von beiden Stiften würde jemals für Kunststoff Applikationen empfohlen werden. Die Lastverteilung der Spiralspannstifte ist gleichmässiger verteilt als die von geschlitzten Spannstiften wo es zwei Bereiche von maximaler Belastung gibt wie durch die Pfeile im Bild dargestellt. Die gleichmässige Lastverteilung die durch den Spiralspannstift ausgeübt wird resultiert in einer besseren Retention und verlängerten Produktlebensdauer.

A: Schweren
B: Geschlitzten 
C: Standard
D: Leichten

Ein Hersteller von medizinischen Geräten hatte vorher einen maschinell erstellten Zylinderstift in einen chirurgischen „Greifer“ verwendet um es dem Chirurgen zu ermöglichen durch einen laproskopischen Anschluss zu operieren im Gegensatz den Patieneten komplett zu öffnen um die Operation durchzuführen. Der Stift wird verwendet um die Bewegung der Lade am äusseren Ende des Gerätes zu steuern. Die hohe Einpresskraft des steifen Zylinderstifts deformierte den Stift, beschädigte die Baugruppe und erzeugte Metallspäne. Da dieses Gerät innerhalb des menschlichen Körpers verwendet wird ist das Vorhandensein von Metallspänen inakzeptabel. 

Der gerändelte Zylinderstift, hergestellt aus Edelstahl 316 mit keiner darauffolgenden Wärmebehandlung wurde in eine gehärtete Achse aus Edelstahl 416 montiert. Die Kombination der inkompatiblen Härte der Variation der Grösse zwischen dem Stift und der Achse wurden als Fehlursache ausgemacht für die Erzeugung der Fremdkörper, hoher Einpresskraft, biegen des Stiftes und einhergehender Baugruppenbeschädigungen. 

Um all diesen Aspekten gerecht zu werden hat der Hersteller die Zylinderstifte mit wärmebehandelten Spiralspannstiften in der leichten Ausführung aus Edelstahl 420 ersetzt welche die angemessene Balance zwischen Kraft und Flexibilität haben um für geringe Einpresskräfte zu sorgen während angebrachte Retention ohne Beschädigung der Aufnahmebohrung erzielt wurde ohne dass Schmutz erzeugt wurde. 

Neben der dauerhaften Beseitigung von Qualitätsproblemen die durch den gerändelten Zylinderstift verursacht wurden hat dieser Hersteller von medizinischen Geräten auch von einer beträchtlichen Kostenersparnis profitiert welche mit der Umstellung von einen maschinell erstellten Zylinderstift auf einen Spiralspannstift einhergingen.

Gerollte Distanzhülsen aus Stahl stellen eine beträchtliche Alternative dar teure abgelängte Rohre, Tüllen als auch gedrehte und maschinell erstellte Teile aus kostengründen zu ersetzen. Sie werden üblicherweise als Distanzelement, Hülse, Achsen oder Stifte verwendet. Gerollte Distanzhülsen werden gratfrei oder schmutz hergestellt und haben einen sauberen Schnitt, quadratische Enden welche wichtige Eigenschaften von Komponenten darstellen welche in medizinischen Geräten verwendet werden.

Hersteller verwenden üblicherweise maschinell erstellte Hülsen und abgelängte Rohre um eine Distanz zwischen zwei dünnwandigen Platten aus Edelstahl in medizinischen Geräten herzustellen. Es ist üblich einen Niet durch den Innendurchmesser der Hülsen oder Rohre durchzuführen so dass diese Parallel zueinander stehen um die Platten in permanente Kompression währen der Produktlebensdauer des medizinischen Gerätes zu versetzen. Diese einfache Distanz-Anwendung kann leicht dahingehend geändert werden eine gerollte Distanzhülse zu verwenden ohne dass die Performance negative beeinträchtigt wird. Das Ergebnis des konvertierens von einem abgelängten Rohr hin zu einer gerollten Distanzhülse sind üblicherweise Kosteneinsparungen von ca. 50% und gerollte Distanzhülsen kosten üblicherweise 1/10 was maschinell erstellte Hülsen kosten.

Zusätzlich zur Auswahl einer Herstellers von qualitativ hochwertigen Verbindungselementen welcher ein umfangreiches Produktspektrum vorzuweisen hat ist es gleichermassen wichtig mit einem Unternehmen zu arbeiten das ein umfangreiches Wissen in Bezug auf Anwendungsingenieurwesen hat im Bereich von Verbindungs- und Befestigungslösungen. Druch die Zusammenarbeit Anwendungsberatungsorientierten mit sachkundigen, Herstellern in der Konstruktionsphase werden diese nicht nur die Konstruktion des Verbindungselements unterstützen sondern auch entscheidende Empfehlungen aussprechen für die Schnittstellen zwischen dem Verbindungselement und dem medizinischen Gerät.

Je früher der Lieferant in den Konstruktionsprozess eingebunden wird desto wahrscheinlicher ist es dass diese befähigt sind den Gerätehersteller mit einer wirtschaftlich verfügbaren Lösung zu versorgen. Üblicherweise gibt es viele unterschiedliche  Typen an Verbindungselementen welche für jede Anwendung verwendet werden können. Letztendlich berücksichtigt die kostengünstigste Lösung das Material des Gegenstücks, Herstellungstoleranzen, Anwendungserfordernisse als auch die Methode der Montage. 

Die Vorteile der Spezifizierung von kommerziell verfügbaren Teilen ist dass diese häufig auf Lager verfügbar sind, es gibt keine Mindestbestellmengen und keine Werkzeug- oder Entwicklungskosten fallen an. Dieses bedeutet dass Teile schnell geliefert werden können – gleichwohl ob diese für Prototypen oder Serienteile benötigt werden.

Schlussendlich sollten Konstrukteure Verbindungslemente verwenden welche die Qualität der medizinischen Geräte erhöhen, den Montageprozess vereinfachen und zu den geringsten installierten Kosten verhelfen.